成都华西华科研究所分析脊柱定量CT（QCT）骨密度测量体模软件检测方法重建参数对骨密度测量的影响

【摘要】目的优化CT扫描协议，使定量CT (QCT)骨密度（BMD)测量值 更精确，辐射剂量更低。材料与方法采用欧洲脊柱体模（ESP)与QCT校 准体模一起进行不同毫安秒的CT螺旋扫描。扫描参数：管电压丨20kV,管电 流50〜350mA，层厚lX16mm，床高73cm,扫描范围10cm,视野（FOV) 40c,重建矩阵：512X512,重建间距0.8mm。记录CT扫描机上的辐射剂量乘积 (DLP)。用标准算法（FC03)和骨算法（FC30)分两组重建欧洲脊柱体模影像， 并进行BMD测量。结果FC03组平均BMD值与毫安秒正相关0 = 0.401, P<0.05);FC30组平均BMD值与毫安秒无相关性0=0.216, •PXXOS)。两 组平均毫安秒与DLP呈正相关0=0.999,戶<0.01 )。FC 03组与FC 30组平 均BMD差异有统计学意义（f = -13.089, P<0.01)。FC 03组与欧洲脊杵体 模标准平均BMD差异有统计学意义（f=-19.220,户< 0.01); FC 30组与欧 洲脊柱体模标准平均BMD差异无统计学意义（/ = 0.506, P = 0.616)。结论 QCT扫描重建参数对BMD值有影响。骨算法重建影像除去了影响BMD测量 的因素，使测量准确率更髙。在制订扫描协议时应充分考虑重建算法对骨密度 测量的影响，并使扫描参数保持恒定。

【关键词】骨密度；体层摄影术，X线计算机_：图像处理，计算机辅助

定量 CT (quantitative CT, QCT)是通过 CT 扫

描将穿过人体的CT衰减系数经校准体模转换成以 mg/cm³ 为单位的一种骨密度（bone mineral density, BMD)测量技术，这种技术可用于任何普通CT扫

描机^11]。本研究旨在探讨CT扫描技术参数与骨密度、 辐射剂量之间的相关性，并研究QCT不同重建参数 对骨密度测量的影响，以指导临床制订优化扫描协 议，使QCT骨密度测量值更精确，辐射剂量更低。

1材料与方法

1.1模拟人体体模欧洲体模（European Spine Phan­tom, ESP) ESP-154[²]; 校准体模 :QCTPhantom 体模 （美 国 Image Analysis, Inc.制造，序列号 G2208)。

I.   CT扫描方法采用日本东芝16排Aquilionl6 螺旋CT扫描机。扫描参数：管电压120kV,管 电流50〜350mA,机架旋转时间0.5s/r,层厚 IX 16mm, PF 0.938。扫描方式：螺旋扫描。床高 73cm,扫描长度10cm,视野（FOV) 40cm,重建 矩阵512X512。重建算法：FC 03 (标准算法)，FC 30 (骨算法）。重建间距〇.8mm。将欧洲体模置于模拟 体模上（图1)。从50mA开始至350mA结束，每 递增10mA按上述扫描参数扫描1次，共31次。记 录CT扫描机上每一次扫描所产生的100mm长度的 辐射剂量乘积（DLP,单位mGycm)。用标准算 法（FC 03)和骨算法（FC 30)分两组重建欧洲体 模影像容积数据，分别命名为FC 03和FC 30。

图1同时扫描欧洲体模与模拟体模

1.3骨密度测量在骨密度工作站上用骨密度分 析软件QCT PRO™ 3D脊柱BMD应用模块（4.0 Mindways Software,丨nc.)。对重建后的两组容积数 据进行BMD分析测量。方法：将重建的FC 03组和 FC 30组各31组容积数据传至安装BMD工作站，

在工作站上点击3D脊柱BMD应用模块图标，在打 开Patient information界面输入试验编号、试验日期 等匹配信息，点击confirm match进入Extraction界 面；在Extraction界面中设置脊柱影像上决定用于 骨密度分析的区域和获得的模感兴趣区（ROI)。此 时在椎体旁出现一个圆形光标，同时在模的周围出 现矩形模框光标。将ROI置于轴面椎体影像的中 央松质骨区域；将矩形光标包含住全部校准模。接 着在Rotation和ROI界面中的轴面、冠状面、矢 状面的多平面重组（MPR)影像上确定欧洲模体中 位置，确认椎体。在Results显示各 椎体的BMD和3个椎体总的平均BMD值。

