定量CT（QCT）骨密度测量体模软件检测方法与DXA测量近段股骨面积骨密度及T值的比 较研究
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与DXA测量近段股骨面积骨密度及T值的比 较研究
摘要：目的研究定量CT(QCT)测量近段股骨面积骨密度准确性和可重复性，并对QCT和DXA近段股骨测量结果及T值进 行比较性研究。方法来自前瞻性城乡流病研究（PURE)项目的103名女性和49名男性同一天进行髋关节QCT和DXA扫 描。对观察者间及观察者内CTXA测量结果进行分析，为了减小QCT和DXA因体模不同造成的误差，用Mindways回归方程 对QCT测量结果进行换算,并运用Bland-Altman分析及线性回归分析比较CTXA和DXA结果的差异和相关性。结果QCT 全髋关节（TH)与股骨颈（FN)的面积骨密度均低于DXA测量结果，分别为21.0%和17.8%。而QCT测量值用Mindways回 归方程换算后，减小了与DXA测量结果的差异。FN及TH的观察者内及观察者间CTXA测量误差分别为0. 070和0. 024 g/ cm2及0. 030和0. 012 g/cm2,与DXA重复测量误差相近。经过Mindways校准方程换算后，Bland-Altman分析显示CTXA和 DXA的TH的偏倚为-0.002(SD=0.05)g/cm2,而FN为-0.005 (SD=0.06)g/cm2。CTXA测量女性近段股骨的T值与 DXA的T值相关性很好,FN的R2 =0. 809,TH的R2 =0. 883。结论CTXA测量的髋关节aBMD与DXA的测量的准确性相 近，经过合适的调整,CTXA能够得出类似DXA的aBMD,对于老年女性其获得的全髋关节的T值与DXA结果相关性很好，从 而能够用于诊断骨质疏松。
关键词：定量CT;双能X线骨密度仪；面积骨密度;T值；骨质疏松
髋关节骨折随着人口老龄化发病率逐年上升， 其给社会、家庭和个人带来巨大经济损失和健康风
险。双能x线吸收仪（dual energy X-ray absorptiometry, DXA)测量髋关节面积骨密度（areal bone mineral density, aBMD)常被用来评价骨的脆性 情况，而获得的T值作为诊断骨质疏松的标准H。 DXA这种二维平面投影的技术特点就要求患者合 适的体位以获得准确的结果H。随着定量CT
(quantitative computed tomography, QCT)技术的发
展，实现了从近段股骨三维数据中获得二维面积骨 密度。从而通过_次〔1扫描，获得髋关节骨折患 者近段股骨的骨密度及解剖形态和结构分布M ,而 不需要额外的射线剂量及再次摆动患者。本研究利 用QCT测得近段股骨面积骨密度与DXA测得的骨 密度进行比较。既往有研究报道QCT与DXA椎体 骨密度的相关性67’9’10 ,然而关于髋关节的研究却 很少。为此，笔者利用QCT和DXA对中国老年人 群的近段股骨面积骨密度及老年女性的T值进行 了比较性研究，以评价QCT在髋关节骨密度测量上 及骨质疏松诊断上的价值。
1资料与方法
1.1研究对象
受检者来自“PURE ”研究项目的志愿者， “PURE ”研究项目为一项大样本、多国家的城乡前 瞻性流病研究M。其中103名女性年龄范围46 - 76岁,49名男性年龄范围52 -76岁。所有受检者 均单独生活在北京的各个社区。受检者在同一天分 别进行QCT和DXA扫描。该研究经北京积水潭医 院伦理委员会批准实施。所有受检者在检查之前均 签署知情同意书。
1. 2 DXA检测
利用 iDXA 仪（GE Lunar, Madison, WI, USA) 对左髋进行扫描并测量分析，获得股骨颈（femoral neck, FN)及全髋关节（total hip, TH)感兴趣区面积 骨密度及T值，该T值为利用中国女性骨质疏松诊 断参考数据库得出13。测量的详细步骤既往进行 过描述。骨密度结果以克每平方厘米的等效羟 基磷灰石密度表示。对30位受检者重复摆位扫描 进行DXA仪器的精确性验证。每日会进行质量控
制扫描以保证DXA仪的可靠性。扫描前分别测量 受检者的身高和体重。
I. QCT扫描参数及方案
采用东芝16排CT扫描机（Toshiba, Tokyo, Japan)加塾 Mindways 公司（Mindways Software Inc., Austin, TX, USA)的5样本固体体模进行螺旋扫 描。研究对象仰卧位进行双髋扫描，范围从髋臼顶 上1 cm到股骨小粗隆下3 cm。扫描技术参数:120 kV,125 mAs,床高 78 cm,螺距：0. 985, DFOV:400 mm,矩阵（512 X 512) , 1 mm层厚，标准算法重建。 CT原始图像从CT主机传输至QCT工作站，QCT PRO软件的CTXA HIP Version4. 2. 3自动合成测量 文件并进行测量分析。自动去除软组织并将近段股 骨从三维层面旋转和移动后，二维的平面投影图像 产生,并得出FN和TH感兴趣区的等效面积骨密 度。通过旋转能将近段股骨按照二维投照标准放 置，即股骨在矢状位和冠状位垂直水平线，股骨颈在 轴位上水平，从而便于将三维CT数据变为合适的 髋关节感兴趣区平面投影图像（图1)。QCT的面积 骨密度结果以等效标准水合磷酸二氢钾密度表示。 两名测量者分别独立测量27位研究对象的髋关节 面积骨密度，两周后_位测量者按照相同的方法重 复测量_次。
