胸部CT椎体HU值在2型糖尿病骨质疏松症机会性筛查中的价值

doi:10.12307/2023.795

中国组织工程研究 ›› 2024, Vol. 28 ›› Issue (6): 950-954.doi: 10.12307/2023.795

• 骨与关节图像与影像 bone and joint imaging • 上一篇下一篇

胸部CT椎体HU值在2型糖尿病骨质疏松症机会性筛查中的价值

王力平，连天星，胡永荣，杨红胜，曾智谋，刘浩，屈波

成都医学院第一附属医院骨科，四川省成都市 610500

收稿日期:2022-11-16 接受日期:2023-01-18 出版日期:2024-02-28 发布日期:2023-07-12
通讯作者: 屈波，博士，副主任医师，硕士生导师，成都医学院第一附属医院骨科，四川省成都市 610500
作者简介:王力平，男，1995年生，四川省泸州市人，成都医学院在读硕士，主要从事脊柱退行性病变、骨质疏松症的临床研究。
基金资助:
四川省科技厅项目 (21ZDYF3033)，项目负责人：屈波；四川省中医药管理局科学技术研究专项课题(2020LC0037)，项目负责人：屈波；成都医学院校基金 (CYZ19-23)，项目负责人：曾智谋；2021年研究生创新基金(YCX2021-28)，项目负责人：王力平

HU value of chest CT vertebral body in the opportunistic screening of type 2 diabetes mellitus osteoporosis

Wang Liping, Lian Tianxing, Hu Yongrong, Yang Hongsheng, Zeng Zhimou, Liu Hao, Qu Bo

Department of Orthopedics, First Affiliated Hospital of Chengdu Medical College, Chengdu 610500, Sichuan Province, China

Received:2022-11-16 Accepted:2023-01-18 Online:2024-02-28 Published:2023-07-12
Contact: Qu Bo, MD, Associate chief physician, Master’s supervisor, Department of Orthopedics, First Affiliated Hospital of Chengdu Medical College, Chengdu 610500, Sichuan Province, China
About author:Wang Liping, Master candidate, Department of Orthopedics, First Affiliated Hospital of Chengdu Medical College, Chengdu 610500, Sichuan Province, China
Supported by:
Sichuan Provincial Department of Science and Technology Project, No. 21ZDYF3033 (to QB); Special Project for Scientific and Technological Research of Sichuan Administration of Traditional Chinese Medicine, No. 2020LC0037 (to QB); Chengdu Medical College Fund, No. CYZ19-23 (to ZZM); 2021 Postgraduate Innovation Fund, No. YCX2021-28 (to WLP)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

HU值：是基于椎体CT，由QCT演变而来的一种值，通过测量相应椎体感兴趣区域的信号强度，测量椎体内部骨小梁的一种方法。因为在骨质疏松椎体内部的骨小梁减少，孔隙率增加，可在CT图像中表现出一种信号，HU值则是测量这种信号，用于评估是否存在骨质疏松的情况。
2型糖尿病骨质疏松症：由于2型糖尿病患者体内脂肪的增加，影响成骨细胞和破骨细胞功能，导致骨矿化缺陷，表现为在骨小梁处的成骨细胞减少、破骨细胞增加，使骨小梁的孔隙增大的一种疾病。

背景：有研究表明基于腰椎CT的HU(hounsfield units)值可以筛查骨质疏松症，而目前因肺部感染就诊的患者增加，肺部感染合并2型糖尿病的患者也随之增加，增加了胸部CT的使用率。

目的：探讨胸部CT检查中L1椎体HU值在2型糖尿病骨质疏松症筛查中的作用。
方法：回顾性分析2020年6月至2022年6月成都医学院第一附属医院收治的244例2型糖尿病患者的临床资料。利用双能X射线骨密度仪获得骨密度T值，按WHO的骨质疏松症诊断标准，将研究对象分为非骨质疏松组(n=120)及骨质疏松组(n=124)，比较两组患者一般情况、骨密度T值及胸部CT检查中L1椎体的HU值，分析HU值与各部位T值的关系并评估2型糖尿病骨质疏松症的准确性。

