成都华西华科研究所分析骨质疏松症（Osteoporosis)是以骨组织显微结构退变、骨小梁数量减少、 骨脆性及骨折风险增加为表现的一种全身骨代谢障碍的疾病。骨质疏松症的发病 率跟性别、年龄、生活饮食习惯、体表面积、日光照射等相关。其中年龄是骨质 疏松症的重要危险因素，随着年龄增长其发病率也相应的增高。随着人口寿命的 不断增长及老年人数量不断增加，骨质疏松症及其所引起的骨折已成为一个严重 的社会问题。骨质疏松症患者早期可无任何不适，因此骨质疏松症被称为“无声 杀手”。国内一项最新研宄^[1]显示中国2010 — 2016年60岁以上人群骨质疏松症 患病率为36%，较既往文献报道^[2-4]患病率增高。而在美国目前有超过990万人患 有骨质疏松患者，另外还有约430万人被发现存在骨量减少^[5]。老年人骨质疏松 是临床常见疾病，它以腰背痛、骨痛、脊柱侧弯畸形、脆性骨折等为主要表现， 这些常见症状严重影响老年患者生活质量，其中脆性骨折甚至威胁老年人的生命 安全，对社会也会造成极大的医疗负担。一项研宄^[6]预估2050中国骨质疏松性 骨折花费将从2010年的94.5亿美元增长至254.3亿美元。因此我国各级医疗单 位对骨质疏松症进行积极预防、提高早期诊断率显得尤为重要。只有这样才能降 低相应医疗负担，节约有限的卫生资源。

13.  在骨质疏松性骨折中以椎体压缩性骨折最为常见。但椎体压缩性骨折在早期 常因症状不明显而漏诊，有研宄^[7]显示在已有影像学改变的患者中只有1/3-1/4 的患者能通过临床症状做出诊断。因此在尚未发生骨折之前对骨质疏松症做出诊 断并进行干预显得尤为重要。近年来，由于对骨质疏松症发病机制中生物力学因 素的研宄中取得了一些进展，使对骨质疏松的认识更进一步。骨质疏松患者的骨 组织中无机成分与有机成分呈现等比例减少，而骨的理化成分不变，并且伴有骨 的微结构的改变。在正常骨组织中，骨量的维持依靠的是破骨细胞激活及成骨细 胞再吸收。然而，在骨质疏松症患者体内，骨再吸收和骨形成阶段发生解偶联， 从而导致骨量丢失。骨微结构(microarchitecture)指的是骨小梁的三维构筑及小梁 间的连接程度。骨微结构和脆性骨折的发生密切相关。骨微结构的改变，可使骨 组织丧失连续完整性，损害其稳定性和结构强度。最终致使其脆性增加进而导致 骨折的发生。骨微结构改变在骨松质表现为骨小梁数量减少、变细、断裂及小梁

间隙变大；在皮质骨则表现为骨板多孔、变薄。在2000年对骨质疏松的定义中， 美国国家卫生院（National Institutes of Health,NIH)强调了骨强度这一概念。骨

强度是由骨密度（bone mineral densitiy，BMD)和骨质量共同决定的。BMD是 指骨组织中单位体积或面内的矿物质含量。BMD可反映骨强度的70%，虽然骨强 度另有30%由骨质量反应，但目前对骨质量尚无精确定量检测方法，因而BMD被 认为在骨折预测方面有较强的价值。

从上世纪80年代以前常用的单光子吸收（Single Photon Absorptiometry， SPA)、双光子吸收法（Dual Photon Absorptiometry，DPA)到目前常见的双能X 线吸法（dual energy X-ray absorptiometry，DXA)、定量超声骨密度仪（Quantitative ultrasonund，QUS)、定量 CT (quantitalive computed tomography，QCT)，再到

