Bilgisayarlı tomografinin hu (hounsfield unit) değeri ile dexa (dual enerji x-ışını absorbsiyometri)  skorlamalarının karşılaştırılması ve bilgisayarlı tomografinin dansitometri değerinin osteoporoz tanısına katkısı
The comparison of hounsfield unit values calculated on computed tomography images and dual energy x-ray absorpsiometry scores for the diagnosis osteoporosi̇s
Yazar: MUHAMMED ALPASLAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. AYDIN BORA
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Radyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2015
Konu: Radyoloji ve Nükleer Tıp = Radiology and Nuclear Medicine

Özet:
ÖZET
  Amaç: 
Bu çalışmada amacımız osteoporoz tanısında altın standart yöntem olan Dual X ışını absorbsiyometri (DEXA) skorlamasının Bilgisayarlı Tomografide(BT) ölçülen hounsfield unit(HU) değerleri ile karşılaştırılması ve  BT dansitometrinin osteoporoz tanısına katkısını araştırmaktır. Ayrıca lomber vertebraların ve femur baş-boyun kesiminin volümetrik ölçümleri yapılarak Dünya sağlık örgütü (WHO) klasifikasyonuna göre değişimin önemli olup olmadığını ve osteoporozda kemik kütlesindeki kaybı radyolojik olarak göstermeye çalıştık.
 Materyal-Metod:
Ocak 2013 ile Mayıs 2015 tarihleri arasında Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tıp Fakültesi Dursun Odabaş Tıp Merkezi Radyoloji ünitesinde çeşitli kliniklerce istenmiş ve rutin olarak hem Abdominal BT'si hemde DEXA' sı çekilmiş 10 yaş üstü tüm hastalar cinsiyet farkı gözetilmeden araştırmamıza dahil edildi. Arşivimizden lomber ve femoral cerrahi geçirmemiş, protezi olamayan, kemik neoplazisi bulunmayan, romatoid artrit ,SLE ,ankilozan spondilit , multipl miyelom gibi hastalıkları olmayan toplam 102 hasta belirlendi. L1-L2-L3-L4 vertebralardan ve femur boynundan DEXA yöntemiyle ölçülen T skoru, BMD, WHO klasifikasyonu ile Abdomen BT de L1-L2-L3-L4 vertebra korpuslarından ve femur baş-boyun kesiminden ölçülen HU değerleri ile BT volum ölçümleri yapıldı. DEXA ölçümleri Hologic 2000 dexa cihazı ile standart pozisyonda yapıldı. Femur boynundan ve lomber L1-L2-L3-L4 vertebralardan kemik mineral yoğunluk(BMD), area, T-Z skoru ölçülüp WHO klasifikasyonu belirlendi. WHO klasifikasyonuna göre T skoru -1 ve üzeri normal, -1 ile -2,5 arası osteopeni, -2,5 ve altı osteoporoz olarak tanımlanmaktadır. BT görüntüleri 16 dedektörlü çok kesitli bilgisayarlı tomografi cihazı(Somatom Emotion 16-slice; CT2012E- Siemens AG Berlin and München- Almanya) ile elde edilmiştir. Hastaların abdomen BT lerinde lomber vertebraların(L1-L2-L3-L4) korpusundan ve femur boynundan üç farklı seviyeden ROİ ler kurularak HU değerleri ölçüldü ortalaması alındı. Ayrıca volümetrik ölçüm yapmak için alt sınır 100 ve 200 HU gibi iki farklı değer , üst sınır ise 1500 HU olarak belirlendi.Vertebra korpusları ve femur baş-boyun bölgesi sınırları çizilerek kemik dışındaki dokuların girmesi önlendi.Ardından volüm değerleri otomatik-interaktif olarak ölçüldü. DEXA ya göre belirlenen WHO kalsifikasyonu, T skoru , BMD değerleri ile BT yöntemiyle ölçülen lomber vertebra-femur boyun HU değerleri ve volümleri arasındak ilişki istatistiksel olarak araştırıldı.SPSS paket programı kullanıldı. 
Sonuçlar: 
Çalışmamıza 102 hasta dâhil edilmiş olup bunların 51 i erkek 51 i kadındı(%50).  10 yaş ve üzerinde bulunan tüm hastalarımız üç gruba ayrıldı.10-30 yaş arası 1. grup, 31-60 yaş arası 2. grup ve 60 yaş üzeri 3.grup olarak tanımlandı. 1. grupta 21 kişi(%20,6) , 2. grupta 52 kişi(%51) ve 3. grupta 29 kişi(%28,4) mevcuttu. Hastaların boy ortalaması 163,3(±8,9) cm, ortalama kilosu ise 69.5(±14,9) kg olarak ölçüldü. 
