成都华西华科研究所分析QCT骨密度测量体模软件检测方法应当在骨质疏松症的诊断、治疗中 全挥更大的作用

摘要：目的通过对现有骨密度测量方法优劣的比较，探讨骨密度测量的发展方向。方法回顾了 过去20年中骨密度测量方法的发展与变迁。结果骨密度测量的发展史表明，骨密度测量是骨质疏 松诊治的基础，然而，仅仅测量骨密度对于评估骨质疏松性骨折的风险性，对于判断疗效是远远不够 的。“DXA检测骨密度准确度高、精确性好”是值得商榷的。DXA不能区分皮质骨与松质骨、其面密 度测量的误差、增龄退变对测量的影响及对骨结构观察的限度在QCT测量中可以迎刃而解。结论 应大力加强QCT检测骨密度的研究，最终使其取代DXA成为骨质疏松诊断的新标准_D 关键词：骨质疏松；骨密度；测量；DXA; QCT

近年，骨质疏松症的发病率已跃居各种常见病 的第七位，发病人数达4亿人。作为一种年龄相关 性疾病，骨质疏松症的发病率随年龄的增高而显著 增高。因而，随着人口老龄化的加速，对骨质疏松进 行预防、治疗的重要性日益突出^[1]。

骨质疏松的诊断是一切预防、治疗的基础，其中 的骨密度测量是运用较早、方法较多的领域，前人对 此进行了大量的研究，笔者对这些研究进行了回顾 分析。

1骨密度测量的目的和限度

骨质疏松症是因骨量减少和骨组织微结构破 坏，因而导致骨强度下降、骨脆性增加，从而骨折危 险性增高的一组全身性的骨骼疾病。骨质疏松经历 了骨量减少、骨质疏松症和骨质疏松性骨折的病理 历程^[2]，其中骨量减少是最基本的病理改变，因此对 骨量的检测是预防与治疗骨质疏松症的基本需要， 其最终目的是降低骨折的危险性。

骨质疏松性骨折是因骨强度下降而产生的，而 骨强度主要由骨密度（BMD)和骨质量两方面因素所 决定，前者指单位面积(或体积）内矿物质的含量，后 者为骨结构、骨代谢转换、微骨折和骨矿化程度的总 称〇

尽管骨密度能从骨矿含量的角度部分地反映骨 强度，而且骨密度的测量仍是评价骨质疏松最敏感 和最特异的方法^[3]，但是骨密度反映的是骨矿含量 的整体数值，因而不能体现骨的几何学、骨结构上的 差异及骨密度测量的不均一性对骨强度的影响。随 着研究的日益深人，越来越多的证据表明：除了骨密 度外，骨的微结构、骨的力学特性及骨更新代谢的自 身修复能力亦是决定骨折危险性的重要因素。因而 除了单纯骨密度测量外，骨结构分析日益增加了评 估骨折危险性的重要性^[+6]。同样，无论临床还是实 验中，能够评价皮质骨质量、结构、几何形状和强度 的定量分析方法是评估改善骨强度的不同治疗方法 的疗效和安全性的基础^[7'^9]。

除了与正常的増龄相关外，有几种不同类型的 骨量丢失，这与绝经、慢性炎症有关并由不同的机制 所引起。源于这些不同骨量丢失机制的骨微结构可 能不同^;1°^]。因此，目前认为，骨密度测量在骨质疏 松的诊治过程中是基本的、重要的、不可或缺的；然 而，仅仅测量骨密度对于评估骨质疏松性骨折的危 险性，对于判断疗效是远远不够的，还必须同时分析 骨的微结构特性。

2骨密度测量的方法及其优劣的比较

骨质疏松的诊断经历了从定性到定量，从2维 (g/cm²)到3维(g/cm³)，由单纯骨密度测量到骨结构 分析和骨力学强度的推测的发展历程。在这一发展 过程中，骨密度测量是最基本、最重要的，而且积累 了大量的方法和经验^[7’^U_^15]。

I.   放射线吸收测量法（Radiographic Absorptiome­try, RA)

这是较早用于骨密度测量的方法，于1963年由 Cameron和Soreson应用于临床，它主要用于腰椎侧 位和第2掌骨的皮质厚度的测量。当骨质疏松时可 以观察到椎体透过度増大、椎体内横向骨小梁减少、 变细或消失、而纵向骨小梁代偿性增粗、椎体皮层变 薄等。这一方法简便、快速、费用低廉，然而因诸多 投照条件对X线片的影响，加之受观察者主观读片 的影响较大，而且一般认为当骨量丢失30%以上 时，平片才能发现相应的改变，因此该方法不能用于 骨质疏松的早期诊断及疗效的评估。

