探討腹部CT增強(qiáng)能譜成像碘對(duì)HAP(Iodine)/HAP(Water)/HAP(Fat)密度測(cè)量值影響

趙明月，劉義軍，張子敬，魏巍，劉磊

骨密度(bone mineral density,BMD)全稱是骨礦物質(zhì)密度，是骨骼強(qiáng)度的一個(gè)重要指標(biāo)[1]，會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)發(fā)生改變。BMD降低是發(fā)生某些骨類疾病的重要相關(guān)性因素，大多數(shù)椎體脆性骨折發(fā)生在骨量減少的個(gè)體中，強(qiáng)調(diào)了早期發(fā)現(xiàn)高危患者的重要性[2-3]。隨著社會(huì)逐漸老齡化，骨質(zhì)疏松已成為影響人類健康生活的重要因素之一[4]，是醫(yī)療領(lǐng)域中的一個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此對(duì)骨密度的測(cè)定是近年來(lái)臨床研究的熱點(diǎn)。

骨礦物質(zhì)主要成分是羥基磷灰石(Hydroxylapatite,HAP)，測(cè)定HAP的含量可得出BMD值[5]。基于能譜CT物質(zhì)分離技術(shù)在平掃和增強(qiáng)掃描中經(jīng)過(guò)高低兩組電壓掃描的圖像均可表達(dá)為兩種物質(zhì)的密度圖，物質(zhì)密度圖像中每一個(gè)體素反映了相應(yīng)的物質(zhì)成分信息[6-7]，可作為測(cè)量骨密度的一個(gè)新方法。目前大部分采用HAP和水(Water)、HAP和脂肪(Fat)作為基物質(zhì)對(duì)BMD進(jìn)行分析[8-10]。臨床上許多患者會(huì)定期接受能譜CT腹部增強(qiáng)掃描，產(chǎn)生大量的影像數(shù)據(jù)，可使其成為回顧性BMD測(cè)量方法，在進(jìn)行疾病評(píng)估的同時(shí)獲取骨密度信息以監(jiān)測(cè)諸如與治療相關(guān)的骨量多少等變化[2]，避免額外的骨密度專項(xiàng)檢查。本研究利用能譜CT腹部平掃與增強(qiáng)影像進(jìn)行評(píng)價(jià)BMD的表達(dá)方法，因?yàn)樵鰪?qiáng)掃描中使用碘類對(duì)比劑，故選用HAP和碘(Iodine)、HAP和水(Water)、HAP和脂肪(Fat)作為基物質(zhì)對(duì)行回顧性研究，探討在增強(qiáng)掃描中碘對(duì)比劑對(duì)3種基物質(zhì)對(duì)密度測(cè)量值的影響。

材料與方法

1.研究對(duì)象

選取2018年12月-2019年12月接受全腹部能譜(GSI)增強(qiáng)掃描患者214例，男135例、女79例，年齡16～85歲，平均(51.71±16.30)歲，入選標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)腰椎外傷史、手術(shù)史及其他影響骨密度的疾病(如風(fēng)濕類疾病、內(nèi)分泌疾病、長(zhǎng)期使用激素或椎體顯著增生破壞病變等)。

2.檢查方法

所有受檢者均接受能譜CT的GSI模式行全腹部增強(qiáng)掃描。掃描參數(shù)：管電壓80～140 kVp瞬切、管球轉(zhuǎn)速0.6 s/r、螺距0.992:1、SFOV50 cm、掃描層厚5 mm、重建層厚1.25 mm mono圖像。采用規(guī)范個(gè)體化碘對(duì)比劑注射方案。基于患者體重計(jì)算碘攝入量：500 mgI/kg，速率=(對(duì)比劑用量+生理鹽水用量)ml/25 s，應(yīng)用碘海醇(350 mg I/mL)或碘佛醇(320 mg I/mL)對(duì)比劑，使用Ulrich雙通道高壓注射器經(jīng)肘正中靜脈注射，對(duì)比劑注射完畢后再以相同流率注射生理鹽水[11]。在AW4.7工作站上利用1.25 mm mono圖像重組4期的HAP(Iodine)、HAP(Water)和HAP(Fat)密度圖像，選取第三腰椎(L3)椎體中間層面較均勻、無(wú)異常的骨松質(zhì)放置感興趣區(qū)(ROI)，ROI與椎體邊緣距離>5 mm，避開(kāi)椎體靜脈叢和骨島等結(jié)構(gòu)[12](圖1)，測(cè)量椎體中間上下連續(xù)3個(gè)層面，ROI大小保持100 mm2左右一致，取3次測(cè)量平均值，HAP(Iodine)、HAP(Water)、HAP(Fat)密度測(cè)量值單位分別用2 mg/cm3、mg/cm3、mg/cm3來(lái)表示。