Lomber bölgeden yapılan ölçümlerde DEXA WHO klasifikasyonuna göre 44 hastada normal (24 erkek, 20 kadın, yaş ortalaması 44), 35 hastada osteopeni(19 erkek, 16 kadın, yaş ortalaması 45) ve 23 hastada(8 erkek, 15 kadın, yaş ortalaması 55) osteoporoz saptandı. 102 hastada L1 vertebranın T skoru ortalaması -1,27 L2 vertebranın T skoru ortalaması -1,06 L3 vertebranın T skoru ortalamsı -1,25 ,L4 vertebranın T skoru ortalaması -1,32 ve total lomber bölge T skoru ortalaması -1,24 olarak bulundu.
Femurdan yapılan DEXA ölçümlerinde WHO ya göre normal hasta sayısı 50(30 erkek, 20 kadın yaş ortalaması 44) , osteopenik hasta sayısı 41(19 erkek, 22 kadın yaş ortalaması 50) , osteoporoz hasta sayısı 11(2 erkek, 9 kadın, yaş ortalaması 52)  kişiydi. 102 hastanın femur total T skoru ortalaması -0,83 idi.
L1-L2-L3-L4 lomber vertebralardan ayrı ayrı ölçülen BT dansitometri HU değerlerinin yaş grupları ile karşılaştırması yapıldı ve üç yaş grubunda HU değerlerinin yaş arttıkça ters orantılı olarak azaldığı görüldü , p değerleri < 0,01 olup anlamlıdır. 
Femur boynundan ölçülen HU değerleride yaş grupları ile karşılaştırıldı. Grup yaşı arttıkça HU değeri orantılı olarak düşük bulundu. p değerleri < 0,01 olup anlamlıdır.
DEXA ya göre lomber vertebraların kemik mineral yoğunluğu (BMD) değerlerinin BT HU değerleri ile yapılan korelasyon testinde her vertebranın (L1-L2-L3-L4) HU sonuçları ve BMD değerleri uyumlu bulunmuştur. P değerleri < 0,01 olup anlamlıdır. Yani BMD değeri arttıkça korele olarak HU değerleride artmaktadır. 
DEXA ya göre femurun kemik mineral yoğunluğu (BMD) değerlerinin BT HU değerleri ile yapılan korelasyon testinde femur boynundan ölçülen HU sonuçları ve BMD değerleri uyumlu bulunmuştur.  p değerleri < 0,01 olup anlamlıdır. Yani BMD değeri arttıkça korele olarak HU değerleride artmaktadır.
          Lomber vertebralarda L1-L2-L3-L4 ten ölçülen BT HU değerleri ve vertebra volümleri, ayrıca femur boynundan ölçülen BT HU değerleri ve volümleri ayni bölgelerden ölçülen DEXA skorları ile karşılaştırıldı. DEXA ya  göre  normal osteopeni ve osteoporoz  olarak üçe ayrılan gruplar göz önünde bulunduruldu. Lomber ve femoral bölgeden yapılan HU ölçümleri ve volüm değerleri DEXA nın üç grubu ilede uyumlu bulundu. Normal hastalardan osteoporotik hastalara doğru gidildikçe HU değeri ve volüm belirgin azalmaktaydı. Lomber vertebra ve femur için p değerleri < 0,01 olup anlamlıdır.
Lomber vertebralardan ölçülen volüm değerleri ile DEXA BMD değerleri arasında korelasyon testi yapıldı. Volümetrik incelemede eşik değerlerinde alt sınır 100HU  olarak seçilen volüm 1 , alt sınır değeri 200HU seçilen volüm 2 olarak belirlendi.İki değişken arasında korelasyon katsayısı anlamlı bulundu. p değerleri < 0,01. BMD değeri arttıkça volüm artış göstermektedir.
Hastalarımızın femur baş-boyun bölgesinin volümetrik ölçümleri DEXA yönteminde femurdan ölçülen BMD değerleri ile korelasyon testi yapıldı.Volümetrik incelemede eşik HU değerleri alt sınır olarak 100HU olanlar volüm 1 , 200HU  olanlar volüm 2 olarak belirlendi. Volüm 1 ve volüm 2 değerleri Femur BMD ile uyumlu bulundu. p değerleri < 0,01 BMD arttıkça volüm artışı görüldü.
