成都华西华科研究所分析定量CT  QCT骨密度测量体模软件系统检测法 骨密度测量技术的进展与临床应用

骨质疏松是由于各种原因引起的全身骨量减少、骨微结 构破坏，导致骨的脆性增加，骨折发生率增高的一种疾病^[1]。 骨质疏松性骨折好发于脊椎、髋关节和前臂，尤其是股骨近 端的骨折，致死率和致残率高，严重危害人民的身体健康。 骨质疏松的防治在于早期发现，早期诊断和早期治疗。骨密 度测量是目前早期诊断骨质疏松的常用方法，主要有双能X 线骨密度（DXA)和定量CT骨密度测量（QCT)。DXA骨 密度测量已被大家所熟悉，QCT在国内已经开展相关研究， 但临床应用远不普及^[2~^4]。本文旨在介绍QCT的技术进展与 临床应用。

1定量CT (QCT)骨密度测量技术

定量CT (quantitative CT，QCT)是由美国加州大学旧 金山分校（UCSF)放射科Genant和Cann医师于1982年提

出的利用临床CT机进行骨密度（BMD)测量的方法^[5]。它 利用临床CT机的X线衰减原理，加上外置质量控制体模和 校准体模（图1)，将扫描图像的CT值准确转换成羟基磷

图1 QCT Pro体模（Mindways公司）。

圆形的质控体模和长条形的校准体模是 QCT骨密度测量准确的保证

灰石（K2HPO4)等效密度。与其他骨密度测量方法相比，QCT骨密度测量体模软件系统检测法具有许多优越性：QCT测量的是真正的体积骨密度，不 受骨骼大小及形态的影响；QCT能够专门测量椎体松质骨的 骨密度，而松质骨的骨丢失和对治疗的反应比皮质骨敏感的 多；QCT基本不受脊柱退行性变的影响；可以应用3D几何 测量参数。尽管如此，QCT并没有在临床上得到广泛应用， 因同期出现的双能X线吸收测定仪（DXA)，具有辐射量低、 操作方便和市场优势而很快超过QCT作为测量骨密度的主 要技术，并在随后的骨质疏松研究中得到广泛应用，积累 了大量正常值、诊断标准、流行病学以及骨质疏松临床试 药数据。

近年来，随着多排螺旋CT (MSCT)扫描技术的飞速 发展，从原来的单排轴扫CT，发展到目前的320排探测器 640层螺旋CT,几秒钟内即可采集到大范围的CT体积数据。 同时QCT技术也由原来的液体体模发展成目前的固体体模， 分析软件也从原来的只能做单层轴位图像的分析，发展成 目前的采用体积数据进行三维分析，同时能做脊柱、髋关 节、膝关节和前臂等部位的测量，也可以进行断面图像体 质成分分析。MSCT和3DQCT技术的发展，使得QCT骨 密度测量技术近年来又受到广泛关注。国际临床骨密度学 会（ISCD)于2007年组织国际一流专家对QCT的研究现 状和临床应用进行了全面评估，形成了 QCT临床应用的共 识（2007) ^[6]。

2 QCT骨密度测量的优势

首先，QCT骨密度测量是在CT断面图像的基础上进 行的，避免了重叠，是真正的体积骨密度，不受骨骼大小 的影响，不受腹主动脉钙化和椎体退变的影响^[7]。其次， QCT是断面图像，可以把皮质骨和松质骨分开，选择性测 量椎体松质骨的密度（图2)，能更敏感地反映早期骨丢失 和对治疗的反应。松质骨的面积是皮质骨的8倍，其骨转 换率是皮质骨的8倍。

【作者单位】1.北京积水潭医院放射科北京100035 2.北京协和医院放射科北京100032 【通讯作者】程晓光E-mail: xiao65@263.net

图2显示QCT Pro分析软件采用三维CT数据，腰椎三平面定位确定每个腰椎椎体测量感兴趣区

3 QCT骨密度测量的临床应用

3.1诊断骨质疏松根据2007年国际临床骨测量学会 (the International Society for Clinical Densitometry, ISCD)

的专家建议，QCT测量椎体骨密度可以用于诊断骨质疏松： 骨密度>120mg/cm³为骨密度正常；80〜120mg/cm³为低骨 量；<80mg/cm³或T值<-3.4个标准差为骨质疏松^[6]。该 诊断标准没有WHO的DXA标准使用广泛，同时需要数据 验证该标准在中国人群中的使用性，这是QCT临床应用亟

