采用欧洲腰椎体模对多中心腰椎定量CT QCT骨密度测量体模软件系统检测法 的精密度和准确度的评估
成都华西华科研究所分析采用欧洲腰椎体模对多中心腰椎定量CT QCT骨密度测量体模软件系统检测法 的精密度和准确度的评估
【摘要】目的采用欧洲腰椎体模(ESP)作为标准评估多中心腰椎定量CT(QCT) 骨密度测量的重复性和准确性误差。材料和方法2个中心（3台CT分别是 东芝64排CT、东芝16排CT及GE64排CT)按照常规腰椎定量CT骨密度 测量条件和方法对欧洲腰椎体模（ESP)进行重复测量各10次；另外4个中心 (CT分别是东芝64排、东芝16排、西门子64排、GE双排）分别用欧洲体模 (ESP)扫描测量一次。结果3台QCT (CT顺序依次是东芝64排，东芝16排， GE64排）对欧洲体模测得的相对精密度CV分别是0.512°%、0.523°%、0.514°%。
7台QCT机器间的精密度误差CV分别是L1 4.213°%、L2 2.752°%、L3 4.786°%。 7台CT的准确度变化范围和平均值括号因数值分别为L11.20%〜8.79% (5.1) L2-0.25°% 〜9.15°%(3.8) ; L3—7.03°% 〜5.69°%(-0.5)。结论参与研究的多中心 QCT系统的机器内精密度、机器间精密度及准确度较好，结果准确可靠。
【关键词】骨密度测量；精密度；准确度；定量CT (QCT)欧洲腰椎体模（ESP)
骨质疏松症可以通过无创性的骨密度（bone mineral density，BMD)检查进行诊断，骨密度可反 应骨强度的75%以上[1]。测量骨密度的方法主要 是双能X线吸收测定法（dual X-ray absorbtiometry， DXA)和定量 CT(quantitative CT，QCT)，QCT 比 DXA有一些明显的优势[2]。新近研究显示，中国 50岁以上的男性和女性罹患骨质疏松症比例分布 是10.4%和31.2%[3]，对骨密度测量的需求将会日
益增高。建立大样本量的数据库对于骨质疏松及其 相关疾病的诊断、治疗及预防起着非常大的作用 [3~6]。在多中心研究中对参与的各中心的机器的稳 定性、一致性及差异进行评估是非常重要的[7]。精 密度按照评价指标可分为绝对精密度和相对精密 度[8]，精密度误差通常是在一定时间内对体模或志 愿者重复测量取得[9~10]，精密度误差还可有机器内 精密度误差和机器间精密度误差之分[7];而实际
上国际标准协会（the International Organization of Standardization , ISO)定义了精密度两个亚分类：重 复性（repeatability)和再现性（reproducibility)。骨
密度测量人员所说的精密度一般是指IS0定义的重 复性方面的内容[11~12]。欧洲腰椎体模（ESP)是国 际公认的骨密度测量评估标准，主要是对骨密度测 量仪器进行标准化和相互校准的[13~14]。本研究的目 的就是用一个内部“真实密度”已知的欧洲腰椎体 模分别对多中心的腰椎QCT骨密度测量系统的精密 度和准确度进行评估。
表1各中心编号、位置、医院、CT机型及配置校准体模类型
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编号 |
城市 |
医院 |
公司机型编号 |
校准体模类型 |
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1 |
北京 |
积水潭医院 |
东芝16排（QCT1) |
5样本固体体模 |
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东芝64排（QCT2) |
5样本固体体模 |
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2 |
北京 |
石景山医院 |
GE 64 排（QCT3) |
3 样本固体体模 |
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北京 |
隆福医院 |
GE 双排（QCT4) |
4 样本固体体模 |
