总结采用椎体CT扫描Hounsfield Unit（HU）值评价骨密度在脊柱外科临床的应用进展。
在PubMed和CNKI数据库中，分别以“Hounsfield Unit，CT，vertebral”和“HU值、椎体CT值”为关键词，检索1980年1月—2022年5月发表的有关椎体HU值应用的文献共680余篇，剔除无法获取全文、内容不符及重复性研究文献，选择近期发表在较为权威期刊的论文23篇纳入分析，重点对HU值在脊柱外科疾病的诊治及术后并发症预防进行了总结。
椎体松质骨HU值反映骨密度的准确性及可靠性均优于传统双能X线吸收法（DEXA）和定量CT（QCT）法。椎体HU值在预测腰椎融合术后融合器沉降、内固定术后螺钉松动、侧弯矫形术后邻近节段退变风险中有重要价值；椎体HU值描述了颈椎及腰椎的骨密度分布特点，对脊柱外科手术方案的制订和术后并发症的预防有一定指导意义。
椎体松质骨HU值在骨密度评价中有着重要作用，对实现脊柱外科手术个体化及提高手术效果具有积极意义。
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CT扫描是利用X线束连续扫描人体某一组织或结构，通过穿透不同组织或结构的能量损耗换算为CT灰阶图像。CT相较于X线分辨率高、敏感性强，同时一定程度上弥补了MRI耗时长、费用高、禁忌证多的缺点。随着CT检查在临床诊疗中的广泛应用，其Hounsfield Unit（HU）值逐渐引起众多学者的关注，目前已应用于骨量减少或骨质疏松症的初步诊断及临床研究［1］。骨密度的精确测量在脊柱外科疾病的诊治中至关重要，椎体压缩性骨折、脊柱融合术后融合器的沉降、脊柱内固定术后螺钉松动等都与骨密度下降相关。传统的双能X线吸收法（dual energy X-ray absorptiometry，DEXA）测量骨密度时无法区分松质骨与皮质骨，椎体边缘增生骨赘、腹部血管钙化灶、小关节增生等致密钙化灶导致测量值高于真实值［2, 3, 4］，从而降低了DEXA诊断骨质疏松的可信度。采用CT扫描单纯测量椎体松质骨HU值来评估骨密度，其准确性、可靠性均优于DEXA法［3］。
我们在PubMed和CNKI数据库中，分别以“Hounsfield Unit，CT，vertebral”和“HU值、椎体CT值”为关键词，限定语种为英文和中文，检索1980年1月—2022年5月发表的有关椎体HU值应用的文章。对检索到的680余篇文献进行筛选，阅读文题与摘要，剔除内容不符、重复性研究，以及无法获取全文的文献，最终纳入近期发表在较为权威的期刊的论文23篇进行分析，重点对椎体HU值在脊柱外科疾病的诊治和术后并发症的预防等方面的临床应用进行总结。
在CT 扫描过程中，人体不同组织对X线的衰减程度不同，依据这种差异得出X线在不同组织的衰减系数，HU值的计算公式如下：
HU值=（μ-μω）/μω×1 000
公式中μ是X线在不同组织的衰减系数，μω是室温条件下蒸馏水的衰减系数。由公式上可得，HU值在保持室温的条件下，仅与人体组织的衰减系数呈正相关，而吸收系数由受测组织的物理特性决定。骨质疏松症患者椎体松质骨内骨小梁密度小，导致吸收系数小，HU值也相对更低［5］。