需解决的问题。

目前国际公认的骨质疏松骨密度诊断标准是WHO的 DXA的T值<-2.5个标准差这一标准，但要注意T值的计 算取决于所选用的参考数据库，虽然-2.5个标准差是标准， 但因各DXA生产厂家采用不同数据库，可能造成T值差异， 并影响骨质疏松的诊断，其影响程度有待进一步研究。另外， 由于DXA的平面投影特性，老年性脊椎退变、椎体压缩变 形均可以使DXA骨密度升高^[3]，造成假阴性（图3)。

Doi： 10.3969/j.issn.1005-5185.2011.12.       论著 Original Research

定量CT与双能X线吸收测定仪测量腰椎各椎体间骨密度差异性研究

A Study of the Difference of BMD between Lumbar Vertebras Measured by QCT and DXA

【摘要】目的探讨L₂〜L4椎体的骨密度变化趋势，并比较定量CT(QCT) 与双能X线骨密度仪（DXA)测量结果的差异。资料与方法从多中心合作 数据库中选择11 443名志愿者数据进行L:〜L4椎体骨密度（BMD)分析，其 中11 081名志愿者选用DXA检测椎体BMD值，男性2158名，女性8923名； 362名志愿者选用QCT检测椎体中间松质骨BMD值，男性170名，女性192 名，比较二者测量各腰椎BMD的差异。结果DXA测量椎体间BMD值差异 有统计学意义（男性_：F=74.450,尸<0.05;女性：F = 605.388,尸<0.05)， 从L2〜L4呈增加趋势；QCT测量椎体间BMD值差异无统计学意义（男性_：F = 1.291，尸>0.05;女性：F=1.653,尸>0.05)。结论QCT是真正意义上的 体积骨密度测量技术，能更准确地测量骨密度

骨质疏松症（osteoporosis)作为一种与年龄相 关的疾病，其发病率随年龄增加而显著升高，是诱 发老年人骨折的一个主要原因，随着人口老龄化的 日益严重，人们更加重视骨质疏松的预防和治疗。 骨密度(bone mineral density, BMD)测定值与骨量之 间呈正相关，故可根据BMD来推断骨量的变化， 从而成为早期预判骨质疏松症的一种有效检查方 法。目前最为常用的方法是使用双能X线吸收测定 仪（dual X-ray absorptiometry, DXA)和定量 CT 测量 法（quantitative CT, QCT)测量腰椎椎体BMD，本 研究通过DXA和QCT测量L₂〜L4椎体BMD值，

旨在揭示腰椎椎体间骨密度的变化规律，探讨这两 种方法的临床应用价值。

1资料与方法

2.          一般资料通过与武汉市普爱医院放射科合 作，362名成年人因临床需要做QCT检查，测定 BMD值，其中男性170名，女性192名；北京积水 潭医院选择11 081名成年人DXA的BMD值，其 中男性2158名，女性8923名。

1.2仪器与方法分别米用东芝Aquilion 16排 CT扫描机、东芝64排CT扫描机螺旋扫描，使用专用QCT体模及QCT测量系统，分 别测量L2〜L4椎体松质骨BMD ;采用DXA机分 别测量L2〜L4椎体面积BMD。

1.3统计学方法采用SPSS 13.0软件分析，BMD 以均数士标准差(元±幻表示，组间数据差异行方 差分析，户< 0.05为差异有统计学意义。

2结果

DXA测量男、女L2〜L4椎体的BMD不全相 等，椎体间BMD值差异有统计学意义（户< 0.05)， 从L2至L4呈增加趋势（表1 )。QCT测量女性 L2〜L4不同椎体间BMD值，差异无统计学意义（P > 0.05);男性L2〜L4不同椎体间BMD值差异无 统计学意义（户> 0.05，表2)。

表1 DXA测量男性及女性L2〜L4椎体BMD 值比较（x±s，g/cm²)

椎体	BMD值
	男性	女性
L2	1.063 ±0.202	0.949±0.193
L3	1.130±0.221	1.033±0.207
L4	1.137±0.236	1.048±0.217
F值	74.450	605.388
P值	<0.05	< 0.05
表2	QCT测量男性及女性L2〜L4椎体BMD
	值比较（x±6*，mg/cm3)
椎体	BMD值
	男性	女性
L2	126.56±37.11	118.79±47.48
L3	120.87±35.90	110.13±45.71
L4	121.16±37.21	114.29±46.70
F值	1.291	1.653
P值	> 0.05	> 0.05
3讨论

骨质疏松症是以骨量减少、骨组织显微结构退 化(松质骨骨小梁变细、断裂、数量减少，皮质骨多孔、 变薄）为特征，以致骨的脆性增高及骨折危险性增 加的一种全身性骨病。因为BMD与骨量之间呈正 相关，所以骨密度检查是防治骨质疏松症的主要依 据，患者的骨质量每减少一个标准差，脊椎和髋部 的骨折危险性增高2〜3倍^[1]。骨质疏松早期，其 骨量变化首先发生在富含松质骨（亦称海绵骨）的