II.  单光子吸收测量法（Single Photon Absorptiome­try, SPA)

通过放射性同位素¹²⁵I或¹²⁴ Am发射的光子对前 臂骨远端1/3扫描,测量骨皮质和骨松质BMD的总

和。其测量是以骨皮质为主，而松质骨的代谢率是 皮质骨的8倍，故SPA法对骨代谢的敏感性有限。 而且由于同位素衰减致放射源不稳定影响了测量的 准确度和精确性，现已较少应用。

III.      单能 X 线吸收测量法（Single X-ray Absorptiome­try, SXA)

用X线做为放射源取代同位素而形成X线吸 收法。因X线较同位素放射源稳定，因而提高了测 量的准确度和精确性。为消除软组织对测量的影 响，SPA和SXA测量时需将被测部位置于水中，现 该方法亦较少应用。

IV.  双光子吸收测量法（Dual Photon Absorptiometry, DPA)

DPA法出现于上个世纪70年代，其原理与SPA 相同，但采用高、低两种不同能量的放射性同位素同 时扫描被测部位，以校正软组织因素对测量结果的 影响。与SPA—样，该方法受同位素衰变的影响， 而且扫描时间长，已被DXA所取代。

V.   双能 X 线吸收测量法（Dual X-ray Absorptiome­try, DXA)

DXA法用两种不同能量的X线同时扫描被测 部位，以消除软组织因素的影响，主要用于前后位腰 椎的测量。该方法简便、快速、敏感性高，一般认为 其准确度、精确性高于DPA、QCT,受测者所接受的 放射剂量低于DPA和QCT,而且所需费用较低，已 被WHO定为诊断骨质疏松的标准。

然而与上述方法一样，DXA测量的仍是骨皮质 和骨松质的综合骨密度，这对分析骨皮质与骨松质 对骨强度和骨代射的不同影响因素是十分不利的。 DXA的另一先天不足是其仍为面密度测量^[16]。有 研究表明：相同密度不同体积的两个物体，其面密度 差可达2倍。同一地区、同一民族的人群中，骨髂的 外形几何尺寸可相差50%以上，这对骨密度的影响 可高达4个标准差^[17]，这一差距已大大髙于WHO 依据DXA检测结果制定的骨质疏松诊断标准中区 分正常、骨量减少、骨质疏松症和严重骨质疏松症的 标准差的差距。此外，因低能X线的穿透性较差， 因此体重大者所测量的骨密度亦大。不仅如此， DXA将X线投照范围内的所有结构包括在内，包括 椎体骨质增生、小关节退变、椎间盘狭窄、终板硬化、 主动脉硬化等，而且这些影响因素随年龄增大而増 大。亦有研究发现骨密度越低，其相对精度误差越 高^[18]，这种影响同样会随着年龄的増大而增大。上 述这些致命的缺陷必定影响DXA测量的准确度及

精确性。

VI.  定量 CT 测量法（Quantitative Computer Tomogro- phy,QCT)

定量CT是利用CT的较高密度分辨率测量骨 密度，分为专用体模法和无专用体模法。前者将被 测体与已知浓度的羟磷灰石体模做为参照标准同时 扫描，以减少不同扫描仪、不同扫描层次间的变异 性。后者以椎旁肌肉和脂肪组织做为内参考标准， 去除了对外部体模的需求，从而去除了因人工制造 的外部体模的非均一性及体模与被测体相对位置变 化对测量结果的影响，因而改进了测量的准确度和 精确性^[19]。

QCT是目前惟一分别测量松质骨和皮质骨密度 的方法，这为骨质疏松的早期诊断、不同致骨质疏松 病因的分析和监测疗效提供了新途径^[12'²°’^21]。

在测量骨密度的同时，QCT可以观测骨的微结 构，包括：骨容积率、骨表面积率、骨小梁厚度、骨小 梁间隔、肾小梁长度、连接密度、结构模型参数 等^[4’⁹’^22]。有研究表明：QCT测量的骨密度值与灰重 存在着良好的直线相关性^[23’^24]。其测量的敏感性 高、准确性好、重复性强^[25_^27]。

尽管QCT具有上述优势，但目前许多学者仍认 为其测量的准确性、精确度不如DXA，而且存在放 射线剂量大、费用高、仪器不能携带等问题^[14]。

针对QCT测量的缺陷，一些新的QCT测量方法 在发展中，如：容积定量CT(Volume QCT,vQCT): vQCT是在三维空间分布上衡量骨强度的方法。 该方法对扫描后的兴趣区进行表面体积相关方程的 数据分析,并自动定位重建图像，从而了解该区域的 骨强度及骨几何学排列状况，随着多排螺旋CT的 应用，多平面重建功能使该技术得到了长足的发展。 外周骨 QCT(Peripheral QCT，pQCT):

_PQCT是特殊设计用于衡量末稍骨状况的设备， 具有高分辨率的图像三维重建功能，对药物治疗反 应比DXA更敏感，可同时提供骨量和骨强度信息。 因该仪器体积小、放射线剂量少、价格低，在骨质疏 松的诊断、治疗、疗效评估、流行病学调查及骨折风 险评价等方面日益发挥出巨大的作用。