1.4统计学方法采用SPSS 15.0软件分析，两组 中平均BMD值与毫安秒的相关性以及平均毫安秒 与DLP的相关性采用Pearson相关分析；两组平均 BMD比较采用配对？检验；每组平均BMD值与欧 洲体模标准平均BMD值比较采用单个样本/检验, P < 0.05为差异有统计学意义。

2结果

标准算法（FC 03)组平均BMD值为115.22士 0.42mg/cm³，骨算法（FC 30)组平均BMD值为 116.73±0.69mg/cm³。FC 03 组和骨算法 FC 30 组的 欧洲体模重建影像平均BMD值与毫安秒的相关性 分析见图2。FC 03组平均BMD值与毫安秒呈正相 关0=0.401，尸<0.05); FC 30组平均BMD值与毫 安秒无相关性（r = 0.216, P>0.05)。两组平均毫安 秒与DLP呈正相关（r = 0.999,尸<0.01),平均毫 安秒与DLP相关性分析见图3。FC 03组与FC 30组 平均BMD值差异有统计学意义“ = -13.089, PC0.01 )。FC 03组与欧洲脊柱体模标准平均BMD 值差异有统计学意义G=-19.220,尸< 0.01); FC 30组与欧洲脊柱体模标准平均BMD值差异无统 计学意义 U=0.506，尸= 0.616)。

100

20         40         60         80         100       120       140       160       180

毫安秒

QCT利用CT断层影像，排除了影像重叠所造 成的组织叠加，可以将ROI设置在椎体的松质骨区 域，使骨密度值更加精确。近年来，多排螺旋CT 已经在临床广泛应用，QCT的测量方法也有所改 变，出现了体积（volumetric) CT等测量方法 它可以利用多排螺旋CT扫描获得的容积数据进行 MPR,在轴面、冠状面和矢状面同时设定ROI,这 样可使定位更加准确，测量精度更高。由于QCT采 用的是X线扫描，所以CT扫描的技术参数可对骨 密度的测量产生影响。临床常规螺旋CT扫描，主 流厂家均普遍将管电压恒定设置在120kV,只通过 改变毫安秒来调整X线剂量。因此需要研究扫描技 术参数毫安秒的变化对BMD的影响。重建算法是 产生重建影像的基础，影响影像的空间分辨率。在 影像重建过程中涉及两步重建算法：卷积和后投影。 根据卷积的不同算法，有3种常见的加权方法，即 标准、骨算法和平滑算法。卷积算法不同会影响影 像密度变化频率的敏感性^[5)。根据结果，FC 03组毫 安秒与平均BMD呈弱相关0=0.401,尸<0.05)。 FC 30组毫安秒与平均BMD无相关性0=0.216, P>0.05)。由于FC30组采用骨算法重建，这种卷 积算法滤除了 CT衰减信号中的部分含软组织成分 的低频信号，保留了含骨骼成分的中高频信号，消 除了低频信号（如脂肪）的影响，从而使毫安秒的 变化不影响平均BMD值。毫安秒代表X线的剂 量，其增加必然导致辐射剂量的增加^m。毫安秒与 DLP呈高度相关0 = 0.999，尸<0.01)。两组重

建方法平均BMD值差异有统计学差异（P<0.01), 表明两种重建方法对BMD值的测量产生不同影 响。此次实验采用的是欧洲脊柱体模，是欧洲共同 体确认的验证QCT标准和质量控制的标准体模。模 体中有3个代表L,、L₂、L₃脊椎的嵌入体，内含 不同密度的羟磷酸钙[Ca₅(PH₄)₃OH],分别是50、 100、200mg/cm³，标准平均 BMD 值为 116.67mg/ cm³。本研究结果发现，FC 03组平均BMD值为 115.22±0_42mg/cm³,与欧洲脊柱体模标准平均 BMD值差异有统计学意义（/ = -19.220,P < 0.01); FC 30 组平均 BMD 值为 116.73±0.69mg/cm³,与欧 洲脊柱体模标准平均BMD值差异无统计学意义 (/=0.506,尸= 0.616)。FC 30 组平均 BMD 值接近 于欧洲体模标准平均BMD值，表明采用骨算法重 建的骨密度值更能反映脊柱真实的骨密度值。

由以上研究结果分析，QCT扫描重建参数对 BMD值有影响。标准算法重建的影像，因含有更多 影响BMD测量的因素，导致BMD测量误差更大。 骨算法重建的影像除去了影响因素，使其测量准确 率更高。因此，在制订扫描协议时应充分考虑重建 算法对骨密度测量的影响。

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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