成都华西华科研究所分析定量CT（QCT）骨密度测量体模软件检测方法腰椎骨密度测量的低剂量研究

摘要：目的通过临床验证多排螺旋定量CT腰椎低剂量扫描参数，制定最佳的低剂量多排螺旋 QCT腰椎扫描协议。资料与方法选取住院拟进行腰椎手术，术前行常规多排螺旋CT平扫和腰椎 QCT检査的30位患者。其中男：10例，女20例；年龄48 ~ 79岁，平均年龄63. 97 ±8. 66岁。分两次 采集常规250 mA和50 mA两组腰椎加校准体模QCT容积数据，将两组L2-L4容积数据传至骨密度 工作站进行骨密度（Bone Mineral Density)测量。应用统计软件SPSS 15.0进行统计分析。结果250 mA组与50 mA组L2、L3、L4平均BMD值无差异（P >0.05);两组三椎体总平均BMD值无差异（p >

I.   05);250!1^组辐射剂量〇1^值为 229.06 ±12.35 111〇₇.«11。50 1^组〇1^值为45.78 ±2.48 111〇” cm。结论多排螺旋定量QCT腰椎低剂量扫描技术能够保证BMD测量准确性，同时使患者的受辐射 剂量比常规多排螺旋CT腰椎扫描大幅度降低。

多排螺旋定量 CT ( Quantitative computer tomography QCT)腰椎扫描已广泛应用于腰椎骨密 度（Bone mineral density, BMD)测量。在采集容积 数据用于骨密度测量的同时，应对扫描过程中所产 生的电离辐射加以重视^[1]。根据采用尽可能低的 合理剂量（As low as reasonably achievable ALARA)

基金项目：北京市卫生系统髙层次卫生技术人才培养项目 (2009-02-03)

作者单位：100035北京，北京积水潭医院放射科（王予生、过 哲、李端端、赵海竹、刘庆华、于爱红、程晓光）

通讯作者：程晓光，Email: xiao65@263.com

放射防护最优化原则，本研究旨在探索降低多排螺 旋QCT腰椎扫描条件，满足临床骨密度测量准确性 要求、并降低患者受辐射剂量。

1资料与方法

1.1 一般资料

选取2011年8月-10月期间住院拟进行腰椎手 术的30位患者，其中男性10例，女性20例；年龄48 ~⁷9岁，平均年龄63.97 ±8.66岁。病例选取标 准:腰椎椎体无骨折、无楔形变、无金属植入物、无骨 水泥;住院手术前行常规腰椎多排螺旋CT扫描及

腰椎QCT检查,这两项检查是我院脊柱手术常规术 前检查，没有因做本研究而增加患者辐射剂量。所 选患者均签署了检查的知情同意书。

1.2检查方法

CT扫描机选用日本东芝16排Aquili(ml6螺旋 CT扫描机,体模选用美国Mindways公司的5样本 QCT校准体模（美国Mindways,Inc.制造，序列号S. N.2939)。由于所选病例均为住院腰椎手术患者， 患者术前需常规行多排螺旋CT扫描进行术前影像 评估。第一次为常规腰椎CT扫描（管电流为250 mA),我们同时把QCT校准体模放在患者腰部下 面，采用常规扫描参数完成容积数据采集，并通过后 重建设置QCT的重建参数获得250 mA扫描条件下 的QCT数据。第二次为腰椎QCT扫描（管电流为 50 mA)。住院患者术前常规需行腰椎QCT检查，测 量椎体BMD作为手术前评估。此次采集患者50 mA扫描条件下QCT数据。分别将两组数据命名为 250 mA 组和 50 mA 组。

II.  患者体位：先将校准体模按足先进方向置 于扫描床上，上面垫上胶袋以消除腰背部与校准体 模之间的空气间隙。患者足先进，腰部置于校准体 模上仰卧，全部腰椎需包含在校准体模长度范围内。 双手抱头，双下肢伸直，脚尖呈中立位。腰部区域无 任何异物。

III.      CT扫描方法：第一次常规扫描参数：管电 压120 kV，管电流250 mA,机架旋转时间0.5 s/r， 层厚_：lxl6_mm，PF 0.938。扫描方式_：螺旋扫描。 床高:81 cm，扫描范围L2-L4。视野（FOV)40 cm， 重建矩阵512x512。重建算法：FC03(标准算法）。 重建间距:〇. 8 mm。记录CT扫描机上每一例扫描 所产生的L2-L4范围内的辐射剂量乘积（DLP单 位:mGy cm)。第二次QCT扫描参数除管电流设 置为50 mA外，其余参数与第一次常规扫描参数一 致。记录CT扫描机上每一例扫描所产生的L2-L4

