成都华西华科研究所分析绝经后妇女腰椎骨密度容积性定量CT（QCT）骨密度测量体模软件检测方法 测量研究

【摘要】目的应用容积性定量CT(vQCT)技术和双能X线吸收测量（DXA)仪测量绝经后妇 女腰椎容积性骨密度（BMD)，评价2种检查方法区分骨质疏松伴椎体骨折与骨质疏松不伴骨折的差 异。方法选取绝经后妇女118名[平均年龄（62. 1 ±7.0)岁]，按照所行胸腰椎X线平片检查结果 及腰椎DXA测量的参数[前后位BMD(AP-SPINE)]值分组，> 均值-1个标准差（i-b)为正常组、

元-h ~ i - 2_S为骨量减少组、< h 2s不伴椎体骨折为骨质疏松组，〈丨-2_S且有椎体骨折者为骨质疏 松伴骨折组，共4组。应用MSCT对L2 ~4椎体行横断面扫描和容积扫描，用配套定量CT( QCT)软 件经传统二维法测量椎体骨小梁BMD(2D-TRAB),另将容积扫描数据传输到ADW4. 2工作站行容积 再现及MPR处理，利用直方图功能测量三维（3D)容积性BMD,包括整体骨BMD(3D-INTGL)、皮质 骨 BMD(3D-C0RT)、小梁骨 BMD(3D-TRAB)。测量 CT 值分别为 60 HU、80 HU、100 HU、120 ~

400 HU的骨小梁容积比例，作为表观骨容量/总容量（A_PP BV/TV%)。对所获数据进行协方差分析 及相关分析，计算决定系数（圮）值。结果 2D-TRAB、3D-INTGL、3D-TRAB、A_PP60 BV/TV%、A_PP8。

BV/TV%、A_PPl00 BV/TV%、A_PPi20 BV/TV%各参数在骨质疏松伴骨折组分别为（48. 8 ±

24. 9) mg/cm³、(94. 4 ± 20. 2) mg/cm³、(59. 3 ± 28. 0) mg/cm³、(56. 1 ± 22. 8 ) %、(43. 2 ± 22. 2) %、

(31.3±19.4)%、（21.3±15.6)%，明显低于骨质疏松组[分别为（74.9±21.0)₁!1_&/(_：1₁1³、（115.0±

14.3)mg/cm³、（82.0 ±23.7)mg/cm³、（75.2 ±16.8)%、（62.6 ±20.5)%、（48.8 ±21.7)%、（35.5 士

I.   %]、骨量减少组[分别为（89.2 ± 23.8) mg/cm³、（126.9 ± 12.9)mg/cm³、（97.8 ±

2.   mg/cm³、（85.1 ±13.7)%、（75.1 ±17.9)%、（62.8±20.9)%、（49.2±21.9) %]、正常组[分 别为（120. 6 ± 19. 4 ) mg/cm³、（ 154. 0 ± 16. 3 ) mg/cm³、（ 131. 1 ± 21. 1) mg/cm³、（ 95. 6 ± 5. 3 ) %、

(91.4 ±8.7)%、（84. 7 ±12.4)%、（75.2 ± 15.5)%]   值均 <0.01。DXA 测量中 AP-SPINE 值在骨

质疏松伴骨折组[(〇. 84 ±0. 16) g/cm²]与骨质疏松组[(0. 85 ±0. 06) g/cm²]之间的差异无统计学意 义(P>0.05)。在骨质疏松组和骨质疏松伴骨折组AP-SPINE仅与3D-C0RT间有相关性（炉=

0. 189< 0. 01) ; A_PP60 BV/TV%、App₈₀ BV/TV%、App₁₀₀BV/TV%、App₁₂₀ BV/TV% 与 3D-TRAB 或 2D-TRAB之有相关性（3D法:ft²值分别为0. 955、0. 951、0. 941、0. 912; 2D法:炉值分别为0. 912、

0.910、0.878、0.821;尸值均<0.01)。容积性BMD的测量精确度为0.70% ~2.25%。结论 vQCT 技术可区分骨质疏松及伴骨质疏松性骨折绝经后妇女骨量，能力高于DXA,其中整体骨BMD诊断严 重骨质疏松的效果最好;A_PP BV/TV%可反映骨质疏松者骨小梁丢失程度，预测骨折风险