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3 |
武汉 |
普爱医院 |
东芝16排（QCT5) |
3 样本固体体模 |
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4 |
太原 |
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东芝64排（QCT6) |
5样本固体体模 |
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5 |
长春 |
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西门子64排（QCT7) |
Image Analysis 公司 3 样本固体体模 |
1材料与方法
6家中心（7台CT扫描仪）参与了这项研究， 作为比较，又选择了两台DXA扫描仪进行测量计算。 7台CT扫描仪为中国现阶段常用的CT机器。两 台DXA扫描仪分别是GE公司的Lunar Prodigy和 Lunar iDXA。7台CT进行定量CT检查时分别选用 的校准体模是美国Mindways公司的5样本固体体 模（3台）、美国Image Analysis公司的3样本（3台） 及4样本固体体模（1台）。具体各中心编号、位置、 医院、CT机型及校准体模配置见表1。
笔者采用对同一个欧洲腰椎体模（编号 NO145，德国ORM公司生产）进行了测量分析。 欧洲腰椎体模（ESP)是一种模拟人体腰椎的体模， 是用来对骨密度测量仪器进行标准化和相互校准 的，对DXA和QCT都适用，也可用来进行日常的 质量控制[14]。欧洲腰椎体模是由环氧树脂制成的塑 料加上其他各种成分达到水和骨等效的固体材料组 成，包含有三个松质骨密度不等的椎体，三个椎体 的松质骨的轻基磷灰石密度分别是50mg/cm3、100 mg/cm3、200 mg/cm3,在用DXA检查时后前位（PA) 投照下，三个椎体的面积骨密度（BMDa)分别是0.50 g/cm2、1.00g/cm2、1.50g/cm[2’7’9’13-17]。所有参加研 究的QCT系统（除GE双排外）的CT按照设定的 常规扫描条件进行扫描，扫描条件及重建方式均为 120kV、125mAs、螺旋扫描采集、标准体部重建方式、 层厚为1mm的薄层Volume数据、DFOV400mm， 床高以各系统初始化时所定的床高为准。GE双排 的扫描条件是120kV、120mA、椎体中心层面断层 扫描。两台DXA仪均按标准腰椎后前位扫描条件 进行扫描。QCT1、QCT2、QCT3及2台DXA按照 上述扫描条件及常规腰椎骨密度检查步骤对欧洲腰 椎体模（ESP)进行扫描分析，由同一检查者重复
进行10次，无需重新摆位，2次重复检查间时间不 超过1分钟，以分别计算每台机器的精密度和准确 度误差。QCT4-7分别按照上述条件对欧洲腰椎体 模进行1次扫描，以评估各机器的准确度误差情况。 以上QCT系统（除QCT4夕卜，QCT4的扫描数据传 至Image analysis公司的QCT-5000工作站进行分 析处理）扫描数据统一在中心1的一骨密度工作站 (Mindways公司的QCT PRO工作站）上进行分析 处理，使用软件的3D测量模式进行测量，分别测出 欧洲腰椎体模各椎体松质骨骨密度（单位mg/cm3)。 DXA数据在其各自工作站上进行分析处理，测出各 椎体及L1-L3的骨密度（单位g/cm2)。以上测量时， 除非出现明显错误操作时，均使用工作站软件的自 动功能，如自动探测边界、自动生成感兴趣区（ROI) 等。精密度误差用标准差&，绝对精密度）和变异 系数CV (相对精密度）表示。
每台机器测量各椎体的变异系数CV公式[8] 为：
CTw = — i〇G% .卜
其中了、SD分别是每个椎体测量10次所得的 平均值和标准差。
当各检查椎体间方差齐性时，可用下列标准差 及变异系数公式[8’13]计算各机器对欧洲腰椎体模整 体的精密度误差：
' -\ 1 ' ' . 2 |
m
CVso = (5D/ £3c7/w)• 100% (3)
i=i
CVso =J icy//m (4)
m为参与的研究对象的数目，在此为欧洲腰 椎体模椎体的数量，因此按m = 3代入计算。尤、 ^D.、KC.分别是各椎体十次测量的平均值、方差和
