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测量膝关节骨密度的重复性研究

摘要：目的探讨定量CT(QCT)测量膝关节骨密度（BMD)的重复性研究。方法选取北京积水潭 医院确诊为一侧膝关节前交叉韧带损伤（未经治疗），另一侧膝关节健康的30名患者行双膝关节 QCT骨密度检测，2名观察者用定量CT的测量技术前后两次独立测量患者双膝关节股骨远端内外侧 髁及胫骨平台处骨密度。结果双因素方差分析，除双膝关节胫骨平台内上1/9处BMD值统计学有 差异（P <0.05，ICC >0.7)，同一观察者不同时间测量同一部位的BMD值均值相近，无统计学差异（P >0.05，ICC >0.9)。不同观察者所测定的BMD值也无显著性差别（P>0.05，ICC >0.9)。结论定 量CT能够测量膝关节松质骨的体积骨密度，并且重复性良好，可用于评价膝关节骨密度的状态及应 用于临床。

关键词：骨密度；膝关节；定量CT;前交叉韧带；可重复性

近年来，骨质疏松作为一种常见病及多发病日 益受到广泛关注，膝关节周围的骨密度（bone mineral density,BMD)状况亦成为骨密度领域的研 究热点之一。目前测量骨密度最常用的方法是双能 X 线吸收测量法（Dual Energy X-ray Absorptiometry, DXA)和定量 CT 测量法（quantitative CT, QCT)。其 中，应用DXA测量膝关节周围骨密度已有较多的报 道。而应用QCT测量膝关节骨密度的报道甚少。

QCT测量技术作为目前测量骨密度最敏感的方法， 其具有三维图像和测量体积骨密度的特性，是目前 唯一能够把松质骨和皮质骨分开测量的技术，理论 上应该更适合于膝关节骨密度的测量。本文旨在应 用QCT分别在膝关节的多个不同部位进行多次骨 密度测量，探讨应用QCT测量膝关节周围骨密度的 可重复性。

1资料与方法

I.   一般资料

选取北京积水潭医院确诊为一侧膝关节前交叉 韧带损伤（未经治疗），另一侧膝关节健康的30名 患者在常规术前膝关节CT平扫时，同时做双膝关 节QCT骨密度检测，不额外增加患者辐射剂量。其中男性17名，女性13名。平均30岁。

1.2仪器与方法

采用东芝Aquilion 64排CT扫描机，美国 Mimlways公司的QCT骨密度测量系统。CT扫描参 数：电压120 kV,电流:125 Ma,扫描时间0.5 s,螺距

II.  938,重建视野（field of view, FOV) 40 cm，根据每 周校正检验体模（QA体模）检测，设定床高为78 c m。扫描方法：患者仰卧于检查台上，将标准体模 与蓝色软势置于双膝关节下，与人体长抽平行。使 双膝关节紧贴蓝色软垫，期间不要有间隙，选择双膝 关节进行螺旋扫描。

1.3测量方法

将扫描数据传至Mindways公司的QCT pro工 作站进行数据分析，QCT工作站通过多平面重组 (mulliplanar reformation，MPR )的方式，出现三维图 像。利用定量CT可以三维观察测量的特点，股骨 内外侧賺感兴趣区（region of interest, R0I)的设置 方法为测!ft平面选择在轴位上滑车切迹最深处，测 歐面积为轴位上内外侧髁面积的4/5,厚度选择为9 mm(图1)。胫骨平台感兴趣区的设置方法为测量 平面选择在紧邻关丨V软骨下1.5 mm平面处，以轴 位为基准，把胫骨平台平面平均进行9分，分别测量 其内上1/9,中间1/9及外上丨/9处的骨密度，轴位 上面积均选择为直径18.0 mm，厚度选择为9 mm (图2)。其中在测量过程中，利用QCT可以分別观 察轴位，矢状位，冠状位的特点，避免皮质骨，只测量 松质骨的骨密度2名观察者用上述方法分别前后 两次独、Z测最患者双膝关节股骨远端内外侧髁及胫 骨平台处的松质骨骨密度，以评估测量方法的可重 复性。

