中國人群定量CT(QCT)脊柱骨密度正常參考值的建立和骨質疏松癥QCT診斷標準的驗證

李凱 陳捷 趙林芬 陳義忠 周軍 邵繼滿 曲海波 郝曉光 姜永宏 吳艷 張郡 湯光宇 張雪芹 張偉 李小榮 王玲 王亮 劉世煒 吳靜# 馬遠征# 程曉光#

1.北京積水潭醫院放射科,北京 100035 2.北京大學人民醫院臨床流行病室，北京 100044 3.常州市武進中醫醫院放射科，常州 213161 4.大邑縣人民醫院放射科，成都 611330 5.沈陽市第四人民醫院放射科，沈陽 110031 6.江西中醫藥大學附屬醫院放射科，南昌 330006 7.四川大學華西第二醫院放射科，成都 610041 8.太原市中心醫院放射科，太原 030009 9.西安紅會醫院放射科，西安 710054 10.鄭州大學第一附屬醫院CT室，鄭州 450052 11.北京市順義區醫院放射科，北京 101300 12.上海市第十人民醫院放射科，上海 200040 13.重慶市北碚區中醫院放射科，重慶 400700 14.河北醫科大學第三醫院放射科，石家莊 050051 15.中國人民解放軍南部戰區總醫院放射科，廣州 510010 16.中國人民解放軍總醫院第八醫學中心骨科中心，北京 100091 17.中國疾病預防控制中心慢性非傳染性疾病預防控制中心，北京 100050

隨著中國人口老齡化，骨質疏松癥越來越受到重視。最近發布的兩個獨立的大樣本雙能X線骨密度儀(dual energy X-ray absorptiometry, DXA)調查結果表明我國50歲以上人群年齡標準化的骨質疏松癥總患病率分別為男性6.46%，女性29.13%[1]，和男性6%，女性32.1%[2]。按照2010年全國人口普查數據，骨質疏松癥患者男性1千1百萬人，女性約4千9百萬人[1]。這些大數據調查結果都預示著我國未來骨質疏松癥防治任務的艱巨。

骨密度測量在骨質疏松癥的診斷和治療中具有重要作用[3]，DXA是目前使用最廣泛的骨密度測量方法，DXA診斷標準是T值<-2.5 SD[4]。而DXA骨密度T值的計算是患者的測量值減去正常年輕人群參考值的均數，再除以這個人群的SD值，所以建立人群正常參考值范圍是確立骨密度診斷標準的基礎[5-7]。定量CT(quantitative computed tomography, QCT)骨密度測量是在臨床CT掃描圖像的基礎上，配以QCT專業體模和分析軟件進行骨密度測量，由Cann等于1980年提出[8]。由于QCT采用的是CT的原始數據進行骨密度測量，測量的骨密度是真正體積骨密度，單位是mg/cm3。與其他投影骨密度測量的面積骨密度不同，QCT可以選擇性測量椎體松質骨骨密度，這種體積骨密度不受椎體大小、肥胖、骨質增生和血管鈣化的影響，是目前最準確的骨密度測量方法[9-10]。近年來CT技術快速發展，輻射劑量逐漸降低，QCT的應用也隨之得到發展，在國際和國內的應用越來越廣泛。國際臨床骨密度學會(ISCD)和美國放射學會(ACR)均推薦QCT診斷骨質疏松癥的標準為腰椎骨密度低于80 mg/cm3[9,11]。關于骨質疏松癥的診斷，中國老年學與老年醫學學會骨質疏松分會于2014年推薦使用國際標準[12]。

QCT骨密度診斷骨質疏松癥標準的建立，同樣需要建立正常參考值范圍數據庫。在國際上，QCT的正常參考值范圍數據庫不如DXA那么完善。中國人群早期的QCT正常參考值范圍數據庫是秦明偉教授于1996年通過采集的445例樣本建成[13]，但該數據庫沒有得到廣泛應用。程曉光等[14]通過采集中國3個城市共計400例20～40歲人群的QCT骨密度值，于2017年發布了該年齡段人群的QCT正常參考值范圍。但由于這些研究的樣本量都比較小，人群代表性有限，參考值范圍在全國推廣受限。ISCD和ACR提出的QCT骨密度診斷骨質疏松癥80 mg/cm3診斷標準是否適用于中國人群，一直沒有得到很好的驗證。

為了更好地了解中國青年人群腰椎QCT骨密度正常值范圍，建立中國人群的脊柱QCT正常參考值范圍數據庫，和驗證國際脊柱QCT骨質疏松癥的診斷標準是否適合中國人群，進行了本研究。

