低剂量胸部CT与QCT椎体骨密度测量一站式扫描可行性研究

王勇朋， 阳琰， 何生生， 钱堃， 程晓光

低剂量胸部CT肺筛查能早期发现肺癌，显著降低病死率、又显著降低患者辐射剂量，广泛应用于健康体检[1]。骨质疏松为常见骨代谢疾病，表现为骨量减少及骨微小结构改变，导致骨脆性增加，容易发生骨折，早发现、早诊断、早治疗可以减少骨折的发生率及致残率。随着全民健康意识提升，健康体检同时要求低剂量胸部CT肺筛查、椎体骨密度测量人群不断增大。本研究探讨低剂量胸部CT筛查与定量CT(quantitative computed tomography，QCT)骨密度测量一站式扫描的可行性。

材料与方法

1.临床资料

搜集本院2016年5月-12月在一个月内既行低剂量胸部CT(80 mA)、又因其他原因行腰椎CT(250 mA)的患者共40例(扫描范围均覆盖T12～L2)，其中男23例，女17例，年龄27～75岁，平均48.4岁。QCT测量T12～L2椎体骨密度并分析结果。

回顾性分析本院2016年5月-2017年10月360例无症状体检者骨密度资料，年龄20～85岁(平均36.84岁)，其中男313例，女47例。分析T12/L1与L1/L2椎体骨密度均值的相关性、并比较筛查法(依据T12/L1椎体骨密度均值)与推荐法(依据L1/L2椎体骨密度均值)诊断骨密度结果的一致性。参照中国人骨质疏松症诊断标准专家共识(第三稿.2014版)[2]：QCT骨密度绝对值≥120 mg/cm3为正常、80～120 mg/cm3提示骨量减少、≤80 mg/cm3诊断骨质疏松。

病例纳入标准：所有病例均经临床和其他相关检查排除影响骨代谢的慢性病(如甲状旁腺病变、恶性肿瘤等)、陈旧性椎体骨折及服用引起骨代谢的药物(如激素类等)者。

低剂量胸部CT扫描：一组(北京等7家医院)多中心低剂量CT肺筛查资料，抽取每家医院检查尾号为1、5的前100例筛查者(共700例)，看图软件(RadiAnt DICOM Viewer)冠状面、矢状面重建其原始图像，观察图像最低层面位置。位置定义：椎体平均分为四等份，中间两份为中部；椎间隙平均分两份，椎体上1/4+相邻1/2椎间隙为上部；椎体下1/4+相邻1/2椎间隙为下部。扫描范围至L1下部或以下者，就满足T12、L1椎体骨密度测量要求。

欧洲脊柱体模(European Spine Phantom，ESP)(编号N0145，德国ORM公司生产)：由环氧树脂制成的塑料加上其他各种成分达到水和骨等效的固体材料组成，三个标准椎体的松质骨的羟基磷灰石密度分别是：L150 mg/cm3、L2100 mg/cm3、L3200 mg/cm3。QCT测量椎体骨密度并计算骨密度准确度误差。

2.检测设备及方法

CT扫描：选用GE Optima CT680 Series CT机，ESP及患者头先进，目标区域置于校准体模上，体模区域无任何异物。扫描参数：管电压120 kV，机架转速0.6 s/r，层厚5 mm，螺距0.984，扫描视野(scanning field of view，SFOV)50 cm，床高130 cm(固定)，ESP及40例患者管电流：250 mA和80 mA；360例体检者管电流为80 mA。重建方式：矩阵 512×512，标准算法，显示视野(displaying field of view，DFOV)40 cm，重建层厚1.25 mm。

骨密度测量：将1.25 mm重建数据传送到Mindways工作站，QCT PRO TM 3D 脊柱骨密度应用模块(版本4. 0)椎体骨密度测量，自动设置兴趣区(ROI)，三平面定位，ROI尽可能位于椎体中部松质骨区，避开骨岛、椎体后中央沟等影响骨密度值区域。

3.统计学方法

结 果

ESP不同椎体骨密度准确度误差均呈正态性分布，250 mA和80 mA两组间ESP “L1、L2、L3”椎体骨密度准确度误差差异均无统计学意义(表1)。

表1 ESP椎体骨密度准确度误差结果 (%)

250 mA和80 mA两组40例患者椎体骨密度数据均呈正态性分布，两组间T12、T1、L2骨密度差异均无统计学意义(表2)。

表2 40例患者椎体骨密度结果 (mg/cm3)

360例无症状体检者T12/L1与L1/L2骨密度均值均呈正态性分布，骨密度均值分别为157.104±33.480、153.352±33.299，二者具有明显相关性(r=0.988，P<0. 05)。筛查法与推荐法评估骨密度一致性好(Kappa=0.747，P<0. 05，表3)。

表3 筛查法与推荐法诊断骨密度结果

700例肺筛查者低剂量胸部CT底部层面位置结果(图1)：59%覆盖至L1下部或以下(比例位于饼内)，36.57%覆盖至T12中部～ L1中部(比例位于饼外非分离区)，仅4.43%覆盖至T12上部或以上(分离区)。