1.4统计学方法

采用SPSS17.0统计软件进行分析，计量资料数 据以均数±标准差4 ±4表示，采用双因素方差分 析；采用组内相关系数（interdass correlation coefficient，ICC)评估不同测量者前后两次测量值之 间重复性P <〇.〇5为差异有统计学意义。

2结果

双因素方差分析除双膝关节胫骨平台内上1/9 处的骨密度值比较差异有统计学意义之外，其余 R0I区在2名观察者每次测1同一部位的BMD之 间或观察#前后两次测量同一部位的BMD之间均 具有高度的一致性，BMD比较差异无统计学意义 (ICC>0.9,P>0_05)(见表 1)。

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图1在QCT _pr〇工作站上测M左股骨内外侧髁 骨密度，KOI的设置方法为测M：平面选栉在轴位 上滑车切迹最深处，测M面积为轴位上内外侧髁 面积的4 / 5,厚度选择为9mm。IU)I区只测M： 松质骨，避免皮质骨。

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图2在QCTpn)工作站上测M左胫骨平台骨密 度，R〇l的设置方法为测量平面选择在紧邻关节 软骨下1.5 mm平面处，以轴位为基准，把胫骨平 台平面进行9分法，分别测量其内上1/9,中间1/

9及外上1/9处的骨密度，轴位上面积均选择为 直径18. 00 mm，厚度选择为9 mm R0I区只测 量松质骨，避免皮质骨。

3讨论

骨质疏松是一种以骨量低下、骨微结构破坏、竹 脆性增加、易发生骨折为特征的代谢性骨病“² 制

动、功能受损、活动量下降等原因会引发局部骨质疏 松^3|。局部骨质疏松会增加骨折的风险，并且有相 关研究证明了骨质疏松与骨性关节炎存着紧密的关 系^|4~。在运动医学领域，前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL)是维持膝关节稳定的重要结 构，ACL损伤是最常见的运动创伤之一，其发病书

表1 2名观察者2次独立测量30名患者双侧膝关节骨密度的重复性比较（mg/cm³ )

分组	左股骨 内侧髁	左股骨 外侧髁	左胫骨 平台外上	左胫骨 平台中	左胫骨 平台内上	右股骨 内侧髁	右股骨 外侧髁	右胫骨 平台外上	右胫骨 平台中	右胫骨 平台内上
第一次
观察者1	234.97 ±	275.04 ±	123.70 ±	84.85 土	180.47 ±	232.04 ±	270.27 ±	125.35 ±	87.31 ±	173.91 土
	40.93	65.28	29.71	27.54	34.99	45.13	63.71	26.29	29.44	37.79
观察者2	232.10 ±	273.31 ±	119.95 ±	82.87 ±	155.80 ±	231.98 ±	271.50 ±	126.63 ±	86.99 ±	165.30 ±
	40.71	59.41	29.65	27.01	38.23	44.66	63.51	26.73	29.21	40.48
第二次
观察者1	234.26 ±	264.58 ±	122.88 ±	83.75 ±	171.40 ±	231.94 ±	266.03 ±	126.19 ±	88.67 ±	168.52 ±
	39.91	54.82	30.97	27.65	31.50	43.39	62.64	26.38	29.27	38.83
观察者2	234 ±	275.67 ±	121.64 ±	84.62 土	160.78 ±	231 ±	269.85 ±	127.40 ±	87.75 ±	171.75 ±
	40.74	56.74	32.75	27.65	30.57	45.64	63.58	25.47	29.56	37.57
f值	1.619	0.531	3.478	2. 868	20.335	0. 004	1.737	2.268	1.374	4.061
P值	0.207	0.47	0.072	0.065	0.01	0.996	0.185	0.113	0.261	0.022
ICC	0.995	0.972	0.938	0.916	0.725	0.992	0.964	0.902	0.979	0.889

