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 测量近段股骨骨密度及骨皮质的研究进展

髋关节脆性骨折是最严重的脆性骨折，给老年人的 行动、独立生活和生活质量带来很大不良影响，导致了老 年人的病死率上升^[1—^2]。随着人口老龄化，髋关节骨折发 病率逐年上升，预计世界范围内髋关节骨折发生数量将从 1990年的170万增加到2050年的630万^[3]。髋关节发生 脆性骨折主要因其力学性能发生变化，而这种变化与多种 因素有关，包括骨密度（bone mineral density, BMD)、骨 强度及骨微结构等^[4%。目前，骨量或骨密度是被临床接 受的衡量髋关节骨折风险的惟一指标^[9]，其它风险因素还 未获得临床的广泛认可。

目前，评估髋关节骨折风险常用的方法是使用双能 X 线吸收仪（dual-energy X-ray absorptiometry, DXA )测得 面积骨密度（areal bone mineral density, aBMD )及骨结构 参数，但由于该技术二维平面投影特点的限制，其无法准 确分辨骨皮质及骨松质，更难以提供详细的近段股骨的 骨结构信息，这限制了 DXA全面准确地评价近段股骨的 骨质量。随着定量 CT ( quantitative computed tomography, QCT)技术的发展，从近段股骨三维数据中获得二维 aBMD得以实现，从而通过一次CT扫描，获得近段股骨 的骨密度及解剖形态和结构分布。现就QCT在测量近段

股骨骨密度及骨皮质结构上的进展作如下综述。

一、QCT测量近段股骨骨密度

QCT已广泛应用于腰椎骨密度测量^[1°_¹³¹，然而关于 其测量近段股骨骨密度的研究较少。Sartoris等^[14]较早用 QCT测量近段股骨松质骨的骨密度，用了与腰椎扫描相同 的体模在离体近段股骨扫描，证实该方法有较好的准确性 和可重复性，并且发现QCT测量的近段股骨松质骨的骨 密度与椎体松质骨骨密度有着很好的相关性。Lang等及 Cheng等利用QCT测量近段股骨体积骨密度并与近段股骨 骨强度进行比较^115_18]: Lang等^[15’^18]研究显示QCT测量股 骨颈及股骨粗隆的松质骨骨密度的精密度分别为1.1%和

I.   6%,有着很好的可重复性并与骨强度参数有着很高的 相关性，因此认为QCT在评估近段股骨骨质疏松方面有 着很高的价值。Cheng等^|16_^17]通过比较骨折组与对照组的 近段股骨感兴趣区的骨皮质、骨松质密度和体积以及股骨 颈处骨皮质厚度，发现骨松质密度的差异性大于骨皮质密 度，并探讨了骨密度和几何形态的关系，从而进一步拓展 了 QCT关于近段股骨的研究。QCT测量的常规扫描范围 为从股骨头上1 ~ 2 cm到股骨小粗隆下几era，常规扫描 条件为120 kVp和100 ~ 300 mAs ^[19]。然而，因为所测得近

段股骨体积骨密度没有像腰椎QCT那样有正常参考数据 库，各种3 D QCT分析系统测量髋关节体积骨密度在很长 一段时间内仅仅用于研究而没有进人临床应用^[14_¹⁸'²°_^21]。

近年来，新出现的CT X线吸收法（computed tomogr­aphy X-ray absorptiometry, CTXA ) Hip 软件分析系 统能够 从三维QCT髋关节容积数据中获得类似于DXA的二维平 面投影图像。不同于DXA的双能成像方法，CTXA Hip软 件分析系统利用三维（?CT数据上的解剖细节将骨周围的 软组织分割出来。尽管CTXA Hip软件分析系统与DXA采 用不同的技术获得近段股骨的平面投影图像，但所获得的 平面图像拥有相同的信息，即单位骨面积上总的骨矿含 量。因此，我们可以假设CTXA Hip测得的BMD能够提 供与DXA相同的临床价值，更重要的是，CTXA Hip测得 的BMD和T值或许能应用于WHO诊断分类方法。

在一项关于91位澳大利亚老年女性患者的研究中， Khoo等@利用该人群比较了 Hologic DXA和CTXA的近 段股骨aBMD和T值。该研究显示QCT测量近段股骨的 短期可重复性结果好于DXA; CTXA测得的股骨颈和全髋 关节aBMD均低于DXA; QCT测得近段股骨T值与DXA 测得的结果有着很高的一致性，股骨颈和全髋关节的决定 系数妒分别为0.84和0.88。然而该研究人群仅限于老年 骨质疏松女性，其平均年龄达到了（ 82.8 ± 2.5 )岁。

