王曉文 招文華 顏先偉 張鵬 宋澤峰 林少豪 余富勇 余翔 梁德 任輝* 江曉兵,3*

1．廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州 510405 2．廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院脊柱骨科，廣東 廣州 510405 3．廣州中醫(yī)藥大學(xué)嶺南醫(yī)學(xué)研究中心，廣東 廣州 510405

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)是最常見的骨骼疾病，是一種以骨量低，骨組織微結(jié)構(gòu)遭到損壞，造成骨的脆性增加，進(jìn)而容易發(fā)生骨折為特征的全身性骨病[1]。隨著人口老齡化進(jìn)程加快，OP現(xiàn)在是我國(guó)必須面臨的公共衛(wèi)生問題之一。OP嚴(yán)重時(shí)容易導(dǎo)致骨折，而骨折使得中老年患者住院率、醫(yī)療費(fèi)用乃至死亡率增加，早期診斷OP并進(jìn)行治療十分重要。

目前，雙能X線(dual-energy X-ray，DXA)和定量CT(quantitative computed tomography，QCT)是測(cè)量骨密度的主要方法[1]。DXA被視為診斷骨質(zhì)疏松的“金標(biāo)準(zhǔn)”，有學(xué)者提出用定量CT替代DXA作為檢測(cè)脊柱骨質(zhì)疏松癥的新“金標(biāo)準(zhǔn)”[2]，然而這兩種方法所需要的儀器在基層醫(yī)院普及率較低。在我國(guó)，由于多排螺旋CT機(jī)在各醫(yī)院普及廣、應(yīng)用方便快捷，已成為臨床醫(yī)療中無可替換的影像學(xué)檢查方法。研究表明，腰椎椎體松質(zhì)骨CT值與DXA測(cè)得的BMD值存在顯著正相關(guān)[3]，然而其普遍測(cè)量的是椎體松質(zhì)骨橫斷面上、中、下三部分平均CT值。研究表明，椎體各部分骨量存在差異[4]，在腰椎內(nèi)固定手術(shù)中椎弓根螺釘置入術(shù)是一種常見術(shù)式，而椎弓根螺釘松動(dòng)是常見且嚴(yán)重的術(shù)后并發(fā)癥，骨質(zhì)疏松癥患者椎弓根釘更容易出現(xiàn)松動(dòng)[5]，因此研究椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面松質(zhì)骨CT值與BMD值、T值相關(guān)性對(duì)于評(píng)估釘?shù)拦琴|(zhì)量具有更重要、更直接的意義。

1 材料和方法

1.1 研究對(duì)象選擇

選取2019年10月至2020年12月期間因腰腿痛在我院住院治療并行DXA檢測(cè)及腰椎CT掃描兩項(xiàng)檢查的女性患者465例(30～94歲)進(jìn)行研究，兩項(xiàng)檢查時(shí)間間隔不超過30 d。排除有脊柱手術(shù)史、脊柱腫瘤、強(qiáng)直性脊柱炎、彌漫性特發(fā)性骨質(zhì)增生、以及患有可影響骨代謝疾病或近期服用過可影響骨代謝藥物的患者。

1.2 骨密度檢測(cè)

采用GE公司Lunar Prodigy雙能X線骨密度儀檢測(cè)所有研究對(duì)象的腰椎骨密度。測(cè)量了腰1～4椎體正位BMD值及T值，BMD單位為g/cm2。

1.3 骨質(zhì)疏松診斷標(biāo)準(zhǔn)

參照 WHO 推薦的診斷標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于本研究中的絕經(jīng)后女性，基于 DXA 測(cè)量的中軸骨(腰椎1～4、股骨頸或全髖) 骨密度或橈骨遠(yuǎn)端1/3 骨密度對(duì)骨質(zhì)疏松癥的診斷標(biāo)準(zhǔn)是T值≤-2. 5[1]。

