摘 要：目的 观察胸部低剂量CT(LDCT)结合定量CT(QCT)测量下段胸椎骨密度(BMD)诊断骨质疏松的效能。方法 前瞻性收集接受胸部LDCT肺癌筛查联合QCT BMD检查的体检者，分别测量T9～L2各相邻2个椎体BMD的均值(BMDT9/T10～BMDL1/L2),分析BMDT9/T10～BMDT12/L1与BMDL1/L2之间的相关性及其差异。以BMDL1/L2结果为金标准，采用受试者工作特征曲线(ROC)评价BMDT9/T10～BMDT12/L1诊断骨质疏松的效能，分析其与BMDL1/L2诊断结果的一致性。结果 共纳入630例，骨质疏松患病率为28.25%(178/630)。胸腰椎BMDT9/T10～BMDT12/L1与BMDL1/L2均呈正相关(r=0.927～0.984,P均<0.001),且自上而下相关系数逐渐增高，而BMDT9/T10～BMDT12/L1与BMDL1/L2的差异逐渐减低(P均<0.001)。胸腰椎BMDT9/T10～BMDT12/L1诊断骨质疏松的曲线下面积(AUC)自上而下逐渐增大，除BMDT9/T10与BMDT10/T11外(Z=1.78,P=0.08),其余各BMD的AUC差异均有统计学意义(P均<0.05),尤以BMDT12/L1诊断骨质疏松效能最高(AUC=0.990);BMDT9/T10～BMDT12/L1与BMDL1/L2诊断骨质疏松的一致性中等至良好(Kappa为0.646～0.820,P均<0.001)。结论 胸部LDCT结合QCT测量下段胸椎BMD诊断骨质疏松效能良好。
关键词:骨质疏松;胸椎;骨密度;体层摄影术,X线计算机;
Low-dose CT combined with quantitative CT measurement of bone mineral density of
lower thoracic vertebri for diagnosing osteoporosis
JIANG Wenzhen ZHANG Yuwei CUI Xiaonan WU Yalin HAN Lizhu YE Zhaoxiang
Department of Radiology,Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital.National Clinical
Research Center for Cancer,Tianjin Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy,Tianjin's
Clinical Research Center for Cancer
Abstract：
Objective To observe the diagnostic performances of lower thoracic vertebrae bone mineral density(BMD) based on chest low-dose CT(LDCT) and quantitative CT(QCT) for diagnosing osteoporosis. Methods People who would undergo chest LDCT lung cancer screening and asynchronous QCT BMD examination were prospectively selected. The mean BMD of 2 consecutive vertebrae from T9—L2(BMDT9/T10—BMDL1/L2) were measured. The correlations and differences of BMDT9/T10—BMDT12/L1 and BMDL1/L2 were analyzed. Taken the diagnostic results of BMDL1/L2 as the gold standards, receiver operating characteristic(ROC) curve was used to analyze the efficacy of BMDT9/T10—BMDT12/L1 for diagnosing osteoporosis, and their consistencies with results of BMDL1/L2 were analyzed. Results Totally 630 subjects were enrolled. The prevalence of osteoporosis was 28.25%(178/630). Thoracolumbar BMDT9/T10—BMDT12/L1 were positively correlated with BMDL1/L2(r=0.927-0.984, all P<0.001), and from top to bottom, the correlation coefficients gradually increased, while the differences of BMDT9/T10—BMDT12/L1 and BMDL1/L2 gradually decreased(all P<0.001). The area under the curve(AUC) of thoracolumbar BMDT9/T10—BMDT12/L1 for diagnosis of osteoporosis gradually increased from top to bottom, and there were significant differences between them(all P<0.05) except for BMDT9/T10 and BMDT10/T11(Z=1.78, P=0.08). Among them, BMDT12/L1 had the highest efficacy for diagnosing osteoporosis(AUC=0.990). The diagnostic consistencies of BMDT9/T10—BMDT12/L1 and BMDL1/L2 for diagnosing osteoporosis were moderate to good(Kappa=0.646-0.820, all P<0.001). Conclusion Chest LDCT combined with QCT measurement of BMD of lower thoracic vertebrae had good diagnostic efficacy of osteoporosis.