圖1 HAP(Iodine)基物質(zhì)對(duì)圖像及腰椎椎體骨松質(zhì)ROI選取示例，增強(qiáng)圖像中無(wú)碘對(duì)比劑顯影。a)平掃期;b)動(dòng)脈期;c)靜脈期;d)延遲期。

3.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

患者第三腰椎椎體骨松質(zhì)各期HAP(Iodine)、HAP(Water)、HAP(Fat)值均符合正態(tài)分布，4期HAP(Iodine)值間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表2)，增強(qiáng)3期與平掃期HAP(Iodine)值偏差接近于0(表1)；4期HAP(Water)值間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，表2)，增強(qiáng)3期與平掃期HAP(Water)值偏差為24.3%、33.3%、22.1%左右；4期HAP(Fat)值間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，增強(qiáng)3期與平掃期HAP(Fat)值偏差為17.4%、23.9%、15.8%左右。增強(qiáng)3期HAP(Iodine)密度測(cè)量值與碘攝入量均不存在相關(guān)性(P>0.05，圖2)。

圖2 增強(qiáng)3期HAP(Iodine)值與碘攝入量的相關(guān)性分析散點(diǎn)圖(r=0.021、0.018、0.028，P=0.762、0.796、0.682)。a)動(dòng)脈期;b)靜脈期;c)延遲期。

表1 四期HAP(Iodine)、HAP(Water)、HAP(Fat)測(cè)量值

表2 四期HAP(Iodine)、HAP(Water)、HAP(Fat)測(cè)量值兩兩比較

討 論

目前臨床上測(cè)量BMD的影像學(xué)方法有DXA、QCT、定量超聲、MRI、能譜CT等，其中DXA是應(yīng)用最廣泛的方法之一，是公認(rèn)測(cè)量BMD的“金標(biāo)準(zhǔn)”[13-14]，但是該方法是區(qū)域內(nèi)面積密度測(cè)量，不能區(qū)分骨皮質(zhì)與骨松質(zhì)，受骨皮質(zhì)等影響不能完全準(zhǔn)確的反映骨密度隨年齡的真實(shí)變化[5,15]，有一定的局限性。近年來(lái)能譜CT得到了廣泛的臨床應(yīng)用，GSI成像模式開(kāi)創(chuàng)CT定量分析新階段[16]，學(xué)者提出了利用腹部能譜CT成像測(cè)量椎體的骨密度，逐漸成為一種骨密度的新興測(cè)量方法。采用能譜CT進(jìn)行骨密度測(cè)量能排除骨皮質(zhì)等影響，測(cè)得數(shù)值接近真實(shí)值，更具有代表性[17-18]，同時(shí)可利用腹部CT檢查行骨密度分析，避免患者的二次檢查或二次輻射。

能譜CT中物質(zhì)分離技術(shù)的原理是任何一種組織都可由另外兩種基物質(zhì)來(lái)表達(dá)[19]，基物質(zhì)對(duì)的選擇原則上是沒(méi)有局限的，可選擇自然界中的任意兩種物質(zhì)[20]，利用兩種基物質(zhì)對(duì)X線的衰減來(lái)反映感興趣區(qū)內(nèi)物質(zhì)成分的衰減[21]，當(dāng)恰好是組織中含有的主要成分時(shí)基物質(zhì)密度圖的測(cè)量值就能反映組織中該物質(zhì)的相對(duì)含量，從而對(duì)組織有關(guān)指標(biāo)做出相對(duì)定量的表達(dá)[22]且對(duì)組織的鑒別具有一定的特異性，因此基物質(zhì)對(duì)的選擇應(yīng)盡量與被檢測(cè)對(duì)象組成部分相似[9]。腰椎是骨量減少最常見(jiàn)、較早發(fā)生的部位，骨松質(zhì)對(duì)骨量的減少較為敏感[23]，腰椎椎體富含均勻的骨松質(zhì)，因此腰椎椎體骨松質(zhì)為測(cè)量骨密度的常用位置[24]。腰椎的組成物質(zhì)主要有HAP、水、脂肪、鈣等，HAP的含量決定了椎體的骨密度[25]，本研究選擇無(wú)明顯病變的第三腰椎椎體中部層面骨松質(zhì)作為骨密度測(cè)量部位，感興趣區(qū)(ROI)置于均勻的骨松質(zhì)上，盡量避免異常區(qū)域[26]。

