成都华西华科研究所分析低剂量胸部CT与QCT椎体骨密度体膜软件测量方法一站式扫描可行性研究

【摘要】目的：探讨低剂量胸部CT与定量CT(QCT)骨密度测量一站式扫描的可行性。方法：腰 椎CT(250 mA)和低剂量胸部CT(80mA)两组扫描参数对欧洲脊柱体模（ESP)重复扫描10次，QCT 测量ESP椎体骨密度、计算准确度误差并进行统计学分析。搜集既行低剂量胸部CT、又因其他原因行 腰椎CT的40例患者，两次扫描间隔不超过1个月，QCT测量Tu〜L2椎体骨密度并分析结果。一组 360例无症状体检者Tu〜L2椎体骨密度资料，分析Tu/U椎体骨密度均值与L"L2椎体骨密度均值 间相关性、并比较筛查法（依据Tu/L:椎体骨密度均值）与推荐法（依据Tu/U椎体骨密度均值）评估 骨密度诊断结果的一致性。结果_：250 mA和80 mA两组间ESP “^、匕2、匕3”椎体骨密度准确度误差及 40例患者T^L^Lz椎体骨密度差异均无统计学意义（P>0. 05)。360例无症状体检者了^/^与L" L2椎体骨密度均值分别为157. 104±33. 480、153. 352±33. 299,二者具有明显相关性（r = 0. 988，P< 0. 05)。筛查法与推荐法评估骨密度诊断结果一致性好（Kappa = 0. 747，P<0. 05)。结论：低剂量胸部 CT与QCT—站式扫描，能同时满足肺筛查和评估骨密度需求，并且能降低辐射剂量、节约医疗成本及 患者检查时间。

【关键词】骨密度；体层摄影术，X线计算机；辐射剂量

体检^{[1 ]}。骨质疏松为常见骨代谢疾病，表现为骨量减 少及骨微小结构改变，导致骨脆性增加，容易发生骨 折，早发现、早诊断、早治疗可以减少骨折的发生率及 致残率。随着全民健康意识提升，健康体检同时要求 低剂量胸部CT肺筛查、椎体骨密度测量人群不断增 大。本研究探讨低剂量胸部CT筛查与定量CT (quantitative computed tomography, QCT)骨密度测

量一站式扫描的可行性。

材料与方法

I.   临床资料

搜集本院2016年5月一12月在一个月内既行低 剂量胸部CT (80 mA)、又因其他原因行腰椎CT (250 mA)的患者共40例（扫描范围均覆盖了^〜L2), 其中男23例，女17例，年龄27〜75岁，平均48.4岁。 QCT测量Tu〜L2椎体骨密度并分析结果。

回顾性分析本院2016年5月一2017年10月360 例无症状体检者骨密度资料，年龄20〜85岁（平均 36.84岁），其中男313例，女47例。分析T^/L:与 L: / L 2椎体骨密度均值的相关性、并比较筛查法（依据 Tu/L:椎体骨密度均值）与推荐法（依据L"L2椎体 骨密度均值）诊断骨密度结果的一致性。参照中国人 骨质疏松症诊断标准专家共识（第三稿.2014版）^[2]: QCT骨密度绝对值> 120 mg/cm³为正常、80〜 120mg/cm³提示骨量减少、<80 mg/cm³诊断骨质疏 松。

病例纳入标准：所有病例均经临床和其他相关检 查排除影响骨代谢的慢性病（如甲状旁腺病变、恶性肿 瘤等）、陈旧性椎体骨折及服用引起骨代谢的药物（如 激素类等）者。

低剂量胸部CT扫描：一组（北京等7家医院）多 中心低剂量CT肺筛查资料，抽取每家医院检查尾号 为1、5的前100例筛查者（共700例），看图软件（Ra- diAnt DICOM Viewer)冠状面、矢状面重建其原始图 像，观察图像最低层面位置。位置定义：椎体平均分为 四等份，中间两份为中部；隹间隙平均分两份，椎体上 1/4 +相邻1/2椎间隙为上部；椎体下1/4 +相邻1/2 椎间隙为下部。扫描范围至L:下部或以下者，就满足 Tu、^椎体骨密度测量要求。

