基于数字断层融合的体积相关技术实现椎体变形活体测量及其在骨质疏松性骨折风险评估中的应用

本研究针对骨质疏松性椎体骨折临床预测难题，创新性采用数字断层融合-数字体积相关技术（DTS-DVC），通过活体测量椎体载荷形变参数（如端板位移DDVC 、刚度等），发现骨折椎体位移异质性显著高于相邻正常椎体（p<0.05），误差仅16.9-19.3μm，为生物力学驱动的椎体质量评估提供了新范式。

　　

骨质疏松性椎体骨折作为最常见的脆性骨折类型，不仅导致慢性疼痛和内脏并发症，更使患者5年死亡率与髋部骨折相当。尽管骨密度（BMD）检测是当前骨质疏松诊断金标准，但其对骨折风险的预测准确性不足——已有研究证实，既往椎体骨折史比BMD更能预测未来骨折风险。这种临床困境揭示了一个关键科学问题：椎体生物力学性能的评估需要超越静态的骨密度测量，转向动态载荷响应分析。

美国亨利福特健康系统的Daniel Oravec团队在《Journal of Biomechanics》发表的研究，开创性地将实验室微计算机断层扫描（μCT）与力学加载结合的离体检测技术，转化为临床可用的活体评估方案。研究人员开发了基于数字断层融合的体积相关技术（DTS-DVC），利用患者仰卧位和站立位DTS图像，通过数字体积相关算法量化椎体形变。该技术兼具低辐射（仅为CT的12-17%）和高分辨率（达薄层CT的3倍）优势，能捕捉生理载荷下椎体的三维形变场。

研究纳入19例患者（7例椎体骨折Fx，12例无骨折NFx），采用多体位DTS扫描获取椎体形变数据。关键技术包括：1）DTS图像采集系统（仰卧/站立/负重站立三体位）；2）数字体积相关算法计算端板间位移D_DVC
、刚度和顺应性；3）统计学分析比较Fx与NFx组椎体力学参数差异。

【方法】
研究团队通过亨利福特健康骨与矿物质代谢诊所招募患者，排除肿瘤、激素治疗等干扰因素。采用自主研发的DTS-DVC流程，计算T12-L2椎体在三种体位下的形变参数，并评估测量误差。

【结果】

1. 活体测量精度达16.9-19.3μm，所有参数均随载荷显著变化（p<0.0001至p<0.05）；
2. 骨折椎体端板位移及异质性显著高于相邻正常椎体；
3. Fx组未骨折L1椎体的DVC参数与NFx组存在数值差异（未达统计学显著性）。

【讨论】
该研究首次证实DTS-DVC技术活体应用的可行性，其测量误差（约19μm）远小于椎体骨折典型位移（100-200μm）。骨折椎体表现出的位移异质性增强，可能反映骨小梁微结构损伤导致的力学性能退化。虽然未骨折椎体的组间差异未达显著水平，但趋势性结果提示DTS-DVC或能识别"亚临床脆弱"椎体。

这项研究的意义在于：1）建立首个活体椎体生物力学评估方案，突破传统BMD检测局限；2）揭示椎体骨折的力学特征标志物（如位移异质性）；3）为骨质疏松性骨折的精准预防提供新思路。未来扩大样本量后，DTS-DVC可能发展成为椎体骨折风险的预测工具，实现从"骨密度时代"向"生物力学时代"的跨越。