图1 低剂量胸部CT底部层面位置饼状图。

图2 扫描前质控，上方椭圆状质控体模，下方平板状校准体模。 图3 扫描时被检部位置于校准体模上，校准体模内包含5个不同标准密度圆柱体。

讨 论

1.QCT骨密度测量原理[3]

利用临床CT机的X线吸收原理，通过扫描前的质量控制及扫描过程中被检测部位与校准体模一起行CT扫描，被检部位的X线衰减信息通过校准体模转化成羟基磷灰石(K2HPO4)等效密度(图2、3)。QCT骨密度测量相比双能量X线骨密度测量具有一定优势，临床用于诊断骨质疏松、评估骨折风险，以及评价临床用药后疗效等[4-6]。然而，辐射剂量大是限制其临床应用的主要因素。早期采用CT单层扫描降低辐射剂量，单层扫描不能满足3D QCT骨密度测量要求。随后，研究者通过改变扫描参数(降低管电压或管电流)以降低检查者的辐射剂量[7-8]。国际临床骨密度学会(the International Society for Clinical Densitometry，ISCD)2007 推荐[4]：通过减少扫描范围以降低辐射剂量，推荐扫描范围仅包含L1、L2椎体，测量L1、L2椎体骨密度并取均值进行评估全身骨密度，其中任何一个椎体病变，用T12或L3椎体代替病变椎体。

2.低剂量胸部CT椎体骨密度测量评估全身骨密度的可行性

目前，国内外均采用腰椎扫描条件测量L1、L2椎体骨密度来用于估全身骨密度及预测骨折风险，低剂量胸部CT扫描条件的测量结果能否适合当前的诊断标准是本研究的前提。ESP作为国际公认的骨密度测量评估标准，主要用于骨密度测量仪的标准化和不同仪器间的相互校准，也适用于同一仪器不同条件间的相互校准[9]。本研究中常规腰椎CT、低剂量胸部CT两组间ESP “L1、L2、L3”椎体骨密度准确度误差均无统计学差异，说明管电流对QCT骨密度测量值影响不明显。临床40例患者T12、L1、L2椎体骨密度结果也印证这一观点。管电流(mA)减低，噪声增加，CT值将随之增加[10]，校准体模中5种不同标准密度能确保骨密度测量值的一致性。降低管电流，辐射剂量将随之减少，研究结果与文献结论相一致[8]。因此，低剂量胸部CT椎体骨密度测量可以用于评估全身骨密度及预测骨折风险，同时患者辐射剂量降低。

3.T12/L1骨密度均值替代L1/L2骨密度均值评估全身骨密度的可行性

本研究中T12/L1与L1/L2骨密度均值间存在明显相关性，骨密度均值T12/L1稍高于L1/L2，依据T12/L1骨密度均值的筛查法与依据L1/L2骨密度均值的推荐法对360例体检者评估骨密度结果的一致性好。而且，当前骨密度测量临床主要应用是筛查骨密度异常并评估骨折风险，而对于某一临界点诊断骨质疏松并不是主要的[11]。因此，T12/L1骨密度均值可以替代L1/L2骨密度均值评估全身骨密度。

4.一站式扫描法与传统方法剂量、医疗成本及患者时间的比较

一站式扫描法：仅行一次低剂量胸部CT扫描，扫描范围最少至L1下部，能同时完成低剂量胸部CT肺筛查及椎体骨密度测量。传统方法为分别行低剂量胸部CT、腰椎CT(范围仅包含L1、L2)两次扫描。相比传统方法，一站式扫描可以节省患者CT检查费用及时间。

有效剂量= 剂量长度乘积(dose length product，DLP)×权重因子；DLP=容积CT剂量指数(CTDIVOI)×扫描长度，由公式得出：扫描长度与有效剂量成正相关，减少扫描长度，辐射剂量将随之减少。笔者抽取北京等7家医院体检中心共700例肺筛查者低剂量胸部CT底部层面位置(图1)，其中59%的筛查者扫至L1下部或以下，此类筛查者无需增加剂量，直接可以完成肺筛查及全身骨密度评估；36.57%筛查者扫至T12中部～L1中部，相比传统法可以减少一次定位像及重叠区域扫描，剂量降低；剩余仅4.43%的筛查者，虽然没有减少扫描范围，骨密度测量采用低剂量扫描条件，相比传统法剂量没有明确增加。因此，一站式扫描法相比传统法，既可以节约医疗成本及患者的时间，还可以降低有效辐射剂量。

综上所述，低剂量胸部CT与QCT椎体骨密度测量一站式扫描，即能同时完成肺筛查及评估全身骨密度，又可以降低辐射剂量、节约医疗成本及患者的时间。本研究不足之处在于，360例椎体骨密度资料中女性仅47例，需在今后进一步研究中补充女性骨密度数据。