优化扫描参数宝石能谱CT测量腰椎骨密度临床效果评价

张源 高冰 黄世豪 崔旋 郁万江,3*

1.大连医科大学，辽宁 大连 116044 2.青岛市市立医院(集团)放射科，山东 青岛 266071 3.潍坊医学院，山东 潍坊 261053

目前，相关研究表明，QCT对骨密度测量的准确性较高[1-4]。能谱CT作为一种新兴的技术，在骨密度测量方面取得了一些成果[5-6]。宝石能谱CT可利用物质分离技术[7-8]得到HAP(脂)密度图像，进而测定椎体的HAP(脂)值得到椎体的骨密度值。作者既往的临床研究证明，能谱CT测量骨密度与QCT测量结果具有较好的一致性。但作者在体模研究中发现能谱CT采用的扫描参数对骨密度的测量结果影响很大，宝石能谱CT测量骨密度最佳扫描参数是管电流260 mA，球管转速时间0.8 s/r，螺距0.984∶1。但这组扫描参数在实际工作中应用效果如何，尚未得到认证。本文旨在通过采用优化后的扫描参数对人体腰椎骨密度进行测量，探讨其临床应用效果。

1 材料和方法

1.1 一般资料

研究组：选取本院同时接受腹部或腰椎宝石能谱CT检查(管电流260 mA，球管转速0.8 s/r)和QCT检查的患者126例，其中男性60例，女性66例，除外有肿瘤病史、腰椎外伤史、腰椎手术史、血液病及其他影响骨密度的代谢疾病患者。共126个患者，年龄15～92岁，平均年龄(51.1±18.3)岁。

对照组：按照相同标准选取本院前期同时接受腹部或腰椎宝石能谱CT检查(管电流375 mA，球管转速0.7 s/r)和QCT检查的患者57例，其中男性32例，女性25例。年龄27～92岁，平均年龄(60.0±15.2)岁。本研究经本院伦理委员会批准，并与患者签订知情同意书。

1.2 仪器与方法

采用GE Discovery CT750 HD CT扫描机，所有患者L2、L3椎体接受GSI扫描，扫描参数：研究组：管电流260 mA，球管转速0.8 s/r，CTDIvol：10.30(mGy)，为本实验参数优化条件。对照组：管电流375 mA，球管转速0.7 s/r，CTDIvol：15.02(mGy)，为设备机默认条件。余扫描参数相同，均采用管电压(140、80 kVp)瞬时(0.5 ms)切换，探测器宽度40 mm，螺距0.984∶1。扫描后将重建的1.25 mm单能量图像传至AW4.6工作站并测量L2、L3椎体的HAP(脂)值，感兴趣区大小为15 mm*15 mm，距离椎体边缘3 mm以上，尽量避开骨岛、静脉丛及血管瘤等异常区域。住院复查期间再采用GE Discovery CT750 HD CT扫描机对研究组及对照组患者L2、L3椎体行QCT扫描，得到的图像传至Mindways工作站并测量L2、L3椎体骨密度值。

1.3 统计学处理

采用软件SPSS 25.0对研究组及对照组数据组间差异行方差分析。对研究组及对照组组内人群L2、L3椎体的HAP(脂)值与QCT骨密度值行Pearson相关性分析，以P<0.05为差异有统计学意义。采用统计学软件MedCalc对研究组与对照组的相关系数行相关系数对比检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 优化扫描参数能谱CT

优化扫描参数能谱CT(研究组)L2、L3椎体 HAP(脂)值与QCT骨密度值相关性分析见表1，研究组L2、L3椎体HAP(脂)值与QCT骨密度值均具有显著相关性。

表1 优化扫描参数能谱CT(研究组)L2、L3椎体 HAP(脂)值与QCT骨密度值相关性分析Table 1 The correlation analysis between HAP (lipid) of energy spectrum CT with optimized scanning parameters of L2 and L3 vertebral bodies and bone mineral density (BMD) of QCT

2.2 默认扫描参数能谱CT

默认扫描参数能谱CT(对照组)L2、L3椎体 HAP(脂)值与QCT骨密度值相关性分析见表2，对照组L2、L3椎体HAP(脂)值与QCT骨密度值均具有显著相关性。