目前用于诊断骨质疏松症的常用检查方法主要 有双能X线吸收测量（dual energy X-ray absorptiometry, DXA )和定量 CT ( quantitative computed tomography, QCT)。DXA 经济、简便，辐射 量小，精确度高，以往被认为是诊断骨质疏松的金标 准。但DXA测得的骨密度（bone mineral density, BMD)值为扫描野内所有骨量的总和，且有受所测 部位骨径线、骨形态大小的影响等缺点。而QCT是 目前惟一可直接分别测量皮质骨和小梁骨的定量方 法^[1]。〇1^1)₁₃等^[2]比较了上述几种测量方法对正 常老年人和骨质疏松性骨折者之间的区分能力，显 示QCT的诊断效能最高，预测骨折风险的能力最 强。但QCT的测量精度较低，变异系数（CV)为 1.5% -2.0% ^[3]，最高者达5.0% ^[4]。近年来推出 的容积性QCT( volumetric QCT，vQCT)可从真正意 义上测量容积性BMD (volumetric BMD，vBMD)，可 选择性地测量小梁骨的BMD，并有望提高测量精 度^[5]，为准确地进行纵向研究及药物疗效的观察提 供了可行性^[6]。笔者应用MSCT对不同程度骨质疏

松绝经后妇女腰椎进行vBMD测量，同时测量骨小 梁数量变化,并与其DXA测量值相比较，评价2种 方法对骨质疏松性骨折的预测能力及测量精度;探 讨绝经后妇女骨质疏松性椎体骨折的阈值，为临床 诊断、预防及随访疗效提供可靠的依据。

资料与方法

一■、受检者资料

选取在天津医科大学总医院行腰椎CT检查的 绝经后妇女118名，均行胸腰椎X线平片检查，以 提供骨质疏松性椎体骨折诊断依据，且根据12〜 4椎体的DXA检查结果分组^[7]256: >均值-1个标 准差(*-h)为正常组j - L    -2s为骨量减少

组，-2s不伴椎体骨折为骨质疏松组，-2s 伴有椎体骨折者为骨质疏松伴骨折组。所有受检者 均除外与骨代谢相关的疾病。各组受检者基本情况 见表1，其中1〇〇名同时应用DXA检查腰椎及股骨 近端BMD，18例骨质疏松性腰椎骨折患者未接受 DXA检查。所有受检者均知情、同意。

二、DXA及MSCT检查方法和参数

II.  DXA 测量：DXA 设备采用 GE Lunar DPX-L 型设备，测量L2 ~ 4椎体前后位BMD值 (AP-SPINE)及股骨近端BMD值,单位为g/cm²₀

III.      MSCT 测量:应用 GE Light Speed 16 型 MSCT 对U ~4椎体中部分别行轴面扫描，背部垫配套体 模(Image Analysis Inc, USA)，扫描参数:120 kVp， 240 mAs，层厚 10 mm，F0V 320 mm x320 mm,用配 套QCT分析软件（QCT-5000™)测量12 ~4椎体骨 小梁 BMD 值(²D-TRAB)，单位为 mg/cm³₀

另对12 ~4椎体范围及置于体后的体模进行容 积扫描，扫描参数：120 kV_P，240 mA_S，螺距

3.   375,扫描层厚 10 mm,F0V 320 mm x320 mm。将 容积扫描原始数据重建成层厚1.25 mm、间隔

12.  6 mm、F0V 96 mm X 96 mm的轴面图像，传输到 ADW4. 2工作站进行VR及MPR重组，利用直方图 功能测量vBMD值（图1 ~6)，包括整体骨BMD (3D-INTGL)、皮质骨 BMD ( 3D-C0RT)、小梁骨

BMD(3D-TRAB),单位为 mg/cm' 测量 3D-INTGL 时选取除横突以外的椎体成分;测量3D-C0RT时, 划定骨皮质边界下限CT值为400 HU;测量 3D-TRAB 时,选取椎体中部 12 mm X 12 mm X 12 mm 范围的椎体内小梁骨容积性区域，设定CT值上限 为400 HU^[S]。同时测量CT值分别为60、80、 100 HU及120 ~ 400 HU的骨小梁容积比，作为表观 骨容量/总容量（App BV/TV% )^[9]，分别记为A_PP60 BV/TV%、App₈₀ BV/TV%、App₁₀₀ BV/TV%、App₁₂₀ BV/TV%。