现在尚处于研宄阶段的能谱CT、定量磁共振法等，BMD测量方法一直在发展，但 不同仪器因原理不同，其对BMD的测量也各有优缺点。

I.   单光子吸收法

SPA是最早发明并用于临床的BMD测量方法，于20世纪60年代发明并在 70年代开始得到广泛应用，是上世纪80年代前最常用的BMD测量方法。SPA 是利用同位素发出一定量的Y射线，发出的Y射线在穿过人体时会发生衰减，其 衰减的量与组织的厚度及密度相关，且不同组织有各自的吸收特性。测量时，利 用特定的探测器探测出Y射线穿过人体后衰减的程度，再根据水与软组织对Y射 线的吸收几乎相同的这一特点，利用水浴来消除软组织吸收Y射线的所造成影 响，即可测量出骨组织对Y射线的吸收量。最后通过计算机自动计算出所测部位 的 BMD^[8]。

由于测量时需把检测部位浸泡于水中，所以SPA只能用于测量以皮质骨为 主的四肢周围骨骼的BMD。多用于测量桡骨的BMD，可以用在桡骨中远段及桡 骨干骺端。因为这两部位松质骨含量高，可以提高测量的敏感性。除桡骨外，还 可应用于跟骨。SPA具有低检查费、小辐射量及高可信度等优点。但由于检测原 理的限制，SPA不能区分皮质骨和松质骨，也不能测量软组织变化大的部位，目前 多用于人群普查。

II.  双光子吸收法

DPA原理与SPA相似，区别在于同位素能发出两种不同能量级别的Y射线

(双光子)，再通过两个不同能量碘化钠探测器分别探测双光子穿过组织的衰减 量，由计算机计算衰减差值，从而得到对应的BMD^[8]。此法不需要通过水浴来 消除软组织的影响，因而除四肢外还可以测量如椎体这样富含软组织区域的 BMD。在利用DPA测量时，为了提高准确性，需减少椎体的重叠，这就要求受 检者平卧并提高下肢以消除腰椎前突。对于一些脊柱畸形、腰痛明显的受检者由 于无法配合受检体位以消除椎体的重叠，会影响测量准确性。因为可以测量腰椎 BMD，而腰椎的松质骨含量较四肢长骨高，因此DPA诊断价值比SPA高。但由 于测量费时，图像清晰度低，而且需经常更换放射源，到90年代初期DPA己基 本上被DXA所取代。

III.      双能X线吸法

DXA是目前临床上最常用的BMD测量方法，WHO也以具有操作简单、 辐射量低及精确度较高等优点的DXA作为测定BMD的推荐手段^[9]。DXA可 以说是目前临床用于诊断骨质疏松的金标准。与SPA及DPA相似，DXA也是利 用射线在穿透不同密度的人体组织时发生衰减量的不同这一原理来测定BMD。 但不同的是，用X射线取代放射性元素发射的Y射线。由于采用单能量X射线 会因为人体的软组织影像而降低精确度，故而在测量时使用两种不同能量的X 射线（及70keV的高能X射线和38keV的低能X射线）同时穿过人体组织。利 用同一射线穿过不同密度的组织时衰减量不同以及不同射线穿过相同组织衰减 量不同的原理，消除软组织的影响，再通过一定的方法将骨组织的衰减量换算成 骨密度。

同DPA —样，DXA可以测量包括四肢长骨及腰椎在内的全身各处骨的 BMD，常用的测量部位是腰椎及股骨颈，因为这两处松质骨含量较高，是骨质 疏松较早累积的部位，且相对其他部位来说便于测量。与DPA相比，DXA检查 用时短、准确性更高，而且避免了同位素的衰减。虽然DXA是目前诊断骨质疏松 的金标准，但由于DXA所测量的并非是真正意义上的体积骨密度（vBMD)， 而是由测量部位的整体骨矿物质含量比上扫描区域矢状面面积所得的面积骨密 度(aBMD)，故而无法校正不同骨骼厚度及大小对测量结果的影响。而且测量的 是整体骨矿物质含量，不能选择性的测量松质骨，故而局部韧带的钙化、增生的 骨赘及椎体压缩骨折后形成的骨痴形成等都会影响测量的准确性^[10]。

