赵明月，刘义军，张子敬，魏巍，刘磊

骨密度(bone mineral density,BMD)全称是骨矿物质密度，是骨骼强度的一个重要指标[1]，会随着年龄的增长发生改变。BMD降低是发生某些骨类疾病的重要相关性因素，大多数椎体脆性骨折发生在骨量减少的个体中，强调了早期发现高危患者的重要性[2-3]。随着社会逐渐老龄化，骨质疏松已成为影响人类健康生活的重要因素之一[4]，是医疗领域中的一个严峻挑战，因此对骨密度的测定是近年来临床研究的热点。

骨矿物质主要成分是羟基磷灰石(Hydroxylapatite,HAP)，测定HAP的含量可得出BMD值[5]。基于能谱CT物质分离技术在平扫和增强扫描中经过高低两组电压扫描的图像均可表达为两种物质的密度图，物质密度图像中每一个体素反映了相应的物质成分信息[6-7]，可作为测量骨密度的一个新方法。目前大部分采用HAP和水(Water)、HAP和脂肪(Fat)作为基物质对BMD进行分析[8-10]。临床上许多患者会定期接受能谱CT腹部增强扫描，产生大量的影像数据，可使其成为回顾性BMD测量方法，在进行疾病评估的同时获取骨密度信息以监测诸如与治疗相关的骨量多少等变化[2]，避免额外的骨密度专项检查。本研究利用能谱CT腹部平扫与增强影像进行评价BMD的表达方法，因为增强扫描中使用碘类对比剂，故选用HAP和碘(Iodine)、HAP和水(Water)、HAP和脂肪(Fat)作为基物质对行回顾性研究，探讨在增强扫描中碘对比剂对3种基物质对密度测量值的影响。

材料与方法

1.研究对象

选取2018年12月-2019年12月接受全腹部能谱(GSI)增强扫描患者214例，男135例、女79例，年龄16～85岁，平均(51.71±16.30)岁，入选标准：无腰椎外伤史、手术史及其他影响骨密度的疾病(如风湿类疾病、内分泌疾病、长期使用激素或椎体显著增生破坏病变等)。

2.检查方法

所有受检者均接受能谱CT的GSI模式行全腹部增强扫描。扫描参数：管电压80～140 kVp瞬切、管球转速0.6 s/r、螺距0.992:1、SFOV50 cm、扫描层厚5 mm、重建层厚1.25 mm mono图像。采用规范个体化碘对比剂注射方案。基于患者体重计算碘摄入量：500 mgI/kg，速率=(对比剂用量+生理盐水用量)ml/25 s，应用碘海醇(350 mg I/mL)或碘佛醇(320 mg I/mL)对比剂，使用Ulrich双通道高压注射器经肘正中静脉注射，对比剂注射完毕后再以相同流率注射生理盐水[11]。在AW4.7工作站上利用1.25 mm mono图像重组4期的HAP(Iodine)、HAP(Water)和HAP(Fat)密度图像，选取第三腰椎(L3)椎体中间层面较均匀、无异常的骨松质放置感兴趣区(ROI)，ROI与椎体边缘距离>5 mm，避开椎体静脉丛和骨岛等结构[12](图1)，测量椎体中间上下连续3个层面，ROI大小保持100 mm2左右一致，取3次测量平均值，HAP(Iodine)、HAP(Water)、HAP(Fat)密度测量值单位分别用2 mg/cm3、mg/cm3、mg/cm3来表示。

图1 HAP(Iodine)基物质对图像及腰椎椎体骨松质ROI选取示例，增强图像中无碘对比剂显影。a)平扫期;b)动脉期;c)静脉期;d)延迟期。

3.统计学分析

结 果

患者第三腰椎椎体骨松质各期HAP(Iodine)、HAP(Water)、HAP(Fat)值均符合正态分布，4期HAP(Iodine)值间差异均无统计学意义(P>0.05，表2)，增强3期与平扫期HAP(Iodine)值偏差接近于0(表1)；4期HAP(Water)值间差异均有统计学意义(P<0.05，表2)，增强3期与平扫期HAP(Water)值偏差为24.3%、33.3%、22.1%左右；4期HAP(Fat)值间差异均有统计学意义(P<0.05)，增强3期与平扫期HAP(Fat)值偏差为17.4%、23.9%、15.8%左右。增强3期HAP(Iodine)密度测量值与碘摄入量均不存在相关性(P>0.05，图2)。

图2 增强3期HAP(Iodine)值与碘摄入量的相关性分析散点图(r=0.021、0.018、0.028，P=0.762、0.796、0.682)。a)动脉期;b)静脉期;c)延迟期。