变异系数。
准确度误差用测量值与欧洲腰椎体模各椎体 “真实值”比较求得，公式如下：
准确度误差=(测量值一真实值）/真实值（5) 统计分析采用SSPS16.0统计软件。比较各机 器的结果、各机器的精密度差异时使用（检验、非 参数检验和方差分析等。使用相关分析对QCT与 DXA测量结果进行相关分析[3 7]。
2结果
QCT1、QCT2、QCT3及2台DXA测得的各
椎体BMD的平均值、标准差s、变异系数CV、对 体模整体标准差SD及整体变异系数CV见表2。由 方差分析和线性回归分析显示三台QCT测得的各椎 体精密度误差（CV)与椎体的密度呈一定的负相关 (Pearson相关系数为-0.781，尸= 0.013)，即椎体 的密度越低，精密度误差越高，反之即椎体的密度 越高，精密度误差就越低；而2台DXA测得结果没 有此规律。3台QCT对欧洲腰椎体模各椎体测量(L1、 L2、L3)的 CV平均值分别是0.818%，0.479%，0.416%。
表2 QCT1〜3及2台DXA检测结果
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仪器型号 |
L1 |
|
L2 |
|
L3 |
b整体精密度 |
||
|
又±SD |
CV (%) |
z±® |
CV (%) |
t±® |
CV (%) |
s |
CV (%) |
|
|
QCT1 |
51.24±0.41 |
0.807 |
99.75 ±0.46 |
0.464 |
185.95±0.78 |
0.419 |
0.575 |
0.512 |
|
QCT2 |
53.75±0.36 |
0.671 |
103.36±0.57 |
0.553 |
195.95±0.82 |
0.420 |
0.613 |
0.523 |
|
QCT3 |
54.40±0.53 |
0.976 |
109.15±0.46 |
0.421 |
210.21±0.86 |
0.408 |
0.640 |
0.514 |
|
|
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|
|
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|
L1-L3 |
|
|
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|
|
|
|
|
|
x±s |
CV (%) |
|
Prodigy |
a0.611 ±0.004 |
0.692 |
1.094±0.003 |
0.316 |
1.583±0.014 |
0.889 |
1.134±0.007 |
0.588 |
|
iDXA |
a0.615±0.005 |
0.867 |
1.111±0.004 |
0.398 |
1.631±0.010 |
0.586 |
1.158±0.003 |
0.260 |
注：QCT测量的结果单位为mg/cm3, DXA测量结果的单位为g/cm2; a处两结果间差异无统计学意义P=0.081; b处按照公式
(3)计算得出。
对这5台设备的测量结果进行相关分析显 示，每两个设备的测量结果间存在明显的正相 关（P<0.01)，Spearman等级相关系数变化范围 为0.862〜0.934，其中QCT1 (东芝64排CT)与
QCT3 (GE64排CT)的相关性最高。
7台QCT和2台DXA测得结果与欧洲腰椎 体模相应椎体的真实值比较计算所得的准确度误 差及机器间精密度误差见表3和图1，2。
表3 7台QCT和2台DXA测得的准确度误差及机器间精密度误差[mg/cm3,百分率（％)]
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仪器 |
型号 |
L1 |
l2 |
L3 |
|||
|
|
BMD |
准确度 |
BMD |
准确度 |
BMD |
准确度 |
|
|
QCT |
CT机型 |
|
|
|
|
|
|
|
QCT1 |
东芝64排 |
51.24 |
(2.5) |
99.75 |
(-0.3) |