三、统计学分析

应用SPSS 11. 5软件进行数据统计学分析。比 较4组受检者之间在上述各BMD参数中的差异，对 数据进行协方差分析（analysis of covariance),以 P <0. 05作为有统计学意义。应用受试者操作特征 曲线（R0C 曲线）分析 ²D-TRAB、3D-TRAB、 3D-INTGL、App BV/TV%区分骨折与非骨折的能 力，并分别计算敏感度和特异度。对AP-SPINE与 2D-TRAB、 3D-INTGL、 3D-C0RT、 3D-TRAB, 2D-TRAB与 3D-INTGL、3D-TRAB、3D-CORT 进行相 关与回归分析；对App BV/TV%与3D-TRAB、 2D-TRAB进行相关与回归分析，计算决定系数 (圮）值。按文献[9]方法测量10名BMD正常的绝 经后妇女AP-SPINE的精确度，并对10名正常绝经 后妇女 U 椎体 3D-TRAB、3D-INTGL、3D-CORT、App BV/TV%进行2次重复测量，由2名放射科医师采

图1 ~ 6腰椎容积性定量CT测量方法(直方图法）。图1,2为整体骨测量VR图及相应直方图；图3 ,4为皮质骨测量VR图及相应直方图； 图5，6为小梁骨测量VR图及相应直方图。各直方图(2，4,6)显示所包括的骨组织容积，平均CT值和标准差用双盲法分别进行上述参数的测量，计算测量者间 的精确度^[1°^]。

结 果

一、    腰椎DXA及vQCT测量值比较

各组绝经后妇女各项测量参数数值见表2。同 时显示针对每个参数在各组间的方差分析和协方差 分析结果，以及进一步的两两比较结果。

二、    参数间相关分析

具体资料见表2。

IV.  整体资料各参数间相关分析:AP-SPINE与 2D-TRAB、3D-INTGL、3D-TRAB、3D-C0RT 间均有相 关性（尺² 值分别为 〇. 511、0. 618、0• 516、0. 404，P 值 均 < 0. 01 ) ; 2D-TRAB 与 3D-INTGL、3D-TRAB、 3D-C0RT间均有相关性（圮值分别为0. 852、0. 943、

4.   165，P 值均 < 0• 01) ; App_6D BWTV%、App_8D BV/ TV%、App₁₀₀ BV/TV%、 App₁₂₀ BV/TV% 与

3D-TRAB ( /J² 值分另Ij 为 0. 955、0• 951、0. 941、

13.  912)，与 2D-TRAB(/f² 值分别为 0.912、0.910、

2.    8⁷8、0. 8以）间均有相关性，P值均< 0. 01,其中 A_PPl2。BV/TV%与3D-TRAB间相关程度最高。

2•正常组参数间相关分析：AP-SPINE与 2D-TRAB、3D-INTGL、3D-TRAB、3D-CORT 间均有相 关性（圮值分别为〇_ 199、0.325、0.204、0.263，尸值 均 <0. 01) ;2D-TRAB 与 3D-INTGL、3D-TRAB 间均 有相关性值分别为0.554、0.824, P值均 <0.01)，2D-TRAB 与 3D-C0RT 间无相关性（ft² = 0• 009，P > 0. 05) ; App_M BV/TV%、App₈₀ B V/TV%、 App₁₀₀ BV/TV%、App₁₂。BV/TV% 与 3D-TRAB (妒值分别为 〇• 651、0. 734、0. 823、0. 903 )、 2D-TRAB( /?² 值分另lj为 0. 608、0. 669、0• 736、0• 797) 间均有相关性，P值均<〇. 01，其中A_PPl2。BV/TV% 与3D-TRAB间相关程度最高。

BV/TV%分别代表CT值为60、80 100、120 HU的表观骨容量/总容量;AP-SPINE:前后位BMD。（2)骨质疏松伴骨折组²8例接受容积性QCT 检查的受检者中10例同时接受双能X线吸收测量（DXA)检查。（3)f值为方差分析结果,值为以年龄为协变量的协方差分析结果，值