             Her bir lomber vertebradan (L1,L2,L3,L4) ve femur boynundan ölçülen BT HU değerleri aynı bölgelerden ölçülen T skorları tek tek eş testi yapılarak karşılaştırıldı. Tüm ölçümlerde eşler arasında pozitif yönde doğrusal bir ilişki gözlenmiştir. Bu ilişki istatistik olarak önemlidir. (p değerleri < 0,01). T skoru yükseldikçe BT HU değerleride doğrusal artış göstermektedir.
              Ayrıca lomber vertebradan ve femur baş-boyundan yapılan BT volümetrik ölçümler T skoru ile eş testi yapılarak karşılaştırıldı.Aynı doğrusal ilişki volüm ile T skoru arasında da görüldü. (p değerleri < 0,01). T skoru arttıkça öçülen volüm değeri artış göstermektedir.
             Herbir lomber vertebra  (L1,L2,L3,L4) ve femurdan ölçülen HU değerleri  aynı yerlerin T skoru arasında uygun cut-off değerleri elde etmek için ROC (Alıcı işlem karakteristikleri, Receiver Operating Characteristic)  analizi yapıldı. 
Lomber vertebraların ortalama HU değeri ile Tskoru değerlendirilmesinde ROC analizinde eğri altındaki alan % 68 bulunmuştur. En ideal yer lomber için L1 vertebra olup kesim değeri 161 HU dur. Yani L1 vertebradan BT ile ölçüm yapıldığında 161 HU altındaki değerler osteoporoz açısından risk taşımaktadır.
           Femur boynundan ölçülen BT HU -Femur boyun T skoru değerlendirmesinde ROC analizinde eğri altındaki alan % 83, femur boynundan ölçülen BT HU ile femur total T skoru değerlendirilmesinde eğri altındaki alan %88 bulunmuştur. Femur boyun için kesim değeri 110 HU , femur total için kesim değeri 96 HU dur.Yani femur boynundan BT ile ölçülen HU değeri 96 nın altında ise osteoporoz açısından risk taşımaktadır.
Tartışma : 
Yaptığımız çalışmada lomber vertebralardan ve femur boynundan ROİ kurarak ölçülen HU değerlerinin DEXA T skoru, BMD ve osteoporoz dereceleri ile karşılaştırılması yapıldı. BT HU değerleri T skoru ve BMD ile pozitif yöne güçlü korelasyon göstermekteydi WHO klasifikasyonuna göre ise normalden osteoporoza doğru gidildikçe HU değerlerinde belirgin azalma gözlemlendi. Ayrıca yaş arttıkça BT HU değerlerinin düşmesi beklediğimiz sonuçlardandı. Bulduğumuz sonuçlar literatürler ile benzer şekildeydi. Çalışmamızda ilk olarak vertebra korpuslarının ve femur proksimalinin volumu ölçüldü. Normalden osteoporotik hastalara ve genç hastalardan yaşlı hastalara doğru gidildikçe volümün anlamlı şekilde düştüğü görüldü. Osteoporotik hastalarda korteksin incelmesi ve meduller  yapının yoğunluğunun azaldığı görsel olarakta ortaya konuldu. Literatürlerin ortak vurgusu yaşlı hastalarda dejeneratif değişiklikler (osteofit , skleroz), aort kalsifikasyonu , kemik adacıkları , skolyoz , fraktür gibi nedenler DEXA nın güvenli sonuç vermesine engel olmaktadır. Bizim hasta grubumuzda da benzer kısıtlamalar ile karşılaşıldı. 
 
 
Sonuç: 
Dünyanın önemli bir sağlık problemi olan osteoporoz tanısında altın standart yöntem olan DEXA nın yukarda bahsedilen kısıtlılıklarından dolayı ve koretks medulla ayrımını yapamaması nedeniyle yeni arayışlar devam edecektir. Bir çok çalışmada T Skoru , yaş ve BMD ile güçlü uyum gösteren BT HU değerlerinin  üç boyutlu incelemeye de  imkan tanıması nedeniyle gelecekte osteoporoz tanısında kullanılacağı kanısındayız.Özellikle standardize edilmiş ve spesifik bölgeye yönelik düşük doz BT uygulamaları ile hastalara osteoporoz ve fraktür riski açısından  DEXA dan daha önemli bilgiler sunacağını düşünmekteyiz . Bunun için daha geniş çapta araştırmalara ihtiyaç vardır. Ayrıca yapmış olduğumuz volüm ölçümleri ile osteoporozda kemik kütlesinde kayıp olduğunu radyolojik olarak kanıtlamış olduk.