在最近发表的一项研究中，Carm等^[23]比较了 20〜 80岁人群的CTXA和DXA的长期可重复性结果，前者 的股骨颈及全髋关节结果均好于后者。同时该研究显示 CTXA和DXA的全髋关节aBMD的相关系数为0.97， 而股骨颈的aBMD的相关系数为0.95。值得一提的是， 该研究发现髋关节皮质骨骨量占总骨量的62% ± 5%。

Cheng等^[241在“PURE”研究项目中通过中国志愿 者比较了 GE Lunar DXA和CTXA结果的差异性，并验 证了 CTXA测量的准确性。该研究显示CTXA测得的股 骨颈和全髋关节aBMD均低于DXA，分别为21.0%和 17.8%。而QCT测量值用Mindways回归方程换算后， 减小了与DXA测量结果的差异，这与Khoo等研究结 果相似。FN及TH的观察者内测量误差分别为0.070和

II.  024 g / cm²,而观察者间CTXA测量误差分别为0.030 和0.012 g / cm²,与DXA重复测量误差相近。该研究证 实了中国人群的GE Lunar DXA和CTXA结果有很好的一 致性，通过线性回归分析，两者股骨颈的决定系数圮=

2.   810，而全髋的决定系数炉=0.878。不久之后Pickhardt 等^[25]发表的一项研究同样证实了 GE Lunar DXA和CTXA 测量股骨颈aBMD的高度一致。

二、QCT测量股骨颈骨皮质结构

目前常用骨密度评价骨质疏松情况，预测骨折风险， 但髋关节的脆性骨折还与骨质量有关，而全面准确地评 价骨质量是存在困难的。骨质量主要包括骨结构及骨强 度指标。很多DXA相关研究发现很多骨强度指标，如横

截面积（cross-sectional area, CSA )、横截面的转动惯量 (cross-sectional moment of inertia, CSMI )、髓关节轴线长度 (hip axial length, HAL)等，与骨折风险相关，但由于技术 的限制，近段股骨骨皮质与髋关节骨折风险的相关性的研 究较少。近年来，随着QCT的发展，许多学者利用QCT 来研究近段股骨骨皮质结构及其与髋关节骨折风险的相关 性。QCT测量的近段股骨骨皮质结构包含了股骨颈横断面 各象限骨皮质厚度、骨量及横断面积等^[26_³⁽¹¹。

研究发现股骨颈平均骨皮质厚度是一个独立的风险因素， Yang等^[27—²⁸¹的病例对照研究计算了近段股骨不同层面的 横断面4个象限的骨皮质厚度，发现在绝大多数象限内， 病例组的骨质密度和骨皮质厚度都低于对照组。除了下象 限骨皮质外，其它象限骨皮质的密度和厚度的减低都与 體关节骨折有相关性。而Johannesdottir等^[3°^]通过AGES- Reykjavik随访研究发现，上象限骨皮质变薄相对于下象 限对预测髋关节骨折有着更高的价值。这些研究使我们获 得了足够的髋关节骨折相关信息、评估髋关节骨折风险因 素及进行药物和训练干预的方向和目标^[17’²⁶_³\所有这些 研究都显示骨皮质结构与髋关节骨折相关，并且有些研究 发现骨皮质结构是一个独立的髋关节骨折风险因素。但这 些研究在研究设计、志愿者数目、是否区分骨折类型及骨 皮质测量部位和测量距骨折时间均存在一定差异。

三、股骨颈横断面研究

在一项临床CT扫描中国老年女性髋关节骨折的研究 中，Cheng等^[17]测量了股骨颈、粗隆和全髋关节感兴趣区 的骨皮质密度和体积以及股骨颈处骨皮质厚度，比较骨折 组45例和对照组66例，所有的骨皮质参数均存在差异。 然而，骨松质密度比骨皮质密度的差异性更大，当将骨松 质纳人分析模型时，股骨颈的平均骨皮质厚度在病例组与 对照组间是一个独立区分因素。

Yang等^PM8]利用另外一种方法进行了一项QCT的病 例对照研究。他们计算了骨皮质、骨松质及整体骨的密度 及沿股骨颈、粗隆间、粗隆长轴的横断面四个象限的骨皮 质厚度。在绝大多数象限内，病例组的骨质密度和骨皮质 厚度都低于对照组。除了下象限骨皮质外，其它象限骨皮 质的密度和厚度的减低都与髋关节骨折有相关性^[271。最 近，Yang等™通过50例英国绝经后妇女的近段股骨的 病例对照研究，指出病例组在骨皮质密度和厚度上都要小 于对照组。病例组和对照组的骨皮质密度和厚度的差异与 DXA aBMD无关。但该研究的CT扫描时间和骨折时间相 差3周~ 3个月，而患者骨折卧床期间会丟失大量骨量及 发生骨结构的改变，这种影响会降低该研究的可信度。

