能谱CT定量钙(水)密度技术对腰椎椎体内及椎体间骨密度差异的研究

陈　靖，郑邵微，苗延巍，刘爱连，刘义军

(大连医科大学附属第一医院 放射科，辽宁 大连 116011)

能谱CT定量钙(水)密度技术对腰椎椎体内及椎体间骨密度差异的研究

陈靖，郑邵微，苗延巍，刘爱连，刘义军

(大连医科大学附属第一医院 放射科，辽宁 大连 116011)

目的探讨受检者腰椎椎体内不同感兴趣区(ROI)的骨密度差异和L1～3椎体在不同年龄段间的骨密度差异，来完善能谱CT定量钙(水)密度技术在腰椎测量方面的方法，并了解各腰椎椎体骨密度随年龄变化的差异。方法筛选2013年1月—2014年12月期间行腰椎CT能谱GSI扫描的男性237例，按10岁为一个年龄段分为6组。由两位放射医师分别测量L1～3椎体上中下3个层面的钙(水)密度，应用方差分析组内差异；同时分别计算L1～3椎在不同年龄段的平均值，应用方差分析每个年龄段各椎体骨密度的组间差异。结果L1～3椎体上中下3个层面骨密度分别为(mg/mL)：L1：54.94±8.82，58.22±6.19，59.92±5.78；L2：55.38±7.67，56.66±8.48，60.23±6.80；L3：54.67±7.69，55.89±5.78，58.75±4.83；每个椎体内3个层面间比较，差异均有显著性意义，腰椎最上层面密度最低。50～59岁和60～69岁年龄段L3椎体骨密度(54.26±6.14)mg/mL，(45.2±9.88)mg/mL低于L1、2椎体骨密度为(57.24±6.93)mg/mL，(48.16±10.36)mg/mL，L2为(55.82±7.65)mg/mL，(47.81±10.23)mg/mL，70～79岁L1～3椎各椎体骨密度均略有回升。结论腰椎椎体内骨密度存在区域性差异，L3椎体可以作为老年骨质疏松筛查的首选椎体。

计算机断层成像；钙(水)密度；能谱成像；腰椎

[引用本文]陈靖，郑邵微，苗延巍，等. 能谱CT定量钙(水)密度技术对腰椎椎体内及椎体间骨密度差异的研究[J].大连医科大学学报，2015,37(3)：289-292.

近年来，骨质疏松越来越被研究人员所重视，它反应了患者骨结构的退变和骨强度的下降，其严重的并发症脊柱压缩性骨折更是大大影响了人们的生活质量。能谱CT定量钙(水)密度测量技术是近几年出现的一种可以简单而有效的测量骨密度的新技术。其原理是通过瞬时高低电压切换，对配对基物质进行密度成像，获得钙(水)密度比值图，并利用其衰减变化，分析骨中钙的含量。能谱CT定量钙(水)密度测量技术在骨密度测量方面的临床应用正在逐步开展。为了能够更好的完善测量方案，本研究通过测量不同年龄段健康男性L1、L2、L3椎体骨松质的钙(水)密度以及同一腰椎椎体不同层面骨松质的钙(水)密度差异，来探讨此技术在腰椎骨密度测量时的具体方法及椎体的选择，并同时探讨椎体内密度差异的意义。

1　资料与方法

1.1研究对象

本研究经过院伦理委员会讨论批准。回顾性分析2013年1月—2014年12月期间在大连医科大学附属第一医院行腰椎CT(GE Discovery CT750 HD)能谱成像(Gemstone Spectral Imaging，GSI)扫描的成年男性病例，通过回顾临床病理和电话询问采集临床信息。所选病例无手术、肿瘤病史，有下列影响骨密度的疾病者不纳入研究：内分泌疾病、肾病、消化系统疾病、风湿免疫疾病、营养不良、慢性感染性疾病、脊髓疾病、先天性骨骼畸形、神经或肌肉疾病和心脑血管疾病后遗症影响四肢活动等；CT影像有显著增生、楔变等病例不纳入研究。最终共有237例纳入，年龄范围20～79岁，平均年龄(51.7±9.46)岁。按10岁为一年龄段分为6个年龄组：20～29岁(22例)，30～39岁(37例)，40～49岁(42例)，50～59岁(53例)，60～69岁(36例)，和70～79岁(47例)。测量前1周内均未行CT增强检查。

1.2CT扫描方法及参数

研究组使用能谱扫描(Discovery CT750 HD： GE Healthcare WI)，层厚1.25 mm， 间隔1.25 mm， 速度39.37 mm/r ， 旋转时间0.8 s。扫描参数140 kVp和80 kVp瞬时切换，550 mA的电流，管间距1.375∶1，旋转时间为0.8 s，平均CTDI 18.28 mGy。