1.4 CT檢查及CT值的測(cè)量

采用GE公司64排螺旋CT掃描儀(Light Speed VCT - XT)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行腰椎CT掃描并進(jìn)行四維圖像重組，獲得腰椎矢狀位及冠狀位圖像，這個(gè)過程是由若干名工作經(jīng)驗(yàn)豐富的CT技術(shù)人員進(jìn)行。CT掃描及重建圖像參數(shù)如下：管電流480 mAs，管電壓120 kV，掃描層厚為2 mm，重建圖像層厚2 mm。將圖像傳輸?shù)结t(yī)學(xué)影像傳輸系統(tǒng)(PACS)，并由脊柱外科醫(yī)師在PACS上測(cè)量腰1～4椎弓根中部對(duì)應(yīng)橫斷面椎體CT值。此過程由2名具有3年以上工作經(jīng)驗(yàn)的脊柱外科醫(yī)師進(jìn)行，測(cè)量期間，兩人無法得知該患者DXA數(shù)據(jù)，這樣可以避免所測(cè)得的數(shù)據(jù)受主觀因素影響。測(cè)量CT值的具體步驟是：在腰1～4椎體的軸位上，選擇椎弓根中部所對(duì)應(yīng)椎體橫斷面，繪制盡可能大的橢圓形感興趣區(qū)域(region of interest， ROI)，避開皮質(zhì)骨邊緣(見圖1)，測(cè)得腰1～4椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體CT值，將兩位醫(yī)生獨(dú)立測(cè)量的數(shù)值進(jìn)行匯總，剔除異常值，取平均值，CT值單位用HU(Hounsfield unit)表示。

圖1 椎體橫軸位椎弓根所在橫斷面正中層面選取的ROIFig.1 ROI at the median level of the transverse section where the pedicle is located in the transverse axis of the vertebral body

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 不同年齡段腰1～4 CT值的比較

本研究總共納入465名患者，從腰椎CT測(cè)量到的椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體CT值按10年的年齡間隔進(jìn)行分段，分為6組，采用單因素方差分析對(duì)不同年齡段椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體CT值進(jìn)行比較。結(jié)果顯示各年齡段腰1～4椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體平均CT值隨著年齡段增大持續(xù)下降，由40歲以下年齡段的214.0 HU下降到80歲以上年齡段的60.3 HU，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)，每?jī)蓚€(gè)年齡段椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體CT值之間的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)，見表1、圖2。這表明腰1～4椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體CT值隨年齡增大而逐漸減小。

表1 按年齡段分組后椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體松質(zhì)骨CT值Table 1 CT attenuation values of cancellous bone of vertebral pedicle in cross section after grouping by age group (HU,

圖2 椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體松質(zhì)骨CT值隨著年齡增大而逐漸減小(*P<0.001)Fig.2 CT attenuation values of cancellous bone of vertebral pedicle in cross section decreased with age (*P<0.001)

2.2 椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體CT值與DXA測(cè)得BMD值、T值的相關(guān)性分析

2.2.1椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體CT值與BMD的相關(guān)性分析：納入的465名患者均在腰椎CT掃描前或后1個(gè)月內(nèi)接受了DXA檢查，這些患者的平均年齡為62.5(30～94)歲。465例患者腰1～4椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體CT值為(110.5±54.0) HU(-7.1～327.6.2 HU)，骨密度(0.949±0.215) g/cm2(0.800～1.634 g/cm2)。分別對(duì)各椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體CT值與BMD值進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。得出腰1～4兩者的決定系數(shù)(R2)分別為0.536、0.514、0.502、0.430。差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)，如圖3所示。

圖3 散點(diǎn)圖表示腰1～4椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體松質(zhì)骨CT值與BMD值的相關(guān)性Fig.3 Scatter plot shows the correlation between CT attenuation value and BMD value of cancellous bone in transverse section corresponding to lumbar pedicle 1-4

2.2.2椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體CT值與T值的相關(guān)性分析：從465名患者中，篩選出404名絕經(jīng)后女性，平均年齡為65.6(50～94)歲，腰1～4椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體松質(zhì)骨CT值平均值為(98.9±44.4)HU(-7.1～298.0 HU)，T值-2.10±1.70(-9.16～4.05)，分析這部分絕經(jīng)后女性腰1～4椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體松質(zhì)骨CT值與T值的相關(guān)性，得出腰1～4兩者決定系數(shù)(R2)分別為0.456、0.454、0.464、0.394。差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)，如圖4所示。