表1 四期HAP(Iodine)、HAP(Water)、HAP(Fat)测量值

表2 四期HAP(Iodine)、HAP(Water)、HAP(Fat)测量值两两比较

讨 论

目前临床上测量BMD的影像学方法有DXA、QCT、定量超声、MRI、能谱CT等，其中DXA是应用最广泛的方法之一，是公认测量BMD的“金标准”[13-14]，但是该方法是区域内面积密度测量，不能区分骨皮质与骨松质，受骨皮质等影响不能完全准确的反映骨密度随年龄的真实变化[5,15]，有一定的局限性。近年来能谱CT得到了广泛的临床应用，GSI成像模式开创CT定量分析新阶段[16]，学者提出了利用腹部能谱CT成像测量椎体的骨密度，逐渐成为一种骨密度的新兴测量方法。采用能谱CT进行骨密度测量能排除骨皮质等影响，测得数值接近真实值，更具有代表性[17-18]，同时可利用腹部CT检查行骨密度分析，避免患者的二次检查或二次辐射。

能谱CT中物质分离技术的原理是任何一种组织都可由另外两种基物质来表达[19]，基物质对的选择原则上是没有局限的，可选择自然界中的任意两种物质[20]，利用两种基物质对X线的衰减来反映感兴趣区内物质成分的衰减[21]，当恰好是组织中含有的主要成分时基物质密度图的测量值就能反映组织中该物质的相对含量，从而对组织有关指标做出相对定量的表达[22]且对组织的鉴别具有一定的特异性，因此基物质对的选择应尽量与被检测对象组成部分相似[9]。腰椎是骨量减少最常见、较早发生的部位，骨松质对骨量的减少较为敏感[23]，腰椎椎体富含均匀的骨松质，因此腰椎椎体骨松质为测量骨密度的常用位置[24]。腰椎的组成物质主要有HAP、水、脂肪、钙等，HAP的含量决定了椎体的骨密度[25]，本研究选择无明显病变的第三腰椎椎体中部层面骨松质作为骨密度测量部位，感兴趣区(ROI)置于均匀的骨松质上，尽量避免异常区域[26]。

近来研究表明基于能谱CT物质分离技术测定含羟基磷灰石(HAP)基物质对的密度值[1,8-9,27]可间接反映骨质随年龄的变化，预测诊断骨量减少、骨质疏松症的密度值阈值，为BMD的测量提供新的方式。能谱CT检查的普及，很多患者不需要进行额外的骨密度(DXA等)检查，仅接受过能谱CT扫描即可获得相关骨密度的信息，减少了额外的辐射剂量和费用。此外扫描分为平扫和增强扫描，增强扫描一般都采用碘类对比剂，故选择HAP和碘(Iodine)、HAP和水(Water)、HAP和脂肪(Fat)作为基物质对进行研究，通过比较增强扫描前后骨质中 HAP(Iodine)、HAP(Fat)、HAP(Water)密度值，旨在探究增强扫描中碘对比剂是否会对其密度测量值产生影响。

结果表明4期HAP(Iodine)测量值趋于稳定，且患者碘摄入量不影响增强3期HAP(Iodine)密度值测量，碘对比剂对HAP(Water)、HAP(Fat)测量值影响较大。虽然3种基物质对均可用于BMD分析，但若想在增强扫描中进行BMD测量可选择不受碘对比剂注射方案影响的HAP(Iodine)作为基物质对。4期扫描中3种基物质对密度测量值稳定性的差异可能与基物质对的组成和后期重建图像有关，图1可见HAP(Iodine)的重建图像可很好地将HAP与Iodine区分，减少了碘对比剂对ROI内骨质的影响，更准确地显示骨质中的HAP成分，使得测量值较稳定。而HAP(Water)和HAP(Fat)是用HAP与Water、Fat这两组基物质对来代替骨质中物质的X线衰减去反映骨密度，无法排除外来引入的碘对比剂影响，导致增强扫描前后数值差异较大。另外测得的HAP(Iodine)密度值较大，单位用2mg/cm3表示，HAP(Water)、HAP(Fat)密度值较小，单位用mg/cm3表示，方便于统计和比较。

本研究存在一定的局限性：没有考虑增强扫描中别的参数，不能确定这些密度值的变化是不是仅由对比剂所导致的，或者除了对比剂别的因素是否也会使这些值发生波动；其次应该建立除羟基磷灰石(HAP)类之外别的基物质对如钙和水[5]等，测量增强扫描前后的密度值，再比较之间的稳定性会更有说服力；第三，本研究只是对可能的影响因素进行探究，仅仅比较了密度测量值，缺乏多种基物质对与骨密度相关性之间的对比，可作为后续研究。

综上所述，HAP(Iodine)测量值不受碘对比剂影响，4期中HAP(Iodine)测量值趋于稳定，利用能谱CT物质分离技术，以HAP(Iodine)作为基物质对可在平扫和增强扫描中测量骨密度或者研究增强扫描前后骨密度的变化。