踝關節定量CT診斷骨質疏松癥的價值

Application value of quantitative CT in diagnosis of osteoporosis at the ankle joint

ZHU Mingl，KANG Jingxia2，HAN Guang'，LI Qiangl，LIU Xiaopengl

'DepartmentofMedicalImaging，inyiTrditionalhineseMedicineHospital，inyi76oo，hina；Departmentofedical Imaging，Linyi People'sHospital，Linyi276ooo，China.

[Abstract]Objective：ToexploretheapplicationvalueofquantitativeCT（QCT）oftheanklejointinthediagnosisof osteoporosis.Methods：Aretrospectiveanalysiswasconstructedon109patientswhounderwentconcurrent lumbarspine andanklejointCTscans.Thebonemineraldensity（BMD）ofthedistaltibia，talus，calcaneusandanklejointwasmeasured. Pearsoncorelationanalysiswasusedtoinvestigatethecorelationbetweenage，BMDofvariousmeasuredregionsoftheankle joint，and lumbar spineBMD.ROC curves were analyzed todetermine thecut-offvalues forBMD invarious measuredregions of theanklejointtopredictabnormalbonemassResults：Among the109 patients，61cases hadnormalBMD，29caseshad decreasedBMD，and19caseshadosteoporosis.TheBMDvaluesofdistaltibia，talus，calcaneus，anklejointandlumbarspine were（145.68±52.30），（271.13±61.89）， （102.10±45.52 ）， （173.31±48.30 ）and （127.73±49.40）mg/cm³ .TheBMDsof distal tibia，talus，calcaneusandanklejointshowedpositivecorelatonswithlumbarspineBMD，withthehighestcorrlationobserved between the ankle joint BMD and the lumbar spine BMD ?r=0.690，Plt;0.01 ）.While age showed negative correlations with BMDs in all measured regions，with the highest correlation observed with lumbar spine BMD（ ?=-0.725，Plt;0.01 ）. ROC curve analysisrevealedthattheanklejointBMDhadthebestdiagnosticpeformanceinpredictingabnormalbonemass，witha cut-off value of 182.6mg/cm³ and an AUC of 0.891（ Plt;0.05 ）.Conclusions：The ankle joint BMD measured by QCT is correlatedwith lumbarspineBMD，demonstratingsubstantialvalueinassessingabnormalbonemass.Theyprovideastrong alternative reference，especially when lumbar spine data are lacking.

[Key words] Tomography，X-ray computed;Bone mineral density;Lumbar spine;Ankle joint; Correlation

近年來，我國骨質疏松癥和脆性骨折的發病率持續上升[1]，據統計在50歲以上人群中，骨質疏松癥患病率女性約 29.1% ，男性約 6.5%^[2] 。骨質疏松癥及骨折患者的逐年增加一定程度上反映了我國人口的快速老齡化，加重了社會的經濟負擔[3]。因此，早期準確評估骨質疏松癥及骨折至關重要。

骨密度（bonemineral density，BMD）反映了骨骼的內在特性，在骨質疏松癥的診斷和脆性骨折的預防中具有重要意義[4-5]。臨床常采用雙能X射線吸收儀（dual-energy X-ray absorptiometry，DXA）和定量CT（quantitative computed tomography，QCT）測量BMD^[6-7] 。QCT可準確測定BMD，在腰椎及髖關節BMD測定中應用較多[8-10]，在踝關節等外周骨的應用較少，且其與腰椎BMD相關性尚不明確。本研究將QCT技術應用于踝關節，探討分析腔骨下端、距骨、跟骨及踝關節BMD與腰椎BMD的相關性，以確定診斷骨量異常的截斷值，為臨床應用研究提供依據。

1資料與方法

1.1一般資料

回顧性分析2021年1月至2024年9月在臨沂市中醫醫院同期接受腰椎及踝關節CT檢查的109例患者，男50例，女59例；年齡 21～85 歲，平均 （52.09± 16.91）歲。納入標準：均行腰椎及踝關節CT檢查，且2項檢查的間隔時間 ?1 個月。排除標準：因外傷導致測量區域骨折、炎癥及合并骨質破壞者；臨床及影像資料不全者；慢性代謝性疾病者（甲狀旁腺功能異常、腎功能不全、糖尿病）。本研究經醫院倫理委員會審核通過（批號：20240119）。