范围内的辐射剂量DLP。将两次采集的30例患者 腰椎QCT容积数据按250 mA组和50 mA组传至骨 密度工作站进行BMD测量。

IV.  骨密度测量：在骨密度工作站上用骨密度 分析软件：QCT PRO™ 3D脊柱BMD应用模块（版 本 4_ 0 Mindways Software, Inc.)。对 30 例患者 250 mA组和50 mA组容积数据进行BMD测量。方法： 在工作站上点击3D脊柱BMD应用模块图标，打开 Patient information 界面输入信息，点击 confirm match 进人Extraction界面；在Extraction界面中设置脊柱 影像上决定用于骨密度分析的区域和获得的模的感 兴趣区（R0I)。此时在椎体旁出现一圆形光标，同 时在模的周围出现矩形模框光标。将R0I置于轴 面椎体影像的中央松质骨区域；将矩形光标包含住 全部校准模。接着在Rotation和R0I界面中的轴 面、冠状面、矢状面的多平面重组（MPR)影像上确 定L2-L4的R0I位置，确认椎体。在Results显示各 椎体的BMD和三个椎体总平均BMD值。

1.3统计学方法

应用统计软件SPSS 15.0进行分析。BMD及 DLP计量资料数据以均值±标准差（x ±s)表示。两 组中单个椎体平均BMD值，三个椎体总平均BMD 值比较采用配对《检验，<〇.〇5为差异有统计学

意义。

2结果

两组L2,L3,L4BMD值和三个椎体总平均BMD 值;两组平均BMD值差异配对t检验结果:250 mA 组与50 mA组L2、L3、L4平均BMD值无差异（P >

2.   05);两组三椎体总平均BMD值差异无统计学意 义（f>0.05),见表1。250 mA组L2-L4三个椎体 辐射剂量 DLP 值为 229. 06 ± 12. 35 mGy . cm。50 mA组三个椎体辐射剂量DLP值为45.78 ±2.48 mGy* cm₀

表1  250 mA组和50 mA组腰椎椎体平均BMD(i±s)m_g/_Cm³配对f检验结果

分组 检验				BMD
	例数	L2	L3		L4	平均值
250mA 组	30	78.46 ±31.71	70. 08 ±31.00		70. 56 ±29.47	73.03 ±30.21
50 mA 组	30	78.61 ±31.29	70. 92 土 31. 27		71.81 ±29. 59	73.78 ±30. 13
t		-.192	-1. 189		-1.318	-1.299
P		0. 849	0.244		0. 198	0.204

注：t值和/»值是两组间腰椎平均BMD值差异比较所得。两组L2，13，L4单个椎体以及三个椎体总平均BMD值差异比较均无统计学意义 (P>0. 05)

3讨论

骨质疏松症（osteoporosis)是一种全身性的骨骼 疾病，其特征为骨密度（bone mineral density)减低和 骨组织结构的退化，骨的脆性增加以及容易发生骨 折^[2]。骨质疏松性骨折是因骨强度下降而产生的， 而骨强度主要由骨密度和骨质量两方面因素所决 定。骨密度的测量仍是评价骨质疏松敏感和特异的 方法^[3]。QTC测量椎体骨密度可以用于诊断骨质 疏松^[4]。QCT是将人体的被检查部位与校准体模 一起，通过CT扫描把带有人体被检查部位X线衰 减信息的CT值经校准体模转换成以mg/cm³为单 位的一种骨密度测量技术。它利用CT断层影像， 排除了影像重叠所造成的组织叠加，可以将感兴趣 区（R0I)设置在椎体的松质骨区域，使骨密度值更 加精确。近年来，QCT的测量方法也有所改变，出 现了体积（Volumetric) CT等测量方法[^5]。多排螺旋 CT扫描获得的容积数据可以进行多平面重建 (MPR),在横断面、冠状面、和矢状面同时设定R0I。 这样可使定位更加准确，测量精度更高^[5]。

随着人口老龄化以及对骨质疏松症的提早预 防，QCT特别是多排螺旋QCT的检查将广泛在临床 得到应用^[6]。多排螺旋QCT与多排螺旋CT 一样采 用的是X线扫描。多排螺旋CT常规扫描条件的高 低，直接影响的影像质量，同时还产生不同程度的电 离辐射，这已得到共识。但是多排螺旋QCT的扫描 条件是否对骨密度的测量结果产生影响？如何在临 床扫描中应用低剂量扫描技术降低辐射剂量并保持 腰椎骨密度值的准确，则是本研究所要解决的问题。 目前主流厂家都普遍将多排螺旋管电压恒定设置在 120 kV，在管电压恒定情况下，辐射剂量（DLP)的变 化是由管电流（mA) x扫描时间（s)即mAs来决定 的^[7]。辐射剂量（DLP)与mAs呈强相关（;•= 0. 999,尸 <0. 01)^[8]。

