定量CT（QCT）骨密度测量体模软件检测方法评价股骨近段骨皮质厚度及骨密度
成都华西华科研究所分析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评价股骨近段骨皮质厚度及骨密度
[摘要]目的初步探讨采用定量CT(QCT)骨结构分析系统(BIT)测量股骨近段骨皮质的信度和可重复性。方法 收集30例髋部低能量骨折患者，正常侧股骨用于测量，采集髋部QCT扫描数据，于QCT分析工作站上BIT自动选定垂 直于股骨颈中段长轴最狭窄处横断面，将该横断面分为4个象限，即上前象限(SA)，下前象限（IA),下后象限（IP)，上后象限(SP)，BIT自动估算各象限骨皮质厚度（C.Th),由3名测量者分别进行测量，比较测值的差异及一致性。结果3名测 量者测得的股骨颈最狭窄处横断面平均C. Th及SA、SP、IA象限C. Th和骨密度差异均无统计学意义（P均>〇. 05)，一 致性均较好，其中平均C. Th的ICC值最高，为0• 883。而3名测量者测得的IP象限C. Th和骨密度差异均有统计学意义 (P均<0.05)。结论BIT能够实现获取股骨近段骨密度结果的同时获得骨结构信息，测得的股骨颈横断面上象限及前 下象限C.Th及骨密度具有很好的重复性。
随着人口老龄化加剧，髋部骨折发病率逐年上升， 预计世界范围内髋部骨折发生数量将从1990年的 170万增加到2050年的630万[1]。而约1/4髋部骨 折的老年人会在一年内死亡[2]，髋部骨折给社会、家庭 和个人带来巨大经济损失和健康风险。髋部发生脆性 骨折主要因其力学性能发生变化，而这种变化与多种 因素有关，包括骨密度（bone mineral density, BMD)、 骨强度及骨微结构等。而骨皮质是维持整个骨结构稳 定性的关键。但目前临床常用的脆性骨折风险预测手 段，如双能 X 线骨吸收（dual X-ray absorbtiometry, DXA)和计算机体层X线骨密度系统（computed tomography X~ray absorbtiometry, CTXA)，均无法 多维度评估股骨近段骨皮质的情况[3]。
定量 CT (quantitative computed tomography, QCT)新研发的骨结构分析系统（bone investigational toolkit，BIT)除可获得BMD数据外[4-5]，还能获得股 骨近段骨质结构数据。目前国内未见关于采用BIT 测量股骨近段骨皮质结构的研究报道，本研究初步探 究采用BIT测量股骨近段骨皮质结构的信度和可重 复性，以期为应用BIT进一步研究骨折人群近段股骨 BMD与骨结构及预测老年人群脆性骨折风险奠定 基础。
1资料与方法
I. 一般资料收集2012年1月一2013年11月于 北京积水潭医院创伤骨科急诊室就诊的139例女性 (年龄>55岁）及60例男性(年龄>60岁）髋部低能量 骨折患者，并从中随机抽调30例作为研究对象，年龄 55〜91岁，中位年龄65岁，其中男9例（62〜90岁）， 女21例（55〜91岁）。低能量骨折定义为从站立位或 坐位摔倒所致髋部骨折™。为了减小因骨折导致的骨 量丢失，所有纳入者均为发生髋部骨折后48 h内就诊 者。急诊放射医生向纳人者介绍这项研究，并告知在 进行髋部CT扫描时加垫QCT体模，未增加患者射线 剂量，纳人者均同意并填写髋部骨折问卷表。髋部骨 折问卷表主要包括跌倒时的情形及有无影响骨代谢的
疾病。排除标准：①高空坠落伤及交通车祸伤；②患有 影响骨代谢的疾病；③既往有髋部骨折及长期卧床史。 本研究经北京积水潭医院伦理委员会批准实施。
2. 2仪器与方法采用Toshiba Aquilion 16排CT 扫描机加垫Mindways公司的5样本固体体模行螺旋 扫描。扫描参数:管电压120 kV，管电流125 mAs，床 高 78 cm，螺距 0. 985, DFOV 400 mm，矩阵 512 X 512,层厚1 mm，标准算法重建。将CT原始图像从 CT主机传输至QCT工作站自动合成测量文件后，采 用QCT PRO软件中的“Slice Pick”功能截取健侧髋 部图像，范围从髋臼顶上1 cm至股骨小粗隆下3 cm。 采用 QCT PRO CTXA HIP Version 4. 2. 3 软件自动 去除软组织并将近段股骨从三维层面旋转和移动后， 产生二维的平面投影图像，通过旋转将近段股骨按照 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，便于将三维CT数据转变 为合适的髋部ROI平面投影图像（图1、2)。