IV.  定量超声测量

超声检测技术的基本原理是人体组织的某些特性（密度、弹性、硬度及强 度等）在声波经过时会影响声波的某些特性（声速、声阻抗、衰减）。1984 年,Longton等人首次想到利用超声波的穿透衰减和反射进行骨的力学评价。QUS 的基本原理是利用超声波在弹性及密度不同骨组织中的声幅衰减（BUA)及传导 速度（SOS)的差异，测定骨组织的强度及密度。测量的主要参数就是BUA及SOS。 其中SOS可反映骨组织的弹性系数和密度；而BUA除了受骨密度的影响,还同时 受骨结构的影响。故QUS除了可以测量BMD之外，相较DXA而言，还可以反应 骨组织弹性的改变。

QUS最大的优势就是无射线，且测量仪器轻便，利用携带，适合做普查及 初筛。测量部位一般为桡骨远端及跟骨，有时也测量胫骨中段及中节指骨。一些 研宄表明^[11，^12]，对于绝经后妇女，通过跟骨QUS测量结果可有效地预测股骨近端 骨折。但对于儿童及绝经前妇女，跟骨QUS测量结果同脊柱及股骨近端DXA骨 密度测量值相关性较差。QUS的缺点在于无法测量椎体及髋部等骨质疏松好发部 位的QUS，容易造成漏诊。另一个不能忽视的问题是由于没有统一的检测指标和 诊断标准，导致各厂家生产的仪器也缺乏统一标准。这也限制了其在临床上的运 用。

V.   定量MR

定量MR是通过测定椎体内脂肪成分较多的黄骨髓的含量来间接的反应椎体 骨密度。虽然不含质子的骨组织在MR下不产生信号，但含有大量水分和脂肪的 骨髓能产生很强的信号，随年龄增长，椎体内骨矿含量减少，为了填充因骨小梁变 稀疏所增加的空间，黄骨髓会相应增加。MRI是一种多序列多参数成像，其对脂 肪有高度的敏感性，定量MR正是利用脂肪含量丰富的黄骨髓的变化和骨密度的 变化成反比这一特性，通过测定黄骨髓驰豫的参数来评估椎体骨密度。嵇鸣^[13] 等人的研宄显示高分辨MR T2弛豫时间在骨质疏松症的诊断方面具有较高价值。 T2驰豫时间随骨小梁的密度和其空间结构变化而改变，驰豫时间缩短的越明显 表明骨髓内骨小梁越多。Machann J^[14]等的一项研宄显示T2的倒数与年龄还有 骨密度相关。这也说明驰豫时间的变化可在一定程度上有助于区分骨质疏松患者 和正常健康人。高嵩等^[15]的研宄显示，对骨皮质质量进行评估方面，超短回波

磁共振成像具有一定的作用。但关于MRI与骨质疏松的研宄目前仍然处在实验阶 段，许多理论并不成熟，且MRI检查禁忌症较多及费用昂贵的特点也限制了临床 上使用其对骨质疏松进行诊断。

VI.  能谱CT

能谱CT的核心技术是瞬时双kVp切换，可以在极短的时间内采集高能量与 低能量的数据。利用能谱CT测量BMD的基本原理是：人体组织对X线的吸收会 量与X线的能量相关，不同能量的X线在穿将人体时会出现不同的程度的衰减， 而且不同组织都有各自的特征性X线吸收曲线，并且其对X线的吸收系数都可由 一对基物质对的X线吸收系数来表现，这称为物质分离^[16]。骨骼的主要成分是 钙，能谱CT以水、钙两种构成松质骨的主要成分为基物质对，利用物质分离技 术成相，从而定量的给出骨松质内水、钙的密度，再通过相应的软件处理，就能 够达到在行CT扫描的同时得到扫描范围内椎体的任意区域的钙（水）密度值的 目的，进而反应出该区域的椎体松质骨骨密度。

陈靖等^[17]利用能谱CT定量测定健康成年女性L2腰椎骨质钙（水）密度， 并与DXA结果对比。结论显示能谱CT测量得到椎体松质骨中钙（水）密度与DXA 测量所得的骨密度高度相关。能谱CT可以精确的选择椎体松质骨的骨密度作为 测量对象，避免软组织及骨皮质的干扰，减少不必要的误差。但能谱CT设备的 普及率低，且具有较大的放射剂量，故而不尚能像DXA那样在临床上广泛运用。 为了减少患者的暴露，可以对腹部脏器行能谱CT扫描的同时进行扫描范围内的 腰椎体进行的BMD测量。而Budoff MJ等^[18]的研宄表明，胸椎的BMD与腰椎的 BMD呈显著的正相关，故而胸椎的BMD在一定程度上可以评估腰椎BMD，因此在 对胸部脏器行能谱CT扫描（如冠状动脉CT造影）时都可以同时测定胸椎体BMD, 并进而反应腰椎BMD的变化。