骨量異常診斷標準：腰椎 BMDlt;80mg/cm³ 為骨質疏松， gt;120mg/cm³ 為正常， 80～120mg/cm³ 為低骨量[1];本研究以 BMD?120mg/cm³ 為骨量異常[10]。

1.2儀器與方法

109例均行腰椎及踝關節CT檢查。采用Siemens Somatom Defenition AS⁺ 及Somatom Force CT 。腰椎 掃描：患者頭先進， 130kV，300mAs ，層厚 1mm 。踝關節掃描：患者足先進， 120kV，70mAs ，重建層厚 1mm 。

1.3 圖像測量

將CT掃描數據由PACS傳輸至QCT工作站。工作站軟件為美國MINDWAYSQCTPRO6.1，體模校準采用異步校準，日常按照要求定期用modle4校準體模對 120kV 及 130kV 的CT數據進行校準。使用3Dspineexam analysis功能測量 L₁，L₂ 椎體及脛骨下端、距骨、跟骨的BMD： ① 在椎體中心處勾畫ROI，測量深度 9mm ，在橫斷面、矢狀面和冠狀面盡可能多地包含骨松質（避開椎靜脈溝、骨皮質和骨贅），軟件自動得出 L₁，L₂ 椎體及其平均BMD（圖1a）。 ② 在脛骨下端、距骨及跟骨分別勾畫ROI。脛骨遠端ROI放置于橫斷面中心區域并位于骨板上方 5mm ，距骨ROI設置在橫斷面中心區域，跟骨ROI設置在跟結節上方切面，橫切面上盡量位于跟骨長軸與短軸的交點，冠狀面和矢狀面位于圖像中心區域，測量深度9mm ，避開骨皮質和異常區域（圖1b）。踝關節BMD由QCTPRO自動給出。由2位具有5年以上工作經驗的放射科醫師測量。

圖1腰椎及定量CT（QCT）踝關節骨密度（BDM）測量示意圖注：圖1a為腰椎，圖1b為踝關節。黃色○為ROI，黃色直線為相應層面

1.4統計學分析

采用SPSS27.0統計軟件分析數據。采用Kolmogorov-Smirnov檢驗分析計量資料的正態性，符合正態分布的資料以 表示。相關性分析采用Pearson相關分析。使用ROC曲線評估QCT踝關節BMD對骨量異常的診斷價值。2位醫師間的測量一致性行ICC檢驗。以 Plt;0.05 為差異有統計學意義。

2結果

2.1患者基本特征

109例患者中，男50例，女59例；平均年齡男性 （52.60±20.54） 歲，女性 （51.66±13.24） 歲。骨量正常61例（男29例，女32例），低骨量29例（男11例，女18例），骨質疏松19例（男10例，女9例）。腔骨下端、距骨、跟骨、踝關節及腰椎BMD分別為（ 145.68± 52.30）、 （271.13±61.89） 、 102.10±45.52 、 （173.31± 48.30）、 （127.73±49.40）mg/cm³ 。脛骨下端、距骨、踝關節BMD均大于腰椎（均 Plt;0.05 ）。2位醫師間測量一致性良好（ ICCgt;0.8， 。

2.2年齡及踝關節各區域BMD與腰椎BMD的相關性

Pearson相關分析顯示，腔骨下端、距骨、跟骨及踝關節BMD與腰椎BMD均呈顯著正相關（ _r=0.644 /0.586，0.606，0.690 ，均 Plt;0.05 ）。其中，踝關節BMD與腰椎BMD的相關性最高，其次是腔骨下端。4個測量區域中，距骨與踝關節BMD的相關性最高（ 0.894， Plt;0.01 ），而距骨與脛骨下端的相關性最低 （r=0.644，Plt;0.01） 。年齡與各測量區域BMD均呈負相關，其中與腰椎BMD相關性最高（ r=-0.725 ，Plt;0.01， 。

2.3踝關節各區域BMD對骨量異常診斷效能

ROC曲線分析顯示，踝關節BMD在預測骨量異常中的準確率最高，其AUC為0.891，當截斷值為182.6mg/cm³ 時，約登指數為0.622，具備較高的敏感度和特異度。此外，脛骨下端、距骨和跟骨BMD對骨量異常也有一定的診斷價值（表1，圖2）。