为以年龄、身高及体重为协变量的协方差分析结果。（4)正常组分别与骨量减少组、骨质疏松组、骨质疏松伴骨折组两两比较，骨量减少组分 别与骨质疏松组、骨质疏松伴骨折组两两比较,²〇^人8、³〇-1阶0^³〇-0)1«\30-1'1^1}、知₁>₆₀1^/竹％、如_[%)抓/1^%、人_1){),₀₀1^/1^%' A_PPl2QBV/TV%、AP-SPINE各参数间差异均有统计学意义（P值均<0. 05);骨质疏松组与骨质疏松伴骨折组比较，2D-TRAB、3D-INTGL、³D- TRAB、A_PP60BV/TV%、A_PP8()BV/TV%、A_PP|00BV/TV%、A_Pp_12DBV/TV%各参数间差异均有统计学意义（/*值均<0. 05);骨质疏松伴骨折组与 骨质疏松组的3D-C0RT值差异无统计学意义（/> > 0. 05);骨质疏松伴骨折组与骨质疏松组的AP-SHNE值差异无统计学意义（P > 0. 05)。

0.    骨质疏松伴骨折组与骨质疏松组的 2〇^1^8、3〇-11'^^、3〇-丁似8、人_{)1>_6(|8¥/1'¥%、人{>1)₈。8¥/1'¥%、八{₎1)₁₀₍^¥/1¥%、人₁5₁)₁₂₀8¥/1^%各参

数间比较，其减低率分别为 34. 8%、17. 9%、27. 7%、25. 4%、31. 0%、36. 0%、40. 0%

V.   骨质疏松组和骨质疏松伴骨折组各参数间 相关分析：AP-SPINE仅与3D-C0RT间有相关性 (fi² =0• 189,P < 0. 01)，与其他参数间无相关性 (ft² 值分别为 〇• 043、0• 092、0. 061 ,P 值均 > 0. 05 ); 2D-TRAB 与 3D-INTGL、3D-TRAB 间均有相关性 (妒值分别为〇• 799、0. 891, P值均< 0_ 01 )， 2D-TRAB与 3D-CORT 间无相关性（《² = 0.008, P>0. 05) ₀

A_PP60 BV/TV%、A_PP80 BV/TV%、A_PPloo BV/TV%、App₁₂₍₎BV/TV% 与 3D-TRAB(ff² 值分别 为 0. 955、0. 951、0. 941、0• 912)、2D-TRAB (尺² 值分 别为 0. 912、0. 910、0. 878、0. 821 )间均有相关性， 尸值均 < 〇• 01，其中 A_PP60 BV/TV% 与 3D-TRAB 间 相关程度最高。

三、R0C曲线分析

根据各组妇女腰椎不同部位3D-QCT参数测量 结果，对区分骨质疏松及骨质疏松伴骨折组有统计学 意义的参数进行R0C曲线分析（图7)。以2D-TRAB 与3D-INTGL、3D-TRAB的下限值为骨质疏松性椎体 骨折的预测值时,R0C曲线下面积分别为0.885、

5.   9〇²、0. 850,诊断阈值分别为70. 93 mg/cm³ (敏感度 为82. 1% ,特异度为78. 9% ,例数比为76:42)、

116. 48 mg/cm³ (敏感度为 85. 7% ,特异度为 75. 6% , 例数比为⁷²:⁴⁶)、⁸⁶. " mg/cm³ (敏感度为82. 1%， 特异度为70. 0%，例数比为68:50)。

图⁷ 骨小梁骨密度（3D-TRAB)、整体骨密度（3D- INTGL)、椎体骨小梁骨密度（2D-TRAB)各数值受试者操 作特征曲线（R0C曲线）分析结果。3D-INTGL的R0C曲 线下面积最大，达到0.902

以 A_PP60 BV/TV%、App₈₀ BV/TV%、A_PPloo BV/ TV%、A_PP,₂。BV/TV%的下限值为诊断骨质疏松的

标准时，ROC曲线下面积分别为0.864、0.862、

14.  85⁴、0.849,诊断阈值分别为71.5%(敏感度为 78. 6%,特异度为82.2%，例数比为80: 38 )、 57. 23% (敏感度为78. 6%，特异度为82. 2%，例数 比为80: 38)、42. 83% (敏感度为75%,特异度为 81.1%,例数比为80: 38 )、40. 53% (敏感度为 85. ⁷%，特异度为70%,例数比为67: 51)或者 36_ 75% (敏感度为78. 6% ,特异度为73. 3% ,例数 比为 72:46)。

