定量CT在骨質疏松癥診斷中的研究進展

楊雙，肖喜剛

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院CT室，哈爾濱 150001)

骨質疏松癥是一種發病率較高的慢性骨骼系統疾病，以骨礦物質含量減少、骨骼內結構退行性變為主要特征[1]。中國居民人群低骨量及骨質疏松問題十分嚴峻，骨質疏松癥易造成骨質疏松性骨折，是導致高齡人群殘疾甚至死亡的首要原因之一[2]。早期篩查骨質疏松并干預低骨量人群具有良好的成本效益[3]。骨質疏松癥初期通常無明顯表現，而延誤骨質疏松癥的診療會增加骨折的發生風險，最終造成不可逆的骨骼系統疾病。《原發性骨質疏松癥診療指南(2017版)要點解讀》[4]、《中國老年骨質疏松診療指南(2018)》[5]及2018年The US Preventive Services Task Force[6]均認為骨密度測量在骨質疏松癥篩查方面具有重要地位。骨密度測量是中國骨質疏松癥診療的主要依據。骨密度值是評估骨質疏松癥嚴重程度的一個相對客觀的指標。定量CT是一種在常規CT基礎上測定機體骨密度的方法，可依據三維空間骨組織分布測量人體任意部位骨骼中每立方厘米體積的骨量[7]。近年來隨著多層螺旋CT技術的不斷發展，定量CT對松質骨變化高度敏感、測量結果精確，且簡便、經濟，有望廣泛用于中國人群骨密度檢測。現就定量CT在我國骨質疏松癥診斷中的研究進展進行綜述，以期為骨密度測量提供新型、可靠的方法。

1 基于定量CT的骨密度測量

1.1基于定量CT的骨密度測量技術 定量CT是基于臨床CT掃描技術的一種骨密度測量手段，在定期校準體模的基礎上，通過臨床CT機的X線衰減原理得到由掃描圖像CT值精確轉換成的羥基磷灰石的等效密度[8]。采用定量CT分析軟件測量骨密度時，可將感興趣區選定為椎體中央松質骨所在位置，以避開骨皮質、骨硬化區及椎體后靜脈區域，確保測量結果的準確性[9]。定量CT能測定骨骼的大體三維結構，避免復雜幾何立體形態對骨密度值測量的影響，減小誤差[10]。定量CT還可從多方面評價骨皮質孔隙中的多孔性結構，靈敏地區分松質骨和皮質骨，早期顯示骨骼結構的細微變化[11-12]，是目前公認的有效測量骨密度的方法。以往定量CT測定腰椎骨密度的常規方法是多層螺旋CT采集T12～L3中至少2個完整椎體的CT圖像(通常選擇L1～2椎體)，然后采用美國Mindways公司的定量CT Pro系統分析骨密度并計算得出腰椎骨密度值。美國Mindways公司的定量CT Pro測量系統是目前市場上唯一既具有獨立分析軟件，也配備體模的產品，其測量結果準確，可兼容各種CT設備。前期定量CT測量骨密度因輻射劑量較大而受到制約，但隨著科技不斷發展，已有研究表明應用多層螺旋CT進行定量CT腰椎低劑量掃描可在保證骨密度測量準確的同時降低輻射劑量[13]。輻射劑量的降低促進了定量CT在骨密度檢測領域的開展，并取得了較為顯著的成效。

1.2基于定量CT的骨密度測量優勢 雙能X線測定骨密度受操作對象、操作方法、機器品牌及測量部位的影響[14]，且檢測的是由骨皮質和骨松質組成的綜合骨密度，是三維空間分布的骨組織在二維平面的面積投影。雙能X線不能分離皮質骨和松質骨，導致所測得的骨密度值出現假性率增高[15]。目前定量CT采用的是Mindways QCT系統，保證了各機器間骨密度測量結果的一致性，并且定量CT測量的是體積骨密度，體現骨組織在三維空間的分布，單位為g/cm3或 mg/cm3，與骨骼大小無關。體積骨密度較面積骨密度能靈敏地反映骨量的早期變化，是對機體任意骨骼部位進行三維層面的測量而得出實際意義上的骨密度，且通過在CT圖像上勾畫松質骨感興趣區可排除骨質增生、周圍小關節退變、椎間盤窄小、終板硬化、主動脈硬化等因素的影響[16]。定量CT骨密度測量的精準性在于其大幅度降低了由CT掃描設備和被測量者自身差異等對測量結果的影響。多項研究表明，定量CT測量腰椎椎體骨密度的精確度明顯高于雙能X線[17-18]。定量CT選擇性測量代謝轉化率相對較高的松質骨骨密度，能夠在早期發現機體骨礦物含量以及骨細微結構的變化。相關研究證實，應用定量CT測定的骨密度值與灰重密度值顯著相關，測量出的松質骨骨密度能夠精確地反映骨代謝變化[19-21]。定量CT避免了組織重疊投影的缺點，且對軟組織改變敏感度低[22]，因此定量CT測量結果更為精準。雖然雙能X線是目前認知度和認可度最高的一種骨密度測量方法，但我國醫療機構中現有雙能X線骨密度測量儀的數量遠不能夠滿足臨床需求[23]。而CT設備在各醫療機構中較為普及，定量CT骨密度測量僅需在現有CT掃描設備上配備一套質控體模和分析軟件即可快速開展，其與臨床CT掃描同步進行不額外增加輻射劑量和掃描時間。定量CT憑借三維成像技術的優勢，可最大限度地避免由機器及人體相關因素造成的誤差，保證了檢測結果的真實性，且具有開展方便、操作簡單的優點，值得臨床廣泛推廣應用。

