成都华西华科研究所分析CT能谱成像、QCT骨密度测量体模软件检测方法 （定量CT）骨密度测定值 与骨灰重密度值的比较实验研究

【摘要】目的以羊脊椎骨的松质骨灰重密度为标准，比较CT能谱成像、定量CT (QCT) 对骨密度（BMD)测量方法的准确性，探讨CT能谱成像对BMD测量的价值。方法采用CT能谱 成像分别测定38个羊椎体松质骨的钙-水基物质对密度（p_Ca__H2())，根据BMD_QSI=p_ea__H2QX 1 004/400, 得出BMD值。然后使用QCT测定毎一椎体骨松质的BMD值，并将两组测定值与羊椎骨骨松 质煅烧后得出的灰重密度值比较，同时分析两种影像学方法测量BMD值与灰重密度的相关性。 结果 QCT 测量 BMD 均值（0.394±0.069) g/cm³,灰重密度均值（0.445± 0.050) g/cm³, CT 能谱 成像测量均值（0.430±0.056) g/cm³。（1)采用扩展的f检验法，QCT测量均值与灰重密度均值差 异有统计学意义，且QCT测量值小于灰重密度值（f=3.530, PC0.05), CT能谱成像测量均值更接 近灰重密度均值，两者间差异无统计学意义（<=1.138, ^>0.05)，CT能谱成像与QCTBMD测量均 值差异有统计学意义，且CT能谱测量均值大于QCT测量均值（f=2.392, PC0.05)。（2) QCT组与 灰重密度比较采用Spearman等级相关分析，QCT组的BMD测量均值与灰重密度均值均呈线性正相 关，并有统计学意义（r_QCI^MS=〇.58, P<0.05); CT能谱成像组与灰重密度组比较采用Pearson积 差相关分析，CT能谱成像和灰重密度均值均呈线性正相关，并有统计学意义(『(^_«^.45,户<0.05)。 结论CT能谱成像和QCT所得BMD值与灰重密度值变化趋势均一致。CT能谱成像在采用钙-水基物 质对时，测量BMD较QCT更为准确，可作为一种新的BMD测量方法。

我国已进入老龄化社会，老龄人口数众多。原 发性骨质疏松症是老年人，尤其是绝经后老年妇女 的一种常见病、多发病，骨质疏松引起骨折及其他 并发症，因此骨质疏松症的诊断及其预防和治疗就 显得非常重要。

衡量骨量的指标是骨矿含量（bone mineral content，BMC)和骨矿密度（bone mineral density， BMD), BMC和BMD的降低与骨质疏松性骨折直 接相关^[1], BMD的降低是发生骨折的一个重要的决 定性因素^[2]»能谱CT,以瞬时双电压切换的能谱成 像（gemstone spectral imaging，GSI)技术为核心，不 仅可以获得单能量图像，还可以获得反映各种基物质 (钙、7JC、碘等）的图像。能谱CT的物质定量分析 功能为测*t妈錄雛了依据，人体骨矿主要成分为 石[HAP,化学式Ca₁₀ (P0₄) ₆ (0H) ₂]，可 以在HAP中钙含量己知的情况下，根据化学基本 原理来推算HAP的含量，即得出BMD值，从而探 讨能谱CT在BMD测量的应用价值。’

材料与方法

一、    实验材料

新鲜市售羊脊椎骨2副，每副26个椎体，选 取胸椎（13个）和腰椎（6个)，共38个椎体，并 进行编号。

二、    CT能谱成像BMD测量

采用美国GE公司生产的Discovery CT750 HD 能谱CT机对实验椎体进行扫描，选用GSI扫描模 式。扫描完成后，进入AW 4.4工作站GSI Viewer 进行分析，测得每个椎体中部层面的骨松质钙基物 质密度，单位为mg/cm³。興（Ca)的相对原子量 为40，由于HAP中有10个Ca原子，Ca的量为 400, HAP的相对分子量为1 004，因此由Ca的含 量推11^的量可根据公式8^₍^₁=_?〇₁._112〇><1〇〇4/: 400,得出BMD值，单位为mg/cm³,换算为g/cm³。

