腰椎椎弓根对应横断面椎体松质骨CT值与BMD值、T值的相关性

王晓文 招文华 颜先伟 张鹏 宋泽峰 林少豪 余富勇 余翔 梁德 任辉* 江晓兵,3*

1．广州中医药大学第一临床医学院，广东 广州 510405 2．广州中医药大学第一附属医院脊柱骨科，广东 广州 510405 3．广州中医药大学岭南医学研究中心，广东 广州 510405

骨质疏松症(osteoporosis，OP)是最常见的骨骼疾病，是一种以骨量低，骨组织微结构遭到损坏，造成骨的脆性增加，进而容易发生骨折为特征的全身性骨病[1]。随着人口老龄化进程加快，OP现在是我国必须面临的公共卫生问题之一。OP严重时容易导致骨折，而骨折使得中老年患者住院率、医疗费用乃至死亡率增加，早期诊断OP并进行治疗十分重要。

目前，双能X线(dual-energy X-ray，DXA)和定量CT(quantitative computed tomography，QCT)是测量骨密度的主要方法[1]。DXA被视为诊断骨质疏松的“金标准”，有学者提出用定量CT替代DXA作为检测脊柱骨质疏松症的新“金标准”[2]，然而这两种方法所需要的仪器在基层医院普及率较低。在我国，由于多排螺旋CT机在各医院普及广、应用方便快捷，已成为临床医疗中无可替换的影像学检查方法。研究表明，腰椎椎体松质骨CT值与DXA测得的BMD值存在显著正相关[3]，然而其普遍测量的是椎体松质骨横断面上、中、下三部分平均CT值。研究表明，椎体各部分骨量存在差异[4]，在腰椎内固定手术中椎弓根螺钉置入术是一种常见术式，而椎弓根螺钉松动是常见且严重的术后并发症，骨质疏松症患者椎弓根钉更容易出现松动[5]，因此研究椎弓根对应横断面松质骨CT值与BMD值、T值相关性对于评估钉道骨质量具有更重要、更直接的意义。

1 材料和方法

1.1 研究对象选择

选取2019年10月至2020年12月期间因腰腿痛在我院住院治疗并行DXA检测及腰椎CT扫描两项检查的女性患者465例(30～94岁)进行研究，两项检查时间间隔不超过30 d。排除有脊柱手术史、脊柱肿瘤、强直性脊柱炎、弥漫性特发性骨质增生、以及患有可影响骨代谢疾病或近期服用过可影响骨代谢药物的患者。

1.2 骨密度检测

采用GE公司Lunar Prodigy双能X线骨密度仪检测所有研究对象的腰椎骨密度。测量了腰1～4椎体正位BMD值及T值，BMD单位为g/cm2。

1.3 骨质疏松诊断标准

参照 WHO 推荐的诊断标准，对于本研究中的绝经后女性，基于 DXA 测量的中轴骨(腰椎1～4、股骨颈或全髋) 骨密度或桡骨远端1/3 骨密度对骨质疏松症的诊断标准是T值≤-2. 5[1]。

1.4 CT检查及CT值的测量

采用GE公司64排螺旋CT扫描仪(Light Speed VCT - XT)对研究对象进行腰椎CT扫描并进行四维图像重组，获得腰椎矢状位及冠状位图像，这个过程是由若干名工作经验丰富的CT技术人员进行。CT扫描及重建图像参数如下：管电流480 mAs，管电压120 kV，扫描层厚为2 mm，重建图像层厚2 mm。将图像传输到医学影像传输系统(PACS)，并由脊柱外科医师在PACS上测量腰1～4椎弓根中部对应横断面椎体CT值。此过程由2名具有3年以上工作经验的脊柱外科医师进行，测量期间，两人无法得知该患者DXA数据，这样可以避免所测得的数据受主观因素影响。测量CT值的具体步骤是：在腰1～4椎体的轴位上，选择椎弓根中部所对应椎体横断面，绘制尽可能大的椭圆形感兴趣区域(region of interest， ROI)，避开皮质骨边缘(见图1)，测得腰1～4椎弓根对应横断面椎体CT值，将两位医生独立测量的数值进行汇总，剔除异常值，取平均值，CT值单位用HU(Hounsfield unit)表示。

图1 椎体横轴位椎弓根所在横断面正中层面选取的ROIFig.1 ROI at the median level of the transverse section where the pedicle is located in the transverse axis of the vertebral body

