量CT（QCT）骨密度成都华西华科研究所分析测量体模软件检测方法测量预测椎体压缩骨折的实验研究

 [摘要]目的探讨QCT骨密度测量与椎体骨力学强度的相关性，以明确QCT预测椎体压缩性骨折的可行性。方法 ①对32个椎体（T₇~LJ进行了三种方法的QCT骨密度测量（椎体中部5mm测量；椎体中部10mm测量；椎体5mm层 厚容积测量〕。②对32个椎体做了单轴压缩负荷试验并计算椎体压缩强度。③对三种QCT测量所得BMD值与椎体压强 做了相关性分析。结果三种QCT测量法所得BMD值与椎体压强均成正比，相关性显著（P<0. 01)。椎体中部10mm 层厚测量与椎体压强相关性最显著（r = 0. 777),椎体压强随BMD的增加有递增趋势.椎体压强与BMD之间存在平方回 归关系.其最佳方程为y=222. 151 — 2. 354x+0. 017x²。结论 QCT测量作为一种非侵人性方法以其高度的敏感性和准 确性可以估计椎体的压强从而预测骨折的危险性，其中以椎体中部l〇mm测量最敏感.可在临床实践中广泛应用。

[关键词]QCT密度测量；骨骼；脊柱；压缩强度；骨质疏松；CT

为明确QCT能否直接预测椎体的力学强度，确定QCT 最可靠简便的测量方法，笔者对不同的QCT测量方法和椎 体的力学强度做了相关性实验研究。

1 材料与方法

1.1材料的选取随机抽选取新鲜尸体5具，男4具，女1 具。年龄31〜53岁，生前无骨骼疾病及相关病史。将脊柱完 整取下，取胸腰段椎体（T₇〜L₄)共计32节。切断椎弓根去 除椎体后部结构.由椎间盘中部将椎体切开分割.保留椎体上 下终板及部分椎间盘。将标本置于一2(TC冷冻保存，测试前 在室温下充分解冻。

I.   QCT测量采用SIEMENS HIQCT机及所带的BMD 测量软件行标本测量，扫描参数133kV;175mA;2_s。将椎体

标本置入盛有生理盐水的有机玻璃槽内，将水槽放置在参照 模型上。先扫一幅定位像，然后做三种方法的扫描：①椎体中 部5mm层厚单层扫描；②椎体中部10mm单层扫描；③椎体 三维容积扫描。利用本机BMD软件分别获取三种不同方法 所得标本松质骨BMD平均值。

1.3机械力学强度测试将除去后部结构的32个椎体标本 上下两面各垫5mm厚橡胶片，使负荷垂直均匀作用于椎板。 应用材料测试机（吉林产万能材料测试机）做椎体单轴压缩负 荷实验.持续变形率为〇. lmm/s。在变形图上找到椎体变形 斜线不连续时为椎体最大负荷率。机械测试结束后去除椎间 盘，测量椎体面积得出椎体的机械力学压缩强度（n/cm²)。

2结果

椎体10mm层厚扫描所得平均松质骨容积约4〜6cm³， 5mm层厚扫描2〜4mm³,三维容积连续扫描8〜三 种扫描方法所测BMD平均值、范围、标准差（见表1)。

C'hiria JMT7' Jul 2()〇2 Vol 18 No <

通过不同曲线的拟合优度的逐步比较证实骨密度值与椎 体压强之间存在平方冋归关系，其最伴拟合方程为y =

222. 131 —2. 35 4x + 0.017x²(图 2)。

SO          1 Jl：l   160          juo          ；'40 bit；'

