Preview

Медицинская визуализация

Расширенный поиск

Количественная компьютерная томография, современные данные. Обзор

https://doi.org/10.24835/1607-0763-1049

Полный текст:

Аннотация

Обзор посвящен методике количественной компьютерной томографии (ККТ, QCT – quantitative computed tomography). При ККТ производится перевод рентгеновской плотности (HU) в минеральную плотность кости (МПК, мг/мл) с помощью линейных зависимостей, полученных при использования калибровочных стандартов (фантомов). При сопоставлении с нормативными возрастными данными возможна диагностика остеопороза (ОП). В обзоре представлены различные методики ККТ и их диагностические возможности в соответствии с позициями ISCD 2019 (International Society for Clinical Densitometry). Рассмотрены результаты сравнения ККТ и стандартной двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (ДРА, DXA – dual-energy Х-ray absorptiometry). Отмечено, что при исследовании проксимального отдела бедра результаты методик хорошо сопоставимы, по результатам обеих методик возможна диагностика ОП по Т-критерию. Однако при исследовании позвоночника при ККТ оценивается объемная МПК губчатого вещества тел позвонков, а при ДРА оценивается проекционная МПК. Различны и подходы к интерпретации результатов – при постановке диагноза ОП при ДРА позвоночника используется Т-критерий, а при ККТ – критерии ACR (American College of Radiology).

В обзоре описаны фантомы, применяемые в ККТ, приведены данные по лучевой нагрузке при проведении ККТ и ДРА.

Описан подход к оппортунистическому скринингу ОП методом ККТ по результатам ранее проведенной КТ, включая автоматизированные его варианты с использованием технологий искусственного интеллекта. Эти перспективные методики привлекательны ввиду большого количества выполняемых КТ-исследований и исключения проведения дополнительных исследований.

Об авторах

А. В. Петряйкин
Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы
Россия

Петряйкин Алексей Владимирович – кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник отдела инновационных технологий.

109029 Москва, Средняя Калитниковская ул., д. 28, стр. 1.

SPIN: 6193-1656


Конфликт интересов:

Нет



И. А. Скрипникова
Национальный медицинский исследовательский центр терапии и профилактической медицины Минздрава России
Россия

Скрипникова Ирина Анатольевна – доктор медицинских наук, профессор, руководитель отдела профилактики остеопороза.

101990 Москва, Петроверигский пер., 10, стр.3.

SPIN: 1514-0880.


Конфликт интересов:

Нет



Список литературы

1. Beckmann E.C. CT scanning the early days. Br. J. Radiol. 2006; 79 (937): 5–8. https://doi.org/10.1259/bjr/29444122

2. Whitehouse R.W., Adams J.E. Single energy quantitative computed tomography: the effects of phantom calibration material and kVp on QCT bone densitometry. Br. J. Radiol. 1992; 65 (778): 931–934. https://doi.org/10.1259/0007-1285-65-778-931

3. Mccready R., Gnanasegaran G., Bomanji J.B. A History of Radionuclide Studies in the UK. Cham, 2016. 152 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-28624-2

4. Genant H.K., Engelke K., Prevrhal S. Advanced CT bone imaging in osteoporosis. Rheumatology. 2008; 47 (Suppl. 4): iv9. https://doi.org/10.1093/rheumatology/ken180

5. Cohen A., Dempster D.W., Müller R., Guo X.E., Nickolas T.L., Liu X.S., Zhang X.H., Wirth A.J., van Lenthe G.H., Kohler T., McMahon D.J., Zhou H., Rubin M.R., Bilezikian J.P., Lappe J.M., Recker R.R., Shane E. Assessment of trabecular and cortical architecture and mechanical competence of bone by high-resolution peripheral computed tomography: Comparison with transiliac bone biopsy. Osteoporos Int. 2010; 21 (2): 263–273. https://doi.org/10.1007/s00198-009-0945-7

6. Fournier R., Harrison R.E. Strategies for studying bone loss in microgravity. Reach. 2020: 17–20: 100036. https://doi.org/10.1016/j.reach.2020.100036

7. Dadwal U.C., Maupin K.A., Zamarioli A., Tucker A., Harris J.S., Fischer J.P., Rytlewski J.D., Scofield D.C., Wininger A.E., Bhatti F.U.R., Alvarez M., Childress P.J., Chakraborty N., Gautam A., Hammamieh R., Kacena M.A. The effects of spaceflight and fracture healing on distant skeletal sites. Sci. Rep. 2019; 9 (1): 11419 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-47695-3

