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基于CT能谱成像探讨慢性阻塞性肺疾病与骨质密度相关性

2024-07-08 21 上传者：管理员

摘要：目的基于CT能谱成像探讨慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者的严重程度与其骨质密度的相关性。方法搜集2021年1月至2022年9月行肺功能检查及胸部能谱CT检查的患者共171例。记录肺功能指标一秒率(FEV1/FVC%)及第1秒用力呼气容积占预计值百分比(FEV1%pred)。根据COPD诊断指南将患者分为5组，非COPD组(A组)、轻度COPD组(B组)、中度COPD组(C组)、重度COPD组(D组)、极重度COPD组(E组)。利用GE AW4.7后处理工作站测量患者中段胸椎(T5～8)的骨密度能谱参数：羟基磷灰石(HAP)(水)、Ca(水)、HAP(脂)、能谱曲线斜率(λ),并得出其中段胸椎平均值。比较5组间骨密度能谱参数的差异性，分析COPD患者肺功能参数与其骨密度能谱参数的相关性。结果 5组间HAP(水)、钙(水)、HAP(脂)、λ差异均有统计学意义(P均<0.001),多重比较均为：A组>D组及E组，B组>D组及E组，C组>D组及E组(P均<0.05)。HAP(水)、钙(水)、HAP(脂)、λ与FEV1/FVC%均相关性一般(r均<0.6,P均<0.001),而与FEV1%pred均呈强正相关(r均>0.6,P均<0.001)。结论 COPD患者肺功能受损程度的加重，尤其重度及以上水平，会导致骨质密度减低。

关键词：
COPD
CT能谱成像
慢性气道疾病
慢性阻塞性肺疾病
骨质密度
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慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是一种慢性气道疾病，可引发多系统多种并发症，严重时危及患者健康及生命。既往研究表明[1],COPD患者常合并骨质密度减低，严重者发展成为骨质疏松甚至继发性骨折。尤其对于老年COPD患者来说，肺功能基础水平较低，活动及运动的耐受能力较差，更易导致骨质疏松及继发性骨折[2]。既往研究多报道COPD患者相比于非COPD患者易合并骨质疏松以及危险因素分析，而对于不同分级COPD患者之间骨质密度差异性、肺功能受损严重程度与骨质密度相关性研究较少。

双能X线吸收法(DXA)检查是目前骨密度测量的“金标准”[3]。但临床对COPD患者的骨质密度评估重视不足，无骨质疏松症状的COPD患者较少行DXA检查，部分患者继发骨折时才被发现。而对于COPD患者来说，CT检查更加普遍，利用CT检查获取骨质密度参数，更易实现COPD患者骨质密度的机会性筛查。CT能谱成像能够对所扫描物质进行定性分离及定量测定分析[4],能够通过与骨质成分相关的基物质对以及反映物质特性的能谱曲线斜率(λ)来评价骨质密度情况[5,6,7]。并且有学者通过仿真胸部体模研究得出，胸部CT能谱成像与胸部CT常规扫描相比，不仅可以获得图像质量更佳的单能量图像，而且辐射剂量相当[8]。

本研究基于胸部CT能谱成像定量测量COPD患者中段胸椎的羟基磷灰石(HAP)(水)、Ca(水)、HAP(脂)基物质对密度值及λ,探讨非COPD患者及不同肺功能分级COPD患者之间的骨质密度差异性、COPD患者肺功能与骨质密度的相关性，有利于临床对不同严重程度的COPD患者采取针对性预防及治疗，防止其骨质疏松合并症的发生发展。

1、资料与方法

1.1 研究对象

搜集2021年1月至2022年9月于华北理工大学附属医院行肺功能检查及胸部能谱CT检查的患者共171例，男109例，女62例，年龄48～83岁，平均(66.30±6.23)岁。

纳入标准：行肺功能检查及胸部能谱CT检查的患者，并且同一患者两种检查的时间间隔<3个月。排除标准：(1)肺部及胸椎手术史；(2)严重肺部及胸椎疾患；(3)患有其他可引起骨质密度异常的疾病；(4)检查期间服用影响骨质密度的药物或激素。

根据COPD诊治指南[9],一秒率(FEV1/FVC%)≥70%为非COPD组，FEV1/FVC%<70%为COPD组，并根据第1秒用力呼气容积占预计值百分比(FEV1%pred),将COPD组分为轻度COPD组(FEV1%pred≥80%),中度COPD组(50%≤FEV1%pred<80%),重度COPD组(30%≤FEV1%pred<50%),极重度COPD组(FEV1%pred<30%/FEV1%pred<50%并伴有慢性呼吸衰竭)。

