成都华西华科研究所分析定量CT）QCT骨密度测量体模软件系统检测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^[4-8]。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骨密度测量体模软件系统检测法)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骨密度测量体模软件系统检测法测量近段股骨骨密度

QCT已广泛应用于腰椎骨密度测量^[1°^-13]，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骨密度测量体模软件系统检测法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^[15-18]：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 0.6%，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骨密度测量体模软件系统检测法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cm，常规扫描 条件为120 kVp和100~ 300 mAs間。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,^20-21]。

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QCT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， &oo等^[22]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，Cann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的相关系数丑为0.97， 而股骨颈的aBMD的相关系数尺为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^[24]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%c。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 0.024 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炉= 0.810，而全髋的决定系数尺² = 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骨密度测量体模软件系统检测法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)、髋关节轴线长度 (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骨密度测量体模软件系统检测法的发展，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'Cheng等^[17] 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^[27-28]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 髋关节骨折有相关性。而Johannesdottir等™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^[17,26-35]。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^[27-28]利用另外一种方法进行了一项QCT骨密度测量体模软件系统检测法的病 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^[27]。最 近，Yang等^[28]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丢失大量骨量及 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^[31]。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^[26]在一项美 国老年男性的随访研究中探讨了QCT骨密度测量体模软件系统检测法测量参数与髋关节 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^[30]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™，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^[29-30,37]。 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^[29]。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^[38]。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^[39]。

六、股骨颈骨皮质QCT骨密度测量体模软件系统检测法测量局限性 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QCT而言， 2.0〜2.5 mm的骨皮质厚度是准确测量的前提，低于这个 限值，就会因部分容积效应导致测量结果不准确^[40-42]。而 这种误差影响可能会随骨皮质的变薄程度增高而变大。因 而目前有些研究发现的老年人股骨颈上象限骨皮质变薄可 能存在低估骨量和骨皮质厚度。

以上仅就QCT骨密度测量体模软件系统检测法测量近段股骨骨密度及骨皮质结构的 研究进展作了综述。无论是横断面还是前瞻性随访研究， 髋关节的临床QCT骨密度测量体模软件系统检测法研究都极大地拓展了我们对于髋关节 骨折骨量丢失的类型、年龄相关变化的理解。在这些研究 中，某些特定区域的骨皮质被重视起来，不仅仅因其与骨 折相关，更因其可能是新的治疗或其它干预的靶点。如何 更准确找出这些区域，哪些治疗或干预能影响该区域的骨 皮质进而降低骨折发生风险等问题有待进一步解决。

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
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