8. Bousson V., Le Bras A., Roqueplan F., Kang Y., Mitton D., Kolta S., Bergot C., Skalli W., Vicaut E., Kalender W., Engelke K., Laredo J.D. Volumetric quantitative computed tomography of the proximal femur: Relationships linking geometric and densitometric variables to bone strength. Role for compact bone. Osteoporos Int. 2006; 17 (6): 855–864. https://doi.org/10.1007/s00198-006-0074-5

9. Guglielmi G., Lang T.F., Cammisa M., Genant H.K. Quantitative Computed Tomography of the Axial Skeleton. Bone Densitometry and Osteoporosis. Berlin, Heidelberg: Springer. 336–347. https://doi.org/10.1007/978-3-642-80440-3_16

10. Cann C.E., Genant H.K. Precise measurement of vertebral mineral content using computed tomography. J. Comput. Assist. Tomogr. 1980; 4 (4): 493–500. https://doi.org/10.1097/00004728-198008000-00018

11. Faulkner K.G., Glüer C.C., Grampp S., Genant H.K. Cross-calibration of liquid and solid QCT calibration standards: Corrections to the UCSF normative data. Osteoporos Int. 1993; 3 (1): 36–42. https://doi.org/10.1007/BF01623175

12. Engelke K. Quantitative Computed Tomography – Current Status and New Developments. J. Clin. Densitom. 2017; 20 (3): 309–321. https://doi.org/10.1016/j.jocd.2017.06.017

13. 2019 ISCD Official Positions – Adult – International Society for Clinical Densitometry Available at: https://iscd.app.box.com/s/5r713cfzvf4gr28q7zdccg2i7169fv86. Accessed July 14, 2021.

14. The American College of Radiology. ACR–SPR–SSR Practice Parameter for the Performance of Musculoskeletal Quantitative Computed Tomography (Qct). Published 2018. https://www.acr.org/-/media/ACR/Files/Practice-Parameters/QCT.pdf Accessed July 14, 2021

15. Emohare O., Cagan A., Polly D.W., Gertner E. Opportunistic computed tomography screening shows a high incidence of osteoporosis in ankylosing spondylitis patients with acute vertebral fractures. J. Clin. Densitom. 2015; 18 (1): 17–21. https://doi.org/10.1016/j.jocd.2014.07.006

16. Pickhardt P.J., Lee L.J., del Rio A.M., Lauder T., Bruce R.J., Summers R.M., Pooler B.D., Binkley N. Simultaneous screening for osteoporosis at CT colonography: Bone mineral density assessment using MDCT attenuation techniques compared with the DXA reference standard. J. Bone Miner. Res. 2011; 26 (9): 2194–2203. https://doi.org/10.1002/jbmr.428

17. Jang S., Graffy P.M., Ziemlewicz T.J., Lee S.J., Summers R.M., Pickhardt P.J. Opportunistic osteoporosis screening at routine abdominal and Thoracic CT: Normative L1 trabecular attenuation values in more than 20 000 adults. Radiology. 2019; 291 (2): 360–367. https://doi.org/10.1148/radiol.2019181648

18. Alacreu E., Moratal D., Arana E. Opportunistic screening for osteoporosis by routine CT in Southern Europe. Osteoporos Int. 2017; 28 (3): 983–990. https://doi.org/10.1007/s00198-016-3804-3

19. Власова И.С., Терновой С.К., Сорокин А.Д., Горбатов М.М., Вожагов В.В. Возрастные изменения минеральной плотности позвонков в норме у российской популяции. Вестник рентгенологии и радиологии. 1998; 6: 28–33.

20. Власова И.С., Сорокин А.Д., Терновой С.К. Возрастные изменения минеральной плотности трабекулярного вещества позвонков и риск переломов. Медицинская визуализация. 1998; 4: 31–35.

21. Engelke K., Lang T., Khosla S., Qin L., Zysset P., Leslie W.D., Shepherd J.A., Schousboe J.T. Clinical use of quantitative computed tomography (QCT) of the hip in the management of osteoporosis in adults: the 2015 ISCD official positions Part I. J. Clin. Densitom. 2015; 18 (3): 338–358. https://doi.org/10.1016/j.jocd.2015.06.012

22. Laaksonen M.M.L., Sievänen H., Tolonen S., et al. Determinants of bone strength and fracture incidence in adult Finns: cardiovascular risk in young finns study (the GENDI pQCT study). Arch. Osteoporos. 2010; 5 (1–2): 119–130. https://doi.org/10.1007/s11657-010-0043-7

23. Scanco Medical – Xtreme CT II (specification) Available at: https://pdf.medicalexpo.com/pdf/scanco-medical/ xtremect-ii/105918-145347.html. Accessed July 14, 2021.