结果与结论：①两组患者性别、年龄、体质量指数、糖化血红蛋白、平均血糖、钙、磷、2型糖尿病患病时间、高血压病史、高脂血症病史之间对比差异无显著性意义(P > 0.05)；②HU值与最低T值呈正相关(r=0.619，P < 0.01)，与髋部T值呈正相关(r=0.584，P < 0.01)，与股骨颈T值呈正相关(r=0.641，P < 0.01)；当HU值取98时，其预测2型糖尿病骨质疏松症具有良好的准确性，敏感性为70.8%；③提示基于胸部CT检查的L1椎体HU值对2型糖尿病患者的骨质疏松症筛查具有良好的价值，可作为2型糖尿病骨质疏松症一种机会性、无成本的补充筛查方法。

https://orcid.org/0000-0001-6017-4537 (王力平)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 胸部CT检查, HU值, 2型糖尿病, 骨质疏松症, 骨密度

Abstract: BACKGROUND: Some studies have shown that the hounsfield units (HU) value based on lumbar CT can be used to screen osteoporosis. At present, the number of patients with pulmonary infection has increased; the number of patients with pulmonary infection and type 2 diabetes is also increasing, which increases the utilization rate of chest CT.
OBJECTIVE: To investigate the role of lumbar 1 vertebral body HU value based on chest CT in the screening of type 2 diabetes mellitus osteoporosis.
METHODS: The clinical data of 244 patients with type 2 diabetes mellitus treated in the First Affiliated Hospital of Chengdu Medical College from June 2020 to June 2022 were analyzed retrospectively. The bone mineral density was obtained by dual-energy X-ray absorptiometry. According to WHO’s diagnostic criteria for osteoporosis, the subjects were divided into the non-osteoporosis group (n=120) and the osteoporosis group (n=124). The general condition, T value and HU value of lumbar 1 vertebra in chest CT were compared, and the relationship between the HU value and T value of each position was analyzed and the accuracy of type 2 diabetes mellitus osteoporosis was evaluated.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) There was no significant difference in sex, age, body mass index, glycosylated hemoglobin, mean blood glucose, calcium (Ca), phosphorus (P), time of type 2 diabetes mellitus, history of hypertension and history of hyperlipidemia between the two groups (P > 0.05). (2) The HU value was positively correlated with the lowest T value of the hip (r=0.619, P < 0.01); the HU value was positively correlated with the hip T value (r=0.584, P < 0.01), and the HU value was positively correlated with the femoral neck T value (r=0.641, P < 0.01). When the HU value was 98, the prediction of type 2 diabetes mellitus osteoporosis had good accuracy, and the sensitivity was 70.8%. (3) It is concluded that the HU value of the lumbar 1 vertebra based on chest CT examination is of good value for osteoporosis screening in patients with type 2 diabetes mellitus, and may be an opportunistic and cost-free supplementary screening method for type 2 diabetes mellitus osteoporosis.

Key words: chest CT, HU value, type 2 diabetes mellitus, osteoporosis, bone mineral density

中图分类号:

王力平, 连天星, 胡永荣, 杨红胜, 曾智谋, 刘浩, 屈波. 胸部CT椎体HU值在2型糖尿病骨质疏松症机会性筛查中的价值[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(6): 950-954.

Wang Liping, Lian Tianxing, Hu Yongrong, Yang Hongsheng, Zeng Zhimou, Liu Hao, Qu Bo. HU value of chest CT vertebral body in the opportunistic screening of type 2 diabetes mellitus osteoporosis[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2024, 28(6): 950-954.