图2 曲线拟合后BMI)与椎体压强的二次曲线回归图

3讨论

通过三种测量方法所得结果分析表明椎体内钙盐的含景 是不均匀的•容积扫描所测的整个椎体BM1)高于椎体中部 扫描所测的B M D.表明椎体上下周边部的钙盐含量卨.而椎 体中部钙盐的含量低，最直观的解释为松质骨在椎体中部较 椎体的周边部要疏松的多.Tanaka「和Athmson ==的椎骨纤 维解剖研究表明椎体的骨质疏松最¥•发生的区域在椎体的屮 部•在骨质疏松的后期才波及到椎体周边部的骨质„由于持 重影响的结果椎体为了满足生化机械的需要椎丨本松质骨的构 筑发生了调整•由椎体中央向周围的水平骨小梁逐渐被吸收• 而传导压力的垂直骨小梁则增厚•造成了骨质疏松时椎体中 部松散的网状带。这一部位即成为骨质疏松时QCT骨密度 测量的最敏感部位。最近Konermann和Ebbesen的研究也 证实此理论本实验32个椎体中部BMD全部低于整个 椎体密度与Tanaka等的研究结果一致。Tanaka和lnoue^[。 的研究表明椎体内脂肪最先沉积在疏松的中部区域.以椎S 静脉管处最显著.由此向周边累及•骨质疏松与脂肪的沉积交 替进行，在单能QCT测量时，脂肪组织有效地造成了椎体中 部BMD的减低，特别在年龄较大的个体中低估f椎体的 BMD.造成了少量的误差，双能QCT可纠正此误差：椎体中 部BMD虽然低于整个椎体BMD.但它们之间存在显著的S 线相关与回归关系，椎体中部的BMD变化可以反映整个椎 体骨量的变化趋势.尽管脂肪的存在给骨密度测量带来了一 定误差，但这种误差可以通过以年龄、性别配对的相关回归来 排除^[6]。骨密度测量时应用的软件把椎基静脉管及周围的 区域排除在测量兴趣区之外•减少了脂肪的误差。必要时可 采用双能QCT测量以得到更准确的BMD值。

理论上讲椎体三维容积骨密度测量更为理想•因为它直 接显示了椎体的全部骨量。但目前的临床应用尚存在困难. 由于活体中扫描组织厚•定位误差可造成终板的容积效应•特 别当所测椎体存在楔形变、双凹变形或椎体的上下缘有局限 性凹陷^（Schmorl’s nocteO及病人的轻微移动都容易造成骨 密度测量的误差•此外老年患者椎体增生的骨赘包含在测量 兴趣区内可造成显著的测量误差。椎体中部单层QCT骨密 度测量方法简单•放射剂量小•所测量的部位为椎体BMD变

测董方法	椎体力学强度
惟体中部5mm单层测M	0. 716
推体中部l(>mm单层测量	0. 777
推体中部-:维容积连续扫描	0. 663

尽管种测量方法所得BMD值与椎体力学强度之间都 存在显著相关性.仉以椎体中部10mm层厚扫描所测BMD 值与力学强度的相关性最显著（r = 0. 777)见图1。

表1 种扫描法的BMD平均值、范围及标准差

测方法 .了	范围	5
^TTlTTl措厚单层扫描 139.2	6 7. S 2 S . 3	50. 226
lUmm }呈 竿-展_4 描 171). W	5-273. 1	4 9. 73〇
3 mm、维碎积连续扫描 2丨".n	81. 6-3 11. 〇	57. 767

椎体屮部l()mm层厚扫描BMD值和5mm单层BMD 值无显著性差别（P = 〇. 833) •椎体中部两种单层扫描与椎体 二维容积^描BMD有显著性差别（P = 0.002)。H种扫描方 法所得BMD值之间呈直线相关（PC0.001),而以椎体中部 两种单层测景的相关性最好（，-=〇.970,尸<0.001)。三种 测量方法所测BMI)值与椎体力学强度呈正比•其相关性见 表2。