24. Guglielmi G., Grimston S.K., Fischer K.C., Pacifici R. Osteoporosis: Diagnosis with lateral and posteroanterior dual x-ray absorptiometry compared with quantitative CT. Radiology. 1994; 192 (3): 845–850. https://doi.org/10.1148/radiology.192.3.8058958

25. Reinbold W.D., Genant H.K., Reiser U.J., Harris S.T, Ettinger B. Bone mineral content in early-postmenopausal and postmenopausal osteoporotic women: Comparison of measurement methods. Radiology. 1986; 160 (2): 469– 478. https://doi.org/10.1148/radiology.160.2.3726129

26. Петряйкин А.В., Кузнецов С.Ю., Артюкова З.Р., и др. Сравнение асинхронной количественной компьютерной томографии и двуэнергетической рентгеновской абсорбциометрии с узкоугольным веерным пучком для оценки состояния МПК в области проксимального отдела бедра. Сборник тезисов VII Российского конгресса по остеопорозу. Остеопороз и остеопатии. 2020; 23 (2): 120–121.

27. Centre for Metabolic Bone Diseases, University of Sheffield. FRAX – Fracture Risk Assessement Tool. Available at: https://www.sheffield.ac.uk/FRAX/tool.aspx Accessed July 14, 2021

28. Yu W., Glüer C.C., Grampp S., Jergas M., Fuerst T., Wu C.Y., Lu Y., Fan B., Genant H.K. Spinal bone mineral assessment in postmenopausal women: A comparison between dual X-ray absorptiometry and quantitative computed tomography. Osteoporos Int. 1995; 5 (6): 433– 439. https://doi.org/10.1007/BF01626604

29. Löffler M.T., Jacob A., Scharr A., Sollmann N., Burian E., El Husseini M., Sekuboyina A., Tetteh G., Zimmer C., Gempt J., Baum T., Kirschke J.S. Automatic opportunistic osteoporosis screening in routine CT: improved prediction of patients with prevalent vertebral fractures compared to DXA. Eur. Radiol. Published online January 2021: 1–9. https://doi.org/10.1007/s00330-020-07655-2

30. Engelke K., Adams J.E., Armbrecht G., Augat P., Bogado C.E., Bouxsein M.L., Felsenberg D., Ito M., Prevrhal S., Hans D.B., Lewiecki E.M. Clinical use of quantitative computed tomography and peripheral quantitative computed tomography in the management of osteoporosis in adults: The 2007 ISCD Official Positions. J. Clin. Densitom. 2008; 11 (1): 123–162. https://doi.org/10.1016/j.jocd.2007.12.010

31. Zysset P., Qin L., Lang T., et al. Clinical Use of Quantitative Computed Tomography–Based Finite Element Analysis of the Hip and Spine in the Management of Osteoporosis in Adults: the 2015 ISCD Official Positions – Part II. J. Clin. Densitom. 2015; 18 (3): 359–392. https://doi.org/10.1016/j.jocd.2015.06.011

32. Engelke K., Lang T., Khosla S., Qin L., Zysset P., Leslie W.D., Shepherd J.A., Shousboe J.T. Clinical use of quantitative computed tomography-based advanced techniques in the management of osteoporosis in adults: The 2015 ISCD Official Positions-Part III. J. Clin. Densitom. 2015; 18 (3): 393–407. https://doi.org/10.1016/j.jocd.2015.06.010

33. Kalender W.A., Felsenberg D., Genant H.K., Fischer M., Dequeker J., Reeve J. The European Spine Phantom--a tool for standardization and quality control in spinal bone mineral measurements by DXA and QCT. Eur. J. Radiol. 1995; 20 (2): 83–92. https://doi.org/10.1016/0720-048x(95)00631-y

34. Петряйкин А.В., Низовцова Л.А., Сергунова К.А., et al. Оценка точности асинхронной компьютерной денситометрии по данным фантомного моделирования. Радиология – практика. 2019; 6 (78): 49–59.