图/表（结果） 6

2.1 参与者数量分析最终共计纳入244例患者，其中根据最低骨密度(股骨颈骨密度T值和髋部骨密度T值两者相比，较低的为最低骨密度)结果将研究对象分为非骨质疏松组(120例)和骨质疏松组(124例)。所有患者均获得完整的临床资料，无脱落。
2.2 试验流程图见图2。

2.3 患者一般情况共纳入了244例研究对象，根据最低T值分为非骨质疏松组120例及骨质疏松组124例。两组患者性别、年龄、体质量指数、糖化血红蛋白、平均血糖、钙、磷水平、2型糖尿病患病时间、高血压病史、高脂血症病史之间对比差异无显著性意义(P > 0.05)，组间具有可比性，见表1。

2.4 两组患者骨密度T值与HU值比较非骨质疏松组的股骨颈T值、髋部T值、最低T值、L1椎体HU值的平均值均大于骨质疏松组(均P < 0.05)，差异有显著性意义，见表2所示。

2.5 HU值与骨密度T值的相关性分析通过采用Pearson相关性分析，L1椎体HU值与髋部T值呈中度正相关(r=0.584，P < 0.01)，与股骨颈T值呈中度正相关(r=0.641，P < 0.01)，与最低T值呈中度正相关关系(r=0.619，P < 0.01)。其中L1椎体HU值与股骨颈T值相关性最高，见图3。再根据性别及年龄对HU值与骨密度的相关性进行分析，在男性患者中L1椎体HU值与髋部T值呈中度正相关(r=0.654，P < 0.01)，与股骨颈T值呈高度正相关(r=0.672，P < 0.01)，与最低T值呈中度正相关关系(r=0.638，P < 0.01)；而在女性患者中，L1椎体HU值与髋部T值呈中度正相关(r=0.551，P < 0.01)，与股骨颈T值呈中度正相关(r=0.570，P < 0.01)，与最低T值呈中度正相关关系(r=0.541，P < 0.01)。结果表明，不同性别患者的L1椎体HU值均与股骨颈T值相关性最高，见表3所示。

2.6 HU值预测T2DMOP的效能通过受试者工作特征曲线发现L1椎体HU值在评估T2DMOP时，其曲线下面积为0.803(P < 0.05)，表明L1椎体HU值评估T2DMOP有一定的准确性；当约登指数(约登指数=灵敏度+特异度-1)取最大值0.474时，阈值为98，敏感度为70.8%，特异性为76.6%；表明当HU值取98时，其筛查T2DMOP患者的敏感度为70.8%，具有良好的敏感性，见图4。