1.3定量分析

用Advantage Windows 4.5 图像后处理工作站将原始图像重建成1.25 mm层厚、1.25 mm层间距的钙(水)密度图像。由两名有5年放射工作经验的主治医生分别进行测量，将椎体分为上中下3部分，上下两部分ROI分别选择距离椎体上下面骨皮质约2.5 mm处，中间部选择椎体的中心层面,层面选择见图1。兴趣区(region of interest,ROI)大小约90～100 mm2，距离同层面椎体边缘3 mm以上，避开椎后静脉丛和骨岛等影响因素；每个层面的测量取平均值，获得该椎体的钙(水)密度值，见图2。

图1　L3椎体上中下3部位层面选择Fig 1 L3vertebra level selection (upper, middle, lower)

图2　在椎体中心层面选取3个圆形的感兴趣区及所形成的钙水密度散点图Fig 2 Three ROIs in the middle level of vertebra body and the relevant calcium(water) density scatterplot

1.4统计学方法

2　结　果

2.1各腰椎不同部位钙(水)密度值

L1～3椎体各部分骨松质密度的测量结果，见表1。L1～3各椎体上中下3部分骨密度不同，椎体下部骨密度均为最高，上部骨密度均最低，中间部分骨密度居于二者之间，L1～3每个椎体内3个部位骨密度比较差异有显著性意义(P<0.05)。

2.2L1～3椎体钙(水)密度值与年龄的关系

L1～3椎体钙(水)密度在各年龄段的值见表2、

图3。L1椎钙(水)密度值20～29及30～39岁年龄段组间比较差异无显著性意义(P>0.05)，其余各组间比较差异均有显著性意义(P<0.05)。50～69岁L3椎体钙(水)密度值最低，在70岁之后L1～3椎钙(水)密度值略有回升，其中L3椎体反弹最明显。

表1　L1～3椎体松质骨不同部位密度测量结果Tab 1 L1～3vertebral cancellous bone density measurement results　(mg/mL)

表2　各年龄段L1～3椎钙(水)密度值Tab 2 L1～3vertebrae calcium (water) density in each age group　±s，mg/mL)

图3　各年龄段L1～3椎钙(水)密度值Fig 3 L1-3vertebrae calcium (water) density in each age group

3　讨　论

原发性骨质疏松症是老年的常见病、多发病，其引发的骨质疏松型骨折，给患者及家属带来巨大痛苦和沉重负担。全世界约1/3的女性和1/5的男性可发生骨质疏松型骨折，其中腰椎骨折占此型骨折的50%以上[1]。早期预测、诊断并给予干预性治疗可大大降低此种疾病的发生。能谱CT的基物质成像技术是近几年新开发的能够简单准确的测量骨密度的新技术。它通过高低瞬间切换技术，获得两组能量数据进行基物质密度成像，基物质并不一定是组织真实所含有的物质，只是用以表达该组织的X线衰减，但当基物质对恰好是组织中含有的两种主要成分时，可以反映组织内该物质的相对含量。陈靖等[2]利用CT能谱定量分析腰椎中钙的含量，证明了此方法与骨密度测量的“金标准”双能X线骨密度仪的一致性，因此可以选择应用钙和水作为配对的基物质，测量钙(水)密度值，以获得骨小梁中钙的含量来达到间接的评估骨密度的目的。

能谱CT基物质成像技术作为一种全新的成像方法，在腰椎测量上的具体操作方案需要完善，对腰椎骨密度测量的细节需要探讨。

首先由于女性受绝经期影响，男女骨密度随年龄变化不同[3]，应该分开研究,本文选择男性人群进行研究。本研究发现成年男性L2、3椎体的钙(水)密度值随年龄增长而降低，此结果与以往应用其它骨密度测量方法结果基本相同[4-6]：峰值在20～29岁年龄段，并且可以持续到40岁之前，之后骨密度随着年龄增长而显著下降。其主要原因为在青春期，生长激素、胰岛素样生长因子和性激素明显增加，它们协同控制生长、增加肌肉质量、影响骨骼钙质沉积[7]。睾丸酮对骨小梁矿物质沉积也有重要作用，Meier等[8]通过对30～92岁健康男性受试者的研究中发现游离睾酮水平和脊柱骨小梁骨矿物质含量之间存在相关性。L1椎体的骨密度变化与L2、3椎体略有不同，在30～39岁和50～59岁两个年龄组骨密度值略高于其前一个年龄组，但20～29岁和30～39岁两个组比较差异无显著性意义，50～59岁骨密度略回升可能与骨质增生有关[9]。本研究还显示50～59岁和60～69岁这两个年龄段L3椎体骨密度最低，明显低于L1、2椎体，提示在预测老年人骨质疏松的时候，可以首先选择L3椎体作为测量部位，比较敏感。在70岁以上人群L1～3椎骨密度略有回升，其中L3椎体骨密度回升最明显。这可能是由于腰椎骨质增生及周围异常组织钙化有关。国外已经有研究发现，腰椎间盘的退行性改变、骨质增生及运动终板硬化症都可能导致男性腰椎骨密度的假性增生[9]。这是导致椎体密度增高的主要原因。