35. Bonaretti S., Carpenter R.D., Saeed I. et al. Novel anthropomorphic hip phantom corrects systemic interscanner differences in proximal femoral vBMD. Phys. Med. Biol. 2014; 59 (24): 7819–7834. https://doi.org/10.1088/0031-9155/59/24/7819

36. Lang T.F., Li J., Harris S.T., Genant H.K. Assessment of vertebral bone mineral density using volumetric quantitative CT. J. Comput. Assist. Tomogr. 1999; 23 (1): 130–137. https://doi.org/10.1097/00004728-199901000-00027

37. Wang L., Su Y., Wang Q., Duanmu Y., Yang M., Yi C., Cheng X. Validation of asynchronous quantitative bone densitometry of the spine: Accuracy, short-term reproducibility, and a comparison with conventional quantitative computed tomography. Sci. Rep. 2017; 7 (1): 6284. https://doi.org/10.1038/s41598-017-06608-y

38. Brown J.K., Timm W., Bodeen G., Chason A., Perry M., Vernacchia F., DeJournett R. Asynchronously Calibrated Quantitative Bone Densitometry. J. Clin. Densitom. 2017; 20 (2): 216–225. https://doi.org/10.1016/j.jocd.2015.11.001

39. Pickhardt P.J., Bodeen G., Brett A., Brown J.K., Binkley N. Comparison of femoral neck BMD evaluation obtained using lunar DXA and QCT with asynchronous calibration from CT colonography. J. Clin. Densitom. 2015; 18 (1): 5–12. https://doi.org/10.1016/j.jocd.2014.03.002

40. Gausden E.B., Nwachukwu B.U., Schreiber J.J., Lorich D.G., Lane J.M. Opportunistic use of CT imaging for osteoporosis screening and bone density assessment: A qualitative systematic review. J. Bone Jt. Surg. – Am. Vol. 2017; 99 (18): 1580–1590. https://doi.org/10.2106/JBJS.16.00749

41. Brown J.K., Timm W., Bodeen G., Chason A., Perry M., Vernacchia F., DeJournett R. Asynchronously Calibrated Quantitative Bone Densitometry. J. Clin. Densitom. 2017; 20 (2): 216–225. https://doi.org/10.1016/j.jocd.2015.11.001

42. Ziemlewicz T.J., Maciejewski A., Binkley N., Brett A.D., Brown J.K., Pickhardt P.J. Opportunistic Quantitative CT Bone Mineral Density Measurement at the Proximal Femur Using Routine Contrast-Enhanced Scans: Direct Comparison With DXA in 355 Adults. J. Bone Miner. Res. 2016; 31 (10): 1835–1840. https://doi.org/10.1002/jbmr.2856

43. Summers R.M., Baecher N., Yao J., Liu J., Pickhardt P.J., Choi J.R., Hill S. Feasibility of Simultaneous Computed Tomographic Colonography and Fully Automated Bone Mineral Densitometry in a Single Examination. J. Comput. Assist. Tomogr. 2011; 35 (2): 212–216. https://doi.org/10.1097/RCT.0b013e3182032537

44. Cheng X., Zhao K., Zha X., et al. Opportunistic Screening Using Low-Dose CT and the Prevalence of Osteoporosis in China: A Nationwide, Multicenter Study. J. Bone Miner. Res. Published online November 2020:jbmr.4187. https://doi.org/10.1002/jbmr.4187

45. Boden S.D., Goodenough D.J., Stockham C.D., Jacobs E., Dina T., Allman R.M. Precise measurement of vertebral bone density using computed tomography without the use of an external reference phantom. J. Digit. Imaging. 1989; 2 (1): 31–38. https://doi.org/10.1007/BF03168013

46. Gudmundsdottir H., Jonsdottir B., Kristinsson S., Johannesson A., Goodenough D., Sigurdsson G. Vertebral bone density in icelandic women using quantitative computed tomography without an external reference phantom. Osteoporos Int. 1993; 3 (2): 84–89. https://doi.org/10.1007/BF01623378

47. Kopperdahl D.L., Aspelund T., Hoffmann P.F., Sigurdsson S., Siggeirsdottir K., Harris T.B., Gudnason V., Keaveny T.M. Assessment of incident spine and hip fractures in women and men using finite element analysis of CT scans. J. Bone Miner. Res. 2014; 29 (3): 570–580. https://doi.org/10.1002/jbmr.2069

48. Valentinitsch A., Trebeschi S., Kaesmacher J., Lorenz C., Löffler M.T., Zimmer C., Baum T., Kirschke J.S. Opportunistic osteoporosis screening in multi-detector CT images via local classification of textures. Osteoporos Int. 2019; 30 (6): 1275–1285. https://doi.org/10.1007/s00198-019-04910-1