近來(lái)研究表明基于能譜CT物質(zhì)分離技術(shù)測(cè)定含羥基磷灰石(HAP)基物質(zhì)對(duì)的密度值[1,8-9,27]可間接反映骨質(zhì)隨年齡的變化，預(yù)測(cè)診斷骨量減少、骨質(zhì)疏松癥的密度值閾值，為BMD的測(cè)量提供新的方式。能譜CT檢查的普及，很多患者不需要進(jìn)行額外的骨密度(DXA等)檢查，僅接受過(guò)能譜CT掃描即可獲得相關(guān)骨密度的信息，減少了額外的輻射劑量和費(fèi)用。此外掃描分為平掃和增強(qiáng)掃描，增強(qiáng)掃描一般都采用碘類對(duì)比劑，故選擇HAP和碘(Iodine)、HAP和水(Water)、HAP和脂肪(Fat)作為基物質(zhì)對(duì)進(jìn)行研究，通過(guò)比較增強(qiáng)掃描前后骨質(zhì)中 HAP(Iodine)、HAP(Fat)、HAP(Water)密度值，旨在探究增強(qiáng)掃描中碘對(duì)比劑是否會(huì)對(duì)其密度測(cè)量值產(chǎn)生影響。

結(jié)果表明4期HAP(Iodine)測(cè)量值趨于穩(wěn)定，且患者碘攝入量不影響增強(qiáng)3期HAP(Iodine)密度值測(cè)量，碘對(duì)比劑對(duì)HAP(Water)、HAP(Fat)測(cè)量值影響較大。雖然3種基物質(zhì)對(duì)均可用于BMD分析，但若想在增強(qiáng)掃描中進(jìn)行BMD測(cè)量可選擇不受碘對(duì)比劑注射方案影響的HAP(Iodine)作為基物質(zhì)對(duì)。4期掃描中3種基物質(zhì)對(duì)密度測(cè)量值穩(wěn)定性的差異可能與基物質(zhì)對(duì)的組成和后期重建圖像有關(guān)，圖1可見(jiàn)HAP(Iodine)的重建圖像可很好地將HAP與Iodine區(qū)分，減少了碘對(duì)比劑對(duì)ROI內(nèi)骨質(zhì)的影響，更準(zhǔn)確地顯示骨質(zhì)中的HAP成分，使得測(cè)量值較穩(wěn)定。而HAP(Water)和HAP(Fat)是用HAP與Water、Fat這兩組基物質(zhì)對(duì)來(lái)代替骨質(zhì)中物質(zhì)的X線衰減去反映骨密度，無(wú)法排除外來(lái)引入的碘對(duì)比劑影響，導(dǎo)致增強(qiáng)掃描前后數(shù)值差異較大。另外測(cè)得的HAP(Iodine)密度值較大，單位用2mg/cm3表示，HAP(Water)、HAP(Fat)密度值較小，單位用mg/cm3表示，方便于統(tǒng)計(jì)和比較。

本研究存在一定的局限性：沒(méi)有考慮增強(qiáng)掃描中別的參數(shù)，不能確定這些密度值的變化是不是僅由對(duì)比劑所導(dǎo)致的，或者除了對(duì)比劑別的因素是否也會(huì)使這些值發(fā)生波動(dòng)；其次應(yīng)該建立除羥基磷灰石(HAP)類之外別的基物質(zhì)對(duì)如鈣和水[5]等，測(cè)量增強(qiáng)掃描前后的密度值，再比較之間的穩(wěn)定性會(huì)更有說(shuō)服力；第三，本研究只是對(duì)可能的影響因素進(jìn)行探究，僅僅比較了密度測(cè)量值，缺乏多種基物質(zhì)對(duì)與骨密度相關(guān)性之間的對(duì)比，可作為后續(xù)研究。

綜上所述，HAP(Iodine)測(cè)量值不受碘對(duì)比劑影響，4期中HAP(Iodine)測(cè)量值趨于穩(wěn)定，利用能譜CT物質(zhì)分離技術(shù)，以HAP(Iodine)作為基物質(zhì)對(duì)可在平掃和增強(qiáng)掃描中測(cè)量骨密度或者研究增強(qiáng)掃描前后骨密度的變化。