有逐年增高的趋势^m , ACL损伤后重建与局部骨质 疏松的关系在国外已有较多报道，更有研究表明前 交叉韧带断裂是导致患肢骨密度下降的重要因 素^[8]。对于ACL损伤后导致骨密度变化的发生机 制说法不一，目前认为生理的变化是其潜在的机 制^[9]:例如血流量的改变和骨重塑。ACL损伤所引 起的创伤可以增加血流量^[1°^],血流量可以激活破骨 细胞，使骨的吸收增加，这种变化在松质骨中尤为明 显^[11]，因此松质骨的骨量变化更加显著。另外一个 潜在的机制是关节力学上的改变，例如负重的改变 或者关节松弛度的增加，均引起了骨质重塑。并且 其骨量的变化在膝关节不同部位有着不同的表 现^[4’¹²’^13]。前交叉韧带损伤后，进行重建手术时，其 钻取隧道处松质骨骨密度的变化情况对手术有着重 要的意义。因此本研究选取了 30名一侧膝关节前 交叉韧带损伤，另一侧膝关节健康的患者行双膝关 节QCT骨密度检测，以反映ACL损伤后骨量的变 化状况。由于骨密度实际上反映了患肢的肌肉状态 和功能情况，多年来，国际上已经将骨密度的测定列 为监测患肢功能状态和伤后康复状况的客观指标之 一^[8’^14]，因此膝关节骨密度测量的准确性具有重要 的价值。

在膝关节骨密度的测量方法中，应用DXA测量 膝关节周围骨密度已有较多报道。然而，DXA存在 以下缺点：①DXA测量的骨密度是面密g^[15],DXA 测量的面密度会导致骨密度的大小与骨骼的大小有 着紧密的关系。②DXA测量的为综合骨密度，其测 量时区别不出皮质骨与松质骨。骨组织主要由皮质 骨与松质骨组成。在膝关节中，胫骨近端骨组织主 要为松质骨^[16]。有研究表明在骨质丢失时将首先

影响松质骨^[2]。但是皮质骨的BMD远远高于松质 骨，因此松质骨的改变状况将在DXA检査时被高密 度的皮质骨所掩盖，因而会产生误差，影响早期诊 断。

随着CT技术、设备的发展及QCT的大量开•发 应用，QCT技术进一步受到关注。其有以下优势： ①QCT能够分别测量皮质骨与松质骨②QCT测量 的BMD是体积骨密度，与骨骼大小无关③QCT具 有非常好的敏感性及特异性。QCT在对腰椎骨质 疏松的评价方面已有大量报道，但是,其测量膝关节 骨密度方面鲜有报道。根据膝关节的骨组成特点， 只有测量膝关节松质骨的骨密度才能准确的评价膝 关节的骨密度。而QCT作为目前唯一可以对皮质 骨及松质骨分开测量的方法，理论上应该更适合膝 关节骨密度的测量。

本研究通过对30名确诊为一侧膝关节前交叉 韧带损伤（未经治疗），另一侧膝关节健康的患者行 双膝关节QCT骨密度测量，选择测定具有代表性 的、且与前交叉韧带重建时隧道钻取位置密切相关 的股骨内外侧髁及胫骨平台处的多个R0I的骨密 度。其中，股骨内外侧髁及胫骨平台中1/9处的 BMD尤为重要，因为这3个R0I区的BMD与膝关 节不同部位骨密度的异质性紧密相关^[12]。结果表 明：除双膝关节胫骨平台内上1/9处的骨密度比较 差异有统计学意义之外，其余R0I区在2名观察者 每次测量同一部位的BMD之间或观察者前后两次 测量同一部位的BMD之间均具有高度的一致性。 提示在患侧膝关节及健侧膝关节的QCT骨密度测 量中，同一观察者前后测量的数据以及不同观察者 测量的数据之间均具有很好的一致性。而双膝关节

胫骨平台内上1/9处的BMD比较差异有统计学意 义的原因可能是因为在此处ROI区的设定时测量 平面选择在紧邻关节软骨下1.5 mm平面处，部分 样本人群可能在此位置还残存少量的皮质骨以及 CT容积效应的原因。

本研究尚有不足之处，样本人群较小，不能完全 代表普通人群。在选定不同部位的R0I时，由于是 手动操作，所以会存在一定的误差，在一定程度上影 响了结果的精确性。

本研究证实QCT测量膝关节骨密度有很好的 可重复性，可用于评价膝关节骨密度的状态。且在 研究中发现,前交叉韧带损伤后的膝关节，不同部位 的骨密度变化情况会有较大的差异，这可能与膝关 节的生物力学有着紧密的联系。此观点将在今后的 研究中进一步探讨。

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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