Time dependency of bone density estimation from computed tomography with intravenous contrast agent administration

Abstract

Our study has demonstrated that in contrast-enhanced multi-detector computed tomography (MDCT)-based bone density measurements, the scan delay time after contrast agent administration is a statistically significant variable for the derivation of quantitative computed tomography (QCT)-equivalent bone mineral density (BMD) values. INTRODUCTION: Earlier investigators have proposed to derive QCT-equivalent BMD values from contrast-enhanced MDCT scans by using a merely density-based conversion equation. The purpose of this study was to investigate whether the scan delay after intravenous (IV) contrast agent administration might affect BMD values derived in this way. METHODS: A retrospective data analysis was performed on 198 subjects who underwent standardized biphasic MDCT. Average densities values (in Hounsfield units) of lumbar vertebral bodies 1 to 3 (L1-L3) were compared between phases I and II of the biphasic MDCT scan. Furthermore, QCT-equivalent BMD (BMDQCT) values were calculated using a previously published conversion equation. RESULTS: Paired t-test analysis revealed that IV contrast agent administration leads to a statistically significant increase (8.6 %; p < 0.0001) in overall density of L1-L3 from phases I to II. Moreover, comparison of BMDQCT values between phases I and II reveals a change from osteoporotic to osteopenic in 4.5 % of the study population and from osteopenic to normal for 11.1 % of the subjects. Furthermore, it was revealed that the density increase from phases I to II shows a weak, yet statistically significant (p < 0.001) age dependency. CONCLUSIONS: Our study demonstrates that the use of a mere density-based conversion equation for deriving BMDQCT from MDCT scans ignores time dependency as an important variable. Furthermore, our results indicate that the actual age-dependent BMD itself might be another relevant variable that needs to be included in a MDCT-to-QCT conversion equation.

In der vorliegenden Studie konnte gezeigt werden, dass bei der Knochendichtemessung (BMD) mittels kontrastmittelverstärkter Multidetektor- Computertomographie (MDCT) die zeitliche Verzögerung zwischen Kontrastmittelgabe und Akquisition eine statistisch signifikante Variable für die Berechnung von quantitativen CT (QCT) äquivalenten BMD-Werten darstellt. Einleitung: In früheren Studien wurde vorgeschlagen, QCT-äquivalente Knochendichtewerte anhand von kontrastverstärkten MDCT-Aufnahmen unter Verwendung einer allein auf Dichtewerten basierenden Konversionsformel herzuleiten. Ziel der vorliegenden Studie war es zu untersuchen, ob diese Dichtewerte je nach zeitlicher Verzögerung zwischen Kontrastmittelgabe und Aufnahme variieren. Methode: Es erfolgte eine retrospektive Analyse von 198 Datensätzen einer standardisierten biphasischen MDCT-Untersuchung. Dabei wurden die durchschnittlichen BMD-Werte (in Hounsfield-Einheiten) der ersten drei Lendenwirbelkörper (L1 – L3) in Phase I und II der biphasischen Untersuchung verglichen. Weiterhin wurden anhand einer publizierten Konversionsformel QCT- äquivalente BMD-Werte errechnet (BMD-QCT). Ergebnisse: Mittels gepaartem t-Test konnte gezeigt werden, dass nach intravenöser Kontrastmittelgabe die Gesamtdichte von L1 – L3 in Phase II signifikant höher ist als in Phase I (Anstieg um 8,6%; p<0,0001). Beim Vergleich der BMD-QCT- Werte zwischen Phase I und II zeigte sich eine Änderung von osteoporotisch zu osteopenisch in 4,5% der Fälle, sowie von osteopenisch zu normal bei 11,1% der Studienteilnehmer. Zudem ergab sich für den Dichteanstieg zwischen Phase I und Phase II eine schwache, aber statistisch signifikante Altersabhängigkeit (p<0,001). Schlussfolgerungen: Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung einer allein dichtebasierten Konversionsformel zur Berechnung von BMD-QCT- Werten anhand von MDCT-Aufnahmen die Zeitabhängigkeit nicht berücksichtigt, obwohl diese eine wichtige Variable darstellt. Weiterhin legt die vorliegende Studie nahe, dass die altersabhängige Knochendichte selbst einen möglichen weiteren Einflussfaktor darstellt, der eventuell bei der Umrechnung von MDCT- in QCT-Werte ebenfalls Berücksichtigung finden sollte.