1 材料和方法

1.1 研究對象

本研究的研究對象由3部分組成。20～40歲青年人群(1584例)，中老年人群≥40歲社區人群(3420例)和老年脊柱骨折患者(432例)。

1.1.120～40歲青年人群：鑒于QCT的輻射比較大，本研究的人群采集來自各個醫院的急診室CT掃描人群，主要為因外傷、急腹癥等不影響骨代謝的急診患者，與程曉光(2017)文章相同[14]。根據我國幅員遼闊的地域特點，該研究從華北、華東、華南、華中、西南地區分別設立了樣本采集中心，具體為華北地區的北京積水潭醫院、河北醫科大學第三醫院、北京順義區醫院和鄭州大學第一附屬醫院，華東地區的上海市第十人民醫院和上海市第六人民醫院，華南地區的廣州陸軍總醫院，以及西南地區的重慶市北碚區中醫院。累計采集樣本共計1584例，其中男性837例，女性747例。QCT掃描和急診腹部或腰椎CT同時進行，CT掃描機各醫院不盡相同，常規掃描條件。統一采用美國Mindways的定量CT(QCT)系統(QCT pro 5.0v)進行第1、2腰椎骨密度測量，取平均值。

1.1.2中老年人群≥40歲社區人群：該人群的受試者來自國際著名的前瞻性城鄉流行病研究(The Prospective Urban Rural Epidemiology，PURE)的中國人群[15]。全國7個省市的12個中心參與，Clinicaltrials注冊號(NCT01758770)，總共3420人，男1260例，女2160例，年齡40～83歲。采用美國Mindways的定量CT(QCT)系統(QCT pro 5.0v), 統一采用歐洲脊柱體模(ESP 編號 154)做質控和橫向校準。在QCT時，掃描側位CT定位像，范圍包含T4～L5范圍[16]。由有經驗的放射科醫師采用Radiant軟件對CT側位定位像原始圖像，根據Genant半定量椎體骨折分析法進行讀片，每個椎體進行骨折分級(0為正常，1為輕度，2為中度和3為重度骨折)[17]。腰椎骨密度測量方法同上。

1.1.3老年脊柱骨折患者：脊柱骨折患者為2010年至2012年在積水潭醫院因非暴力骨折就診或住院進行椎體成形術治療的患者，共432例，男87例，女345例，年齡51～95歲。所有患者都經脊柱X線平片，CT和/或MR檢查，確診為脊柱骨質疏松性骨折，以胸腰段為好發部位，均經椎體成形術治療。所有患者均采用腰椎CT掃描，同時用美國Mindways定量CT(QCT)測量腰椎椎體骨密度(骨折椎體除外)，計算出平均骨密度。

1.2 方法

1.2.1骨密度測量方法：CT掃描范圍包含了第1、第2腰椎椎體。采用美國Mindways公司的定量CT骨密度分析系統(QCT Pro 5.0v)分析軟件，把CT圖像數據傳輸到QCT工作站，按操作說明測量第1和第2腰椎椎體松質骨的骨密度，單位是mg/cm3，計算L1-2的平均骨密度。遇骨折的椎體，選取臨近的椎體測量。

1.2.2質量控制：所有中心均采用美國Mindways公司的定量CT(QCT)骨密度測量系統，除了常規日程質量控制，本研究還采用歐洲脊柱體模(編號145)，在每個中心做橫向校準掃描。掃描條件為120 kV，mAs根據各中心的掃描條件，為了不影響診斷效果，本研究采用的是常規CT掃描。

1.3 統計學處理

采用SPSS 20.0軟件進行統計分析，所有計量資料均采用均數±標準差表示，采用t檢驗分析樣本的性別差異和地區間差異。

2 結果

2.1 人群人口學特征

青年人群1584例中，1例身高、體重基礎資料缺失；中老年社區人群3420例中，49例身高、體重基礎資料缺失。每10歲分年齡組，男女分開。各年齡組的樣本數和BMI如表1所示。

表1 各年齡組的BMI分布Table 1 Distribution of body mass index values of the subjects

2.2 青年人群(20～40歲)平均骨密度

年輕人群(20～40歲)共計1584例，其中男性837例，女性747例。女性的平均骨密度高于男性(圖1)，差別具有統計學意義(P<0.001)。

圖1 20～40歲青年人群腰椎QCT骨密度正常值Fig.1 Spinal BMD reference values of 20-40-year-old young adults

2.3 QCT骨密度與年齡的相關性

以每10歲分組，男女分開，QCT腰椎骨密度與年齡的相關性見圖2。男性在20～30歲年齡段，骨密度就達到峰值，隨后隨年齡增加而下降。女性同樣在30～40歲骨密度到達峰值，平均骨密度高于男性，在絕經后(50歲前后)骨密度明顯加速下降，使得女性的平均骨密度低于男性。

圖2 年齡與QCT骨密度關系Fig.2 The relationship between age and BMD values measured by QCT

2.4 QCT診斷標準的驗證

40歲以上社區健康人群共3420例，采用ISCD和ACR骨質疏松QCT診斷標準[8,10]，總體人群33.2%為骨密度正常，38.3%為低骨量(80～120 mg/cm3)，28.5%為骨質疏松(<80 mg/cm3)(圖3)。