Abstract:
ABSTRACT
Purpose:
In this study, our goal is to make a comparison between the values of dual energy X-ray absorptiometry, the gold standard method to diagnose osteoporosis (DEXA) scoring and Computed Tomography (CT) measured in Hounsfield units (HU) and to investigate the contribution of CT densitometry to osteoporosis diagnosis. In addition, by making volumetric measurement of lumbar spines and femoral head-neck cut, we tried to show radiologically whether the volume change is significant or not and the bone mass loss according to the World Health Organization (WHO) classification.
 Materials and Methods:
Between January 2013 and May 2015, at Yuzuncuyıl University School of Medicine Dursun Odabaş Medical Center Radiology unit, all patients above 10 years of age without gender differences were included in this study whose both abdominal CT and DEXA 's taken and requested by the various clinics. From our archives total of 102 patients were defined who hadn't had lumbar and femoral surgery, no implants, no bone neoplasia, and not had the diseases as rheumatoid arthritis, SLE, ankylosing spondylitis, or multiple myeloma. From L1-L2-L3-L4 vertebraes and femoral neck, T score which measured by the DEXA method, BMD, with WHO classification, the CT volume measurements were made, whose HU values were measured by Abdominal CT in the L1-L2-L3-L4 vertebral bodies and femoral head-neck. DEXA measurements were performed in the standard position with the Hologic 2000 dexa device. From femoral neck and lumbar spine and L1-L2-L3-L4 vertebras, bone mineral density (BMD), area, T-Z score was measured and WHO classification was determined. According to the WHO classification T-score of -1 or above normal, between -1 and -2.5 osteopenia, and -2.5 and below is defined as osteoporosis. CT images were obtained by 16-detector multislice computed tomography device (Somatom Emotion 16-slice; CT2012E- Siemens AG Berlin and München- Germany). By establishing three different levels ROI from the abdomen CT of the lumbar spine of patients (L1-L2-L3-L4) and femoral neck of the corpus, HU values were measured and the average of it was taken. In addition; to make volumetric measurement, two different values, such as the lower limit of 100 and 200 HU , the upper limit 1500 HU was set. Vertebral bodies and femoral head-neck area boundaries drawn and entry of tissues outside the bone prevented Then, volume values were measured automatically-interactive. DEXA calcification determined according to the WHO, T score, the relationship between BMD values and lumbar spine-femoral neck HU values and volumes measured by CT method were statistically analyzed SPSS was used.
Results:
102 patients were included in our study, of which 51 men and 51 were women (50%). All our patients whose age was 10 and above were divided into three groups. Group 1 between 10-30 years old, 31-60 years of age Group 2 and Group 3 was defined as over 60 years of age. There were 21 people in the first group (20.6%), 52 people in the second group (51%) and 29 people in the third group (28.4%). The averge height of patients 163.3 (± 8.9) cm and the average weight measured as 69.5 (± 14.9) kg .
In measurements made from lumbar region based on DEXA WHO classification, 44 patients were normal (24 males, 20 females, mean age 44), 35 patients had osteopenia (19 male, 16 female, mean age 45) and 23 patients (8 male, 15 female, mean age 55 ) had osteoporosis. In 102 patients; L1 vertebra T-score average -1.27, L2 vertebra T-score average -1.06, L3 vertebra T-scores average -1.25, L4 vertebra T-score average -1.32 and total lumbar area T-score average -1,24 was found.
In DEXA measurements made from the femur, according to WHO; the number of normal patients 50 (30 male, 20 female, mean age 44), osteopenic patient number 41 (19 male, 22 female, mean age 50), osteoporosis patient number 11 (2 men, 9 women average age 52) . The average  femur T score of 102 patients' was -0.83.
The comparison of HU values of  CT densitometry which was measured from L1-L2-L3-L4 lumbar spine separately with age groups was made and in three age groups, HU values were decreased as age increases inversely proportional. p values  are <0.01 and this is meaningful.
HU values measured at the femoral neck compared with the age groups. As age group increased  HU values  decreased. p values  are <0.01 and this is meaningful.
According to DEXA,  in the correlation tests which made by lumbar spine bone mineral density (BMD) value and CT HU values , the HU results of each vertebrae (L1-L2-L3-L4)  and BMD values were consistent. p values <0.01 are meaningful. That is, as long as BMD value increases, the HU values increase correlatively.