1.3图像分析采用QCT PRO CTXA生成近段股 骨二维平面投影图像后，骨结构研究系统（Bone Investigational Toolkit, BIT 2. 0) 软件自 动选定垂直于 股骨颈中段长轴最狭窄处横断面（图3)，该处股骨颈 长径与前后径比值约1.4、可以认为股骨颈中心[7<。 以该横断面为中心，系统自动向上下分别截取5处 横断面，层间距lmm，共截取11个横断面。图像像 素值0.781 mm。垂直于股骨颈长轴的横断面以几 何中心均分为16扇形区域，每一区域角度为22. 5° (图4)。将第一个扇形区域定义为垂直于该图像的 垂线为始的区域。在进行QCT PRO CTXA分析时， 位于矢状位的股骨前缘被调整为垂直于水平线（图
12. ，相对于人体实际站立状态存在调整后的前倾、约
2. 2°。因此在对股骨颈中段横断面进行分区时，向 后移动一个扇形区域（约22. 5°)，以确保与站立位解 剖关系的一致性。最终横断面分为4个象限区域： 上前象限（superoanterior, SA)包括扇形区域2〜5, 下前象限（inferoanterior，IA)包括扇形区域6〜9,下
图1旋转图像，使冠状位图像上股骨干长轴平行于竖直线、矢状位图像上股骨干长轴平行于竖直线、轴位图像上股骨颈平行于水平线 图2将三维髋部数据转换为二维髋部标准投照位图像
图3 BIT软件自动选定垂直于股骨颈中段长轴的最狭窄处 图4将垂直于股骨颈长轴的横断面以几何中心均分为16扇形区域（A)， 4个象限区域（B)包括上前象限（SA)、下前象限（IA)、下后象限（IP)、上后象限（SP)
后象限（inferoposterior，IP)包括扇形区域10〜13,上 后象限（superoposterior，SP)包括扇形区域14〜1(图 4)。BIT软件自动估算出各象限骨皮质厚度（cortical thickness，C.Th)。由3名测量者分别独立测量30 例研究对象的股骨近段骨皮质分布及结构。
1. 4统计学分析采用SPSS 17. 0统计软件。计量 资料以；F±S表示。对不同测量者间测值的比较采用 重复测量方差分析。采用组内相关系数（imraclass correlation coefficient, JCC)评价测量值的可重复性， JCC越接近1表明结果的一致性越好。P<0.05为差 异有统计学意义。
II. 结果
3名测量者测得的股骨颈最狭窄处横断面平均 (average, AVR)及 SA、SP、IA 象限 C. Th 差异均无 统计学意义（P均>0. 05) ;3名测量者测得的AVR及
SA、SP、IA象限C. Th测值一致性较好，其中AVR C.Th的JCC值最高；而3名测量者测得的IP象限 C. Th差异有统计学意义（P<〇.〇5)。3名不同测量 者测得的SA、SP、IA象限骨皮质BMD差异均无统计 学意义（P均>0.05),而IP象限骨皮质BMD差异有 统计学意义（P<〇.〇5)。见表1。
3讨论
目前临床常用的评价股骨近段骨折风险的方法主 要是通过评价BMD判断其是否导致骨强度减低。 DXA和QCT是测量BMD的常用方法，但仅仅靠 BMD评估骨折风险，结果往往不尽如人意研 究[69]发现股骨近段骨结构可能是一个独立的骨折风 险因素。股骨近段由皮质骨和松质骨组成。皮质骨约 占成人骨量的80%[1°]，承担着人体绝大多数的力量负 荷。一项国外研究[9」发现股骨颈中段横断面上象限骨
皮质厚度小于下象限，而老年人 表1
的股骨颈上象限C. Th要小于年 轻人。当人体发生侧面摔倒、股 骨大粗隆着地时，最大压缩张力 作用在股骨颈上象限[1113]。另 一研究[14]发现，相对于下象限、
股骨颈上象限C. Th具有重要的 骨折风险预测意义。
骨强度评估在诊断骨质疏松 中起着重要作用。骨强度是指最 大载荷值与每毫米标本长度内矿 盐含量的比值（或与骨矿盐密度 的比值），包含了 BMD与骨质量 两方面。由于髋部复杂的三维结构、DXA较低的空间 分辨率及其二维显示特点，使得DXA在评估近段股 骨骨强度上具有诸多局限。而QCT能够提供完全的 三维信息，可用以观察骨的几何结构及分辨微细结构； 采用基于QCT的有限元分析模型（finite element m〇delS，FEM)、通过结合BMD分布、股骨颈结构、形 态、骨量成分及力学加载，可提高对骨力学性能的
3名不同测量者测得的股骨颈最狭窄处 骨皮质厚度及BMD(5T±s，n = 30)
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测量者 |
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C. Th(mm) |
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AVR |
SA |
SP |
IA |
IP |
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测量者1 |
1. 91 士 0• 58 |