VII.      定量CT

定量CT是20世纪80年代发明的一种利用常规CT机测量骨密度的方法， 其利用的是物质的密度与CT值之间的关系来测量骨密度^[19]。测量时同时扫描置 于患者腰下的标准体模及患者腰椎。两者经CT扫描后可获得各自的CT值。计算 机再利用公式BMD=CKX (Hb-Hw)/ Hk-Hw (BMD为所测松质骨得骨密度，Hb为骨 松质的CT值，Hk为标准体模中骨模CT值，Hw为标准体模中水模CT值，CK代

表标准体模中羟基磷灰石的密度，单位为mg/cm³)自动求出松质骨骨密度^[20]。

定量CT有如下几种类型：①中轴骨定量CT:通常用于测量腰椎的BMD。② 周围定量CT (pQCT):测量部位多为桡骨远端及胫骨近端，辐射剂量较传统QCT 低，且仪器便于携带。③容积定量CT:相较于前两种而言，不仅可以精确的测 量BMD,还可进行有限元的骨力学强度分析。④高分辨率CT:使用该法，能清晰 显示骨小梁微细结构，主要通过骨小梁数、小梁间隙、小梁厚度来进行作力学分 析。但其放射剂量较大，目前主要用于临床研宄。

通过QCT测量BMD时，患者仰卧屈膝以使腰椎曲度尽量减小，将密度已知 的标准体模置放于受试者腰下同时扫描。为了减小模体与小梁骨之间的X射线硬 化效应和散射，扫描时患者腰部紧贴体模。用腰椎侧位片进行定位，以第三腰椎 为中心，用定位线分别穿过第腰2-腰4椎弓根层面并与上下终板平行扫描。感 兴趣区一般选择椎体中央区域。注意避开硬化、骨岛、骨皮质和椎体后中央静脉 沟。整个扫描过程只需三个低剂量的CT层面图和一个腰椎侧位定位图，并且可 以在10min内完成。

同DXA —样，QCT可用于测量全身骨骼的矿物质含量，但临床上多用于腰 椎BMD的测量，因为腰椎定位相对简单，测量体位及体模摆放也较方便，且腰椎 椎体骨松质含量丰富均匀，对骨密度的变化相较其他部位敏感，是反映骨矿物质 含量变化的敏感。有研宄^[21]显示当用不同部位BMD评价抗骨质疏松治疗效果 时，反应最大且最快的是腰椎，其次是髋部，最小的是腕部。因此，通常取腰椎 椎体作为测定部位。

通过QCT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，并可通过对感兴趣区的选择分别评估皮质骨和松质骨且不受骨 骼大小、形状及厚度差异的影响^[22,^23]。由于不同骨骼部位随年龄增长发生的骨丢 失方式和丢失率不同，松质骨的表面积与体积之比较大，其代谢转换率为皮质骨 的8倍，故富含松质骨的中轴骨骨量丢失速度较以皮质骨为主的外周骨快，如测 量骨密度时不能区分皮质骨的话会降低骨质疏松诊断及预测骨折风险的敏感性 ^[24]。而QCT很好的避免了这一问题。而且QCT可以做到有效避免骨质增生、骨 岛、腹主动脉粥样硬化及椎体压缩性骨折等因素对骨密度测量的影响^[25]。但做1 次QCT时患者受的辐射剂量可达到0.02~0.36 PSv，而DXA仅为0.0067〜0.031