DEXA法是目前诊断骨质疏松的金标准，通过X线在腰椎和髋关节的衰减程度测定骨密度T值，以T值的大小判断骨量正常、骨量减少及骨质疏松。Silva等［6］和Cao等［7］认为椎体松质骨较皮质骨在承载脊柱负荷中贡献更大，因此，测量椎体松质骨密度具有更大的临床意义。DEXA无法区分皮质骨和松质骨［8］，且在腰椎及髋关节照射区域内常被增生的骨赘、钙化血管灶、小关节增生干扰［3, 4］，导致测量值并不能反映实际骨密度情况；然而，椎体HU值仅与松质骨内骨小梁密度决定的物理特性相关，无混杂因素干扰，使得HU值测量骨密度的准确性更高［2］。定量CT（quantitative computed tomography，QCT）可区分皮质骨与松质骨，但测量结果的可靠性与技术人员操作水平相关，同时特殊的计算机软件和较长的学习时间对QCT的应用带来了不便［9］，凭借胸部、腹部或腰椎常规CT扫描即可获得椎体HU值，进而完成对椎体松质骨骨密度的评估，节约了患者的时间及医疗成本，易于广泛应用。
目前，DEXA法及QCT测量骨密度在脊柱外科疾病诊治中普及率较低，导致诊断骨质疏松症的时效性较差，而胸腹部CT及腰椎CT平扫作为常规术前检查临床使用率高，如能同时采用椎体松质骨HU值评估骨密度，可达到尽早诊断骨质疏松的目的。众多研究显示，椎体HU值110~135时诊断骨量减少的敏感性和特异性较好，椎体HU值<110即可诊断为骨质疏松症［10, 11, 12］。
既往研究多以L1~4椎体为受测目标计算HU值［10］，L5椎体因易发生骶化及腰椎前凸故不纳入测量范围［11］。椎体HU值要求观测者在轴向截面或矢状截面操作，自主选取松质骨内ROI进行测量。轴向测量选取椎体中段或椎弓根层面的截面［13, 14］，通过PACS系统自带不规则图形工具划定与椎体轴向截面形状相似的ROI测量HU值，重复测量得平均HU值；矢状面测量将正中矢状位椎体图像均分为3个截面，选取ROI测量3个截面的平均HU值。轴向测量时在胸部、腹部和骨盆CT测量L1椎体轴位截面HU值，限定受测椎体可提高测量者内一致性和测量者间一致性，有助于标准化和相关性研究［12］。矢状面测量时所测HU值多在腰椎矢状面CT中测量，使测量时间缩短的同时测量程序也得到简化。选取ROI应遵循尽可能包含更多的椎体松质骨的原则，并避开静脉、骨岛、皮质骨等高密度结构行椎体HU值测量［13］，避免所测HU值高于真实值而延误骨质疏松诊断。
Lee等［15］回顾性比较了同一椎体轴向截面和矢状截面的HU值，认为2种测量方式所得HU值差异无统计学意义，故椎体HU值测量不受CT截面类型限制。Buenger等［16］在QCT和增强CT测量胸腰椎椎体骨密度的相关性研究中发现，轴向和矢状截面的选取对骨密度估测影响较小，单一层面测量椎体松质骨HU值代表整个椎体骨密度具有可靠性。因此笔者建议，采用单一平面测量HU对骨质疏松患者进行快速初筛，以达到对骨质疏松的早期诊断及干预治疗；对于初步诊断为骨质疏松症的患者，接受多层面测量HU值则有助于个体化诊疗方案的制定。
Hendrickson等［11］将L1-4椎体轴向椎弓根水平面的松质骨均分成9个区域，每个区域设置ROI面积为（10.0±0.2）mm2，测量其平均HU值，结果发现腰椎序列与椎体松质骨HU值呈负相关性，椎体前1/3 HU值低于后1/3。HU值在腰椎的分布特点在一定程度上解释了脊柱压缩性骨折前柱塌陷大于后柱，且骨质疏松性椎体骨折多发于下位腰椎的原因。笔者认为，测量人员在轴向测量HU值时，应在皮质骨边缘内尽量扩大ROI面积以抵消HU值分布不均造成的偏倚。