0. 91 士0. 62 |
0. 95 士 0. 64 |
2_ 13 士 0■ 73 |
3. 63士0. 70 |
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测量者2 |
1. 87士0. 62 |
1. 03 士 1. 02 |
0. 96士0. 73 |
2. 25士0. 93 |
3. 12 士 1. 13 |
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测量者3 |
1. 90士0. 57 |
0. 91 士 0. 64 |
0. 95士0. 68 |
2. 28 士 0. 76 |
3. 47 士 0. 90 |
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ICC |
0. 883 |
0. 581 |
0. 768 |
0. 667 |
0.486* |
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测量者 |
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BMD(mg/cm3) |
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SA |
SP |
IA |
|
IP |
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测量者1 |
419. 87士30. 80 |
440. 12±41. 91 572. 41±56, 59 |
700. 49士 68. 26 |
||
|
测量者2 |
428. 16±41. 33 |
437. 29士42. 20 592. 65±76. 21 653. 38士 106. 55 |
|||
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测量者3 |
419. 67士35. 14 |
429. 54±40. 04 584. 25土71. 75 |
680. 43 土 80. 60 |
||
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ICC |
0. 757 |
0. 745 |
0. 631 |
0. 477* |
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注:
：P<0. 05
本研究的不足之处：为了操作方便，BIT选定了单 阈值区分骨皮质和骨松质，而部分容积效应会导致对
III. Th的高估，特别是在下象限区域。另外在SA和 SP象限骨皮质过薄时偶尔会出现测量值为0的情况， 在今后的研究中需进一步优化CT扫描参数，尤其是 减小CT像素值，以改善测量误差。
综上所述，QCT的BIT在测量股骨颈横断面上
预测[1M7]。
本研究结果显示3名测量者测得的股骨颈最狭窄 处横断面的AVR及SA、SP、IA象限C. Th和BMD 差异均无统计学意义(P均>〇• 05),—致性均较好，其 中AVRC.Th的JCC值最髙、为0. 883,表明定量CT 的BIT在测量股骨颈横断面上象限及前下象限C. Th 及BMD方面具有很好的重复性。Johannesdottir 等[14]研究显示各象限C. Th的测量重复性较好，与本 研究在IP象限的结果存在差异，可能与测量样本数量 及CT像素值差异有关。
虽然本组中3名测量者测得的IP象限C. Th和 BMD差异有统计学意义(P<0. 05)，即结果的重复性 较差，但目前未见研究显示其对预测骨折风险具有重 要意义。Poole等[9]发现老年女性的股骨颈骨皮质相 对于年轻女性变薄，而下象限C. Th变化不大，这是由 于下象限骨皮质在人行走时主要负担压力负荷及更高 的张力。造成不同象限C.Th变化的主要机制为骨内 膜的吸收，某些区域骨皮质不均匀性变薄可能造成其 他区域张力增高及不稳定[18〜]。研究[14’21_23]发现上象 限骨皮质数据对预测髋部骨折风险具有重要意义。 Johannesdottir等[14]发现病例组和对照组间上前象限 C. Th差异最大，与下象限相比，上象限C. Th对预测 骨折风险有着更为重要的意义。
象限及下前象限C. Th及BMD方面具有很好的重复 性，可用于大样本的临床研究，在获取近段股骨BMD 结果的同时可获得骨结构信息，从而能够更好地预测 脆性骨折风险。
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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