CT(quantitative computed tomography, QCT) BMD 测量

采用美国GE公司生产的LightSpeed 16层螺旋 CT及其配套的QCT-5000™ BMD仪分析软件对

实验椎体进行BMD测量，扫描条件为120 kV、 80 mA，1.25 mm层厚，在实验前预先铺垫体模并 对其进行校正，然后对椎体进行扫描。扫描完成后 将数据传至AW 4.1工作站运用BMD分析软件对每 一椎体进行BMD测量，测量时在松质骨范围内感 兴趣区（region of interest，ROI)面积应该尽量圆 大，但应避开椎静脉压迹，得出的BMD值单位为 mg/ml，换算为 g/cm³。

相关图片见图1〜6。

四、    锻烧及测量BMD真实值

将测量后的椎骨除去其周围的软组织、骨皮质 和上、下终板，只剩骨松质，应用阿基米德定律测 量出去皮质后椎体的体积（V)，精确到0.1 ml,并 按编号一一记录，然后将其放入同样编号的坩埚 中，将盛有椎体的坩埚放入马弗炉（沈阳市工业电 炉厂，SX24-10)中进行煅烧，温度为900 °C,持续 锻烧6h。由于HAP的热分解温度为1 280.4 °C,具有 较好的热稳定性^[3]，因此在900 °C下，椎骨中的HAP 并不会分解，而其他成分则会分解为气体和水逸出至 空气中，最后臟所得的骨繊大部分为HAP^W。

煅烧完成待其冷却后，分别装入已编号的塑料 密封袋中，使用电子天平（上海精密科学仪器有限 公司天平仪器厂，JA3003N)称重，事先已除去密 封袋的重量，得出的灰重（m)精确到g小数点后 三位，根据公式BMDja=m/V,得出每一椎体的灰 重密度值，单位为g/ml,再换算成g/cm\

五、    统计学分析

应用SPSS 17.0软件，对三组数据进行统计学 描述，并对三组数据进行正态性检验即 Shapiro-Wilk检验，〇=0.05。采用秩和检验对以上 两种测量方法所得数据与煅烧所得灰重密度进行 统计学处理，P<0.05为差异有统计学意义，三组 数据间的两两比较采用扩展的f检验法得出结论， P<〇.〇5为差异有统计学意义。将两种测量方法测 量值与灰重密度进行相关分析，QCT组与灰重密度 比较采用Spearman等级相关分析，能谱CT组与灰 重密度比较采用Pearson积差相关分析，PC0.05相 关有统计学意义。

结 果

一、    羊椎骨煅烧BMD结果分析

38个去皮质羊椎体锻烧所得灰重密度值统计 描述为（0.455±0.050) g/cm³,对灰重密度数据 进行Shapiro-Wilk正态性检验，统计量fF=0.947, P>0.05,灰重密度值数据满足正态性。

二、    羊椎骨QCT测量BMD结果分析

38个羊椎体QCT测量所得松质骨BMD值统 计描述为（0.394 ± 0.069 )g/cm³，对数据进行 _Shapiro- Wilk正态性检验，统计量fF=0.929, P<0.05, QCT 组测量数据不满足正态性。

三、    羊椎骨CT能谱成像测量BMD结果分析

38个羊椎体CT能谱成像测量所得BMD值为

(0.430±0.056 ) g/cm³，对数据进行 Shapiro-Wilk 正态性检验，统计量ff=0.977,尸；0.05，能谱CT 组测M BMD数据满足正态性。^!