1.4数据分析
采用SPSS17. 0统计学软件对所有数据进行分 析。计量数据用均值±标准差表示。独立样本T 检验用来比较组间差异。CTXA和DXA测量结果 的相关性用线性回归进行分析。CTXA和DXA面 积骨密度的一致性用Bland-Altman分析进行检验。 均方根误差（the root~mean~square errors, RMS errors) 评价QCT和DXA测量结果的重复性如何。为了减 小QCT和DXA因体模不同造成的结果误差，笔者 用了下面的公式（Mindways回归公式）进行转换： FN: QCTDXAaBMD = (CTXA +0. 001) /0. 775 及 TH: QCTDXAaBMD = (CTXA +0. 007) /0. 834。
女性近段股骨QCT T值计算公式如下：
QCT-T 值=(QCTDXA aBMD - aBMD平均值)/
SD平均值
aBMD平均值为中国女性髋关节面积骨密度正常 值的均值，SD平均值中国女性髋关节面积骨密度正常
图1旋转功能：冠状面、矢状面、轴面髋关节旋转。髋关节感兴趣区：三维髋关节数 据转换为二维髋关节标准投照位
值的标准差，数据均来自中国女性骨质疏松诊断参 考数据库&3。P <0.05为差异有统计学意义。
2结果
II. QCT和DXA骨密度测量结果的差异
研究对象的基线信息显示在表1。男性身高及 体重大于女性，而两者的年龄及BMI无差异性。表 1也显示了两者骨密度的结果。QCT全髋与股骨颈 的面积骨密度均低于DXA测量结果，分别为 21. 0%和17. 8%。而当QCT测量值用Mindways回 归方程换算后，其与DXA测量结果的差异分别减小 为 1. 04% 和 1. 15%。
2. 2 QCT和DXA骨密度测量的准确性及结果相关 性
表2为QCT和DXA测量结果的准确性数据。 测量者内的全髋和股骨颈均方根误差分别为0. 012 g/cm2和0. 024 g/cm2,均小于测量者间的结果。 DXA重复扫描测量的结果准确性较高，全髋均方根
表1研究对象基本信息及QCT和DXA骨密度测量结果 Table 1 Characteristics of the subjects and results of the aBMD measurements using QCT and DXA
|
|
Male (n =47) |
Female (n = 104) |
P |
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age (year) |
65.2±5.5 |
62.9±6.9 |
<0.05 |
|
height (cm) |
168.0±6.2 |
157.8±6.0 |
<0.05 |
|
weight (kg) |
73.8±13.1 |
65.7±8.0 |
<0.05 |
|
BMI |
26.0±3.6 |
26.4±3.5 |
>0.05 |
|
FN aBMD (DXA) |
0.87 ±0.12 |
0.80 ±0.12 |
<0.05 |
|
FN aBMD (QCT) |
0.68±0.10 |
0.62±0.10 |
<0.05 |
|
FN aBMD(QCTDXA) |
0.88 ±0.14 |
0.80 ±0.13 |
<0.05 |
|
THaBMD(DXA) |
0.96±0.13 |
0.87 ±0.13 |
<0.05 |
|
THaBMD(QCT) |
0.80 ±0.12 |
0.71 ±0.12 |
<0.05 |
|
THaBMD(QCTDXA) |
0.97±0.14 |
0.86±0.14 |
<0.05 |
数据表示为均值±标准差。BMI,体质指数;FN,股骨颈感兴趣 区；TH,全髋关节感兴趣区；aBMD,面积骨密度。aBMD(QCTDXA) 值为QCTaBMD值通过Mindways回归方程换算得出；DXA,双能X 线骨密度仪。
误差为0. 013 g/cm2,股骨颈均方根误差为0. 014 g/ cm2。图2为Bland-Altman分析对近段股骨这两个 区域的换算后骨密度值进行分析。Bland-Altman分 析证实了这两种骨密度仪结果的相似性，其全髋的 偏倚为■0. 002 ( SD = 0. 05 ) g/cm2,而股骨颈为-
III. 005 (SD= 0.06) g/cm2。全髋（P= 0.004)及股 骨颈（P <0. 001)测量结果的相关性均有统计学意 义。图3为老年女性QCT得出的T值与DXA T值 的线性回归分析，股骨颈的妒=0.809,全髋关节的 R2 =0. 883。
图2 Bland-Altman分析显示QCT换算结果和DXA测量结果的绝对差异，以证实两者结果的相似性 Fig.2 Bland-Altman analysis demonstrated absolute difference between DXA-derived aBMD and QCT-derived
aBMD, confirming the instrument similarity
表2 QCT和DXA骨密度测量的准确性
Table 2 Precision results of QCT and DXA.