Poole等【^29]对100名20 ~ 90岁的英国女性志愿者行 髋关节多排螺旋CT扫描，运用新研发的骨结构研究系统 (bone investigational tookit, BIT 2.0 )测量股骨颈各解剖象 限的骨皮质厚度和皮质骨、松质骨及整体骨密度，进而 研究年龄对于股骨颈结构变化的影响。他们发现年龄是

骨皮质厚度和密度的决定因素。另外年龄对不同象限区的 骨皮质影响作用不同，相对于年轻人，老年人的下象限骨 皮质基本不变，而上象限的骨皮质厚度和密度降低程度 很大。

在一项包含47例髋关节骨折及60例对照的法英女 性参与的QCT病例对照研究中，骨皮质厚度及松质骨密 度仍是髋关节骨折风险的独立预测指标™。骨折组的股 骨颈、粗隆及粗隆间感兴趣区的平均骨皮质厚度均明显降 低。运用Logistic回归分析，研究者发现在粗隆骨折组与 对照组间，粗隆感兴趣区的平均骨皮质厚度及松质骨密度 的差异最明显，而在股骨颈骨折组与对照组间股骨头的松 质骨密度差异最大。该研究的局限性在于骨折分型后，病 例组样本量较小。

四、  股骨颈前瞻性随访研究

与Cheng等关注感兴趣区相同，Black等^M在一项美 国老年男性的随访研究中探讨了 QCT测量参数与髋关节 骨折的关系。该研究的髋关节骨折风险主要因素与Cheng 等研究结果相似：经过校正年龄、体重指数和研究中心 后，股骨颈的骨皮质密度、体积和体积所占百分数能够决 定骨折发生与否。

Johannesdottir 等^[3。^]通过 AGES-Reykjavik 随访研究进 行股骨颈骨结构对髋关节骨折风险预测。AGES-Reykjavik 是一项从2002年至2006年包含5500例冰岛男女的单中 心人群随访研究项目。该研究测量股骨颈的方法与Poole 等研究相同。随访过程中，55例男性和88例女性发生了 髋关节骨折。研究发现无论男女，上象限骨皮质变薄相对 于下象限对预测髋关节骨折有着更高的价值；另外，对照 组骨皮质厚度有性别差异，而骨折组未见明显差异；前上 象限骨皮质厚度在骨折组和对照组间差异最明显。在股骨 颈骨折多变量分析中，前上象限骨皮质厚度对于男女来说 均是独立的骨折风险预测指标，其在经过股骨颈aBMD校 正后仍有意义。与之前的研究预测相同^[29]，髋关节上象 限的骨皮质变薄可能是决定能否抵御股骨颈骨折的重要 因素。

五、  股骨颈骨皮质与年龄

青年人的近段股骨遭受较大冲击或撞击力时，能够抵 御微细骨折及进一步发展^[36],例如摔倒时的撞击力会被整 个股骨及周围软组组分散吸收。然而随着年龄的增加，无 论男性还是女性，抵御骨折的能力均在下降。这可能是因 股骨颈下象限与上象限骨皮质厚度的比值随年龄增加而增 大，既往研究发现股骨颈下象限骨皮质厚度随年龄增加变 化不大，而上象限骨皮质厚度随年龄增加而变薄^[29_³°’³⁷¹。 这种变化对于近段股骨的抗弯曲力影响不大，但当发生侧 摔时，变薄的上象限骨皮质会承受很大的冲击力，发生压 缩、弯曲或碎裂，从而导致骨折。

在一项100名20 ~ 90岁英国女性的横断面研究中， 无论年轻还是老年女性，股骨颈横断面下象限骨皮质均

厚于上象限，而90岁女性组的上象限骨皮质非常薄，下 象限骨皮质厚度相对年轻人变化不大。皮质骨的骨量从 20岁组到90岁组是逐渐下降的^P91。这与一项373名美国 女性的横断面研究结果不同，该研究发现绝经前妇女近段 股骨骨皮质有微量骨丢失，而绝经后会发生大量骨丢失。 同时，该研究得出皮质骨丢失从中年开始，而松质骨丢失 是终生的™。一项冰岛老年人群的随访研究显示老年人上 象限骨皮质骨质丢失率是下象限的3倍，而两个区域松质 骨的骨量丢失大致相同™。

六、股骨颈骨皮质QCT测量局限性 CT空间分辨率的限制会导致骨皮质的测量结果存在 高估或低估。因为部分容积效应，骨内膜附近的松质骨 或骨外膜旁的软组织会导致测量误差。对于