吣^^26];且目前常用的有体模QCT检查需让患者抬腿屈膝，尽量让腰背部紧贴体 模，其间没有间隙，腰椎活动受限患者以及有后凸畸形患者常难以配合检查体位。

1993年Gudmundsdottir等完成CT 了无体模法椎体BMD测量，且发现用无 体模法测量脊柱每年骨丢失率与有体模方法测量的结果相仿。无体模法的原理 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^[27]。无体模QCT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BMD测量，且由于不需要体模，对于一些特 殊患者同样适用。从而实现更方便地对大规模人群进行BMD测量，以便更早地发 现隐匿的疾患。但国内尚未见对无体模法QCT与DXA行骨密度测量的对比研宄及 无体模法QCT测量BMD的可信度及可重复性研宄的相关报道。

本研宄通过探讨无体模QCT法和DXA测量结果的相关性；比较无体模QCT与 DXA对骨质疏松的诊断率；评估评价无体模QCT测量BMD的观察者内及观察者间 的一致性和可重复性，为进一步探讨无体模法QCT在骨质疏松诊断中的临床应用 提供依据。

实验方法

VIII.     选择标准

1.1纳入标准：因腰腿痛、腰背痛在我院就诊的中老年患者，并同意签署知情同 意书。（本课题通过深圳市人民医院伦理委员会审批）

1.2排除标准：①有因暴力外伤导致骨折及骨质疏松性骨折病史者；②有多发性 骨髓瘤、甲状旁腺功能亢进、肾功能衰竭、青少年糖尿病、恶性转移性肿瘤等相 关病史者；③有降钙素、双磷酸盐类、雌激素及合成代谢类激素服用史者；④患 有风湿性及类风湿性骨关节炎病史者；⑤服用糖皮质激素者；⑥有腰椎内固定手 术史者。

IX.  —般资料

选取2015年6月至2016年2月因腰腿痛在深圳市人民医院就诊的中老年患 者83例，男28例，女55例，年龄为60.89±9.94岁。对于每一位对象，详细记 录其姓名、性别、年龄、民族、职业、体重、身高、个人史（饮酒史、吸烟史、 运动情况习惯、食用牛奶或补钙制品情况）；月经生育史（初潮年龄、绝经或更 年期年龄、避孕药物服用史)；手术史（卵巢切除术、子宫切除术、肠分流术、 胃切除术、甲状腺或甲状旁腺切除术）。每位患者均签署知情同意书。

表1.受检患者对象一般情况

	男性（n=28)	女性（n=55)	总体（n=83)
年龄（岁）	61.48±9.26	60.58±10.33	60.89±9.94
身高（cm)	168.51±5.80	157.73±5.60	161.37±7.62
体重（kg)	63.04±6.82	48.80±7.14	53.60±9.74

X.   仪器及软件

无体模QCT扫描时使用的是荷兰Philips 16排螺旋CT Brilliance 16,行骨密

度测量时使用的是Philips IntelliSpace Portal CT后处理工作站。DXA测量骨密度

使用的是美国GE公司的Lunar Prodigy双能X线骨密度仪。

XI.  检查方法

每位患者均在当日先后进行腰椎后前位DXA和腰椎CT检查。

4.1 DXA测量方法

每日开机先预热，之后测量仪器自带的质量保证模型，只有当模型测量通过 后，才说明骨密度仪能正常进行工作。测量前需准确记录每位受检者出生年月、 身高及体重（作为结果校正指标）。测量环境保持在室温，受检者测量前10min 内不能行剧烈运动。去除佩戴的所有附件如假牙、首饰、皮带等，如外套太厚也 应去除。测量椎体BMD时受检者平卧于扫描床中央，下肢屈髋屈膝，两小腿以 休息位放于一方形泡沫材料块上，使脊柱与扫描床平直以消除腰椎生理曲度。首 先体表定位于L1-L3椎体，然后行预扫描，再根据预扫描情况适当调整定位点， 最后软件会自动画出感兴趣区并计算出各椎体BMD。测量股骨近端BMD时受 检者平躺于检查床上，双手放置于前胸以远离臀部两侧。操作者协助受检者摆位， 受检者左足置于股骨定位器上，髋关节内旋15-20°以消除股骨前倾角，使股骨 颈与检查床平行。同时应保证股骨颈长轴与射线方向垂直。首先体表定位于股骨 颈中段，然后根据预扫描情况调整定位点，最后通过软件会自动画出感兴趣区并 计算出各椎体BMD。扫描条件为管电流2.5mA，管电压140/100KV。