表1QCT踝關節BMD預測骨量異常的ROC曲線分析結果

注：QCT為定量CT，BMD為骨密度。

圖2QCT踝關節BMD預測骨量異常的ROC曲線注：QCT為定量CT，BMD為骨密度

3討論

人體骨含量在30歲左右達到峰值[12]，而后隨著年齡的增長而顯著下降。骨量和骨強度的減低，可引發骨質疏松癥及其相關并發癥，嚴重威脅患者的健康，給患者及家庭造成沉重的經濟負擔[13-14]。骨質疏松癥與老齡化密切相關，早期診斷對預防脆性骨折具有重要意義。

DXA可準確檢測BMD，被認為是骨質疏松癥臨床診斷的金標準，但部分學者提出DXA對伴骨贅或其他疾病（脊柱退行性變、椎間隙狹窄）的BMD測量具有局限性，可能會高估被檢骨的 BMD^[15-16] 。同時現有DXA測量BMD遠不能滿足臨床需求[17]。越來越多的專家發現，QCT測量的BMD與常規DXA相似，可代替DXA用于評估BMD[18-19]。Li等[20]研究認為，QCT較DXA敏感度更高。QCT作為三維BMD檢測技術，可完全消除ROI周圍軟組織和小關節的重疊對測量的干擾，且測量結果不受骨形態體積、主動脈壁鈣化、脊柱退變等影響[8]

QCT目前主要用于中央骨腰椎及髖關節BMD的測定，其在外周骨（橈骨、跟骨、脛骨）的研究應用較少[21-22]。盡管踝關節骨折是50歲以上人群中最常見的骨質疏松性骨折類型之一[23]，但很少有研究使用QCT測量踝關節的 BMD^[24] 。目前，外周骨BMD與脊柱、髖關節BMD相關性尚未明確，但骨質疏松癥患者外周骨BMD的下降速度快于中軸骨，因此，外周骨的測量可能對骨質疏松癥的早期發現具有重要意義[25-28]

本研究利用QCT對脛骨下端、距骨和跟骨的BMD進行分析，發現脛骨下端、距骨、跟骨、踝關節BMD與腰椎BMD差異顯著，不同解剖部位BMD也有較大差異，說明腰椎骨質疏松判定標準并不適用于踝關節。Chirvi等24]通過QCT測定脛骨下端、跟骨、距骨BMD發現，距骨BMD最高[ （316±86）mg/cm³] 跟骨BMD最低[ （147±51）mg/cm³] ，與本研究結果一致。沈飛霞等[29]通過分析QCT測量腰椎BMD與DXA測量跟骨BMD的相關性，發現骨質疏松組腰椎QCT測定值和跟骨SXA測定值呈顯著正相關（ r= 0.519，Plt;0.001） 。本研究中，腔骨下端、距骨、跟骨、踝關節BMD與腰椎BMD均呈正相關，其中踝關節BMD與腰椎BMD相關性最高 ，且距骨與踝關節BMD相關性最高（ _r=0.894 ， Plt; 0.01）。年齡與各區域BMD均呈負相關，其中與腰椎BMD相關性最高 r=-0.725，Plt;0.01） ，進一步印證了骨量隨年齡流失的普遍規律。上述結果提示運用QCT測得踝關節BMD可在一定程度上反應腰椎BMD，Yamada等30發現DXA測量的跟骨BMD與腰椎BMD有較好的相關性 （r=0.77，Plt;0.01） 。Zuo等[31]運用QCT測量脛骨下端、距骨、跟骨BMD，雖未進一步探討踝關節諸骨BMD與腰椎BMD相關性，但其對踝關節諸骨BMD的測量支持外周骨QCT的可行性。Liu等[32-33]也證明外周骨與腰椎之間BMD呈中等強度的相關性（r為 0.55～0.80 ）。

本研究通過ROC曲線分析腔骨遠端、距骨、跟骨及踝關節BMD均值預測骨量異常的最佳截斷值，發現踝關節BMD具有較高的診斷效能，AUC達0.891，截斷值為 182.60mg/cm³ ，敏感度和特異度均較高，表明使用踝關節QCT篩查骨量異常具有可行性。脛骨下端、距骨和跟骨的BMD也顯示出一定的診斷價值，但其效能略低于踝關節。劉齋等[34]通過分析胸椎與腰椎BMD的相關性確定了胸椎診斷骨質疏松及骨量減少的平均BMD 閾值分別為 96.59，134.75mg/cm³ 0本研究結果支持QCT測量踝關節BMD作為骨量異常替代性診斷指標的可能性，尤其適用于未行腰椎CT檢查的患者。在臨床實踐中，大量踝關節CT檢查為QCT篩查骨質疏松提供了便利。利用CT數據同步分析BMD，既能提高資源利用率，又能實現骨質疏松癥早期篩查，具有重要臨床價值。