圖4 散點(diǎn)圖表示腰1～4椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體松質(zhì)骨CT值與T值的相關(guān)性Fig.4 Scatter plot shows the correlation between CT attenuation value and T-score of cancellous bone of vertebral body in cross section corresponding to lumbar pedicle 1-4

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的指導(dǎo)方針，404名絕經(jīng)后女性患者的腰椎T值被分成3組：骨質(zhì)疏松癥組(T值≤-2.5)，骨量減少組(-2.5-1)。骨量正常組、骨量減少組和骨質(zhì)疏松組椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體CT值平均值分別為144.7 HU(95 %CI：128.7.7～149.1)、103.5 HU(95 %CI：94.4～110.3)和68.6 HU(95 %CI：60.2～74.3)。組間CT值均值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)，如表2所示。

表2 按T值分組后椎弓根對(duì)應(yīng)橫斷面椎體CT值

3 討論

椎弓根螺釘置釘技術(shù)是脊柱外科領(lǐng)域標(biāo)志性的發(fā)展，是治療胸腰椎退變、腫瘤、創(chuàng)傷、畸形等疾病的首選[6]。然而由于OP患者的骨密度減低，骨小梁結(jié)構(gòu)脆弱，導(dǎo)致釘骨界面強(qiáng)度受損，容易導(dǎo)致脊柱內(nèi)固定植入物機(jī)械性能的下降，進(jìn)而發(fā)生椎弓根釘松動(dòng)，椎弓根螺釘松動(dòng)是脊柱內(nèi)固定常見的并發(fā)癥之一，有研究[7]表明椎弓根釘松釘松動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)與骨密度呈負(fù)相關(guān)性，即骨密度越低，螺釘松動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)越大。所以術(shù)前評(píng)估患者骨質(zhì)量十分重要，手術(shù)者可以根據(jù)患者骨質(zhì)量選擇術(shù)中是否用骨水泥進(jìn)行釘?shù)缽?qiáng)化。因?yàn)檠芯縖8]表明椎弓根內(nèi)固定術(shù)中進(jìn)行釘?shù)缽?qiáng)化，可增強(qiáng)椎體對(duì)螺釘?shù)陌殉至Γ行Ы档退舍斅?。然而，目前臨床最常用于評(píng)價(jià)椎體骨密度的DXA法測(cè)量的是面積BMD，包括皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨以及椎體前后方結(jié)構(gòu)等X線投射路徑中遇到的所有礦物成分的密度。故在嚴(yán)重腰椎退變患者中，包括椎體骨折、骨贅形成、椎間盤與小關(guān)節(jié)退變、終板硬化等在內(nèi)的退變結(jié)構(gòu)會(huì)使BMD測(cè)量值和T值假性增高，掩蓋松質(zhì)骨骨量的真實(shí)變化[9]，相較于DXA法，CT值法能夠有效避開腰椎退變結(jié)構(gòu)，直接測(cè)量并評(píng)價(jià)釘?shù)浪趯用婕醋倒鶎?duì)應(yīng)橫斷面椎體松質(zhì)骨的骨質(zhì)量。

有生物力學(xué)研究[10]表明，CT值與材料密度的呈線性相關(guān)。我們的研究中，CT值同樣遵循了這樣的趨勢(shì)。隨著年齡的增大，骨量丟失、骨小梁變得更加稀疏，骨密度下降，腰1～4椎弓根所對(duì)應(yīng)橫斷面椎體松質(zhì)骨平均CT值由40歲以下年齡段的214.0 HU下降到80歲以上年齡段的60.3 HU。國(guó)內(nèi)外學(xué)者[11-12]研究表明，腰椎椎體松質(zhì)骨CT值與椎體BMD值呈正相關(guān)，同樣，本研究腰1～4椎弓根所對(duì)應(yīng)橫斷面椎體CT值與腰椎BMD值、T值均具有強(qiáng)相關(guān)。結(jié)合圖2與圖3，我們可以看出CT值與T值相關(guān)系數(shù)較CT值與BMD值低，這是因?yàn)楦鶕?jù)指南[1]，絕經(jīng)后女性及50歲以上男性才能應(yīng)用T值，因此，在分析CT值與T值相關(guān)性時(shí)，我們只篩選了其中404名絕經(jīng)后女性患者，側(cè)面說明隨著年齡增長(zhǎng)，由于腰椎發(fā)生上述退化以及雙能X線投射特點(diǎn)，雙能X線所測(cè)得的骨密度、T值與HU值相關(guān)性越來越差。