表2二种测量方法所得BMD与椎体力学强度的相关程度tr值）

图1椎体中部lllmm层厚扫描BMD与椎体K强的相关性比 较散点图

由图1可以看出BMO与与椎体的压强关系不是直线关 系.为明确两者之间的回归曲线形式做了椎体中部层 厚测量BMD与椎体压强的不同曲线的拟合优度检验C表3)。

表3不同曲线拟合优度的逐步比较

	变异来源	df	Rss	ms	F	P
直线与	直线	30	36U343. 3-li
二次曲线	二次曲线	29	310208.219	10696.835
的比较	差值	1	.1013.1. 125	50135. 125	I. 6869	0. U39
二次曲线	二次曲线	29	310208. 219
与三次曲	次曲残	28	303328.75	10833. 19〇
线的比较	差值	1	6879. 469	687^.469	(i. 635	0.432
2次曲线	5次曲线	28	303328.7n	1U833.190
与四次曲	四次曲线	27	28167-1. 563	10-132.39
线的比较	差值	1	216.S-1. 187	21654.18?	2. 676	n. 113

.1. r- -I. -U o o

-u -M- o o o -U

-b 5 4 -~

^,£'"压¹⁰強度^?1-1-^:'

中国医学影像技术 2002年第18卷第7期

化最敏感的部位•因此可做为诊断骨质疏松症、观察疗效的敏 感X具•亦可做为老年性骨质疏松的普查工具1。

本实验对椎体采用的压缩形式为单轴压缩_T在这种形式 的压缩中胸腰段椎体支撑着绝大多数负荷、使体外的实验与 活体条件下更为相似。实验椎体标本保留了上下终板及部分 间盘并在压缩时加垫橡胶块•以弥补椎间盘的部分缺失，同时 使力更加均匀地作用于椎体，使压力的传导更接进于生理负 荷。切断椎弓根去除椎体后部结构，使力只作用于椎体。在 活体中骨质疏松症患者的椎体骨折常反映了这种压缩模式。 本实验只测量了椎体的轴向压力，而涉及到椎体后部结构、周 围韧带、肌组织等方面的外侧力、剪力、扭力等均未包括在本 实验内，小关节和椎弓传导力的比例主要取决于位置•很难进 行标准测试•与椎体骨质疏松时的压缩骨折关系不大。QCT 测量的13MD与椎体的力学压缩强度（n/cm-°)均呈正比•相关 性显著（PCO.Ol)。BMD与压缩强度的散点图提示BMD与 压缩强度之间的关系不是直线关系，经曲线拟合优度检验证 实椎体BMD与压强为平方回归关系（y= 222. 151 —2. 354x + 0.017x²)。椎体的压缩强度随骨密度的增加有明显的递增 趋势，同时也可以看到椎体BMD变化可造成压缩强度的较 大变异。这影响椎体压缩强度的因素除骨的钙盐含量以夕h 还存在有其他复杂因素，其中可能包括椎体本身松质骨、密质 骨复杂的排列结构方式以及由此产生的机械特性[⁸=_。因此， 定量CT骨密度测量与椎体复合强度之间的关系不可能是直 线的，但椎体的骨密度测量在力学强度中起主要作用。

在对三种扫描方法所测13MD值与椎体压缩强度的相关 回归分析中发现椎体中部l〇mm层厚扫描所测得骨密度值 与椎体压强的冋归效果最好（R² = 0. 604)。椎体中部5mm 扫描骨密度值次之（R² = 〇. 513)，椎体三维容积骨密度值与

椎体压强的回归效果较差。二种测量方法之间的M归效果无

显著性差异。以上结杲表明定量CT骨密度测量作为一种非

侵人性测量方法，以其高度的敏感性、准确性可以预测椎体的

力学强度*并能够在活体中预测椎体骨折的危险性，其中以椎

体中部10mm测量法相关性最好，建议在临床实践中作为常规应用。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 

网址:http:// www.qctqct.cn 

手机 : 13072875151传真 :028-65830598

市场部电话 :028-65830598 028-67708638  83190122

在线 QQ:110480527 联系人 : 王先生

邮箱:samwangcn@126.com