Keyword：
osteoporosis; thoracic vertebrae; bone density; tomography,X-ray computed;
人口增长、老龄化加剧使骨质疏松成为全球性公共卫生问题之一[1]。我国50岁以上人群中，男性骨质疏松患病率约13.53%,女性约28.99%[2],但获得早期诊断干预的比例较低[3]。定量CT(quantitative CT, QCT)联合胸部低剂量CT(low-dose CT, LDCT)测量L1及L2椎体骨密度(bone mineral density, BMD)可在不增加辐射剂量和扫描时间的情况下实现同步筛查肺癌和骨质疏松[4,5],已被推荐用于诊断骨质疏松[6];但胸部LDCT多不能完整包括L1及L2椎体[7],而利用胸椎BMD诊断骨质疏松的循证证据不足。本研究基于胸部LDCT所含椎体，将胸部LDCT与QCT结合，观察下段胸椎BMD诊断骨质疏松的效能。
1 资料与方法
1.1 一般资料
前瞻性收集2020年6月—2021年3月于天津市肿瘤医院接受胸部LDCT肺癌筛查联合QCT BMD检查的体检者。纳入标准：①满足肺癌筛查标准[8];②胸部LDCT包括完整的T9～L2椎体。排除标准：①图像质量不佳或T9～L2存在骨折、囊性或硬化性病变；②患有影响骨代谢的疾病(甲状旁腺功能亢进、1型糖尿病等)或糖皮质激素用药史。另随机抽取2019年8月—2020年1月500例于天津市肿瘤医院接受常规胸部LDCT检查患者的LDCT数据，重建三维图像，观察图像最低层面位置。本研究经医院伦理委员会批准(批准号：bc2022073)。检查前受检者均签署知情同意书。
1.2 仪器与方法
1.2.1 图像采集
采用Siemens 64层螺旋CT和Mindways非同步QCT系统(包括QCT PRO非同步校准组件和Model 4校准体模)进行胸部扫描。嘱受检者仰卧，双臂上举，于吸气末屏气接受扫描。常规胸部LDCT扫描范围为自肺尖至肋膈角下缘水平，LDCT联合QCT扫描范围为肺尖至L2椎体下缘水平；参数：管电压120 kV,管电流35 mAs, 螺距1,FOV 400 mm×400 mm, 总剂量<2 mSv。采用标准重建技术，以层厚2 mm、层间隔1 mm重建图像，矩阵512×512。采用非同步QCT技术进行BMD分析，按照仪器使用规范定期在LDCT条件下扫描体模，对QCT系统进行校准，扫描间隔<1个月。
1.2.2 测量BMD
将胸部重建图像导入Mindways工作站，由1名具有2年胸部影像学诊断经验的住院医师于T9～L2各椎体松质骨设定高度9 mm、横截面积≥100 mm2的感兴趣容积(volume of interest, VOI),与椎体前方骨皮质及后方中央静脉沟相距2～3 mm, 见图1;测量其BMD,计算各相邻2个椎体BMD的均值，即BMDT9/T10～BMDL1/L2。由该医师于3个月后随机选取50例重复测量BMD,同时由另1名具有8年影像学诊断经验的主治医师进行测量。参考文献[9]标准，以BMDL1/L2<80 mg/cm3为骨质疏松，BMDL1/L280～120 mg/cm3为低骨量，BMDL1/L2>120 mg/cm3为正常。
1.3 统计学分析
采用SPSS 25.0和MedCalc 18.2.1统计分析软件。以Kolmogorov-Smirnov检验行正态性分析，以中位数(上下四分位数)表示不符合正态分布的计量资料，采用Wilcoxon秩和检验行组间比较；以频数表示计数资料，组间行χ2检验。采用组内相关系数(intra-class correlation coefficient, ICC)分析观察者内及观察者间测量各椎体BMD的一致性，ICC<0.40为一致性差，0.40≤ICC<0.75为一致性中等，ICC≥0.75为一致性良好。采用Spearman相关分析观察BMD与年龄及BMDT9/T10～BMDT12/L1与BMDL1/L2的相关性；以Friedman检验分析BMDT9/T10～BMDT12/L1与BMDL1/L2的差异，即(BMDT9/T10～BMDT12/L1-BMDL1/L2)/BMDL1/L2×100%。采用受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线判断BMDT9/T10～BMDT12/L1诊断骨质疏松的最佳截断值，以DeLong检验比较其曲线下面积(area under the curve, AUC)。以Kappa检验分析BMDT9/T10～BMDT12/L1与BMDL1/L2诊断结果的一致性，Kappa<0.40为一致性差，0.40≤Kappa<0.75为一致性中等，Kappa≥0.75为一致性良好。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 常规胸部LDCT