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QCT |
DXA |
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测量者内 |
测量者间 |
重复扫描 |
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RMS error |
RMS error |
RMS error |
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Intra-observer |
Inter-observer |
Intra-scans |
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RMS error |
RMS error |
RMS error |
|
FN (g/cm2) |
0.024 |
0.070 |
0. 013 |
|
TH (g/cm2) |
0.012 |
0.030 |
0. 014 |
RMS error,均方根误差。
RMS error , root-mean-square errors.
3讨论
骨密度随着年龄的增大缓慢而细微的改变着, 因此骨密度仪测量值的准确性就尤为重要，这是临 床通过骨密度诊断骨质疏松的前提。髋关节的 CTXA是新出现的骨密度测量技术，关于其的研究 尚不充分。Lang等人用尸体股骨研究证实QCT重 复扫描的准确性是很好的M。既往研究发现髋关 节重复扫描的CTXA结果的准确性稍高于DXA 。
考虑到放射性剂量的原因，本次研究并未进行髋关 节重复扫描。况且因为CT容积数据的特性，对髋 关节进行重复性扫描验证准确性可能不太必要。 CTXA测量误差主要因图像分割及髋关节旋转造 成。这种误差可以通过合适的测量训练来减小，实 际上，笔者未公开的数据显示有经验的测量者能将 均方根误差减小至0. 012 g/cm2。CTXA另外一个 优势为可视化旋转髋关节，而这在DXA上无法实 现。本研究结果提示经过一定培训，测量者内误差 与GE iDXA结果基本接近。
因为DXA测量髋关节BMD目前被广泛认为是 诊断骨质疏松及评价骨折风险的标准，对于新出现 的髋关节BMD测量方法被认可的关键是证明与 DXA测量结果的一致性。既往研究证实CTXA测 量结果与Hologic DXA结果高度相关，本研究证实 CTXA髋关节aBMD与GE iDXA结果一致性很好。 本研究发现QCT测量的aBMD小于DXA测得结 果，FN与TH的差异分别0. 08和0. 16 g/cm2。但当
图3老年女性QCT得出T值与DXAT值的散点图及 线性回归分析。A图和B图分别为全髋关节（Total Hip, TH)及股骨颈（Femoral Neck FN)的结果 Fig.3 Linear regression plots of QCT T score and DXA T score in TH (A) and FN (B) in the elderly females
QCT aBMD经过回归公式转换后，这种差异就基本 可以忽略不计了。Shepherd等研究表明GE-Lunar DXA 测量 FN 和 TH 的 aBMD 高 Hologic DXA 结果， 差值分别为〇. 15和0. 07 g/cm2 M。Khoo等报道了 QCT aBMD和DXA aBMD差异的原因，包括QCT和 DXA用了不同材质的体模及两者在估算BMD时方 法不同等^。
尽管没有中国人正常髋关节QCT骨密度数据， 但因为QCT转换后aBMD与GE DXA数据基本一 致，所以可以用GE DXA参考数据库获得髋关节的 T值。笔者利用中国女性骨质疏松诊断参考数据 库M得出QCT的全髋关节及股骨颈的T值，并与 DXA的T值进行比较,发现两者之间的结果高度相 关，股骨颈的R2 =0.809,全髋关节的R2 = 0.883。 因此CTXA aBMD及T值可以用来诊断骨质疏松及 检测治疗效果。
评估骨强度在诊断骨质疏松中起着重要作用。 DXA在评估近段股骨骨强度上有着许多局限，比如 髋关节复杂的三维结构、DXA较低的空间分辨率及 其二维的特点。而QCT能够提供完全的三维信息、 骨的几何结构及能分辨骨的微细结构。基于QCT 的有限兀分析模型（finite element models, FEM)更是
能通过结合BMD分布、股骨颈结构、形态、骨量成分 及力学加载来提高力学性能的预测11648。
本研究有以下局限和不足：男性志愿者数量不 足，大样本的男性志愿者可能会提高CTXA与DXA 股骨测量结果的一致性。CTXA扫描需要的射线剂 量高于DXA,但CTXA可以和临床常规髋关节CT 扫描结合起来，从而不增加额外射线剂量，并且 CTXA能广泛的应用于髋关节骨折患者的诊疗。未 比较老年男性QCT T值和DXA T值,这是因国内目 前还未有中国男性骨质疏松诊断参考数据库。
4结论
CTXA测量的髋关节aBMD与DXA的测量的 准确性相近，经过转换的TH及FN QCT aBMD和 GE Lunar iDXA aBMD —致性较好，经过合适的调 整,CTXA能够得出类似DXA的aBMD及T值，从 而用于诊断骨质疏松。
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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