1.5 统计学处理

2 结果

2.1 不同年龄段腰1～4 CT值的比较

本研究总共纳入465名患者，从腰椎CT测量到的椎弓根对应横断面椎体CT值按10年的年龄间隔进行分段，分为6组，采用单因素方差分析对不同年龄段椎弓根对应横断面椎体CT值进行比较。结果显示各年龄段腰1～4椎弓根对应横断面椎体平均CT值随着年龄段增大持续下降，由40岁以下年龄段的214.0 HU下降到80岁以上年龄段的60.3 HU，差异有统计学意义(P<0.001)，每两个年龄段椎弓根对应横断面椎体CT值之间的差异均具有统计学意义(P<0.001)，见表1、图2。这表明腰1～4椎弓根对应横断面椎体CT值随年龄增大而逐渐减小。

表1 按年龄段分组后椎弓根对应横断面椎体松质骨CT值Table 1 CT attenuation values of cancellous bone of vertebral pedicle in cross section after grouping by age group (HU,

图2 椎弓根对应横断面椎体松质骨CT值随着年龄增大而逐渐减小(*P<0.001)Fig.2 CT attenuation values of cancellous bone of vertebral pedicle in cross section decreased with age (*P<0.001)

2.2 椎弓根对应横断面椎体CT值与DXA测得BMD值、T值的相关性分析

2.2.1椎弓根对应横断面椎体CT值与BMD的相关性分析：纳入的465名患者均在腰椎CT扫描前或后1个月内接受了DXA检查，这些患者的平均年龄为62.5(30～94)岁。465例患者腰1～4椎弓根对应横断面椎体CT值为(110.5±54.0) HU(-7.1～327.6.2 HU)，骨密度(0.949±0.215) g/cm2(0.800～1.634 g/cm2)。分别对各椎弓根对应横断面椎体CT值与BMD值进行Pearson相关性分析。得出腰1～4两者的决定系数(R2)分别为0.536、0.514、0.502、0.430。差异具有统计学意义(P<0.001)，如图3所示。

图3 散点图表示腰1～4椎弓根对应横断面椎体松质骨CT值与BMD值的相关性Fig.3 Scatter plot shows the correlation between CT attenuation value and BMD value of cancellous bone in transverse section corresponding to lumbar pedicle 1-4

2.2.2椎弓根对应横断面椎体CT值与T值的相关性分析：从465名患者中，筛选出404名绝经后女性，平均年龄为65.6(50～94)岁，腰1～4椎弓根对应横断面椎体松质骨CT值平均值为(98.9±44.4)HU(-7.1～298.0 HU)，T值-2.10±1.70(-9.16～4.05)，分析这部分绝经后女性腰1～4椎弓根对应横断面椎体松质骨CT值与T值的相关性，得出腰1～4两者决定系数(R2)分别为0.456、0.454、0.464、0.394。差异具有统计学意义(P<0.001)，如图4所示。

图4 散点图表示腰1～4椎弓根对应横断面椎体松质骨CT值与T值的相关性Fig.4 Scatter plot shows the correlation between CT attenuation value and T-score of cancellous bone of vertebral body in cross section corresponding to lumbar pedicle 1-4

根据世界卫生组织的指导方针，404名绝经后女性患者的腰椎T值被分成3组：骨质疏松症组(T值≤-2.5)，骨量减少组(-2.5-1)。骨量正常组、骨量减少组和骨质疏松组椎弓根对应横断面椎体CT值平均值分别为144.7 HU(95 %CI：128.7.7～149.1)、103.5 HU(95 %CI：94.4～110.3)和68.6 HU(95 %CI：60.2～74.3)。组间CT值均值差异均有统计学意义(P<0.001)，如表2所示。

表2 按T值分组后椎弓根对应横断面椎体CT值

3 讨论

椎弓根螺钉置钉技术是脊柱外科领域标志性的发展，是治疗胸腰椎退变、肿瘤、创伤、畸形等疾病的首选[6]。然而由于OP患者的骨密度减低，骨小梁结构脆弱，导致钉骨界面强度受损，容易导致脊柱内固定植入物机械性能的下降，进而发生椎弓根钉松动，椎弓根螺钉松动是脊柱内固定常见的并发症之一，有研究[7]表明椎弓根钉松钉松动风险与骨密度呈负相关性，即骨密度越低，螺钉松动风险越大。所以术前评估患者骨质量十分重要，手术者可以根据患者骨质量选择术中是否用骨水泥进行钉道强化。因为研究[8]表明椎弓根内固定术中进行钉道强化，可增强椎体对螺钉的把持力，有效降低松钉率。然而，目前临床最常用于评价椎体骨密度的DXA法测量的是面积BMD，包括皮质骨、松质骨以及椎体前后方结构等X线投射路径中遇到的所有矿物成分的密度。故在严重腰椎退变患者中，包括椎体骨折、骨赘形成、椎间盘与小关节退变、终板硬化等在内的退变结构会使BMD测量值和T值假性增高，掩盖松质骨骨量的真实变化[9]，相较于DXA法，CT值法能够有效避开腰椎退变结构，直接测量并评价钉道所在层面即椎弓根所对应横断面椎体松质骨的骨质量。