值得注意的是，我們的研究表明腰4椎體CT值與其BMD值、T值的相關(guān)性明顯較其他3個(gè)椎體差，這是因?yàn)檠?椎相較其他3個(gè)椎體更容易發(fā)生例如骨贅形成、椎間盤與小關(guān)節(jié)退變、終板硬化等在退變，造成腰4椎體BMD、T值假性增高，掩蓋腰4椎體松質(zhì)骨實(shí)際骨量。國(guó)外學(xué)者M(jìn)ohanty等[13]回顧研究證實(shí)左右關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)角在在腰椎的不同水平上并不相同，腰4/5，腰5/骶1的關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)不對(duì)稱患病率較高，不對(duì)稱角度較大，其小關(guān)節(jié)退變?cè)矫黠@。此外，許多研究[14-15]也證實(shí)，腰椎各節(jié)段中，小關(guān)節(jié)退變與椎間盤退變主要集中在腰4/5這是由于腰4/5節(jié)段承受著大部分的人體載荷，運(yùn)動(dòng)范圍過大，反復(fù)勞損所致。腰椎退行病變例如腰椎滑脫癥、腰椎管狹窄癥、腰椎滑脫癥等更容易發(fā)生于腰4～骶1椎體[16-18]，腰4椎體是腰椎內(nèi)固定術(shù)常用固定椎，因而利用椎弓根所在橫斷面CT值在術(shù)前評(píng)估腰4椎體骨質(zhì)量十分有必要。

有研究[19]表明，CT值越低，腰椎短節(jié)段內(nèi)固定術(shù)后端椎螺釘松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)越高。本研究中，骨密度正?；颊哐礐T值平均值約為145 HU，骨量減少約為104 HU，骨質(zhì)疏松為約69 HU。這些可以作為脊柱內(nèi)固定定術(shù)是否進(jìn)行椎弓根強(qiáng)化的參考，雖然目前釘?shù)缽?qiáng)化缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但大多數(shù)脊柱外科醫(yī)生認(rèn)可當(dāng)T值≤2.5時(shí)應(yīng)進(jìn)行骨水泥釘?shù)缽?qiáng)化[20-21]，所以術(shù)前測(cè)量腰椎椎弓根所在橫斷面CT值，當(dāng)腰1～4椎體椎弓根所在橫斷面CT值平均值小于69 HU時(shí)，可考慮采用骨水泥釘?shù)缽?qiáng)化術(shù)，CT值法術(shù)前評(píng)估骨質(zhì)量可有效避開骨贅、小關(guān)節(jié)退變及終板硬化區(qū)域。有別于DXA法，不會(huì)造成測(cè)得的骨量虛性增高、掩蓋釘?shù)缹用嬲鎸?shí)骨礦含量。

本研究存在一定局限性。首先，研究對(duì)象的年齡跨度較大，大多數(shù)研究對(duì)象年齡為50～ 69歲，而其他年齡段特別是40歲以下的人數(shù)相對(duì)較少。另外我們只將因腰腿痛在我院住院治療的女性患者納入研究，不能很好代表所有女性人群。其次，雖然研究者已經(jīng)盡可能選擇椎弓根最中央層面進(jìn)行測(cè)量，然而基于CT圖像重建技術(shù)的限制，個(gè)別患者只能選擇最相近層面，這對(duì)結(jié)果可能會(huì)產(chǎn)生些許影響，不過本研究樣本量大，這種影響是可以忽略的。最后，本研究沒有對(duì)各患者骨贅形成、椎間盤與小關(guān)節(jié)退變、終板硬化進(jìn)行評(píng)估，導(dǎo)致CT值與BMD值、T值相關(guān)性不如預(yù)期，這將成為我們下一步的研究工作。