成都华西华科研究所分析定量CT（QCT骨密度测量体膜软件分析方法）测量髋关节骨密度的重复性与DXA测量的一致性

 [摘要]目的探讨定量CT (QCT)髋关节骨密度（BMD)测量重复性及与双能X线骨密度测定仪 (DXA)测量的一致性。方法随机抽取28名（男10例，女18例）老年受试者（男性>60岁，女性>50岁）， 并分别采用QCT与DXA测量髋关节骨密度。收集左侧髋关节QCT扫描CT原始数据，分别由3名操作者各测量 1次，其中1名操作者在不同时间重复测量3次，用于评价QCT髋关节骨密度结果的重复性。比较QCT和DXA 测量左侧髋关节骨密度结果。结果3名不同操作者或同一操作者不同时间采用QCT测量28名受试者左侧髋关 节的骨密度值之间具有很好的相关性（ICC: 0.93〜0.98, P<0.01),全髋骨密度值之间差异无统计学意义。 DXA与QCT测量的股骨颈和全髋骨密度结果之间具有显著相关性（_r=0.88, 0.89, P<0.01)，DXA测量的骨 密度值较QCT相对应骨密度值大10.5%和9.7% (z=7.53, 9.68, P<0. 01)。上述骨密度值系统误差可被校正。

结论采用QCT测量髋关节BMD具有较好的重复性，其BMD值与DXA所测BMD结果具有相关性^ QCT髋关 节（CTXA)骨密度测量可用于骨质疏松症的诊断和疗效随访，具有临床应用前景。

骨质疏松症（osteoporosis)是全身性骨病，以 骨量减少及骨微结构破坏，骨脆性增加，容易发生 脆性骨折为特征。其发病率随年龄增加而提高，是 老年人发生骨折的主要原因。骨密度（bone miner­al density, BMD) 测量是目前骨质疏松诊断和疗效 监测的重要方法。

使用双能X线吸收测定仪（dural X-ray absorp­tiometry, DXA) 测量髋部 BMD 已被大家熟悉和应 用。用DXA测量髋部BMD需要患者下肢屈曲内 旋，髋关节骨折的患者难以完成这种摆位，因此限 制了 DXA在髋关节骨折患者的应用。定量CT测 量法（quantitative CT，QCT)是将 CT 机配合 QCT 专用体模和软件对腰椎和髋关节骨密度进行测量的 方法。以往QCT主要用于腰椎体积BMD的测量， 随着螺旋CT扫描及QCT分析技术的进步，目前对 髋关节进行定量CT骨密度测量（CTXA)是利用 髋关节三维CT扫描原始数据，经过适当的图像分 割、旋转，并采用最大密度投影（MIP)技术将三 维CT图像按密度投影，按DXA髋部感兴趣区的 划分方法测量髋部面积骨密度（area BMD， aBMD)和T值。国内尚未见对QCT测量腿D的 重复性及与用DXA测量髋关节BMD —致性的研 究。本研究选取28例老年受试者并行定量CT髋 关节骨密度（CTXA)和DXA测量，探讨QCT髋 关节BMD测量的重复性及与用DXA测量髋部 BMD的一致性，以期为QCT髋BMD测量的临床 应用提供基础参数。

对象与方法

受试者

从北京市某社区健康人群随机抽取28名老年 受试者，纳人前瞻性城乡流行病调查（PURE)， 女性>50岁，男性>60岁。2012年11月至2013 年1月第2次随访时，28名受试者在北京积水潭 医院行髋关节DXA和髋部QCT检查，通过问卷调 查的方式，排除有影响骨代谢的慢性疾病（如肾

脏、甲状旁腺、肾上腺疾病及恶性肿瘤）病史者 及服用可影响骨代谢的药物（如糖皮质激素类、 双膦酸盐）者。

本试验通过北京积水潭医院伦理委员会审批， 所有受试者均签署知情同意书。

仪器与方法

DXA采用GE Lunar ®XA扫描仪，按操作规 程测量左髓部骨密度。QCT采用东芝Aquilicml6排 CT扫描机进行髋部螺旋扫描，扫描参数：120 kv， 125MAS，层厚 1.0 mm,矩阵 512 x 512，视野 40 cm,扫描床高为90 cm。采用美国Mindways公 司5样本固体QCT体模。扫描方法：受试者仰卧 位，将标准体模置于受试者髋关节下，体模应尽量 贴紧受试者，体模中线与受试者体位中线重叠。在 定位像中确定扫描范围：选择髋白上方至股骨小粗 隆下方5 cm范围进行螺旋扫描。DXA和QCT检查 应在同一天完成。

测量软件及方法

髋关节QCT测量：将CT容积数据传至QCT专 用工作站，采用Mindways公司QCT分析软件通过 多平面重组（multiplane reformation, MPR)方式， 在冠状面及矢状面选取左侧股骨颈中心层面轴位图 像。由软件自动设置感兴趣区（region of interest, R0I)，如果自动设置的R0I不符合要求，可以手动 调整，选取R0I应避开股骨头和转子，尽量缩小 R0I宽度，使R0I长轴垂直于股骨颈长轴（图1)。 用CT分析软件计算左侧股骨颈、股骨转子、转子间 及全髋的面积骨密度（aBMD)和T值。