区域，因松质骨血运丰富，表面积大，代谢转换率高， 脊柱松质骨的代谢活动是皮质骨的8倍，对各种代 谢刺激的反应比皮质骨更敏感。因腰椎椎体的主体 几乎均由松质骨构成，而且腰椎也是骨质疏松症时 骨质丢失较早受累和最常见的部位^[23]，故成为测 量骨密度的常用部位。

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最敏感和最特异的 方法^[4]。QCT和DXA均为判断骨矿含量和诊断骨 质疏松症的较好方法^[5]，DXA技术以其测量BMD 简便、快速、敏感性高而被WHO确认为诊断骨质 疏松的标准。但是DXA在测量BMD中有一定的局 限性，因为DXA是面密度测量^[6]，它测量的是区域 骨矿密度（BMDa),即测量结果包括皮质骨和松质 骨在内的所有骨的总和，不能把皮质骨和松质骨区 分。而皮质骨和松质骨的转换率不同，因此皮质骨 的存在会降低观察治疗变化的敏感性。相同密度不 同体积的两个物体，其面密度差可达2倍；同一地区、 同一民族的人群中，骨髂的外形几何尺寸可相差 50°%以上，这对骨密度的影响可高达4个标准差^[7]。 DXA无法测定骨骼厚度，并且由于身体自身重负作 用，起支撑作用的脊柱骨常会报告为具有高的面积 骨密度，而体积骨密度者可能正常或降低^[8]。本组 人群DXA测量结果显示L2〜L4椎体间的BMD呈 增加趋势；且椎体间BMD因受各椎体周围结构影响 而差异有统计学意义（户< 0.05)，且测量骨密度越 低，其相对测量精度误差越高^[9,10]。在应力刺激下， 因为BMD轻微的变化（5%〜8%),骨的力学效应 将会变化60%左右^[10],且在患有腰椎退变、动脉硬 化、椎体骨质增生等因素的患者中DXA测量BMDa 值常常偏高。而QCT是一种真实的体积骨密度测量 技术^[11]，反映的是真正的三维骨密度，是一种容积 测量方法，它是唯一可分别测量骨转换率不同的松质 骨量及密质骨的真实骨矿密度，具有高分辨率、受椎 体体积影响小的特点^[12, ^13]，测量的松质骨密度更接 近于作为标准值的灰重密度。QCT测量的骨密度值 与灰重存在良好的直线相关性^[14]，其测量的敏感性 高、准确性好、重复性强^[9, ^{15 16]}。因本组QCT测量 的是椎体中单纯的松质骨BMD，因此椎体间差异无 统计学意义（户> 0.05)。研究表明，分别测量椎体 皮质骨与松质骨BMD比值能更好、更准确地反映 代谢高度敏感的松质骨和低度敏感的密质骨之间的 差异^{[17 18]}，可以避免DXA的上述不足，因此应该

将BMDa与BMD明确区分开。

腰椎椎体中间层面的BMD变化可以反映整个 椎体骨量的变化趋势，这一部位是骨质疏松时QCT 骨密度测量的最敏感部位，并且QCT可以观测骨的 微结构，包括骨容积率、骨表面积率、骨小梁厚度、 骨小梁间隔、骨小梁长度、连接密度、结构模型参 数等^[19〜^21]，进而使QCT能更早地反映骨矿含量的 轻微减少，比DXA测量骨密度能更好、更准确地 反映骨质疏松的骨代谢变化，为骨质疏松的早期诊 断及骨质疏松的病因分析和疗效监测提供更准确的 方法^[22,^23]。

多排螺旋CT机快速发展，容积扫描使单个体 素近似于真正意义上的各向同性^{[24 25]}，使容积定量 CT (VQCT)技术在测量BMD值时能在自动定位 重建图像的三维空间分布上衡量骨强度，其敏感性 和可重复性增强，从而对了解骨强度及骨几何学排 列状况有了进一步的提高。

骨质疏松症的发病率随年龄增加而显著升高。 随着人口老龄化的加速，骨质疏松预防、治疗的重 要性日益突出，为了能够早期预防和诊断骨质疏松 症，分析和监测疗效，临床开展了许多BMD测量 方法，QCT作为唯一可分别测量骨转换率不同的松 质骨量及密质骨的真实骨矿密度的测量方法，以其 对骨密度变化的敏感性、测定的精确性、检查的快 捷性而应更广泛地应用于临床。成都华西华科研究所研发生产多种定量CT QCT骨密度测量体模软件分析系统
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