本研究关于椎体的选择：由于L1～3椎体形态较规整、骨小梁分布较均匀，其中L1、2椎体是压缩性骨折的好发部位[10]，本研究选择此处希望能够了解更多腰椎骨小梁内部的结构情况；而且正常情况下松质骨的代谢活性是皮质骨的8倍，Adams[11]认为以松质骨的骨密度变化比皮质骨敏感，故测量松质骨的骨密度可较早反映出体内骨矿含量的变化。ROI选取椎体内骨密度均匀的位置，避开血管沟和骨岛，在测量层面采取多次测量取均值的方法，避免测量的误差。

本研究发现L1～3椎体上、中、下3部分钙(水)密度不相同(P<0.05)，3节腰椎椎体均显示上部骨密度最低，下部骨密度最高，中间部位骨密度介于二者之间。这与Engelke等[12]的测量结果有不一致的地方，他们认为腰椎中间层面骨密度最高，但是也有相同的地方，那就是腰椎上部的骨密度最低，这就很好地解释了腰椎压缩性骨折好发于腰椎椎体上部的原因[13]。测量腰椎骨密度的时候可以测量L3椎体上部，此处是老年人骨密度最低的部位。

本研究样本量有限，并且是单一地区的研究结果，仅反映了我国小部分地区健康男性的基本情况，其结果需要更大样本量的多中心研究进行证实；另外，如吸烟，酗酒和运动等影响骨密度的一些因素并没有考虑到，这可能会影响研究结果。此外，由于无法获得大样本的同一病例的能谱CT检查和其他骨密度检测方法(如双能X线和QCT)的评估结果，基物质测量结果不能直接与其他骨密度评估方法进行比较，仅能参考其他研究，获得本研究的结果和与先前其他骨密度评估方法的研究结果吻合。最后能谱CT的相对高辐射剂量问题也是限制其应用的主要瓶颈，随着低剂量能谱CT技术的发展，可以有效的

降低剂量而扩大临床应用范围。在第二代GSI扫描模式中，自适应迭代重建技术(ASIR)光谱成像剂量约减少30%，从而有望广泛的应用[14]。

[2] 陈靖,董越,葛莹,等.探讨能谱CT 宝石能谱成像技术用于骨密度测量的可行性[J].中国医学影像技术,2013,29(1):133-137.

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Intra and inter vertebral calcium (water) density variation measured by Gemstone Spectral Imaging

CHEN Jing, ZHENG Shao-wei,MIAO Yan-wei,LIU Ai-lian,LIU Yi-jun

(DepartmentofRadiology,theFirstAffiliatedHospitalofDalianMedicalUniversity,Dalian116011,China)

Objective To discuss calcium (water) density [DCa(Wa)] variation of the same lumbar vertebral body (L1, L2and L3) in different levels and evaluate correlation between L1-3DCa(Wa)and age by gemstone spectral imaging(GSI). Methods This study included 237 male patients who underwent spinal GSI examination with spectral CT (Discovery CT 750HD, GE). They had no trauma, surgery, tumor or other diseases affecting bone mineral density (such as metabolic or endocrine diseases, chronic renal failure, diseases of the spine, etc). All patients were divided into six groups according to age (20-29, 30-39, 40-49, 50-50, 60-69, over 70). All patients were measured the DCa(Wa)in L1-3vertebral bodies of different levels by two radiologists. ANOVA study was used to analyze the variance within the vertebra of three levels and the variance among vertebra (L1-L3) in different ages. Results In every vertebra (L1-L3), the DCa(Wa)values in three levels were statistically significant; the upper level of vertebra (L1-L3) was the lowest. In age 50-69 group, the L3vertebral body DCa(Wa)was the lowest; in age 70-79 group, all vertebra (L1-L3) DCa(Wa)values increased slightly. Conclusion There are DCa(Wa)value differences in vertebral body (L1-L3). L3vertebral body can be used as the preferred senile osteoporosis screening vertebral body.

computed tomography(CT); calcium (water) density; GSI; lumbar vertebra

论著10.11724/jdmu.2015.03.21

陈 靖(1978-)，女，辽宁大连人，主治医师。E-mail：chenjing348@sina.com

郑邵微，主治医师。E-mail：chouxiong@sohu.com

R445.3

A

1671-7295(2015)03-0289-04

2015-03-26；

2015-05-11)