米自友［4］通过研究羊腰椎 HU值与T值的关系发现，HU值与T值有极强相关性（r=0.890，P<0.001）；Schreiber等［17］学者通过对HU值与T值的相关性分析，发现两者有显著相关（r2=0.48，P<0.001）。Buenger等［16］通过对比98个椎体的骨密度HU值和QCT值发现两者呈线性关系，公式为：QCT值=0.71×HU+13.82。刘云等［8］在骨质疏松症患者椎体HU值及骨密度的相关性研究中发现，椎体松质骨CT值与相应的骨密度值间存在明显正相关性，r值均>0.8。综上所述，采用HU值替代T值及QCT值评估椎体骨密度具有可行性。
腰椎椎间融合术是治疗腰椎退行性病变的经典术式之一，其切除椎间盘彻底、减压范围大、恢复椎间高度的优势已经被充分证实。但是，腰椎融合术后的诸多并发症影响了手术的长期疗效，部分病人甚至需二次手术；其中融合器沉降作为并发症之一，可导致椎间隙高度下降、脊柱矢状面失平衡，进而诱发腰背痛。周晶等［18］在单纯斜外侧腰椎间融合术后融合器下沉危险因素的相关研究发现，椎体HU值是融合器下沉的影响因素（P<0.05），其用于预测融合器下沉的有效性优于最低T值（L1～4椎体、股骨颈和全髋3个ROI中最低的T值），L1～4椎体轴位HU值小于116.1时提示有较大的融合器下沉风险（敏感度为87.5%，特异度74.1%）。王辉等［2］对72例接受腰椎后路椎板切除减压、椎间融合术的患者进行随访，发现25%的患者术后1年发生融合器沉降，比较发生沉降和未发生沉降患者的上、下固定椎的松质骨和终板HU值得出，沉降组L4与L5椎体松质骨HU值、L4下终板HU值和L5上终板HU值均低于无沉降组，差异均有统计学意义；ROC曲线分析提示，沉降组患者L4、L5椎体松质骨和上终板临界HU值分别为146、172和307、254。笔者认为，腰椎CT值在反映骨密度中具有可靠性，通过术前测量腰椎松质骨HU值可预测融合器沉降风险；对有融合器沉降风险的患者，术中选用较大融合器，给予植骨及骨诱导剂联合填充，或将成为预防腰椎椎间融合术后融合器沉降的新思路。
腰椎内固定术已广泛应用于腰椎退行性疾病、腰椎椎体暴力型骨折、脊柱侧弯矫形等脊柱外科疾病的治疗中，疗效确切。椎弓根螺钉在连接相邻椎体、恢复椎间隙高度、矫正脊柱力线中扮演重要角色，而螺钉松动作为腰椎内固定术后的并发症之一，严重影响了患者术后功能恢复及综合疗效。邹达等［19］对接受腰椎短节段（1~2个椎间隙）内固定术的297例患者进行了2年以上的随访，发现53例患者发生螺钉松动，并按照发生螺钉松动的椎体节段将其分为上端椎松动组、下端椎松动组及S1松动组，通过与未发生螺钉松动组对比分析，上端椎松动组的上端椎体HU值、下端椎松动组下端椎体HU值、S1松动组S1椎体HU值为均低于未发生螺钉松动组相应椎体HU值，差异均有统计学意义。我们有理由认为，椎体HU值与发生螺钉松动风险呈负相关，术后定期复查腰椎X线并积极抗骨质疏松治疗可预防因螺钉松动导致二次手术的风险。
随着人口老龄化问题日益严峻，腰椎退变性侧凸的发病率越来越高，由此导致的腰腿疼痛、间歇性跛行甚至马尾神经症状严重影响了老年人的生活质量［20］。腰椎矫形融合固定术是治疗腰椎侧凸的主流治疗策略，其中椎弓根螺钉承担着固定腰椎序列，矫正腰椎侧凸作用。由于腰椎退变性侧凸多在老年人群多发，骨质疏松造成椎弓根螺钉松动甚至脱出的风险显著增加。王辉等［3］通过椎体HU值测量分析退变性腰椎侧弯患者骨质疏松的发生率和分布规律，发现腰椎侧凸代偿弯内L5椎体的骨质疏松发生率低于主弯的L1椎体，L5椎体、下端椎、顶椎的凸侧椎体骨质疏松发生率高于凹侧，差异均有统计学意义。因此，术前测量HU值在腰椎退变性侧弯手术方案的制定中具有一定价值。