500例常规胸部LDCT图像中，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各完整椎体。
2.2 胸部LDCT联合QCT
共纳入630例联合筛查肺癌和骨质疏松受检者，男307例、女323例，年龄44～77岁，中位年龄65.0岁。观察者内测量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)及观察间测量结果的一致性 (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分别为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,中位值分别为120.65 mg/cm3、117.08 mg/cm3、108.19 mg/cm3、100.18 mg/cm3及95.87 mg/cm3,均与年龄呈负相关(rs=-0.310、-0.333、-0.362、-0.376、-0.367,P均<0.001)。骨质疏松患病率在全部受检者、男性和女性受检者中分别为28.25%(178/630)、25.08%(77/307)和31.27%(101/323)。
2.3 BMDT9/T10～BMDT12/L1与BMDL1/L2的相关性及差异
BMDT9/T10～BMDT12/L1与BMDL1/L2均呈线性相关，且相关系数逐渐增高，见图2。BMDT9/T10、BMDT10/T11、BMDT11/T12、BMDT12/L1与BMDL1/L2的差异分别为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)%,总体差异有统计学意义(χ2=1 407.285,P<0.001),两两比较差异均有统计学意义(P均<0.001)。
2.4 BMDT9/T10～BMDT12/L1诊断骨质疏松的效能
BMDT9/T10～BMDT12/L1诊断骨质疏松的AUC逐渐增大；BMDT9/T10与BMDT10/T11诊断骨质疏松的AUC差异无统计学意义(Z=1.78,P=0.08),其余各椎体BMD的AUC差异均有统计学意义(Z为2.93～5.06,P均<0.05),尤以BMDT12/L1诊断骨质疏松效能最高(AUC=0.990、0.992)。见图3及表1。BMDT9/T10～BMDT12/L1与BMDL1/L2诊断的一致性中等至良好(P均<0.001),见表2。
3 讨论
低剂量QCT测量BMD的准确性逐渐提高[10,11],使得胸部LDCT联合QCT成为测量BMDL1/L2的可行方法[7]。CHENG等[2]采用该方法对接受肺癌筛查人群筛查骨质疏松，发现50岁以上男性和女性骨质疏松患病率分别为13.53%和28.99%。本研究发现男性和女性骨质疏松患病率分别为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试者中位年龄较高，而年龄与BMD呈负相关。
王勇朋等[7]观察700例无症状体检者的常规胸部LDCT图像，发现图像底部层面多为T12～L3椎体水平，约11.57%向下包含完整的L1及L2椎体。本研究常规胸部LDCT底部层面为T11～L3水平，仅约5.20%向下包含完整L1及L2椎体，提示在大部分常规胸部LDCT中难以测量BMDL1/L2,无法用于筛查骨质疏松。
测量胸椎BMD具有良好的可重复性[12],且胸椎自上而下BMD呈递减趋势[13]。本研究发现，观察者内及观察者间测量BMDT9/T10～BMDT12/L1的一致性均良好，自上而下，根据胸椎BMD诊断骨质疏松与BMDL1/L2诊断结果的一致性逐渐增高。BMDT9/T10～BMDT12/L1与BMDL1/L2均呈正相关，且相关系数自上至下逐渐增高而与BMDL1/L2差异逐渐减低，提示某组相邻胸椎与L1及L2位置越接近，其BMD均值与BMDL1/L2相关性越强而差异越小，诊断骨质疏松的效能越高。潘亚玲等[14]利用BUDOFF等[15]建立的胸腰椎BMD之间的线性模型将BMDT12校准为BMDT12*,BMDT12*/L1与BMDL1/L2诊断骨质疏松的一致性高于校准前，但诊断敏感度(83.08%)相对较低，漏诊率达16.92%;原因可能该线性模型基于心脏CT所示3个连续胸椎(一般为T7～T9或T8～T10)和腰椎(L1～L3)而建立，用于校准BMDT12可致偏差。本研究初步建立了BMDT9/T10～BMDT12/L1与BMDL1/L2之间的线性模型， ROC曲线显示，BMDT12/L1诊断骨质疏松的效能最高(AUC=0.990),敏感度和特异度分别为97.75%和91.81%,诊断效能佳，为研究以胸椎代替腰椎筛查骨质疏松提供了新思路。