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引言

随着人口老龄化，2型糖尿病以及骨质疏松症的发病率随着年龄的增长逐年升高，文献表明中国2型糖尿病患者的骨质疏松症患病率为37.8%[1]。根据国际糖尿病联合会报道，中国是世界上糖尿病患者最多的国家[2]，大量的研究报告称，骨质疏松症是2型糖尿病的后期并发症之一，2型糖尿病主要是通过降低骨强度，增加骨折风险[3-4]，因此早期识别2型糖尿病骨质疏松症(type 2 diabetes mellitus osteoporosis，T2DMOP)的发生，对骨折做到早预防、早治疗，对降低患者经济负担，提高患者生活质量、减少医保压力等尤为
重要。
目前诊断骨质疏松症的金标准是双能X射线吸收法(dual-energy X-ray absorptiometry，DXA)测定的面积骨密度，但是现在越来越多的证据表明仅依赖DXA进行骨质疏松症筛查和骨折风险评估存在一定局限性，如目前英国的临床指南不建议单独使用DXA进行骨质疏松症筛查[5-6]。除此之外，根据原发性骨质疏松症诊疗指南推荐检测骨质疏松症的方法包括：定量CT、X射线片法、跟骨定量超声测定、骨转化标志物等[7]。但是以上方法均需单独进行，增加患者经济负担，且目前在基层单位普及度较差。根据基层医疗机构骨质疏松症诊断和治疗专家共识(2021)推荐，在基层通常使用国际骨质疏松基金会骨质疏松风险一分钟测试题和亚洲人骨质疏松自我筛查工具等作为疾病风险评估的初筛工具[8]。但据调查显示，基层医务人员对骨质疏松症诊断依据的认知水平不足，往往是在患者发生骨折就诊时才发现骨质疏松症[9]。因此寻找一种简单、方便、快捷的骨质疏松症筛查方式显得十分必要。
有研究报道称，基于腰椎CT的HU(hounsfield units)值是一种可以确定区域骨密度的方法，被应用于骨折风险评估、骨质疏松症诊断[10]，但有关HU值评估2型糖尿病合并骨质疏松症患者的研究尚少，对糖尿病合并骨质疏松症的人群是否具有筛查价值尚不明确；借助胸部CT的L1椎体HU值对2型糖尿病患者的骨质疏松症进行评估尚没有报道。另外，目前因肺部感染就诊的患者明显增加，肺部感染合并2型糖尿病就诊的患者也随之增加，而胸部CT作为肺部感染的首选检查，比例也明显增加，并且胸部CT包含了L1椎体，如果可以利用胸部CT的L1椎体HU值作为骨质疏松症的补充筛查手段，则无需额外检测即可明显提高2型糖尿病患者骨质疏松症的筛查率，使早期干预成为可能。
因而，此次研究的目的是探讨胸部CT检查L1椎体HU值对2型糖尿病患者骨质疏松症进行筛查的价值与应用，以期为该人群的骨质疏松症干预和治疗提供前期依据，提高医师对于骨质疏松症的重视程度，减少骨质疏松症所带来的经济负担。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计回顾性病例分析，采用独立样本t检验分析两组间的骨密度T值及HU值，HU值与骨密度T值之间的相关性进行Pearson相关性分析，并利用受试者工作特征曲线评价HU值预测骨质疏松症的准确度、特异性、敏感性以及阈值。
1.2 时间及地点试验于2020年6月至2022年6月在成都医学院第一附属医院完成。
1.3 对象回顾性分析2020年6月至2022年6月在成都医学院第一附属医院住院的2型糖尿病患者的病历资料。
纳入标准：①在成都医学院第一附属医院检验出糖化血红蛋白> 6.5%或者既往在该院内分泌科诊断为2型糖尿病的患者；②进行过包含L1椎体的胸部CT及DXA检查，且二者检查时间间隔小于3个月。
排除标准：①既往L1椎体存在内固定手术史；②除2型糖尿病以外的其他类型糖尿病；③影响骨代谢的相关疾病，如甲状腺相关疾病、类风湿性关节炎、肾衰竭、恶性肿瘤等；④影响骨代谢的药物使用史，如糖皮质激素、特立帕肽、双膦酸盐等。
所有患者对研究方案均知情同意，且得到成都医学院第一附属医院伦理委员会批准。
1.4 方法
1.4.1 基本临床特征统计患者年龄、性别、体质量指数、糖尿病病史时长、高血压病史、高脂血症病史等基本特征并进行组间比较。通过医院电子病例系统回顾性查阅患者病历，既往病历有高血压病、高脂血症诊断史，则记录为有高血压病史或者高脂血症病史。统计两组生化指标，包括空腹血糖、糖化血红蛋白、钙、磷等指标，采用成都医学院第一附属医院全自动分析仪检测。
1.4.2 DXA骨密度T值检查骨密度T值采用成都医学院第一附属医院DXA仪检测获得，根据原发性骨质疏松症诊疗指南规定[7]：T-值≥ -1.0为正常骨密度，-2.4至-1.1为骨量减少，≤-2.5为骨质疏松症。此次研究未收集腰椎T值，因有大量的研究表明血管钙化、肥胖、脊柱退行性疾病或既往脊柱手术可以导致腰椎T值出现偏高或偏低的现象[11-13]，因而仅采用股骨颈T值及髋部T值作为判断骨质疏松症的指标。
1.4.3 HU值的测定所有CT扫描的管电压均设置为120 kV，并且选择L1椎体进行测量。研究表明，L1椎体容易识别，且被纳入所有腹部和胸部CT检查，退行性改变较少，与其他椎体水平相比，它与DXA测量骨密度的相关性最密切[14]，并由两位经验丰富的脊柱外科医生独立使用医疗影像储存系统测量HU值。在椎体中间水平平面上，选择一个感兴趣区域，避免皮质骨和椎体后静脉丛区域、骨赘、骨硬化等异常结构，感兴趣区域内的平均HU值由医疗影像储存系统自动测量[15]。所有患者均由两名脊柱外科医师对胸部CT进行L1椎体HU值测量，见图1。

