基于胸部CT椎体亨氏单位无监督聚类分析的骨量亚型分层研究：一项为期2年的临床验证

　　这篇研究创新性地采用无监督k均值聚类算法分析胸部CT中T7-T12椎体亨氏单位（HU）值，成功构建了与骨量亚型（正常/骨量减少/骨质疏松OP）高度关联的五类聚类模型。通过455例患者的回顾性队列验证，证实该方法可替代定量CT（QCT）实现精准骨健康分层，为基层医院缺乏双能X线吸收仪（DXA）设备时提供可靠的骨质疏松筛查方案。

　　

Abstract

研究背景

全球老龄化加剧使骨质疏松（OP）成为重大公共卫生问题，中国预计2035年将发生483万例严重脆性骨折。目前OP诊断金标准双能X线吸收仪（DXA）存在二维投影局限，定量CT（QCT）虽能三维评估但设备普及率低。本研究首次探索基于胸部CT椎体亨氏单位（HU）无监督聚类与骨量亚型的关联性，为临床提供便捷的OP筛查工具。

材料与方法

回顾性纳入2023-2024年接受胸部CT和QCT检查的455例患者（男260例，女195例），测量T7-T12椎体HU值。采用Pearson χ²检验和单因素方差分析比较骨量正常组（253例）、骨量减少组（152例）和OP组（50例）差异。通过肘部法确定最佳聚类数（k=5），应用k均值算法进行亚型分类。

结果

年龄与骨量呈负相关（OP组平均70.8岁 vs 正常组54.4岁，P<0.001）。T7-T12椎体HU值在OP组显著降低（如T12椎体：OP组85.3±22.1 HU vs 正常组172.6±35.4 HU）。聚类分析显示：第1类群（72例）中63%为OP患者，平均HU值仅97.9±18.0；第4类群（146例）73%为骨量减少；第2/3/5类群正常骨量占比达97-100%。

结论

多椎体HU值无监督聚类可有效区分骨量亚型，第1类群对OP筛查特异性达63%。该方法利用基层医院现有CT设备即可实施，为资源受限地区提供高效的骨健康评估方案。

Introduction

OP导致的椎体骨折常引发慢性疼痛和脊柱畸形，但传统诊断方法存在明显局限：DXA受椎体退变干扰，QCT需专用软件。聚类分析在疾病分型中展现独特优势，而胸部CT作为常规检查包含T7-T12椎体信息，为OP筛查提供"机会性"检测窗口。

Materials and Methods

采用256层CT扫描仪（Philips Brilliance ICT）获取胸部图像，由5年资历放射科医师在骨窗设置下避开皮质骨和基底静脉丛测量椎体HU值。QCT以T12-L1平均BMD值为标准分组：正常（>120 mg/cm³）、骨量减少（80-120 mg/cm³）和OP（<80 mg/cm³）。通过R软件（4.3.1版）进行聚类分析，WSS曲线确定k=5为最优解。

Results

关键发现：

1. 1.

   椎体HU梯度：T9-T10出现小高峰后，T12值最低（正常组172.6±35.4 HU→OP组85.3±22.1 HU）

2. 2.

   性别差异：OP组女性占比64%，正常组男性占61%

3. 3.

   聚类效能：第1类群HU值较第2类群降低52%，且与QCT诊断一致性达98%

Discussion

解剖学解释：T12椎体低HU值可能与其承受最大机械负荷相关。相比既往单椎体研究（如T4或L1-L2），多椎体聚类能减少测量变异。第1类群患者需优先干预，第4类群建议补充DXA确认，而第2/3/5类群可减少过度检查。

局限性包括未纳入BMI等混杂因素，且需多中心验证。未来可结合AI实现HU值自动测量，提升筛查效率。该技术突破为《"健康中国2030"》规划中的OP防治提供创新解决方案。

Disclosure

作者声明无利益冲突。第一作者单位为山东第一医科大学第二附属医院（国内机构）。研究通过伦理审查（批号未注明），采用匿名数据免除知情同意。