欧洲脊柱体模（European Spine Phantom, ESP) (编号N0145,德国ORM公司生产）_：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，三个标准椎体的松质骨的羟基磷灰石密度分别 是：L! 50 mg/cm³、L₂ 100 mg/cm³、L₃ 200 mg/cm³。 QCT测量椎体骨密度并计算骨密度准确度误差。

II.  检测设备及方法

CT 扫描：选用 GE O_PtimaCT680 SeriesCT 机， ESP及患者头先进，目标区域置于校准体模上，体模 区域无任何异物。扫描参数：管电压120 kV，机架转 速0.6 s/r,层厚5 mm,螺距0. 984,扫描视野（scan- ning fieldof view，SFOV)50 cm,床高 130 cm(固定）， ESP及40例患者管电流_：250 mA和80mA;60例体 检者管电流为80 mA。重建方式：矩阵512X512,标

准算法，显示视野（displaying field of view, DFOV) 40 cm,重建层厚1. 25mm^。

骨密度测量：将 1.2 5 mm 重建数据传送到Mind- ways 工作站， QCT PRO TM 3D 脊柱骨密度应用模 块（版本4. 0)椎体骨密度测量，自动设置兴趣区 (ROI)，三平面定位，ROI尽可能位于椎体中部松质骨 区，避开骨岛、椎体后中央沟等影响骨密度值区域。

III.      统计学方法

采用SPSS21.0进行统计学分析。骨密度、骨密 度准确度误差均以均数士标准差（s ± 〇表示。 250 mA和80 mA两组CT扫描参数间ESP “L:、L₂、 L3”椎体骨密度准确度误差比较，采用独立样本f检 验；250 mA和80 mA两组间40例患者的T^ThL；； 椎体骨密度比较，采用配对f检验。比较筛查法与推 荐法诊断结果一致性，采用Kappa检验。检验水准： P<0. 05为差异有统计学意义。

结果

ESP不同椎体骨密度准确度误差均呈正态性分

布，250 mA和80 mA两组间ESP “乙:丄^乙^’椎体骨 密度准确度误差差异均无统计学意义（表1)。

表1 ESP椎体骨密度准确度误差结果（％)

椎体	80mA	250mA	f值	p值
L1	16. 142±4. 746	16. 522±5. 145	-0. 172	0 866
L2	7. 652±1. 137	8. 726±1. 836	-1. 573	0 133
L3	0. 138±1. 307	0. 977±1. 333	-1 421	0 173

250 mA和80 mA两组40例患者椎体骨密度数 据均呈正态性分布，两组间Tu、T1、L2骨密度差异均 无统计学意义（表2)。

表2 40例患者椎体骨密度结果（mg/cm³)

椎体	80mA	250mA	f值	P值
T12	138. 570±37. 396	139. 713±39. 554	-1. 356	0 183
L1	132. 790±35. 186	133. 445±36. 207	-0. 833	0 410
L2	128. 210±35. 614	127. 938±35. 798	0 536	0 595

360例无症状体检者T12/L1与L1/L2骨密度均 值均呈正态性分布，骨密度均值分别为157. 104 士

33. 480、153. 352±33. 299,二者具有明显相关性（/• = 0. 988，P<0. 05)。筛查法与推荐法评估骨密度一致 性好（Kappa=0.747，_P<0. 05,表 3)。

表3筛查法与推荐法诊断骨密度结果

筛查法		推荐法
	正常	骨量减少	骨质疏松
正常	301	9	0
骨量减少	10	32	0
骨质疏松	0	3	5

700例肺筛查者低剂量胸部CT底部层面位置结果 (图1)59%覆盖至L下部或以下（比例位于饼内），

2.   57%覆盖至T12中部〜L中部（比例位于饼外非分

图1低剂量胸部CT底部层面位置饼状图。

离区），仅4. 43%覆盖至乃2上部或以上（分离区）。

讨论

IV.  QCT骨密度测量原理^[3]

利用临床CT机的X线吸收原理，通过扫描前的 质量控制及扫描过程中被检测部位与校准体模_起行 CT扫描，被检部位的X线衰减信息通过校准体模转 化成羟基磷灰石（K2HPO4)等效密度（图2、3)。QCT 骨密度测量相比双能量X线骨密度测量具有一定优 势，临床用于诊断骨质疏松、评估骨折风险，以及评价 临床用药后疗效等^{[4 6]}。然而，辐射剂量大是限制其临 床应用的主要因素。早期采用CT单层扫描降低辐射 剂量，单层扫描不能满足3D QCT骨密度测量要求。 随后，研究者通过改变扫描参数（降低管电压或管电 流）以降低检查者的辐射剂量^[8]。国际临床骨密度学 会 (the    International