表2 默认扫描参数能谱CT(对照组)L2、L3椎体 HAP(脂)值与QCT骨密度值相关性分析Table 2 The correlation analysis between HAP (lipid) of energy spectrum CT with default scanning parameters of L2 and L3 vertebral bodies and bone mineral density (BMD) of QCT

2.3 优化参数与默认参数扫描结果相关系数对比

优化参数与默认参数扫描结果相关系数对比检验见表3，研究组内各亚组HAP(脂)值与骨密度值相关性较对照组更高，其中L2、L3椎体亚组中全体及女性的相关系数对比检验的差异有统计学意义(P<0.05)，男性差异无统计学意义(P>0.05)，但具有良好的一致性。

表3 优化参数与默认参数扫描结果相关系数对比检验Table 3 Comparison of correlation coefficient between optimization parameters and default parameters

2.4 两种扫描方法辐射剂量比较

两种扫描方法辐射剂量比较见表4，研究组CTDIvol较对照组明显减低4.72 mGy。

表4 两种扫描方法辐射剂量比较Table 4 Comparison of radiation dose between the two scanning methods

3 讨论

自2009年底能谱CT应用于临床以来，已取得初步成果。其中陈靖等[9]认为能谱CT用钙(水)作为基物质对时，与X线骨密度仪测量结果具有相关性(r=0.835，P<0.05)。张文娟等[10]研究表明能谱CT基物质成像技术可以反映骨质变化，HAP(水)值、钙(水)值与DXA测量结果均呈正相关(r=0.874，P<0.05；r=0.796，P<0.05)。但随着能谱CT的发展逐渐成为热点，也伴随了一些新的争议。苏永彬等[11]认为能谱CT作为骨密度测量工具需进一步考证，他们采用能谱CT成像技术对欧洲腰椎体膜(ESP)HAP值进行测量并与其真实值比对分析，发现其精密度和准确度均不理想。我们认为欧洲体膜HAP(脂)值、HAP(水)值与其真实值差异较大的原因是扫描参数选择不当所致。

盖立平等[12]也发现参数的优化组合，对图像质量有显著影响，并使测量结果更接近真实值，可以提高临床诊断准确性。我们前期进行欧洲体膜实验，通过选取GE Discovery CT750 HD CT扫描机配置的14组不同管电流和X线球管转速分别重复扫描，测量不同管电流和球管转速条件下145号欧洲腰椎体膜HAP(水)值，并与体膜本身羟基磷灰石(HAP)含量作比较，得到了相关性最好、扫描剂量最低的条件，即管电流260 mA，球管转速0.8 s/r，CTDIvol：10.30(mGy)。但是其临床使用效能尚不知。因此我们进一步研究，使用该参数行腹部或腰椎检查并测量腰椎椎体HAP(脂)值。

实验数据表明，研究组及对照组组内人群L2、L3椎体HAP(脂)值与QCT骨密度值均具有显著相关性(见表1、表2)；研究组内各亚组(全体、男性、女性)HAP(脂)值与骨密度值相关性较对照组更高(见表3)。意味着能谱CT可以成为临床测量骨密度的工具；并且我们通过参数优化，得到了比之前设备机默认条件下与QCT骨密度一致性更好的HAP(脂)值，提高了测量骨密度的准确性。扫描参数优化的优势并不止于此，它还大大减少了检查辐射剂量[13]，由原来默认条件下CTDIvol 15.02 mGy 变为10.30 mGy，这将为能谱CT用于临床提供更多机会，降低患者腹部CT检查或复查辐射剂量的同时还可测量椎体的HAP(脂)值进行骨密度监测。因此我们推荐用使用管电流260 mA，球管转速0.8 s/r的条件进行能谱图像采集。

本研究也存在一定程度局限性。①我们只从GE Discovery CT750 HD CT扫描机自带的14组扫描参数中选取了最佳条件进行临床研究。该参数可能并不适配其他扫描机。②应该扩大样本量，并补充L1、L4椎体的HAP(脂)值和QCT骨密度值。③腰椎骨质成分不完全由HAP及脂肪构成[14]，仅使用HAP(脂)这一基物质对不能完全体现腰椎骨质含量，应该增加其他成分作为基物质对进行补充分析，完善能谱腰椎骨密度的精确测量。