1.5 主要观察指标根据纳入排除标准，通过医院电子病例系统，回顾性收集患者的骨密度T值数据，并在医疗影像储存系统上通过胸部CT测量L1椎体的HU值。
1.6 统计学分析采用SPSS 26.0统计软件进行数据分析，定性资料采用例数表示，组间比较采用χ2检验；定量资料采用x±s表示，组间比较采用t 检验。采用Pearson相关性分析得出HU值与各部位T值的相关性，并采用受试者工作特征曲线评估HU值对2型糖尿病患者骨质疏松症的筛查价值，P < 0.05为差异有显著性意义。采用组内相关系数评估HU值观察者间和观察者内的一致性(组内相关系数≥0.8被认为具有良好的可靠性)。文章统计学方法已由成都医学院第一附属医院生物统计学专家审核。

讨论

在全球范围内，每11个成年人中就有一个患有糖尿病。目前，全球成人糖尿病的患病人数接近4.25亿，过去的十余年间，国内的糖尿病患者由9 000万例增加至1.4亿例[16]，且大多为2型糖尿病患者。骨质疏松症被认为是糖尿病最严重的并发症之一，大量的研究表明2型糖尿病可导致脆性骨折的风险明显增加[17-19]。此次研究所纳入的244例患者基线水平可比，其中2型糖尿病合并骨质疏松症的患者占比50.81%，与以前的文献研究相符合，表明骨质疏松症是2型糖尿病最大的并发症之一；其中女性患者的患病率较男性患者高，表明对于女性2型糖尿病患者应该早期进行骨质疏松症的筛查、预防及治疗。根据WHO对骨质疏松症的诊断指南，目前对骨质疏松症的诊断金标准为基于DXA的骨密度检查[20]，但是有研究表明DXA测量的骨密度并不能充分反映2型糖尿病患者的真实骨密度[21-22]，因此研究者们通过其他方式对2型糖尿病患者的骨质疏松症进行了筛查，如骨折风险评估工具、骨小梁评分、高分辨率外周骨定量CT、冲击微压痕等[20]，但是以上评估工具较为繁琐，基层医院尚未普及，不能广泛开展。因此，寻找一种运用便利的筛查方式显得尤为重要，目前国内外已对HU值评估骨密度进行了大量的研究[23-25]，研究表明基于腰椎CT的HU值对中老年人[26]、类风湿性关节炎[27]、绝经后女性等患者的骨密度筛查具有一定价值[28]。但目前对2型糖尿病患者骨密度的筛查较少，且在当下，因肺部感染就诊的患者增加，2型糖尿病合并肺部感染的患者也随之增加，胸部CT的检查率也明显增高[29]，所以，此次研究开展了基于胸部CT椎体HU值对2型糖尿病患者骨密度的评估。
此次研究根据DXA测量的骨密度T值将患者分为非骨质疏松组及骨质疏松组，并测量其L1椎体HU值，两组患者的HU值具有临床统计学差异，同庞惠荧等[30]的研究结果一致，证明了基于胸部CT的L1椎体HU值在预测骨质疏松症方面的价值。其中L1椎体HU值与股骨颈T值、髋部T值、最低T值均呈中度正相关，在此前，SCHREIBER等[31]表示HU值与骨密度T值之间具有良好的相关性，Pearson相关系数为0.44，呈中度正相关。一项纳入人群为黄种人的研究表明，HU值与骨密度之间也存在相关性，Pearson相关系数为0.62[32]。一篇纳入了37项研究的综述表明，基于腰椎CT的HU值与骨密度T值的相关系数在0.399-0.891之间[33]。此次研究与前面研究结果类似，表明2型糖尿病人群的HU值与骨密度 T值同样存在正相关，且与股骨颈T值相关性最高，Pearson相关系数为0.641。在以性别为基础的亚组分析中，提示基于L1椎体的HU值与骨密度T值在不同性别之间无明显差异，均呈正相关性，且同样与股骨颈T值相关性最高，这与WHO推荐以股骨近端为骨密度测定的首选部位相一致[21]。关于其原因，以往研究表明2型糖尿病骨质疏松症是由于糖尿病患者的脂肪增加，影响成骨细胞和破骨细胞功能，导致骨矿化缺陷[34]，表现为在骨小梁网络处的成骨细胞减少、破骨细胞增加，使骨小梁的孔隙增大[35]，这为此次研究提供了理论基础。