Society  for  Clinical

Densitometry，ISCD ) 2007 推荐^[4]:通过减少扫描范围 以降低辐射剂量，推荐扫描 范围仅包含U、L2椎体，测 量U、L2椎体骨密度并取 均值进行评估全身骨密度，

其中任何一个椎体病变，用 乃2或L3椎体代替病变椎 体。

V.   低剂量胸部CT椎 体骨密度测量评估全身骨

密度的可行性

目前，国内外均采用腰椎扫描条件测量 L:、L2椎体骨密度来用于估全身骨密度及预测 骨折风险，低剂量胸部CT扫描条件的测量结 果能否适合当前的诊断标准是本研究的前提。 ESP作为国际公认的骨密度测量评估标准，主 要用于骨密度测量仪的标准化和不同仪器间 的相互校准，也适用于同一仪器不同条件间的 相互校准^[]。本研究中常规腰椎CT、低剂量 胸部CT两组间ESP “^、乙2、乙3”椎体骨密度 准确度误差均无统计学差异，说明管电流对 QCT骨密度测量值影响不明显。临床40例患 者了₁2、乙₁、乙2椎体骨密度结果也印证这一观 点。管电流（mA)减低，噪声增加，CT值将随 之增加^[10]，校准体模中5种不同标准密度能确 保骨密度测量值的一致性。降低管电流，辐射 剂量将随之减少，研究结果与文献结论相_ 致^[8]。因此，低剂量胸部CT椎体骨密度测量 可以用于评估全身骨密度及预测骨折风险，同时患者 辐射剂量降低。

VI.  Tu/L:骨密度均值替代U/L2骨密度均值评 估全身骨密度的可行性

本研究中Tu/L:与L"L2骨密度均值间存在明 显相关性，骨密度均值Tu/U稍高于L"L2，依据 Tu/L:骨密度均值的筛查法与依据L1/L2骨密度均 值的推荐法对360例体检者评估骨密度结果的一致性 好。而且，当前骨密度测量临床主要应用是筛查骨密 度异常并评估骨折风险，而对于某一临界点诊断骨质 疏松并不是主要的^[11]。因此，Tu/L:骨密度均值可以 替代L"L2骨密度均值评估全身骨密度。

VII.      _站式扫描法与传统方法剂量、医疗成本及患 者时间的比较

_站式扫描法：仅行一次低剂量胸部CT扫描，扫

图2扫描前质控，上方椭圆状质控体模，下方平板状校准体模。图3扫描 时被检部位置于校准体模上，校准体模内包含5个不同标准密度圆柱体。

描范围最少至U下部，能同时完成低剂量胸部CT肺 筛查及椎体骨密度测量。传统方法为分别行低剂量胸 部CT、腰椎CT(范围仅包含^丄2)两次扫描。相比 传统方法，_站式扫描可以节省患者CT检查费用及 时间。

有效剂量=剂量长度乘积（dose lengthproduct， DLP) X权重因子；DLP =容积CT剂量指数（CTDI- VOI) X扫描长度，由公式得出：扫描长度与有效剂量 成正相关，减少扫描长度，辐射剂量将随之减少。笔者 抽取北京等7家医院体检中心共700例肺筛查者低剂 量胸部CT底部层面位置（图1)，其中59%的筛查者 扫至L:下部或以下，此类筛查者无需增加剂量，直接 可以完成肺筛查及全身骨密度评估；36. 57%筛查者扫 至Tu中部〜L:中部，相比传统法可以减少一次定位 像及重叠区域扫描，剂量降低；剩余仅4. 43%的筛查 者，虽然没有减少扫描范围，骨密度测量采用低剂量扫 描条件，相比传统法剂量没有明确增加。因此，一站式 扫描法相比传统法，既可以节约医疗成本及患者的时 间，还可以降低有效辐射剂量。

综上所述，低剂量胸部CT与QCT椎体骨密度测 量一站式扫描，即能同时完成肺筛查及评估全身骨密 度，又可以降低辐射剂量、节约医疗成本及患者的时 间。本研究不足之处在于，360例椎体骨密度资料中 女性仅47例，需在今后进_步研究中补充女性骨密度 数据。

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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