有生物力学研究[10]表明，CT值与材料密度的呈线性相关。我们的研究中，CT值同样遵循了这样的趋势。随着年龄的增大，骨量丢失、骨小梁变得更加稀疏，骨密度下降，腰1～4椎弓根所对应横断面椎体松质骨平均CT值由40岁以下年龄段的214.0 HU下降到80岁以上年龄段的60.3 HU。国内外学者[11-12]研究表明，腰椎椎体松质骨CT值与椎体BMD值呈正相关，同样，本研究腰1～4椎弓根所对应横断面椎体CT值与腰椎BMD值、T值均具有强相关。结合图2与图3，我们可以看出CT值与T值相关系数较CT值与BMD值低，这是因为根据指南[1]，绝经后女性及50岁以上男性才能应用T值，因此，在分析CT值与T值相关性时，我们只筛选了其中404名绝经后女性患者，侧面说明随着年龄增长，由于腰椎发生上述退化以及双能X线投射特点，双能X线所测得的骨密度、T值与HU值相关性越来越差。

值得注意的是，我们的研究表明腰4椎体CT值与其BMD值、T值的相关性明显较其他3个椎体差，这是因为腰4椎相较其他3个椎体更容易发生例如骨赘形成、椎间盘与小关节退变、终板硬化等在退变，造成腰4椎体BMD、T值假性增高，掩盖腰4椎体松质骨实际骨量。国外学者Mohanty等[13]回顾研究证实左右关节突关节角在在腰椎的不同水平上并不相同，腰4/5，腰5/骶1的关节突关节不对称患病率较高，不对称角度较大，其小关节退变越明显。此外，许多研究[14-15]也证实，腰椎各节段中，小关节退变与椎间盘退变主要集中在腰4/5这是由于腰4/5节段承受着大部分的人体载荷，运动范围过大，反复劳损所致。腰椎退行病变例如腰椎滑脱症、腰椎管狭窄症、腰椎滑脱症等更容易发生于腰4～骶1椎体[16-18]，腰4椎体是腰椎内固定术常用固定椎，因而利用椎弓根所在横断面CT值在术前评估腰4椎体骨质量十分有必要。

有研究[19]表明，CT值越低，腰椎短节段内固定术后端椎螺钉松动的风险越高。本研究中，骨密度正常患者腰椎CT值平均值约为145 HU，骨量减少约为104 HU，骨质疏松为约69 HU。这些可以作为脊柱内固定定术是否进行椎弓根强化的参考，虽然目前钉道强化缺乏统一标准，但大多数脊柱外科医生认可当T值≤2.5时应进行骨水泥钉道强化[20-21]，所以术前测量腰椎椎弓根所在横断面CT值，当腰1～4椎体椎弓根所在横断面CT值平均值小于69 HU时，可考虑采用骨水泥钉道强化术，CT值法术前评估骨质量可有效避开骨赘、小关节退变及终板硬化区域。有别于DXA法，不会造成测得的骨量虚性增高、掩盖钉道层面真实骨矿含量。

本研究存在一定局限性。首先，研究对象的年龄跨度较大，大多数研究对象年龄为50～ 69岁，而其他年龄段特别是40岁以下的人数相对较少。另外我们只将因腰腿痛在我院住院治疗的女性患者纳入研究，不能很好代表所有女性人群。其次，虽然研究者已经尽可能选择椎弓根最中央层面进行测量，然而基于CT图像重建技术的限制，个别患者只能选择最相近层面，这对结果可能会产生些许影响，不过本研究样本量大，这种影响是可以忽略的。最后，本研究没有对各患者骨赘形成、椎间盘与小关节退变、终板硬化进行评估，导致CT值与BMD值、T值相关性不如预期，这将成为我们下一步的研究工作。