圖3 40歲以上社區人群骨質疏松患病率Fig.3 The prevalence rate of osteoporosis in subjects aged more than 40 years old in communities

如果按ISCD和ACR目前的診斷標準[9,11]，該人群各骨密度分組的骨折風險呈倍比增加趨勢(圖4)。

如果以PURE研究人群中發生骨折的百分率來評估BMD<80 mg/cm3為骨質疏松診斷質量，則：

靈敏度[真陽性率](%)=295÷569×100%=51.85%；

特異性[真陰性率](%)=2183÷2851×100%=76.57%；

假陽性率[誤診率](%)=668÷2851×100%=23.43%；

假陰性率[漏診率](%)=274÷569×100%=48.15%；

符合率[可重復率、正確率](%)=2478÷3420×100%=72.46%；

陽性似然比=51.85%÷23.43%=2.21。

2.5 老年脊柱骨折患者的骨密度分布

在432例骨質疏松性骨折人群中，86%的人群骨密度<80 mg/cm3，14%的人群骨密度在80～120 mg/cm3，沒有人的骨密度>120 mg/cm3(圖5)。

上述3個人群的統計結果說明ISCD和ACR的QCT診斷標準在中國是適用的，BMD<80 mg/cm3的人群骨折的風險明顯增加。

圖4 PURE人群以QCT骨密度ISCD和ACR診斷標準，骨折的構成(%)呈倍比關系Fig.4 The proportion of subjects suffered from spinal fractures.The subjects suffered from spinal fractures were classified according to the QCT-BMD criterion proposed by ISCD and ACR

圖5 骨質疏松性脊柱骨折人群的QCT骨密度分布Fig.5 BMD distribution in subjects suffered from osteoporotic spinal fractures measured by QCT

3 討論

近年來，隨著CT掃描儀的普及和QCT技術的進展，QCT在骨質疏松癥的診療中越來越受到重視[18-21]。同其他骨密度測量技術一樣，建立中國人群的正常參考數據庫對QCT的臨床應用具有重要作用。秦明偉等[13]于1996年采集了北京地區445例正常人群的QCT腰椎骨密度正常值，這次采集局限在北京地區的人群，采用的是Image Analysis公司的QCT校準體模。本研究采用目前國際先進的定量CT美國Mindways的QCT pro系統，在全國采集5004例健康人群的腰椎QCT骨密度，建立了中國人自己的QCT腰椎骨密度正常參考數據庫。QCT骨密度測量值與所采用的QCT產品、CT掃描條件相關，本研究采用的是美國Mindways公司的QCT pro產品，CT掃描是120 kV，所以本次建立的數據庫適用于Mindways的QCT pro系統和120 kV掃描條件。其他QCT產品和掃描條件，需要做驗證后才能確定是否可以采用。本次建立的QCT正常參考數據庫是目前國內也是國際上最大樣本量的QCT正常參考庫人群，覆蓋區域最全的數據庫，為我國建立QCT骨質疏松癥診斷標準和開展QCT的臨床應用提供了基礎數據，對我國骨質疏松的診斷和監測具有重要意義。

由于QCT是采用CT的斷層圖像進行骨密度測量，測量的是椎體的體積骨密度，具有其技術優勢，不受身高體重的影響，也不受脊柱退變和側彎的影響，是更準確的骨密度測量方法，QCT比DXA更敏感反映骨密度變化，減少骨質疏松癥診斷的假陰性診斷[22-25]。由于QCT是體積骨密度，男女性別的差異，人種間和地區間的QCT骨密度差異與DXA是不同的，一般QCT腰椎骨密度在不同種族和不同地區間的差別比DXA小，對骨質疏松的診斷影響小[14,22]。所以在采用DXA骨密度診斷骨質疏松癥時，需要考慮不同種族和不同區域的差異，可能需要建立不同性別，不同人種和不同地區的正常參考值。QCT骨密度不受身高體重的影響，不同性別，不同人種和不同地區的差異小，建立一個參考數據庫就可以。

QCT骨密度測量的輻射劑量比DXA大[26]，被認為是QCT的不足，其實QCT可以在非常低的劑量下完成[27]。我國現在低劑量胸部CT掃描作為肺癌篩查已經廣泛使用，臨床上CT掃描包含腰椎部位也很常用，尤其是骨科患者常常要做CT掃描，如果在這些CT掃描的基礎上進行QCT骨密度測量，就是對CT掃描數據的再分析，沒有增加輻射，這種把體檢和臨床CT掃描與QCT相結合的模式正在廣泛應用，這將對我國骨質疏松癥防治具有積極意義[19-21]。國際上機遇性QCT骨密度測量已經在低劑量腹部CT掃描和CT增強掃描中得到應用，有助于在臨床CT檢查時，同時篩查骨質疏松癥[28-30]。