本研究存在一定局限性：為單中心回顧性研究，樣本量較小且未根據年齡或性別分層分析，可能存在選擇偏倚及普適性局限。未來應進一步擴大樣本量，并行多中心研究以增強結果的廣泛適用性。

綜上所述，踝關節QCT測量BMD與腰椎BMD具有較強的相關性，踝關節QCT分析在骨量減少、骨質疏松癥診斷中具有一定價值，尤其是在腰椎數據缺失的情況下，踝關節BMD可提供替代性參考指標，有助于早期識別骨質疏松癥及其潛在骨折風險。

[參考文獻]

[1]CHEN P，LI Z，HU Y. Prevalence of osteoporosisin China：a meta analysis and systematic review[J].BMC Public Health，2016，16（1）：1039.

[2]ZENG Q，LI N，WANGQ，et al. The prevalence ofosteoporosis in China，anationwide，multicenter DXA survey [J].JBone Miner Res，2019，34（10）：1789-1797.

[3]CARBALLIDO-GAMIO J，YU A，WANG L，et al. Hip fracturediscriminationbasedonstatisticalmultiparametric modeling（SMPM）[J].Ann Biomed Eng， 2019，47（11）：2199-2212.

[4]WANG J，ZHOU S，CHEN S，et al. Prediction of osteoporosis using radiomics analysis derived from single source dual energy CT[J]. BMC Musculoskelet Disord， 2023，24（1） ：100.

[5]SHEN Y，SHI Y，GU X，et al. Using QCT for the prediction of spontaneous age- and gender-specific thoracolumbar vertebral fractures and accompanying distant vertebral fractures[J].BMC Musculoskelet Disord，2024，25 （1）：828.

[6]GAZZOTTI S，SASSI R，APARISI GOMEZ M P，et al. Imaging in osteogenesis imperfecta：where we are and where we are going[J]. Eur J Med Genet，2O24，68： 104926.

[7]QASIM M，LOPEZ PICAZO M，RUIZ WILLSC，et al. 3D-DXAbasedfinite elementmodelling for femur strength prediction： evaluation against QCT[J]. J Clin Densitom，2024，27（2）：101471.

[8］程曉光，盧艷慧．男性骨質疏松：一個長期被忽視的問 題[J].山東大學學報（醫學版），2021，59（6）：5-9.

[9] CARBALLIDO-GAMIO J，YU A，WANG L，et al. Hip fracturediscrimination based onstatisticalmultiparametric modeling （SMPM）[J]. Ann Biomed Eng， 2019，47（11）：2199-2212.

[10] SALZMANN S N，OKANO I，JONES C，et al. Preoperative MRI-based vertebral bonequality（VBQ）score assessment in patients undergoing lumbar spinal fusion [J].Spine J，2022，22（8）：1301-1308.

[11]程曉光，李娜.美國放射學院（ACR）關于定量CT（QCT） 骨密度測量操作指南[J].中國骨質疏松雜志，2013，19 （9） ：991-997.

[12] MA X H，ZHANG W，WANG Y，et al. Comparison of thespine and hip BMD assessments derived from quantitative computed tomography[J]. Int J Endocrinol， 2015：675340.

[1?」 SALAnI N，GHASEMI I，MUHAMMADI L，et aI. Ine global prevalence of osteoporosis in the world：a comprehensive systematic review and meta-analysis[J].J Orthop Surg Res，2021，16（1）：609.

[14]IWAMOTO J，TAKEDA T，ICHIMURA S，et al. Agerelated changes in cortical bone in men：metacarpal bone mass measurement study[J].J Orthop Sci，2000， 5（1） ：4-9.

[15]VOM SCHEIDT A，GRISOLIA SEIFERT EF，POKRANT C，et al. Subregional areal bone mineral density （aBMD） isabetter predictor of heterogeneity in trabecular microstructure of vertebrae in young and aged women thansubregional trabecular bonescore（TBS）[J]. Bone，2019，122：156-165.