1.3基于定量CT診斷骨質疏松癥的理論依據 骨質疏松癥主要由于機體骨礦鹽含量降低，骨量明顯丟失導致。骨細胞、成骨細胞以及破骨細胞與骨質疏松癥密切相關。機體骨量的多少是由成骨細胞與破骨細胞的平衡決定的[24]，多種因素(如職業、性別、基因、吸煙、年齡)可影響成骨細胞和破骨細胞的活性，使骨吸收大于新骨形成[25]，從而導致全身或局部骨量減少，進而引起骨質疏松性骨折等一系列嚴重后果。骨量的變化與骨密度值呈正相關，測定骨密度值可判定機體骨量的變化情況[26-27]。骨密度值是目前公認的用來早期篩查與診斷骨質疏松癥、判定骨質疏松性骨折風險、評價骨骼疾病預后及隨訪監測的最佳評估參數[28-29]。骨量丟失通常從松質骨開始，Ohlsson等[11]建立了預測骨質疏松癥的模型并調整相關影響因素后發現，松質骨部位的骨密度較早發生改變，局部血液循環明顯較皮質骨豐富，且代謝轉化率是皮質骨的8倍。骨量丟失導致的骨密度降低最早發生在富含松質骨的部位[30]。腰椎以松質骨為主體，是人體關鍵的承重器官與日常活動支撐部位，也是骨質疏松癥最先影響的部位，腰椎骨密度可作為反映機體骨代謝狀態最敏感的指標[31-32]。因為腰椎具有定位準確、形態變異小、富含骨松質且均勻、骨骼反應較靈敏等優勢，而廣泛用于骨質疏松癥骨密度的測量。

2 定量CT在我國骨質疏松癥診斷中的研究現狀

2.1定量CT在我國骨質疏松癥診斷的推薦方法與診斷標準 以往研究證實了低劑量胸部CT與定量CT骨密度測量一站式掃描方法的可行性，該方法可以精確測量腰椎骨密度[33-35]。目前低劑量胸部CT已作為肺癌早期篩查的常規檢查方法，且大部分住院患者需進行胸部CT檢查，利用其中包含腰椎部位的CT掃描數據可以在定量CT Pro分析軟件中進行二次分析，能同時完成胸部CT檢查與腰椎椎體骨密度檢測。這種方法不會額外增加輻射劑量，有效規避了定量CT輻射劑量較高的缺點，且更加符合中國人口基數大的國情，因此被《中國定量CT(QCT)骨質疏松癥診斷指南(2018)》所推薦[23]。

目前已初步設定了中國人群定量CT腰椎骨密度的正常參考值范圍，其為定量CT的臨床應用提供了依據。《中國定量CT骨質疏松癥診斷指南(2018)》[23]指出，國際臨床骨密度學會[36]和美國放射學院[37]推薦的關于腰椎定量CT的診斷標準適用于中國人群，其標準為正常骨量：骨密度值>120 mg/cm3；低骨量：骨密度值為80～120 mg/cm3；骨質疏松：骨密度值<80 mg/cm3。李凱等[38]的研究結果證實，國際定量CT腰椎骨質疏松癥診斷標準適用于中國人群，可作為中國人群定量CT的診斷依據。目前經過嚴格質控且操作標準規范的中國定量CT骨密度測定可應用此診斷標準分析機體骨量情況進而診斷骨質疏松癥。