最终定义为非COPD组(A组)44例，轻度COPD组(B组)31例，中度COPD组(C组)33例，重度COPD组(D组)37例，极重度COPD组(E组)26例。

本研究经我院医学伦理委员会批准。

1.2 肺功能检查方法

肺功能测量采用Vyaire肺功能仪，由2名呼吸科医师指导患者进行呼气及吸气动作，仪器自动分析患者肺功能参数。本研究记录患者的FEV1/FVC%及FEV1%pred。

1.3 胸部能谱CT检查方法

采用GE Revolution CT机。患者取仰卧位，双手举过头顶，吸气后屏气，扫描范围自胸廓入口至肋膈角水平。扫描参数：管电压为高低能量(80/140 kVp)瞬时(0.5 ms)切换，管电流为自动调制，螺距0.984,矩阵512×512,层厚5 mm, 间隔5 mm。后处理工作站：GE AW4.7工作站的GSI Viewer软件Protocols general模块。

1.4 骨密度能谱参数测量方法

利用GE AW4.7工作站，于患者中段胸椎中间层面松质骨区划分感兴趣区(ROI),利用GSI基物质图，测量HAP(水)、Ca(水)、HAP(脂)基物质对密度值；利用单能量图像，得到不同单能量下ROI的CT值变化曲线，即能谱曲线，计算λ,λ=(CT值40 keV-CT值70 keV)/CT值30 keV[7],每个指标分别取其中段胸椎平均值。

ROI要最大程度包括所有骨松质，距骨皮质边缘约5 mm, 要远离骨岛及静脉丛。若有骨岛、血管或其他干扰物质不能避开者，则放弃此椎体测量，取余下椎体的参数平均值为最终结果。

表1 5组患者间一般临床资料的比较[n(%),M(P25,P75)]

表2 5组患者间骨密度能谱参数的比较[M(P25,P75)]

1.5 统计分析方法

应用SPSS26.0统计学软件进行分析，采用S-W检验进行正态性分析，非参数计量资料采用[M(P25,P75)]表示，计数资料采用(例，%)表示。采用Kruskal-Wallis秩和检验和卡方检验比较5组患者之间的一般资料；采用Kruskal-Wallis秩和检验比较5组患者之间骨密度能谱参数的差异性，5组患者间骨密度能谱参数的多重比较采用Bonferroni法；利用Spearman相关性分析探究COPD患者的肺功能参数与骨密度能谱参数的相关性(相关参数rs:0.4～0.6相关性一般；0.6～0.8相关性强；>0.8相关性极强)。P<0.05认为差异具有统计学意义。

2、结果

2.1 一般资料比较

纳入影响COPD患者骨质密度的一般资料，包括性别、年龄、体质指数(BMI)、吸烟史、饮酒史、高血压病史、糖尿病病史，5组患者间差异均无统计学意义(P均>0.05),5组患者具有可比性(表1)。

2.2 5组患者间骨密度能谱参数的差异性(表2)

如表2所示，5组患者间HAP(水)、Ca(水)、HAP(脂)、λ差异均有统计学意义(P均<0.001);多重比较结果均为：A组>D组及E组；B组>D组及E组；C组>D组及E组，差异均有统计学意义(P均<0.05)。可以认为，轻度、中度COPD患者组与非COPD患者组的骨质密度没有显著差异；而重度、极重度COPD患者组的骨质密度低于非COPD及轻度、中度COPD患者组。

2.3 COPD患者骨密度能谱参数与肺功能参数的相关性(表3)

如表3所示，COPD患者HAP(水)、Ca(水)、HAP(脂)、λ与FEV1/FVC%均相关性一般(rs分别为0.497、0.459、0.499、0.477,P均<0.001);与FEV1% pred均呈强正相关(rs分别为0.662、0.619、0.649、0.658,P均<0.001)。可以认为骨质密度与FEV1% pred相关。

表3 COPD患者骨密度能谱参数与肺功能参数的相关性

3、讨论

目前对于COPD的治疗已经有比较系统、完善的共识，但对于COPD并发症的预防及治疗往往不够重视。既往研究表明[10],COPD患者的肺功能和骨质疏松互相影响，肺功能下降会增加骨质疏松的患病风险，骨质疏松最常引起的胸椎骨折也会加重COPD的症状。但是不同严重程度的COPD患者其骨质密度变化情况不同。本研究通过探讨非COPD患者及不同分级COPD患者之间骨质密度差异性、肺功能受损严重程度与骨质密度相关性，细化阐述COPD患者的骨质密度情况，有助于临床对其进行针对性的预防及治疗。