本研究的局限性：①单中心研究，且仅针对中老年人；②所获诊断截断值有待优化。
综上所述，胸部LDCT结合QCT测量下段胸椎BMD诊断骨质疏松效能良好；难以测量腰椎BMD时，可选择位置最低的某组可测量胸椎加以替代。
参考文献
[1] FUGGLE N R,CURTIS E M,WARD K A,et al.Fracture prediction,imaging and screening in osteoporosis[J].Nat Rev Endocrinol,2019,15(9):535-547.
[2] CHENG X,ZHAO K,ZHA X,et al.Opportunistic screening using low-dose CT and the prevalence of osteoporosis in China:A nationwide,multicenter study[J].J Bone Miner Res,2021,36(3):427-435.
[3] WANG L,YU W,YIN X,et al.Prevalence of osteoporosis and fracture in China:The China osteoporosis prevalence study[J].JAMA Netw Open,2021,4(8):e2121106.
[4] 刘桐希，李香凝，曾庆，等.胸部低剂量CT筛查联合定量CT骨密度测量在健康体检中的应用[J].中华健康管理学杂志，2018,12(3):269-271.
[5] WU Y,GUO Z,FU X,et al.The study protocol for the China Health Big Data (China Biobank) project[J].Quant Imaging Med Surg,2019,9(6):1095-1102.
[6] 程晓光，王亮，曾强，等.中国定量CT(QCT)骨质疏松症诊断指南(2018)[J].中国骨质疏松杂志，2019,25(6):733-737.
[7] 王勇朋，阳琰，何生生，等.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[J].放射学实践，2018,33(11):1194-1197.
[8] DU Y,ZHAO Y,SIDORENKOV G,et al.Methods of computed tomography screening and management of lung cancer in Tianjin:Design of a population-based cohort study[J].Cancer Biol Med,2019,16(1):181-188.
[9] 程晓光，徐文坚，吴艳，等.骨质疏松的影像学与骨密度诊断专家共识[J].中国骨质疏松杂志，2020,26(9):1249-1256.
[10] 高冰，张源，黄世豪，等.低剂量定量CT测量不同体质量指数人群腰椎骨密度的准确性[J].中国医学影像技术，2021,37(9):1401-1404.
[11] 蒋耀军，吴艳，张永高，等.低管电流联合迭代重建算法对胸部体模T12骨密度值准确性和胸部图像质量的影响[J].中国医学影像技术，2018,34(3):429-433.
[12] THERKILDSEN J,WINTHER S,NISSEN L,et al.Feasibility of opportunistic screening for low thoracic bone mineral density in patients referred for routine cardiac CT[J].J Clin Densitom,2020,23(1):117-127.
[13] BUDOFF M J,KHAIRALLAH W,LI D,et al.Trabecular bone mineral density measurement using thoracic and lumbar quantitative computed tomography[J].Acad Radiol,2012,19(2):179-183.
[14] 潘亚玲，陈彤彤，王晗琦，等.定量CT测量T12骨密度替代病变腰椎用于骨质疏松诊断的可行性[J].中国医学影像技术，2019,35(7):1086-1090.
[15] BUDOFF M J,HAMIRANI Y S,GAO Y L,et al.Measurement of thoracic bone mineral density with quantitative CT[J] Radiology,.2010,257(2):434-440.