[16] PYE S R，REID D M，ADAMS JE，et al. Radiographic features of lumbar disc degeneration and bone mineral density in men and women[J].Ann Rheum Dis，2006， 65（2） ：234-238.

[17] ZHANG Z Z，HU T T，WANG Y，et al.Preliminary study on the effect of lumbar axial rotation on bone mineral density measured by DXA and QCT[J].Sci Rep，2024，14（1）：20417.

[18]CHENG Q，ZHU Y X，ZHANG M X，et al. Age and sex effects on the association between body composition and bone mineral density in healthy Chinese men and women[J]. Menopause，2012，19（4）：448-455.

[19]LI Z，CHEN J，YANG J，et al. Relationship between paraspinal muscle properties and bone mineral density based on QCT in patients with lumbar disc herniation [J].BMC Musculoskelet Disord，2024，25（1）：360.

[20]LI N，LI X M，XU L，et al. Comparison of QCT and DXA：osteoporosis detection rates in postmenopausal women[J]. Int J Endocrinol，2013：895474.

[21] MAO S S，LI D，SYED Y S，et al. Thoracic quantitative computed tomography（QCT） can sensitively monitorbone mineral metabolism：comparison of thoracic QCT vs lumbar QCT and Dual-energy X-ray absorptiometry in detection of age-relativechange inbone mineral density[J]. Acad Radiol，2017，24（12）：1582- 1587.

[22]DUELFER K，SAKOW C，CHANG H，et al. Assessment of bone mineral density in the distal tibia using quantitative hounsfield samples from computer tomography[J]. J Foot Ankle Surg，2023，62（1） ：120-124.

[23]BIVER E，DUROSIER C，CHEVALLEY T，et al. Prior ankle fractures in postmenopausal women are associcrostructure alterations[J]. Osteoporos Int，2015，26（8） 2147-2155.

[24]CHIRVI S，PINTAR F A，YOGANANDAN N，et al. Trabecular bone mineral density correlationsusing QCT：central and peripheral human skeleton［J]．J Mech Behav Biomed Mater，2020，112：104076.

[25]ABDELMOHSEN A M. Comparison of central and peripheral bone mineral density measurements in postmenopausal women[J].J Chiropr Med，2017，16（3）： 199-203.

[26]EFTEKHAR-SADAT B，GHAVAMI M，TOOPCHIZADEH V，et al.Wrist bone mineral densityutilityin diagnosing hip osteoporosis in postmenopausal women [J]. Ther Adv Endocrinol Metab，2016，7（5-6）：207-211.

[27]CHIRVI S，PINTAR F A，YOGANANDAN N，et al. Trabecular bone mineral density correlationsusing QCT：central and peripheral human skeleton [J]．J Mech Behav Biomed Mater，2020，112：104076.

[28]周厚地，黎黎，劉瑤，等．單個或多個不同部位骨密度檢 測對骨質疏松癥的診斷效果評價[J]．西部醫學，2022， 34（1）：104-108.

[29]沈飛霞，鄭景晨，周素彬，等．單能X線和定量CT測量 骨密度的相關性研究[J]．中國骨質疏松雜志，2001，7 （4）：315-317.

[30]YAMADA M，ITO M，HAYASHI K，et al.Calcaneus asasite for assessment of bone mineral density：evaluation in cadaversand healthy volunteers[J].AJR Am JRoentgenol，1993，161（3）：621-627.

[31]ZUO Y，LI Q，CHENG X. Bone mineral density at the ankle measured with quantitative CT（QCT）[J].J Clin Densitom，2023，26（2）：101364.

[32]LIU X S，COHEN A，SHANE E，et al. Bone density， geometry，microstructure，and stiffness ：relationships between peripheral and central skeletal sites assessed by DXA，HR-pQCT，and cQCT in premenopausal women [J].JBone Miner Res，2010，25（10）：2229-2238.

[33]ENGELKE K，LIBANATI C，et al. Quantitative computed tomography（QCT）of the forearm using general purpose spiral whole-body CT scanners：accuracy，precision and comparison with dual-energy X-ray absorptiometry （DXA）[J]. Bone，2009，45（1）：110-118.

[34]劉齋，趙君祿，趙保根，等．胸椎QCT診斷骨質疏松 BMD 閾值的臨床研究［J]．中國骨質疏松雜志，2023，10 （29）：1442-1447.

（收稿日期2024-11-12）