有研究结果表明[11],COPD患者合并骨质疏松的患病率为45.0%,其骨质密度随着肺功能的低下而逐渐减低。一项包含COPD患者总数为3815例的荟萃分析显示，COPD患者中骨质疏松症的患病率高于其他因素相匹配的健康受试者(14%～66%),这种差异除了取决于诊断方法和研究人群外，更取决于COPD的严重程度[12]。本研究利用胸部CT能谱成像测量的中段胸椎骨密度能谱参数，分析结果显示，在其他影响骨质密度的因素相匹配的情况下，轻度、中度COPD患者相比非COPD患者骨质密度没有明显差异；而重度、极重度COPD患者相比非COPD及轻、中度COPD患者的骨质密度减低，即肺功能分级达到重度及以上水平的COPD患者骨质密度更低。在居旭等[13]的研究中，利用DXA检查测量患者股骨颈骨密度，并通过肺功能检查对COPD患者进行分级，分析显示，重度、极重度的COPD是发生骨量减少及骨质疏松的高危人群，这与本研究利用CT能谱成像测量胸椎骨密度能谱参数得出的结果基本相同。

有此差异性结果，究其原因为轻、中度COPD患者的肺功能受损程度较小，而重度、极重度COPD患者肺功能受损严重从而骨质密度明显下降。为了进一步验证这一结论，本研究将COPD患者的FEV1 /FVC%及FEV1% pred与其骨密度能谱参数进行相关性分析，结果显示，骨密度能谱参数与FEV1 /FVC%均相关性一般，不能认为二者之间有相关性。考虑原因可能为，FEV1 /FVC%为定义COPD的指标，其数值大小不能准确反映COPD的严重程度。而骨密度能谱参数与FEV1% pred均呈强正相关，FEV1% pred越小，即肺功能受损越严重时，骨质密度越低。李冬祎等[14]的研究中表明，FEV1%减低是老年COPD患者出现骨质疏松及骨量减少的危险因素，这与本研究的结果相呼应。虽然也有研究表明[1],骨质疏松症的进展与COPD的进展不直接相关或同步。但是较多横断面研究显示[15,16,17],骨密度与COPD患者的肺气肿病变有关，肺功能受损程度越严重，骨质密度越低，与本研究结果一致。

相比于DXA骨密度检查，对于患有COPD这类呼吸系统疾病的患者来说，CT检查十分普遍。CT能谱成像能够对所扫描物质进行定性分离及定量测定分析[4]。已有研究证明，能谱CT物质分离技术对骨质疏松的诊断有较高的效能，并且能更早地反映椎体内脂肪含量的变化[18,19]。骨质密度减低主要是由于骨质内以HAP为代表的骨矿物质含量下降，以及骨髓脂肪含量的增高[20],并且HAP的主要成分为钙，所以利用CT能谱成像定量测量患者骨质的HAP(水)、Ca(水)、HAP(脂)基物质对密度值，可以通过骨质成分的变化来反映骨质密度。CT能谱成像可以实现单能量成像，不同单能量下X线经过组织或结构的衰减不同，对应的CT值不同，从而构成能谱曲线。各种物质都有其独特的能谱曲线特征，通常用λ反映特定物质的特征性。有学者报道，利用能谱CT诊断骨质疏松有较高的诊断价值[21]。也有学者同样基于能谱CT骨密度参数得出COPD患者肺功能受损越重，骨质密度越低[22]。这都佐证了本研究的可行性与可信度。

既往关于COPD合并骨质疏松的研究大多利用腰椎测量骨质密度，而胸椎的骨质密度变化与COPD患者的肺功能关系更密切，当COPD患者合并骨质疏松时，最常引起胸椎椎体骨折[23]。每处胸椎骨折可使用FVC%下降9%,进一步加重呼吸不畅[24]。并且，对于COPD患者来说，胸椎图像及信息更易在胸部CT检查中获得。

综上所述，对于FEV1% pred越小的COPD患者，越应当关注其骨质密度情况，尤其重度及以上水平的COPD患者，预防及治疗其骨质疏松的发生发展十分重要。基于胸部CT能谱成像测量骨密度参数是检测及评估COPD患者骨质疏松的有效手段。

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