四、测量精确度

3D-QCT测量的精确度结果示，两次测量值间 CV 在 3D-INTGL 为 2. 21%，3D-TRAB 为 1. 89%， 3D-C0RT 为 0• 70% ;测量者间 CV 在 3D-INTGL 为

3.    25%，3D-TRAB 为 1. 57%，3D-C0RT 为 0• 94% ; A_PP60 BV/TV%测量精确度较高,2次测值间精确度 为0• 25%，测量者间精确度为〇• 48%。

DXA检查中AP-SPINE指标的测量精确度为

1.    90% ₀

讨 论

笔者应用16层螺旋CT及vQCT技术获得了反 映椎体小梁BMD变化的参数（20-丁1^8、30- Il\TGL、3D-TRAB、App₆。BV/TV%、App₈。BV/TV%、 A_PP丨〇〇 BV/TV% 及 A_PPl20 BV/TV% )，在绝经后妇女 骨质疏松伴椎体骨折组其测量值明显低于骨质疏松 组，几项测量值的减低率为17.9% ~ 40.0%,在调 整年龄、身高及体重差异后仍有统计学意义;3D- C0RT骨质疏松组与骨质疏松伴骨折组间差异无统 计学意义;而骨质疏松伴骨折组DXA测量参数AP- SPINE测量值虽低于骨质疏松组，但无统计学意义， 结果显示2D-QCT及3D-QCT均可以区分骨质疏松 与骨质疏松伴骨折组，可用于预测骨折风险，与文献 报道相符^["“^2]，证实QCT比DXA更能反映骨质疏 松的程度，可以作为预测骨折风险的有用指标。尤 其本研究中进行了绝经后妇女正常组、骨量减少组、 骨质疏松组以及骨质疏松伴椎体骨折组之间的多组 比较，应用的vQCT检查法是在对腰椎多个椎体进 行容积性CT扫描的基础上测量其_VBMD数值，比 传统的2D-QCT方法更有优势，可分别评价腰椎小 梁骨、皮质骨和整体骨的BMD变化,并可测量骨的 几何形态参数,因而能够反映BMD及骨的几何形态 等多种因素对骨强度的影响;相比以往的方法更易 实施与DXA测量的比较性研究;且证实了 3D-QCT 法在区分不同程度骨质疏松患者BMD值细小差异

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时的能力。

随着MSCT在临床上的较普遍应用，已有经 vQCT技术检查腰椎等多部位BMD变化的报道。 Bauer等^[131的研究显示可以应用检查腹部和盆腔病 变的CT图像作vBMD测量，可预测椎体骨折的发 生，同时间接减少了受检者的辐射剂量。Mayo Clinic研究丰心应用vQCT技术分别观察了小梁骨 和皮质骨随年龄变化在多部位的骨丢失情况^[14]。 这些研究证明了 MSCT与vQCT技术相结合在骨质 疏松研究中的应用价值，但他们的测量方法仍然是 以二维图像为基础的vBMD测量法。加州大学旧金 山分校的研究对腰椎等多部位的vBMD测量结果较 精确，但需应用特殊软件才能实施^[6]。本研究中的 vQCT测量充分利用了计算机工作站中进行图像三 维处理VR技术和工作站提供的直方图计算方法， 较简便而且有效。

通过R0C曲线比较2D-TRAB及3D-QCT各测 量指标区分骨质疏松与其骨折的能力时，显示3D- INTGL的ROC曲线下面积最大，说明绝经后妇女中 3D-INTGL预测骨折风险的能力高于小梁骨，与 Lang等^[8]及以往的研究结果近似^[12]。但也有研究 报道，小梁骨比整体骨更能显示骨质疏松与骨质疏 松伴骨折者间的差异，因为小梁骨BMD不受骨质增 生程度的影响，而皮质骨和整体BMD则随骨质增生 程度的增加而增加^16]。在脊椎退变较轻的骨质 疏松人群中,测量脊椎整体BMD的意义在于能反映 在小梁骨丢失程度较高状况下皮质骨的变化情 况^[17]。本研究中3D-INTGL参数的骨折阈值为 116.48 mg/cm³时，其诊断严重骨质疏松患者的敏 感度为85. 7%，特异度为75. 6%。

