无体模法定量CT（QCT）骨密度测量体模软件检测方法测量腰椎骨密度的 可信度及可重复性研究
成都华西华科研究所分析无体模法定量CT（QCT）骨密度测量体模软件检测方法测量腰椎骨密度的 可信度及可重复性研究
【摘要】目的评价无体模法定量CT(quantitative computed tomography, QCT)测量腰椎骨密度 (bone mineral density, BMD; QCT-BMD)的同一■位测量者内和3位测量者间BMD测量值的一■致性和可重 复性。方法将31例患者的腰椎螺旋CT扫描数据传输至工作站进行BMD测量。由3位经过培训的脊 柱外科医生(分别为测量者A、B、C)独立进行腰椎QCT-BMD测量，每位测量者对患者均测量2次。同一 位测量者的2次测量和3位测量者间BMD测量值的差异用重复测量的方差分析比较，一致性分析用组内 相关系数(intraclass correlation coefficient, ICC)描述。3位测量者间BMD测量值的可靠性分析用Cron- bach'a 系数描述。结果 测量者 A 的 2次腰椎BMD 测量值分别为（67.14±26.71) mg/cc、66.37±26.69) mg/cc，差值率为4.22%c±2.55%(P=0.12, ICC=0.995);测量者B的2次腰椎BMD测量值分别为（68.89土 29.37) mg/cc、68.54±28.98) mg/cc，差值率为 5.08%c±3.83%(P=0.56, ICC=0.994);测量者 C 的 2次腰椎 BMD 测量值分别为（69.31±26.72) mg/cc、（69.83±27.90) mg/cc，差值率为 4.16%C±3.03%(P=0.31，ICC= 0.995)。3位测量者所测量的腰椎BMD平均值分别为（66.76±26.66) mg/cc、68.71±29.13) mg/cc(69.57土 27.28) mg/cc(P=0.15, ICC=0.957, Cronbach' a系数=0.985)。结论无体模法 QCT测量腰椎BMD具有较 高的一致性和可重复性。
【关键词】骨密度;定量CT;可信度;可重复性
骨质疏松症是以单位体积骨骼中的骨量减少和
通信作者:镇万新，E-mail: 13802213788@163.com
骨组织显微结构改变为特征的全身性骨病，可引起 患者全身骨脆性增加、骨强度下降和骨折风险增 加。骨质疏松症最主要的评价指标是骨密度(bone mineral density, BMD)。目前WHO推荐米用双能X 线吸收法(dual energy X-ray absorptiometry, DXA)测量BMD值作为骨质疏松症诊断的金标准。虽然 DXA测量有诸如可测量腰椎及髋关节等多部位、射 线剂量小、检查速度较快等优点，但需专门仪器进行 检查，尚不能大规模普及。定量CT(quantitative computed tomography, QCT)检查测定 BMD (QCT- BMD)是目前唯一能够测得体积BMD的方法。随着 CT性能的提高，利用专门丁作站处理，可以实现在 对患者进行腰椎CT甚至腹部CT等检查的同时进行 无体模法QCT-BMD，从而更方便地实现对大规模人 群进行BMD测量的可能，更早地发现隐匿的疾病。 国内尚未见对无体模法QCT-BMD的可信度及可重 复性研究的相关报道。
本研究选取31例中老年患者进行无体模法 QCT-BMD，探讨无体模法QCT-BMD测量的可靠性 及可重复性，为进一步研究无体模法QCT-BMD的临 床应用提供依据。
资料与方法
一、 一般资料
纳人标准：因腰腿痛、腰背痛接受腰椎CT检查 的中老年患者。排除标准:因暴力外伤导致的骨折， 既往有骨质疏松性骨质病史、多发性骨髓瘤、淋巴 瘤、转移瘤等伴有骨质破坏，患甲状旁腺机能亢进等 代谢性骨病以及服用糖皮质激素、雌激素及其类似 物、钙片等影响骨代谢的患者。CT检查前所有患者 均签署知情同意书。
收集2015年6~10月在本院接受腰椎CT检查 的中老年患者31例的CT资料，男10例，女21例，年 龄为50~77岁，平均为（63.7±7.9)岁。
二、 研究方法
I. CT扫描方法
使用飞利浦的16排螺旋CT，扫描患者^.3椎体， 扫描参数为140 kV、380 MAS，准直宽度为1.5 mm， 螺距为5.0 mm，重建层距层厚度为5.0 mm。
II. CT图像后处理及观察方法
将多层螺旋CT获得的数据传输至CT处理丁作 站（PHILIPS IntelliSpace Portal)后进行测量。测量 步骤:①通过腰椎矢状面图像选取平行终板的腰椎 中心横断面(图1 a);②在腰椎中心横断面手动设置 感兴趣区(region of interest, ROI;图1 b)，包括：骨质 区及作为内部参考区域的椎旁肌区和皮下脂肪区； ③通过软件自动计算L„椎体的BMD值并求得平均 值作为所测腰椎BMD值(图1 c)。
