胸部低劑量CT結合定量CT測量下段胸椎骨密度診斷骨質疏松

姜文蓁，張宇威，崔效楠，武雅琳，韓麗珠，葉兆祥

(天津醫科大學腫瘤醫院放射科 國家腫瘤臨床醫學研究中心 天津市腫瘤防治重點實驗室 天津市惡性腫瘤臨床醫學研究中心，天津 300060)

人口增長、老齡化加劇使骨質疏松成為全球性公共衛生問題之一[1]。我國50歲以上人群中，男性骨質疏松患病率約13.53%，女性約28.99%[2]，但獲得早期診斷干預的比例較低[3]。定量CT(quantitative CT, QCT)聯合胸部低劑量CT(low-dose CT, LDCT)測量L1及L2椎體骨密度(bone mineral density, BMD)可在不增加輻射劑量和掃描時間的情況下實現同步篩查肺癌和骨質疏松[4-5]，已被推薦用于診斷骨質疏松[6]；但胸部LDCT多不能完整包括L1及L2椎體[7]，而利用胸椎BMD診斷骨質疏松的循證證據不足。本研究基于胸部LDCT所含椎體，將胸部LDCT與QCT結合，觀察下段胸椎BMD診斷骨質疏松的效能。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性收集2020年6月—2021年3月于天津市腫瘤醫院接受胸部LDCT肺癌篩查聯合QCT BMD檢查的體檢者。納入標準：①滿足肺癌篩查標準[8]；②胸部LDCT包括完整的T9～L2椎體。排除標準：①圖像質量不佳或T9～L2存在骨折、囊性或硬化性病變；②患有影響骨代謝的疾病(甲狀旁腺功能亢進、1型糖尿病等)或糖皮質激素用藥史。另隨機抽取2019年8月—2020年1月500例于天津市腫瘤醫院接受常規胸部LDCT檢查患者的LDCT數據，重建三維圖像，觀察圖像最低層面位置。本研究經醫院倫理委員會批準(批準號：bc2022073)。檢查前受檢者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

1.2.1 圖像采集 采用Siemens 64層螺旋CT和Mindways非同步QCT系統(包括QCT PRO非同步校準組件和Model 4校準體模)進行胸部掃描。囑受檢者仰臥，雙臂上舉，于吸氣末屏氣接受掃描。常規胸部LDCT掃描范圍為自肺尖至肋膈角下緣水平，LDCT聯合QCT掃描范圍為肺尖至L2椎體下緣水平；參數：管電壓120 kV，管電流35 mAs，螺距1，FOV 400 mm×400 mm，總劑量<2 mSv。采用標準重建技術，以層厚2 mm、層間隔1 mm重建圖像，矩陣512×512。采用非同步QCT技術進行BMD分析，按照儀器使用規范定期在LDCT條件下掃描體模，對QCT系統進行校準，掃描間隔<1個月。

1.2.2 測量BMD 將胸部重建圖像導入Mindways工作站，由1名具有2年胸部影像學診斷經驗的住院醫師于T9～L2各椎體松質骨設定高度9 mm、橫截面積≥100 mm2的感興趣容積(volume of interest, VOI)，與椎體前方骨皮質及后方中央靜脈溝相距2～3 mm，見圖1；測量其BMD，計算各相鄰2個椎體BMD的均值，即BMDT9/T10～BMDL1/L2。由該醫師于3個月后隨機選取50例重復測量BMD，同時由另1名具有8年影像學診斷經驗的主治醫師進行測量。參考文獻[9]標準，以BMDL1/L2<80 mg/cm3為骨質疏松，BMDL1/L280～120 mg/cm3為低骨量，BMDL1/L2>120 mg/cm3為正常。

1.3 統計學分析 采用SPSS 25.0和MedCalc 18.2.1統計分析軟件。以Kolmogorov-Smirnov檢驗行正態性分析，以中位數(上下四分位數)表示不符合正態分布的計量資料，采用Wilcoxon秩和檢驗行組間比較；以頻數表示計數資料，組間行χ2檢驗。采用組內相關系數(intra-class correlation coefficient, ICC)分析觀察者內及觀察者間測量各椎體BMD的一致性，ICC<0.40為一致性差，0.40≤ICC<0.75為一致性中等，ICC≥0.75為一致性良好。采用Spearman相關分析觀察BMD與年齡及BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2的相關性；以Friedman檢驗分析BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2的差異，即(BMDT9/T10～BMDT12/L1-BMDL1/L2)/BMDL1/L2×100%。采用受試者工作特征 (receiver operating characteristic, ROC)曲線判斷BMDT9/T10～BMDT12/L1診斷骨質疏松的最佳截斷值，以DeLong檢驗比較其曲線下面積(area under the curve, AUC)。以Kappa檢驗分析BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2診斷結果的一致性，Kappa<0.40為一致性差，0.40≤Kappa<0.75為一致性中等，Kappa≥0.75為一致性良好。P<0.05為差異有統計學意義。

圖1 QCT測量VOI BMD示意圖 A、B.基于L1軸位(A)及矢狀位正中層面(B)CT上設置VOI； C、D.基于L2軸位(C)及矢狀位正中層面(D)CT上設置椎體VOI (紅色橢圓形區域為VOI橫截面積，黃色方形區域為VOI矢狀面面積)

2 結果

2.1 常規胸部LDCT 500例常規胸部LDCT圖像中，2例(2/500，0.40%)包含下至T10，15例(15/500，3.00%)包含下至T11，202例(202/500，40.40%)包含下至T12，255例(255/500，51.00%)包含下至L1，26例(26/500，5.20%)包含下至L2各完整椎體。