2.2定量CT在我國骨質疏松癥診斷中的應用 在中國CT比較普及的情況下，開展定量CT骨質疏松篩查具有重要意義。近年來我國多個地區積極開展定量CT骨密度測量的研究。由北京積水潭醫院、解放軍總醫院健康管理研究院等單位牽頭的中國健康定量CT大數據項目已在全國多個合作參與中心開展，是一項前瞻性、多中心、大樣本的隊列研究，并且此研究也已在美國臨床試驗數據庫注冊，編碼為NCT03699228[39-40]。該項目采用低劑量胸部CT結合定量CT測量腰椎骨密度，旨在通過標準化的多地區、大數據庫研究，建立符合中國人群的腰椎骨密度正常參考值數據庫，從而更好地規范定量CT在骨質疏松癥診斷中的應用，長遠目標為建立我國慢病共病精準影像評價體系、診斷標準和預測體系。此全國范圍內的多中心研究可為進一步明確中國人群骨質疏松癥的定量CT診斷標準提供更為有效的數據參考，確立更為符合中國地區人群的定量CT骨質疏松癥的精準診斷標準，同時可對不同區域人群的骨密度值差異進行多重分析對比與總結，強有力地推動定量CT在骨密度測量領域的發展，為中國骨質疏松癥人群流行病學調查研究提供數據支持。后續仍需根據研究結果進一步證實與制訂更為詳盡的診斷標準，為骨質疏松癥的規范診療提供更為科學、具體的指導。隨著由定量CT測定的中國人群正常參考值數據庫的逐步完善，定量CT技術將越來越成熟，也會更好地應用于骨質疏松癥的診斷。低劑量胸部CT與定量CT結合的一站式掃描方法在中國人群健康管理中有很大的應用價值，并已逐漸成為我國體檢人群首選的骨密度檢測方法，未來更有望結合健康管理中心相關實驗室指標進行長期隨訪研究。這種利用現有CT掃描數據與定量CT相結合的技術模式值得廣泛應用，其對我國骨質疏松癥的預防和治療具有推動意義。

應用定量CT中“3D Spine Exam Analysis”軟件進行骨骼多切面檢測是近年來研究的熱點，其可對骨骼進行多角度、不同切面層次的骨密度測量[41-42]。基于此技術，患者進行一次掃描即可同時得到骨結構的解剖圖像和骨密度值，且不增加射線劑量。利用CT圖像還可研究特定骨幾何結構及骨力學變化，對骨折風險及術前預判有輔助作用，同時可對已發生骨折的患者提供數據支持，為臨床相關診治提供強有力的指導。骨質疏松癥是成人脊柱進行性不穩定和畸形發展的重要影響因素，嚴重者往往需要進行手術治療，通過定量CT檢測骨質疏松椎體松質骨的骨密度可幫助臨床醫師制訂手術方案。OKuyama等[43]研究發現，當椎體內松質骨骨密度為(95±33.3)mg/cm3時，由于骨強度較低僅靠椎弓根螺釘內固定椎體的穩定性較差，且易發生螺釘松動、脫出，需采取其他方法以增強內固定的穩定性。定量CT可應用于機體各部位骨骼骨密度值的測量，目前對髖關節、頸椎椎骨的研究已證實了定量CT在檢測骨密度方面的多樣性和實用性，定量CT測量股骨頭與頸椎椎骨重復性較好，為髖部及頸部骨質疏松的診療提供較為可靠的依據[44-45]。對于一些慢性病(如糖尿病、類風濕關節炎[46]、獲得性免疫缺陷綜合征[47])引起的骨質疏松癥的檢測，以及這些疾病應用相關干預藥物后的療效追蹤研究也正在進行中。定量CT對骨結構細微變化高度敏感，在早期骨質疏松癥篩查及藥物療效方面具有優越性，有助于為骨質疏松癥患者制訂更有效的診療方案。隨著定量CT的臨床應用價值不斷提高，其在全身多骨骼骨密度檢測與體格檢查及骨科術前、術后、藥物治療效果評估領域有很大的發展前景和技術優勢，對我國骨質疏松癥精準評價體系的建立有重要作用。

3 小 結

骨質疏松癥人群有逐年增加并逐漸年輕化的趨勢。對于骨質疏松癥應及早進行三級預防，因此廣泛開展骨密度測量必不可少。近年來隨著定量CT技術方法的改良，國內也開展了許多關于定量CT骨密度測量診斷骨質疏松癥項目的研究。目前國內外均就定量CT在骨密度測量中的重要價值達成共識，其測量骨密度的精確性也得到驗證。中國應用定量CT測量骨密度診斷骨質疏松癥的研究已初見成效，并在現有數據基礎上初步建立了符合中國人群的腰椎定量CT診斷標準，測量方法的選擇與應用更符合中國國情。總之，定量CT在臨床中有顯著的優越性，有望逐步代替雙能X線成為常用骨密度測量的標準方法。

隨著定量CT在骨質疏松癥領域研究的深入，未來可納入骨質疏松癥相關危險因素，探究其對骨密度值變化的影響，從而為骨質疏松癥防治策略提供方向、為建立骨質疏松癥相關風險預測模型提供指導。同時在全國開展骨量丟失率及骨質疏松癥發病率的調查研究，為骨質疏松流行病學調查做出貢獻。