在对骨质疏松症的筛查阈值方面，同样也进行了大量的研究[36-37]。一项共纳入 1 867例患者的研究报告了阈值在110时，对骨质疏松症的特异性超过90%[38]。国内学者ZOU等[39]对334例腰椎退行性疾病患者进行了腰椎HU值分析，表明L1-L4的阈值在110-80 HU，特异性为88.5%，敏感性为60.8%。此文在2型糖尿病患者中，对L1椎体HU值预测骨质疏松症的能力进行了研究，结果表示当约登指数取最大0.474时，其阈值为98，而敏感度为70.8%，特异性为76.6%。较以往研究相比，阈值减少，而敏感性增加，因为此文为机会性筛查研究，故更看重HU值对于骨密度 T值筛查的敏感性，而非特异性，以此提高医者对患者骨质疏松症的重视，但总体趋势与以往的研究结果一致，表明L1椎体HU值同样适用于2型糖尿病患者。并且MOONEY等[40]研究表明HU值不受CT设备的影响，在相同电压下，各设备的结果具有一致性，这对HU值的普遍实用性带来了帮助。且目前因肺部感染就诊的患者明显增加，胸部CT检查率也随之明显提高，这给L1椎体HU值的获得带来了方便，但是对于骨质疏松症的筛查金标准仍然是DXA，因此L1椎体HU值可能是对2型糖尿病患者进行骨质疏松症机会性筛查的一种客观办法，可以提高医师对骨质疏松症的早期预判，降低T2DMOP患者的骨折风险。
但是此文仍有不足之处：①此文为回顾性研究，且仅收集了在成都医学院第一附属医院住院的2型糖尿病患者，存在地域上的选择偏倚，代表性可能不足；②仅讨论了椎体HU值对骨质疏松症的预测效能，没有将脆性骨折纳入最终结果，可能对骨质疏松症的判断存在一定的误差；③仅讨论了L1椎体，没有L2-5椎体，可能产生一定的结果偏倚，后期可将以上指标纳入，多层面地对T2DMOP进行评估；④目前评估骨质疏松症的工具较多，如DXA、QCT、定量超声、骨转化标记物等，后期研究可加入以上方式，对T2DMOP进行多方面、多维度的评估，进而形成一个全面的评估体系。
综上所述，基于胸部CT检查的L1椎体HU值与2型糖尿病患者的骨密度T值有良好的相关性，对于2型糖尿病患者的骨质疏松症是一种可靠的机会性筛查手段，但骨质疏松症的筛查及诊断金标准仍然为DXA，因此，基于胸部CT的L1椎体HU值也可以作为对合并肺部感染2型糖尿病患者骨密度一种无成本的补充筛查方法，当阈值为98时，其预测2型糖尿病患者骨质疏松症的敏感性为70.8%。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

胸部CT椎体HU值在2型糖尿病骨质疏松症机会性筛查中的价值

HU value of chest CT vertebral body in the opportunistic screening of type 2 diabetes mellitus osteoporosis

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