2.2 胸部LDCT聯合QCT 共納入630例聯合篩查肺癌和骨質疏松受檢者，男307例、女323例，年齡44～77歲，中位年齡65.0歲。觀察者內測量BMDT9/T10、BMDT10/T11、BMDT11/T12、BMDT12/L1、BMDL1/L2的一致性(ICC=0.998、0.998、0.997、0.997、0.999，P均<0.001)及觀察間測量結果的一致性 (ICC=0.987、0.986、0.990、0.995、0.988，P均<0.001) 均良好。BMDT9/T10、BMDT10/T11、BMDT11/T12、BMDT12/L1、BMDL1/L2分別為100.21～146.73 mg/cm3、96.20～142.50 mg/cm3、88.25～133.02 mg/cm3、81.84～124.53 mg/cm3及77.68～118.84 mg/cm3，中位值分別為120.65 mg/cm3、117.08 mg/cm3、108.19 mg/cm3、100.18 mg/cm3及95.87 mg/cm3，均與年齡呈負相關(rs=-0.310、-0.333、-0.362、-0.376、-0.367，P均<0.001)。骨質疏松患病率在全部受檢者、男性和女性受檢者中分別為28.25%(178/630)、25.08%(77/307)和31.27%(101/323)。

2.3 BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2的相關性及差異 BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2均呈線性相關，且相關系數逐漸增高，見圖2。BMDT9/T10、BMDT10/T11、BMDT11/T12、BMDT12/L1與BMDL1/L2的差異分別為25.32(16.26，35.66)%、20.84(13.68,31.05)%、11.60(6.38,18.98)%及4.95(1.46,9.11)%，總體差異有統計學意義(χ2=1 407.285，P<0.001)，兩兩比較差異均有統計學意義(P均<0.001)。

2.4 BMDT9/T10～BMDT12/L1診斷骨質疏松的效能 BMDT9/T10～BMDT12/L1診斷骨質疏松的AUC逐漸增大；BMDT9/T10與BMDT10/T11診斷骨質疏松的AUC差異無統計學意義(Z=1.78，P=0.08)，其余各椎體BMD的AUC差異均有統計學意義(Z為2.93～5.06，P均<0.05)，尤以BMDT12/L1診斷骨質疏松效能最高(AUC=0.990、0.992)。見圖3及表1。BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2診斷的一致性中等至良好(P均<0.001)，見表2。

圖2 全部受檢者BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2相關性散點圖

圖3 胸椎BMD診斷骨質疏松的ROC曲線

3 討論

低劑量QCT測量BMD的準確性逐漸提高[10-11]，使得胸部LDCT聯合QCT成為測量BMDL1/L2的可行方法[7]。CHENG等[2]采用該方法對接受肺癌篩查人群篩查骨質疏松，發現50歲以上男性和女性骨質疏松患病率分別為13.53%和28.99%。本研究發現男性和女性骨質疏松患病率分別為25.08%和31.27%，男性患病率高于上述研究，原因可能由于本研究中男性受試者中位年齡較高，而年齡與BMD呈負相關。

王勇朋等[7]觀察700例無癥狀體檢者的常規胸部LDCT圖像，發現圖像底部層面多為T12～L3椎體水平，約11.57%向下包含完整的L1及L2椎體。本研究常規胸部LDCT底部層面為T11～L3水平，僅約5.20%向下包含完整L1及L2椎體，提示在大部分常規胸部LDCT中難以測量BMDL1/L2，無法用于篩查骨質疏松。

測量胸椎BMD具有良好的可重復性[12]，且胸椎自上而下BMD呈遞減趨勢[13]。本研究發現，觀察者內及觀察者間測量BMDT9/T10～BMDT12/L1的一致性均良好，自上而下，根據胸椎BMD診斷骨質疏松與BMDL1/L2診斷結果的一致性逐漸增高。BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2均呈正相關，且相關系數自上至下逐漸增高而與BMDL1/L2差異逐漸減低，提示某組相鄰胸椎與L1及L2位置越接近，其BMD均值與BMDL1/L2相關性越強而差異越小，診斷骨質疏松的效能越高。潘亞玲等[14]利用BUDOFF等[15]建立的胸腰椎BMD之間的線性模型將BMDT12校準為BMDT12*，BMDT12*/L1與BMDL1/L2診斷骨質疏松的一致性高于校準前，但診斷敏感度(83.08%)相對較低，漏診率達16.92%；原因可能該線性模型基于心臟CT所示3個連續胸椎(一般為T7～T9或T8～T10)和腰椎(L1～L3)而建立，用于校準BMDT12可致偏差。本研究初步建立了BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2之間的線性模型， ROC曲線顯示，BMDT12/L1診斷骨質疏松的效能最高(AUC=0.990)，敏感度和特異度分別為97.75%和91.81%，診斷效能佳，為研究以胸椎代替腰椎篩查骨質疏松提供了新思路。

表1 BMDT9/T10～BMDT12/L1診斷骨質疏松的效能

表2 BMDT9/T10～BMDT12/L1與BMDL1/L2診斷骨質情況的一致性(例)

本研究的局限性：①單中心研究，且僅針對中老年人；②所獲診斷截斷值有待優化。

綜上所述，胸部LDCT結合QCT測量下段胸椎BMD診斷骨質疏松效能良好；難以測量腰椎BMD時，可選擇位置最低的某組可測量胸椎加以替代。