四、    QCT、CT能谱成像测量BMD值与锻烧所

得灰重密度值比较结果    '

^CT测量所得BMD值与灰重密度差异有统计 学意义（P<〇.〇5),即QCT不能准确测量椎体松质 BMD值，QCT测量值小于灰重密度（表1)。

CT能谱成像所测钙基物质密度推算得出的 BMD值与灰重密度差异无统计学意义（P>〇.〇5)， 即能谱CT测量所得出的BMD值可以准确反映真 实的骨松质密度，QCT和CT能谱成像所得出的两 组BMD值差异有统计学意义（P<0.05)(表1 )。

表1 QCT、能谱CT、灰重密度三组BMD值两两比较

比较对象	平均秩差值	r值	y值	尸值
灰重密度-QCT	25.553	3.530		0.001
灰重密度-GSI	8.237	1.138	35	0.200
QCT-GSI	-17.316	2.392		0.020

注：GSI代表CT能谱成像

五、QCT、CT能谱成像、锻烧所得BMD值相 关性分析  "

QCT与CT能谱成像测量BMD值与灰重密度 值间的相关性均存在统计学意义（户<〇.〇5)，即 QCT与能谱CT两组测量数据与灰童密度值的数值 变化趋势相一致（表2)。^：

表2 QCT、能谱CT、灰重密度三组BMD值

组间直线相关分析

比较对象	?•值	■P值
'QCT-灰重密度	0.58	<0.000 1
GSI-灰重密度	0.45	0.004 3

讨 论

一、     BMD测定的意义及相关测量方法比较

BMD是指单位体积骨骼中骨矿盐的含量，椎

骨的BMD可以分为皮质BMD和松质BMD。椎骨 松质骨灰重密度可以认为是椎骨骨松质的真实 BMD^[5]，因骨矿盐的主要成分为HAP，经过煅烧的 羊椎骨骨松质的主要成分为HAP，因此测量椎骨松 质中的HAP含量可以反应松质骨的BMD,正常情 况下松质骨的代谢活性是皮质骨的8倍，骨质疏松 症的早期骨量丢失主要发生在松质骨，因此松质 BMD的测量对骨质疏松症的诊断更有意义本研 究亦仅对松质骨进行测量。

目前研究显示，我国40岁以上人群骨质疏松 症的总体患病率已达13.2%^[7]，骨质疏松症的发展 形势已十分严峻，因此对骨质疏松症高危人群的 BMD筛查是十分必要的。临床^MD测量应用的比 较广的是双能X线骨密度仪（DXA)和QCT。DXA 是诊断骨质疏松症的“金标准”，然而DXA是区域 面密度测量，测量的BMD值是皮质骨和松质骨之 和，不能准确反应骨松质的骨量变化情况，且易受 很多外部因素的干扰尤其在老年患者出现骨质 增生等退行性改变后，其测量值往往较寘实值偏 大，不能及时诊断骨质疏松症，国内外已有较多的 研究认为其对骨质疏松症的早期诊断及预测骨折 风险的能力较QCT差^[#^13]。QCT是体积BMD测 量技术，可以分别测量皮质骨及松质骨的BMD， 然而繁琐的操作及辐射剂量问题限制了其在临床 的应用^[14_^15]，而且易受椎体内脂肪成分干扰，尤其 随着年龄增长，椎体内红骨髓逐渐减少，脂肪含量 增多，在与体模比较得出椎体BMD值后，会使其 测量值较真实值偏小，本研究结果也证实QCT测 量BMD值小于灰重密度值。

二、    CT能谱成像物质定量分析功能在BMD测 量中的准确性

能谱CT采用能谱成像技术，得到比常规CT 图像更多的信息，已在物质定量分析等方面取得一 定成果^[lfrl7]。物质定量分析的关键就是将某一组织 的衰减转化成为等效衰减的两种物质，这就产生了 基物质对，配对的两种基物质并不代表是组织真实 所含有的，但当基物质对正好是组织中含有的两种 主要成分时，测量基物质就可以反映组织内该物质 的相对含量。钙质是椎体的主要成分，因此以钙和 水作为基物质对获得椎体松质骨中钙的含量，进而