调整mAs来控制多排螺旋QCT扫描辐射剂量 (DLP)，需要首先在体模上研究扫描技术参数mA_S 变化对BMD的影响。笔者此前已进行了体模研 究^[8]。依据体模研究，将mAs定为常规平扫与QCT 兼顾的250 mA和专门QCT的50 mA两种条件扫 描。考虑到人体的组织成分、分布，解剖构成，性别 特征、体态差异等因素^[!M°^]，需要在临床中验证体模 研究所得出的mAs变化不影响BMD值测量结果准 确性这一结论。从而确保50 mA低剂量扫描技术 能够在临床QCT扫描中应用。此次研究结果显示

30例病例在两组单个椎体BMD值以及三个椎体总 平均BMD值组间差异比较，均无统计学意义（P >

V.   05)。验证了扫描条件mA_S的变化，不会影响临 床BMD的测量的准确性。但较高的mAs会产生较 高的DLP,使患者受到的辐射剂量增加。

多排螺旋QCT在运用低剂量扫描技术方面与 普通多排螺旋CT常规扫描不同。普通多排螺旋CT 常规扫描可根据体重系数（BMI)对不同体型的患者 采用自动曝光控制或制定个性化的扫描协议降低辐 射剂量。而多排螺旋QCT则要求所有的患者必须 在固定的扫描协议（1^、1^₈^0¥、重建中心、滤过 参数、层厚、螺距因数、床高）下扫描，采集容积数据 进行BMD分析。此次研究结果验证了 50mA扫描 BMD测量的准确性，因此可以制定50 mA低剂量扫 描协议。这样既保证了在BMD工作站上，对轴面、 冠状面、矢状面重建影像上辨别椎体的最低影像分 辨率要求;也可使患者多排螺旋QCT测量腰椎BMD 的有效剂量降至 〇_69mSv。（0. 015 mSv.mGy^-1. cm^-1 x45_ 78 mGy- cm =0• 69mSv E = k.DLP) 〇

多排螺旋CT常规扫描，是通过观察具有一定 空间分辨率和密度分辨率，清晰显示组织结构、解剖 形态的高质量重建影像进行诊断。扫描条件、重建 算法是产生髙质量重建影像的基础。扫描条件mAs 的高低，将影响影像的信噪比、直接影响CT影像质 量,进而影响诊断准确性，因此很难实现超低剂量扫 描。多排螺旋QCT是通过CT扫描腰椎，将X线衰 减信息的CT值经校准体模转换成以mg/cm³为单 位的骨密度值。诊断不需要显示组织细节的重建影 像，因此可降低mAs,这是实现低剂量扫描技术的基 础。因此为了保证高质影像，相同扫描范围多排螺 旋CT必须使用比多排螺旋QCT扫描高的mAs扫 描。从而产生比QCT高近5倍的辐射剂量（3.44 mSv:0.69mSv)。这些，在先前的欧洲标准腰椎体 模多排螺旋扫描和多排螺旋QCT扫描条件mAs (250 mA: 50 mA )和辅射剂量 DLP ( 239 mGy • cm:

3.   mGy)对比研究中得到了验证^[8]。在研究中， 辐射剂量是按L2-L4之间10 cm扫描范围计算。在 实际临床应用中，多排螺旋CT腰椎平扫范围为L1- S1,平均长度550 mm,据此计算有效剂量为6.25 mSv;而多排螺旋QCT腰椎扫描范围为L1-L2,平均 长度60 mm,有效剂量仅为0.51 mSv。是腰椎平扫 剂量的十二分之一（6. 25/0. 51 mSv)。

本研究说明,250 mA和50 mA扫描对骨密度测 量结果没有影响。在制定腰椎多排螺旋QCT扫描

协议时，如果专门行BMD测量，建议采用低剂量 QCT扫描技术。以东芝16排螺旋CT为例，可采用 120 kV，50 mA，机架旋转时间0.5 _S。其他机型可按 120 kV,及该CT标定的最低mA,机架旋转时间设 置。扫描范围应限制在T12-L3中的两个完整椎 体^[1]。如果同时行常规腰椎和QCT检查，建议采用 QCT扫描协议，但将mA设置为250 mA，机架旋转 时间0.5 s。这样既可以进行常规影像诊断，又可以 进行准确的骨密度测量，并减少了一次专门QCT扫 描产生的辐射剂量。

多排螺旋定量QCT腰椎扫描，采用低剂量扫描 技术，在临床实际应用中能够保证BMD测量准确 性。通过制定低剂量标准扫描协议，可使腰椎BMD 测量准确一致，便于随访。同时使患者的受辐射剂 量比常规多排螺旋CT腰椎扫描大幅度降低近12 倍,实现“绿色”扫描。

成都华西华科研究所研发生产QCT骨密度测量体模软件系统 

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