由3位脊柱外科医师(分别为测量者A、B、C)独
立测量腰椎BMD值，每位测量者对患者均测量2次 腰椎BMD值，2次测量间隔时间为1周。测量前测 量者商议达成一致标准，即:选择椎体中央平行于终 板区域，ROI直径为40 mm,骨质区需避开皮质骨及 椎体后中央静脉沟。
三、统计学方法
3位测量者测得6组腰椎BMD值、同一位测量者 前后2次测量腰椎BMD值的平均值(3组)共计9组 腰椎BMD值，所有数据应用SPSS 20.0进行统计学 分析。分别统计同一位测量者前后2次测量的腰椎 BMD平均值、腰椎BMD差值及差值率(腰椎BMD差 值率=腰椎BMD差值/腰椎BMD平均值）。3位测量 者前后2次测量的腰椎BMD值取平均值进行测量 者之间两两比较一致性检验(可信度分析）。3位测 量者前后2次测量的腰椎BMD值分别进行测量者 个人前后一致性检验(可重复性分析)。同一位测量 者的2次测量及3位测量者间测量腰椎BMD值的差 异用重复测量的方差分析进行比较，测量腰椎BMD 值之间的关系用组内相关系数(intraclass correlation coefficient, ICC)描述。3位测量者间测量腰椎BMD 值的稳定性及可靠性分析用可靠性分析系数Cron- bach’s a描述。
结 果
9组腰椎BMD值均符合正态分布。测量者A的 2次测量的腰椎BMD值分别为(67.14±26.71) mg/cc、 (66.37±26.69) mg/cc，2次测得腰椎BMD值差值率 的均值为 4.22%±2.55%(尸=0.12, ICC=0.995)，其中 最大差值率为12.37%。测量者B的2次测量的腰椎 BMD值分别为（68.89±29.37) mg/cc、68.54±28.98) mg/cc，2次测量腰椎BMD值差值率均值为5.08%± 3.83% (尸=0.56, ICC=0.994)，其中最大差值率为 18.89%。测量者C的2次测量的腰椎BMD值分别为 (69.31±26.72) mg/cc、（69.83±27.90) mg/cc，2次测量 的腰椎BMD值差值率均值为4.16%±3.03% (P=
2. 31，ICC=0.995)，其中最大差值率为14.81%。同一 位测量者2次测量间重复测量的腰椎BMD值方差 分析显示差异均无统计学意义（均P > 0.05，表1)， ICC显示同一位测量者2次测量间腰椎BMD值具有 稳定性和一致性(表1)。
3位测量者所测量的腰椎BMD平均值分别为 (66.76±26.66) mg/cc、(68.71±29.13) mg/cc、(69.57± 27.28) mg/cc(均尸>0.05)，ICC值为 0.957(95% C7:
12. 924~0.978)，显示3位测量者间BMD测量值具有
13. 图1模拟演示无体模法QCT-BMD步 骤a:在腰椎矢状面图像选取平行终 板的腰椎中心横断面；b:在腰椎中心 横断面手动设置ROI(黄色、蓝色及红 色分別为骨质区、皮下脂肪区和椎旁 肌肉区），骨质区尽量在椎体中心，避 开皮质骨及椎体后中央静脉沟，直径 统一为40 mm; c:软件自动计算Lm椎 体BMD值
14. 表1测量者2次测量腰椎BMD值及其一致性分析结果
|
测量者 |
|
BMD (^±5, mg/cc) |
|
- 差值率（±5, %) |
尸值 |
p值 |
ICC 值(95% C7) |
|
第1次 |
第2次 |
平均值 |
|||||
|
A |
67.14±26.71 |
66.37±26.69 |
66.76±26.66 |
4.22±2.55 |
2.572 |
0.119 |
0.995(0.987-0.997) |
|
B |
68.89±29.37 |
68.54±28.98 |
68.71±29.13 |
5.08±3.83 |
0.342 |
0.563 |
0.994(0.983-0.996) |
|
C |
69.31±26.72 |
69.83±27.90 |
69.57±27.28 |
4.16±3.03 |
1.086 |
0.306 |
0.995(0.989-0.997) |
15. 一致性。3位测量者间BMD测量值Cronbach ’ s a系 数为0.985，显示3位测量者间BMD测量值使用无体 模法QCT-BMD的内在信度，即可靠性很高。
16. 讨 论
17. 椎体骨折作为骨质疏松症常见的并发症之一， 严重影响了患者的生活质量。而椎体压缩性骨折在 早期常因症状不明显而容易漏诊，Sambrook等1研 究显示在已有影像学改变的患者中只有1/4~1/3者 能通过临床症状做出诊断。因此在患者尚未发生骨 折之前对骨质疏松症做出诊断并进行干预尤为重 要。而BMD在骨折预测方面有较高的价值2,3。