反映椎体BMD的变化。通过测量椎体中间M面骨 松质中的钙（水）含量，从而获得HAP的量，即 得出BMD值。本研究结果表明，应用能谱CT物 质定量分析功能测定椎体BMD值是可行的。苏永 彬等^[18]通过CT能谱成像测定欧洲腰椎体模的 BMD得出能谱CT测量BMD精密度与准确度均较 差的结论，可能的原因是该体模是由塑料以及其他 各种成分组成的达到水和骨等效的固体材料，其X 线衰减系数只代表水和骨，然而真实椎体内成分复 杂，不同成分具有不同的衰减系数，具体尚需要进 一步进行有关研究。

能谱CT可以像QCT —样区分开皮质骨、松质 骨，有效避免了骨质增生硬化等对BMD测量值的 影响，同时GSI Viewer后处理软件可以确保对每一 椎体测量分析时ROI范围绝对一致，减少了因感兴 趣范围不一致造成的误差。虽然能谱CT在GSI扫 描模式时，也存在辐射剂量较高的不足，但我们可 以在腹部脏器的GSI扫描中，同时对扫描范围内的 腰椎体进行BMD的测量，这样就可以避免患者再 次接受QCT或DXA BMD测量所接受的额外辐射。 有相关研究表明^[19]，胸椎体的BMD值与腰椎体的 BMD值存在显著正相关性，在一定程度上可以评 估腰椎BMD情况，因此在胸部GSI扫描时可以同 时进行胸椎体BMD测定。

在相关性方面，QCT、能谱CT这两种伩器测 量值与灰重密度值均存在相关性，相关系数分别为

I.   58、0.45,可见二者与真实值均为中度相关，且 相关系数差别并不太大，表明两种方法所有测量值 与真实值的走行趋势是比较接近的，但QCT较能 谱CT更接近灰重密度值的变化趋势，可能与样本 量较小以及QCT测量时ROI面积不完全一致导致 的误差有关。

三、本研究的局限性

本研究样本量不大，关于能谱CT测量BMD 的准确性还需要未来大样本的进一步论证；实验材 料为动物椎体，未进行志愿者研究，本研究结论可 能与测定人体结果不一致；椎体骨松质成分复杂， 含有HAP、红骨髓、脂肪、血液、水等多种物质， 并含有钠、钾、氯等离子，将骨松质的X线衰减用 钙和水这两种基物质的衰减系数来体现并间接反 映BMD有时可能会不准确，因为椎体中某些成分 衰减系数可能会高于钙，某些成分可能会低于水， 在一定情况下达到了平衡时，采用钙-水这一基物质

对就可能正好较准确的反应骨钙的含量，然而当衰 减系数小于水的物质在椎体松质中较多时，比如骨 质疏松患者椎体中脂肪含量增加时，这一平衡可能 被打破，钙-水这一基物质对能否准确反应骨钙的含 量，这有待于日后更加完善的研究。

四、展望

有文献指出^[M]，能谱CT在测量疾病的活动性 及非侵入性的评估治疗反应方面有非常大的潜力，

因此能谱CT在骨质疏松症的临床疗效评估方面应 该具有很大的发展空间，可以监测骨质疏松症治疗 过程中BMD的变化情况。

总之，能谱CT在采用钙-水这一基物质对时， 一定程度上可准确反应骨质密度，可作为一种新的 具有发展潜力的BMD测量方法，对骨质疏松症的 预防及早期准确诊断非常有利，并将在合理利用医疗 资源以及减轻社会经济负想等方面发挥一定作用。

      *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 

网址:http:// www.qctqct.cn 

手机 : 13072875151传真 :028-65830598

市场部电话 :028-65830598 028-67708638  83190122

在线 QQ:110480527 联系人 : 王先生

邮箱:samwangcn@126.com