49. Roski F., Hammel J., Mei K., Baum T., Kirschke J.S., Laugerette A., Kopp F.K., Bodden J., Pfeiffer D., Pfeiffer F., Rummeny E.J., Noël P.B., Gersing A.S., Schwaiger B.J. Bone mineral density measurements derived from dual-layer spectral CT enable opportunistic screening for osteoporosis. Eur. Radiol. 2019; 29 (11): 6355–6363. https://doi.org/10.1007/s00330-019-06263-z

50. Петряйкин А.В., Белая Ж.Е., Киселeва А.Н., Артюкова З.Р., Беляев М.Г., Кондратенко В.А., Писов М.Е., Соловьев А.В., Сморчкова А.К., Абуладзе Л.Р., Киева И.Н., Феданов В.А., Яссин Л.Р., Семёнов Д.С., Кудрявцев Н.Д., Щелыкалина С.П., Зинченко В.В., Ахмад Е.С., Сергунова К.А., Гомболевский В.А., Низовцова Л.А., Владзимирский А.В., Морозов С.П. Технология искусственного интеллекта для распознавания компрессионных переломов позвонков с помощью модели морфометрического анализа, основанной на сверточных нейронных сетях. Проблемы эндокринологии. 2020; 66 (5): 48–60. https://doi.org/10.14341/probl12605

51. Graffy P.M., Liu J., Pickhardt P.J., Burns J.E., Yao J., Summers R.M. Deep learning-based muscle segmentation and quantifcation at abdominal CT: Application to a longitudinal adult screening cohort for sarcopenia assessment. Br. J. Radiol. 2019; 92 (1100). https://doi.org/10.1259/bjr.20190327

52. Paris M.T. Body Composition Analysis of Computed Tomography Scans in Clinical Populations: The Role of Deep Learning. Lifestyle Genomics. 2020; 13 (1): 28–31. https://doi.org/10.1159/000503996

53. Pickhardt P.J., Lee S.J., Liu J., Yao J., Lay N., Graffy P.M., Summers R.M. Population-based opportunistic osteoporosis screening: Validation of a fully automated CT tool for assessing longitudinal BMD changes. Br. J. Radiol. 2019; 92 (1094). https://doi.org/10.1259/bjr.20180726

54. Dagan N., Elnekave E., Barda N., Bregman-Amitai O., Bar A., Orlovsky M., Bachmat E., Balicer R.D. Automated opportunistic osteoporotic fracture risk assessment using computed tomography scans to aid in FRAX underutilization. Nat. Med. 2020; 26 (1): 77–82. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0720-z

55. Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency. Flying and health: Cosmic radiation exposure for casual flyers and aircrew. Available at: https://www. arpansa.gov.au/understanding-radiation/radiation-sources/more-radiation-sources/flying-and-health Accessed July 14, 2021.

56. Damilakis J., Adams J.E., Guglielmi G., Link T.M.. Radiation exposure in X-ray-based imaging techniques used in osteoporosis. Eur. Radiol. 2010; 20 (11): 2707–2714. https://doi.org/10.1007/s00330-010-1845-0

57. Jang J., Jung S.E., Jeong W.K., Lim Y.S., Choi J.I., Park M.Y., Kim Y., Lee S.K., Chung J.J., Eo H., Yong H.S., Hwang S.S. Radiation Doses of Various CT Protocols: A Multicenter Longitudinal Observation Study. J. Korean Med. Sci. 2016; 31: 24–31. https://doi.org/10.3346/jkms.2016.31.S1.S24

58. Khoo B.C., Brown K., Cann C., Zhu K., Henzell S., Low V., Gustafsson S., Price R.I., Prince R.L. Comparison of QCT-derived and DXA-derived areal bone mineral density and T scores. Osteoporos Int. 2009; 20 (9): 1539–1545. https://doi.org/10.1007/s00198-008-0820-y


Дополнительные файлы

Рецензия

Для цитирования:


Петряйкин А.В., Скрипникова И.А. Количественная компьютерная томография, современные данные. Обзор. Медицинская визуализация. 2021;25(4):134-146. https://doi.org/10.24835/1607-0763-1049

For citation:


Petraikin A.V., Skripnikova I.A. Quantitative Computed Tomography, modern data. Review. Medical Visualization. 2021;25(4):134-146. (In Russ.) https://doi.org/10.24835/1607-0763-1049

Просмотров: 258


ISSN 1607-0763 (Print)
ISSN 2408-9516 (Online)