18. 一、QCT比较DXA用于测量BMD的优势
19. 目前用于测量椎体BMD值的方法主要有DXA 及QCT。DXA虽具有辐射剂量小以及检查速度快 等优点，但在测量椎体BMD值及反映骨强度方面有 一定局限性。DXA测量的是面积BMD，不能把皮质 骨和松质骨区分开来测量4。富含松质骨的中轴骨 比以皮质骨为主的外周骨骨量丢失速度快，理论上 皮质骨会影响骨质疏松诊断及降低预测骨折风险的 敏感性y。李娜等y的一项大样本研究显示DXA测 量&60岁各年龄组患者腰椎正位BMD值的累计骨
20. 丢失率变化不大，提示DXA在对60岁以上老年女 性骨质疏松的诊断价值有限，且年龄越大，骨量丢失 的假阴性率越高。另有研究表明使用腰椎正位 DXA行椎体BMD值测量时，可因重度椎体骨赘形 成，导致BMD测定值高于实际值7。余卫等8的研 究指出椎体、棘突和椎小关节的骨质增生和硬化也 可影响腰椎正位DXA测量结果。李凯等9的研究 显示对于老年男性人群骨质疏松的检出率，DXA低 于QCT，且在QCT诊断为骨质疏松而DXA为阴性结 果的患者中，有部分合并椎体骨折，提示单纯利用 DXA诊断骨质疏松可能存在一定的漏诊。
21. 二、QCT-BMD的优缺点
22. QCT-BMD是在CT扫描时，将穿过人体的CT衰 减系数经校准体模转换为以mg/cc为单位的BMD的 测量技术10，其测量的是真正意义上的体积BMD。 QCT的空间分辨率高、可显示完整的骨结构形态，并 可通过对ROI的选择分别评估皮质骨和松质骨，不 受骨骼大小及形状差异的影响11。
23. QCT也存在着一些缺点:QCT辐射量相对偏大， 虽然其总体上射线量低于普通CT检查，但做1次 QCT时患者受照的辐射剂量为0.02~0.36 |^Sv，而 DXA的扇形孔仅为0.0067〜0.0310 |xSv12:目前常
用的有体模法QCT-BMD需让患者抬腿屈膝，尽量让 腰背部紧贴体模，其间没有间隙，腰椎活动受限患者 或有后凸畸形患者常难以配合检查体位。
三、 无体模法QCT-BMD
Gudmundsdottir 等 13 完成无体模法 QCT-BMD， 并发现用无体模法QCT-BMD每年骨丢失率与有体 模方法测量的结果相仿。无体模法QCT-BMD的原 理是:用纯肌肉和脂肪组织的CT值及肌肉、脂肪、水 三者衰减系数的一致性原理校准自动分割的椎体各 结构的CT值，建立BMD与椎体各结构CT值的相关 性，从而求得测量区域各结构的椎体BMD值13。无 体模法相较于有体模法对测量体位无特殊要求，且 能利用已有的CT数据测量椎体BMD值，减少了暴 露风险。潘诗农等14的研究表明，无体模法QCT具 有与有体模法、DXA法相同的测量BMD的能力。软 件对于脂肪组织内ROI的大小有一定的要求，临床 上对于体型偏瘦者可以利用腹腔内脂肪作为内部参 考物区域|5,16。然而，无体模法QCT-BMD仍需手动 选择层面，测量过程易受测量者的影响，从而影响体 积测量的稳定性和一致性。徐敬慈等16发现在对测 量方式没有达成一致标准的情况下，不同测量者对 BMD值测量结果差异明显。
四、 本研究体会
本研究采用了可靠性分析进行检验无体模法 QCT-BMD的同一位测量者内及3位测量者间BMD 测量值的一致性。同一位测量者内和3位测量者间 BMD测量值的可靠性可用ICC描述，内部一致性可 用 Cronbach ’ s a系数描述 17。若 ICC 和 Cronbach ’ s a 系数> 0.8即认为有几乎完全的一致性。
本研究结果提示，在对测量方式达成一致标准 的前提下，同一位测量者内或3位测量者间BMD测 量值之间的差异均无统计学意义(均P > 0.05 )，具有 一致性(ICC 值 >0.95, Cronbach' a系数为 0.988)， 说明了无体模法QCT-BMD具有较好的稳定性，可以 作为临床测量BMD推广使用。
综上所述，利用无体模法QCT-BMD测量的重复 性好，结果稳定可靠，对于骨质疏松症的诊断和随访 具有重要的临床应用价值。但无体模法QCT-BMD 结果因扫描条件(如管电压、扫描层厚、不同机器等) 的变化而变化，有待进一步的研究以确定统一的扫 描条件，指导制定标准无体模法QCT-BMD扫描协
议，以用于不同CT扫描机BMD测量的多中心合作， 以建立基于无体模法QCT测量结果的BMD数据库。
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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