185.95 |
(-7.0) |
|
QCT2 |
东芝16排 |
53.75 |
(7.5) |
103.36 |
(3.4) |
195.05 |
(-2.5) |
|
QCT3 |
GE 64 排 |
54.40 |
(8.8) |
109.15 |
(9.1) |
210.21 |
(5.1) |
|
QCT4 |
GE双排 |
50.60 |
(1.2) |
103.50 |
(3.5) |
199.50 |
(-0.3) |
|
QCT5 |
东芝16排 |
50.77 |
(1.5) |
102.03 |
(2.0) |
200.17 |
(0.1) |
7台QCT对欧洲腰椎体模各椎体（L1、L2、 L3)机器间的相对精密度误差CV分别是4.213°%、 2.752°%、4.786°%。可见机器间精密度误差远大于各 机器的精密度误差。7台QCT测得值与欧洲腰椎 体模的“真值”的Pearson相关系数均大于0.9999, 尸 <0.05。
3讨论
本研究显示，3台QCT的机器内精密度误差、 2台DXA的机器内精密度误差在机器之间差异无 统计学意义，这与Genant等™、匕。68等[7]用欧洲 腰椎体模测得DXA机器内精密度误差结果相一致。 同时我们发现3台QCT测得的机器内精密度误差 与所测的椎体密度值呈负相关（Pearson相关系数 为-0.781，尸= 0.013)，即密度越低的椎体QCT对 其测得精密度误差越高，重复性越差。而DXA检 查却无此规律。这与Gliier等[8]认为骨质疏松的患 者人群比正常人群所测的精密度误差要高相一致。 由于正常情况下，松质骨的代谢活性是皮质骨的8 倍，Adams[2]认为松质骨为主的部位比皮质骨为主 的部位骨密度的变化要大，这也与笔者的结果相 一致。
在本研究中，7台QCT对欧洲腰椎体模各椎体 (LpL2、L3)机器间的精密度误差CV分别是4.213%、 2.752%、4.786%，机器间精密度误差远大于各机器 的精密度误差。结果较Pearson等[13]用欧洲腰椎体 模测得机器间精密度误差要高，这可能是由于笔者 测得的结果是7台QCT机器总的精密度误差，由 于参与的机器较少，没有按厂家分别进行计算，而 Pearson等的结果是分厂家机器分别计算的。如果采 用一些新技术和方法，QCT间的精密度误差会降低， 如Li等[19]介绍的自动注册系统和3D测量、结构分 析三种最新技术方法结合一起，进行腰椎和髋部骨 密度测量，既能减少用户主观因素方面的影响，又 能减少运算时间，重要之处是还能提高精密度，这 将会进一步推动QCT在临床及试验方面的应用。
7台QCT对欧洲腰椎体模的测量的准确度误差 比2台DXA测量的准确度误差低，7台QCT的准确 度误差均在文献报导的4%〜15%范围内[2 18 20~22]。 QCT可以去除一些对DXA影响较明显的因素，如 周围组织结构的影响等。对于2台Lunar DXA的准 确度误差较高，特别是对L1椎体的过高评估的原因， Lees等[7]认为是由于Lunar机器使用的边界探测程 序去除更多低密度的面积，从而造成骨密度增高，
使结果偏离真实值。
虽然7台QCT的准确度误差在可接受范围内， 但是机器之间存在一定的系统误差，如QCT1测的 欧洲腰椎体模的各椎体普遍比QCT2、QCT3低，因 此比较不同机器间结果时必须进行校正，对每台机 器建立校正方程后，数据进行校正后才可以进行比 较[7’13 23]。欧洲腰椎体模作为标准的校准体模在国外 广泛应用于DXA的临床与研究工作中^9’11’13’23]， 而国内应用的较少[3]，应用于QCT的研究就更少。 但是随着骨密度测量学界重新对QCT的逐渐重视， 对于QCT —些新的认识逐渐达成共识[2 24~25]，对于 欧洲腰椎体模的也将会逐渐重视起来。
本研究显示，参加研究的多中心QCT系统的 机器内精密度、机器间精密度及准确度较好，ESP 作为标准评估QCT机器精密度和准确度是可靠的， 可为临床上开展QCT多中心研究提供基础保证。
成都华西华科研究所研发生产多种定量CT QCT骨密度测量体模软件分析系统网址:http:// www.qctqct.cn
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