显微 CT(micro-CT,_MCT)_: juCT可直接计算骨体积和总体积之比（BV/TV) 及其他一些参数，如骨小梁厚度、间隔和数目等几何 构架，这对骨质疏松做出早期、明确的病理诊断有了 突破性的促进作用，发展潜力巨大。

VII.      定量超声（Quantitative Ultrasound, QUS)

QUS是利用声波反射和穿透衰减的特性评价骨 质疏松的力学特性，反映了骨应力信息。其中超声 传导速率主要受骨密度、骨强度的影响，而振幅衰减 值主要由骨密度及骨微结构所决定。

由于QUS具有精密度高、重复测量误差小、无 损伤、价格低廉、方便携带、使用方便等优势，因而适 合于骨质疏松的普查。但由于超声仪器种类多，不 同机型的工作频率、耦合方式、测量部位不同，而且 结果受温度的影响大，重复性不如DXA。加之QUS 应用的时间短，检测结果与实际值的相关性尚需观 察。

VIII.     定量 MR ( Quantitative Magnetic Resonance, QMR)

QMR是研究骨小梁与骨髓交界面磁场梯度以 评价骨小梁空间排列的新方法，其梯度回波图像上 测得的骨髓T2值可反映小梁骨网状结构的密度及 其空间几何形态的特点，但其有效域值尚无标准，而 且骨结构分析不如QCT^[28],应用受到限制。

近年同样开发出了观察小梁骨微细结构的显微 磁共振(fxMR)。

3 QCT应当取代DXA成为骨密度测量的新 标准

以往认为：DXA方法简便、准确度高、精确性 好，因而已被WHO确认为诊断骨质疏松的标准。 然而，如上所述，由于DXA不能区分骨皮质与骨松 质，因而无法区分分别影响皮质骨和松质骨代谢的 不同影响因素；其面密度测量增大了因体积不同而 产生的差异；骨量随年龄而丢失，骨密度检测的意义 随年龄增大而增大，然而因腰椎退变、动脉硬化等对 DXA检测结果的影响亦随年龄而增加；骨密度越低 其相对测量精度误差越高，这同样随年龄而变化。 上述缺陷是DXA测量方法所决定的，是DXA骨密 度测量中不可避免的，而且其测量误差随着受测者 年龄的增大而增大。因此笔者认为“DXA法测量骨 密度准确度高、精确性好”是值得商榷的。对于影响 骨强度的另一重要方面——骨结构的观察，DXA更 是力所难及。

上述DXA法的缺陷在QCT测量中可以迎刃而 解。此外，CT测量的效率更高敏感性更好^[29];CT机 普及率远远高于双能X线测量仪，目前国内CT装 机量约为DXA装机量的5倍，在发达地区CT机已 普及到镇级医院。若CT机配以标准体模或开发非 体模法即可广泛开展骨密度检测，这可以更快、更

好、更节省地适应广大群众对骨密度测量日益增多 的需求。

4  QCT测量的一些进展

除上述的QCT^QChpQCT^CT及无专用体模 测量法外，近年CT测量法有了许多改进，以提高其 准确度和精确性。

Mastmevei•等^[3°^]米用了一种二维分级椎体切片 (Hierachical 3D technigue to segment vertebra)测量法， 采用误差较小的椭圆形感兴趣区，从而在改进骨折 预测和骨质疏松患者的监测的同时，利用真实的三 维切片进行精确的几何学参数测量。Baqi等^[8]利用 三维微CT用3点曲面法（³_point bending method)提 供了皮质骨强度的快速、可重复、准确的测量。 13〇1188〇11等^[31]使用了同步加速器放射性（symchrotron radiation, SR)的高分辨CT法，建立了 SR微断层显 示法，从而提供了皮质骨丢失和骨质疏松性髋骨骨 折机制的观察。Kalende/³²¹则认为双能CT测量骨 密度更为准确。此外，许多学者对QCT测量的方 法、质控、影响因素等进行了大量的卓有成效的研 究，为其应用铺平了道路^[33_^38]。

5小结

勿用质疑，骨质疏松已成为危害人类健康的常 见病，而且随着人口加速老龄化和人们对骨质疏松 认识的提高，对其危害的认识将日益加深。监测骨 密度、预测骨折危险性、观察各种治疗方法的疗效、 机制等均以骨密度测量为基础，这彰显出骨密度测 量的重要性。由于目前尚无一种十分完善的骨密度 检测方法，因此，相关的研究亟待深人。鉴于CT具 有体积测量、分测皮质骨与松质骨及骨微结构观测 的优势，CT机普及率高、CT检测方便、快速等优点， 建议加强QCT检测骨密度的研究,最终用QCT取代 DXA成为骨质疏松诊断的新标准。

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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