本研究中测量参数的相关分析结果显示在总体 资料及正常组，AP-SPINE与3D-INTGL的相关程度 最高，说明DXA的测量结果主要反映整体骨的 BMD;但在骨质疏松组，AP-SPINE仅与3D-CORT有 相关性，与反映骨小梁密度的2D-TRAB、3D-INTGL 及3D-TRAB均无相关性，提示随着骨质疏松程度的 增加，DAX对腰椎骨小梁的密度变化不敏感，不能 区分皮质骨与松质骨的密度变化。皮质骨与松质骨 的转换率不同，对治疗的反应也较低^[7]256。脊椎退 行性改变对皮质骨和松质骨的影响也不一样。 Guglielmi等^[16]研究了老年妇女椎体骨质增生等改 变对腿D测量值的影响，并比较了 DXA与vQCT 方法间的差异，证实椎体退行性改变可明显使DXA 测量值偏高，影响vQCT的3D-INTGL、3D-CORT测

量值;而小梁骨的vQCT测量值不受影响。且发现 骨质增生严重者，3D-C0RT并不随着年龄增长而下 降，建议对此类受检者应用vQCT技术检查BMD。 DXA测量值还与骨体积有关，有报道在比较DXA 与vQCT诊断绝经后妇女骨折的能力时，发现在矫 正身高和体重因素后DXA区分骨折的能力明显下 降^[8],而vQCT技术可克服这些缺点。

本研究中还应用了反映骨小梁容积的参数表观 骨小梁容积(A_PP BV/TV% )，分别以CT值60、80、 100、120 HU为临界值，反映不同密度骨小梁的骨丢 失程度，与以往的研究比较^[12],将阶/1^%这一参 数更加精细化，显示骨质疏松伴骨折组与骨质疏松 组比较时A_PPl2。BV/TV%数值的减低率最高 (40. 0% )。参数间相关分析显示，总体资料及正常 组A_PPl2。BV/TV%与3D-TRAB的相关程度最高;而 在骨质疏松组与骨质疏松伴骨折组,A_PP60 BV/TV% 与3D-TRAB的相关程度最高，ROC曲线分析显示 A_PP6。BV/TV%的曲线下面积达0. 864,其预测骨折 风险的能力高于A_PPl2。BV/TV%。在骨质疏松早 期，骨小梁密度逐渐减低，A_PPl2() BV/TV%可能主要 反映这一时期骨丢失的程度;A_PP60 BV/TV%反映严 重骨质疏松症患者的骨小梁丢失程度可能更敏感。

2D-TRAB与3D-TRAB呈较高的相关程度 (圮=0.943, P <0.01)，骨质疏松伴骨折组的 2D-TRAB明显低于骨质疏松组（减低率为34. 8% )， 说明2D-TRAB亦能敏感地反映骨小梁的BMD变 化；R0C曲线分析也显示,2D-TRAB与3D-TRAB 区分骨质疏松伴骨折与非骨折受检者的能力相当， 但是vQCT技术的精确度高于2D-QCT(1.5% ~ 2.0%),可能更适于监测药物疗效^[6]。笔者对 vBMD 的测量精确度为 0• 70% ~ 2. 25%，3D-TRAB 的精确度为1.57% ,与DXA测量中的精确度 接近。

本研究的不足之处在于，样本量较小（尤其是 骨质疏松伴骨折组），在以后研究中需加大样本量， 进一步比较vQCT与DXA区分绝经后妇女骨质疏 松伴骨折组与骨质疏松组能力的差异，确定绝经后 妇女骨质疏松性椎体骨折的阈值。可反映骨小梁容 积的参数A_PP BWTV%的应用也需进一步证实。

总之，本研究通过MSCT容积扫描与vQCT技 术的结合显示了 vBMD测量区分绝经后妇女骨质疏 松性腰椎骨折与非骨折受检者的能力高于DXA方 法，提示vQCT技术在骨质疏松的诊疗工作中将有 较大的应用潜力。

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