目前，临床多采用脊柱侧弯矫形内固定术治疗腰椎退变性侧凸，通过椎弓根螺钉及钛棒对椎间隙行撑开或加压固定，达到矫正脊柱侧弯的目的。在临床随访中，部分内固定术后病人发生手术邻近节段退变，甚至需要二次手术，增加患者及医疗负担。Wang等［21］对116名腰椎退变性侧凸术后患者进行回顾性分析，提出了冠状位第一反转椎体概念，将其定义为与主弯范围椎体内呈现出相反骨密度分布趋势的头端第一个椎体；分别对比第一反转椎体、头端稳定椎与UIV的位置关系发现，UIV位于第一反转椎体上方时ASD发生率为0、UIV与第一反转椎体为同一椎体时邻近节段退变发生率为15.4%，UIV高于头端稳定椎时邻近节段退变发生率为13.3%、UIV与头端稳定锥为同一椎体时邻近节段退变的发生率为28.6%，说明UIV高于第一反转椎体的患者相较UIV低于或等于第一反转椎体的患者术后邻近节段退变的发病率更低，差异有统计学意义。因此我们推测，基于椎体HU值判定第一反转椎体较头端稳定锥能更准确地定位腰椎侧凸及机械负荷平衡点，在退变性腰椎侧凸矫形手术中头端固定节段应高于第一反转椎体，如此可在一定程度上降低术后邻近节段退变的发生风险。
Liang等［22］通过回顾性分析324例退行性颈椎病的椎体HU值发现，颈椎HU值呈单峰型分布，C4椎体上部最高，向C3和C7呈降低趋势；自C3到C5，不同椎体间其椎体上部和下部的HU值差异均无统计学意义，但C6与C7相比，两者间椎体上部和下部的HU值差异均有统计学意义（P值均<0.05）；将患者颈椎间盘以Pfirrmann分级法分为Ⅰ~Ⅴ级，并与相应上下椎体HU值进行相关性分析，发现椎间盘退变分级与相邻椎体HU值呈负相关。笔者建议，对于重度颈椎间盘退变患者，术前应充分考虑置入物松脱风险，并充分重视围术期的抗骨质疏松治疗与术后的定期复查。何磊等［23］回顾性分析939例接受颈椎手术治疗的颈椎退行性疾病病人，对比分析C2~C7椎体横断面HU值与L1~L4总的骨密度T值（DEXA法）发现，C2~C7椎体的HU值与L1~L4总的骨密度T值呈正相关（r=0.487，P<0.001），骨量减少组患者（-2.5<T值<-1）C2~C7椎体HU均值的临界值为327（灵敏度为75.7%，特异度为59.8%），骨质疏松组患者（T值≤-2.5），C2~C7椎体HU均值的临界值为269（灵敏度为63.8%，特异度为80.8%）。
总之，椎体CT扫描HU值已经广泛应用于骨质疏松症的相关研究，其对于实现脊柱外科手术个体化及提高手术疗效具有积极意义。但是，椎体HU值反映骨密度缺乏统一标准，因此椎体HU值诊断骨质疏松仍有一些问题需要解决。
杨浦鑫, 王辉, 丁文元. 椎体CT扫描Hounsfield Unit值评价骨密度在脊柱外科应用的研究进展[J]. 中华解剖与临床杂志, 2023, 28(5): 352-356. DOI: 10.3760/cma.j.cn101202-20220917-00281.
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