According to DEXA; the results of femur bone mineral density (BMD) with CT HU values and HU results and BMD values measured from femoral neck in correlation test were consistent. p values  are <0.01 and this is meaningful. That is, as long as BMD value increases, the HU values increase correlatively.
CT HU values nn the lumbar vertebraes measured from L1-L2-L3-L4 and spine volumes compared with DEXA scores which measured from femur neck and CT HU values and volumes from same neck of the femur. According to DEXA, divided into three groups as normal, osteopenia and osteoporosis were considered. HU measurements and volume values made in the lumbar and femoral area were  also compatible with the three groups of DEXA. Progressed towards the osteoporotic patients to normal patients, HU value and volume were significantly reduced. P-values for the lumbar spine and femoral <0.01 is meaningful. 
A correlation test done between volume values measured at the lumbar spine and DEXA BMD values. In volumetric analysis, volume 1 the lower limit of the threshold value 100 HU and volume 2  the lower limit of the threshold value 200 HU was selected. There was a significant correlation coefficient between the two variables. p values <0.01. BMD increases, the volume is increasing.
A correlation test between femoral head-neck region of volumetric measurements our patients and  femur BMD values of femur measured by DEXA method was done. In volumetric analysis, volume 1 the lower limit of the threshold value 100 HU and volume 2  the lower limit of the threshold value 200 HU was determined. Volume 1 and volume 2 values were compatible with femoral BMD. p values <0.01. As BMD increased, volume growth was also observed.
Each of the values taken from lumbar spine (L1, L2, L3, L4) and CT HU values measured from femoral neck were compared with T scores through spousetest. A positive linear relationship was observed between the spouses in all measurements. This relationship is statistically significant. (p values <0.01). As T score gets higher, CT HU values also show a linear increase.
In addition, CT volumetric measurements made from lumbar spine and femoral head-neck  were compared through spousetesting with T scores. The same linear relationship was observed between volume and T scores. (p values <0.01). T-score increases, the measured volume value is also increasing. 
In order to obtain the appropriate cut-off value of each lumbar vertebrae (L1, L2, L3, L4) and HU values measured from and  femur from the T score of the same place , ROC (Receiver Operating Characteristic) analysis was performed.
In the average HU value of lumbar spine and T-score assessment, in ROC analysis the area under curve was 68%. The ideal place for lumbar vertebrae is L1, cut-off value of 161 HU. So, when measured by CT from L1 vertebrae, values below 161 HU are at risk of osteoporosis.
In CT HU-DEXA T- score evaluation measured of femur neck, the  area under the curve in ROC analysis 83%, CT HU from the femur and  the total DEXA T-score under the curve 88% was found. The cut-off value for femoral neck 110 HU, the total femur cut-off value is 96 HU. So, if the height of the femur measured by CT is under 96 HU, bears risk of osteoporosis.
Discussion:
In our study, DEXA T-score of the HU values of the lumbar spine and femoral neck measured by establishing ROI  were compared with BMD and osteoporosis degrees. CT HU values,  showed a strong positive correlation with T score and BMD, according to the WHO classification, from normal  towards osteoporosis, a significant decrease was observed in HU values. In addition, the  falling of CT HU values as age increases , was one of the results we expected. The results we found were in similar manner as literature. In our study, first, the volume of the vertebral bodies and  proximal femur was measured .  The volume significantly reduced from normal to osteoporotic patients and from elderly patients to the young patients. The thinning of the cortex and reducing  medulla density was demonstrated visually in patients with osteoporosis . With emphasis on common literature, degenerative changes in elderly patients (osteophytes, sclerosis), causes such as aortic calcification, bone islets, scoliosis, fractures causes impede the safe DEXA results. We faced with similar restrictions in our study group . CT can largely overcome these limitations.
Conclusion:
In the diagnosis of osteoporosis which is a major health problem in the world, new searches will continue due to the limitations of the gold standard method DEXA, mentioned above and not being able to make cortex medulla differentiate. We believe, in the future, T-score which enables three-dimensional examination CT HU  showing strong compliance with BMD values and age in many studies can be used for the diagnosis of osteoporosis. In particular, we believe that standardized and low-dose CT applications towards specific area  offer more important information for patients than DEXA, in terms of osteoporosis and fracture risk . For this, there is a need for wider research. In addition, with the volume measurements that we have done, we have proved radiologically loss of bone in osteoporosis and reduction in its density.