QCT测量重复性评估：由3名操作者分别用同一 软件测量髋关节（左侧）。随机抽取其中1人隔日对 每位受试者QCT数据在同一软件上重复测量3次。

统计学方法

采用SPSS 13.0统计软件。计算资料数据用王±3 表示。QCT的重复性分析采用可靠性分析，计算 组内相关系数（ICC), 0.05表示差异有统计 学意义。QCT与DXA测量结果相关性采用配对t

BOI	BMD[g/cm2]	BMD[mg/cc]	Mass[g]	Area[cm2]	vo!ume[cc]
femoral neck	0.787	307.3	3.97	5.04	12.9
trochanter	0.566	216.2	4.35	7.69	20.1
intertrochanter	1.079	456.5	27.51	25.50	60.3
total	0.928	387.1	35.85	38.63	92.6

图1软件半自动设置髋关节R〇I、股骨颈ROI (方框）长轴与股骨颈长轴垂直 Fig 1 Semiautomatic setting of ROI by software with the vertical box to femoral neck axis

检验，绘制Bland-Altman统计图，计算相关系数 (〇，P <0. 05表示差异有统计学意义。

结 果

i

28名受试者中男10例，女18例，年龄51 ~ 7⁴岁，平均（60. 9 ±6.0)岁。受试者的基本资料 见表1。

QCT重复性评估

操作者间差异：3名操作者分别测量左侧髋关 节全髋的aBMD值分别为（0.85±0.13)、（0_85±

I.   13)和（0.84 ±0.13) g/cm², 3名操作者测量结果 具有显著相关性（/CC = 0.97，/><0• 01 )，aBMD值 差异无统计学意义（f= 0.12,    0.05)。左侧股

骨颈 aBMD 值分别为（0.76 ±0. 14)、（0. 77 ± 0. 15) 和（0.⁷5±0.13) mg/cm²,3 名操作者测

表1 28例受试者基本资料及CTXA结果 Table 1 Demogragh data and CTXA results of 28 subjects

项目	平均值	标准差
年龄（岁）	60.9	6.0
体重（kg)	69.7	9.8
身高（cm)	161. 5	8. 1
CTXA 股骨颈 BMD (g/cm2)	Q.T1	0. 15
CTXA 全髋 BMD (g/cm2)	0. 85	0. 12
CTXA:定量CT骨密度测量；BMD	:骨密度

量结果具有显著相关性（/CC= 0.98, />=0.000)， aBMD差异有统计学意义（F=⁴.3⁴, P <0.05)

(表 2)。

操作者内差异：随机抽取1名操作者在3个不 同时间测量的左侧全髋aBMD值分别为（0.86 ±

2.   13)、（0.86 ±0.12)和（0.86 ±0.13) g/cm²，3 次测量结果具有显著相关性（/CC =0.93, P =

12.  000)，aBMD差异无统计学意义（f= 0.08, 户>0.05)。左侧股骨颈BMD值分别为（0.⁷⁷±

2.    14)、（0.80 ±0.13)和（0.78 ±0.11) g/cm², 3次测量结果具有显著相关性（/CC= 0.95, P =

0.    000)，aBMD差异无统计学意义（f =2.90, P>0.05)(表3)。

DXA和QCT结果对比

采用DXA、CTXA测量左侧全髋、股骨颈的 aBMD值分别为（0• 93 ±0. 14)、（0. 85 ±0.12) g/cm² 和（0. 84 ±0. 13)、（0.74 ±0. 12) g/cm²，2 种方 法测量的BMD具有显著相关性（_r值分别为0• 88、

3.1  89)(图2、3), 2者T值的相关性（ft²分别为 0-73, 0.81)(图4、5)。二种方法测量的aBMD 值差异有统计'学意义值分别为7.53、9.68, P =0.000)，采用QCT测量的左侧全髋、股骨颈 aBMD绝对值较采用DXA测量的相应数据分别低

(10)  7%和 10. 5% (图 6、7,表4)。

表2 CTXA 3名操作者对28例受试者左侧全髋和股骨颈aBMD测量结果U±s) Table 2 Left femoral neck and total hip aBMD measured by 3 operators (x + )

项目	操作者a	操作者b	操作者c	F值	P
全髋（g/cm2)	0. 85 ±0. 13	0. 85 ±0. 13	0. 84±0. 13	0. 12	>0.05
股骨颈（g/c«i2)	0.76 ±0. 14	0.77 ±0. 15	0.75 ±0. 13	4.34	<0.05

CTXA:定量CT骨密度测量

II.  000 0.200 0.400      0.600  0.800  1.000 1.200 1.400

DXA 全髋 aBMD(g/cm²)

图3全髋aBMD线性图‘（/*=0• 88)

Fig 3 Regression plot for QCT and DXA total hip aBMD (r=0. 88)

图S全髋T-score线性图（/*=0.87) Fig 5 Total hip T-scores (r = 0. 87)

0.25 ^ 0.20 f 0-15

S 0.10

I 0.05

聽 〇.〇〇 啪 〇• 0.05

令

♦

)0 0.20         0.40   0.60   0.8it 1.00     1.20   1.40

♦争

〇.l〇L          全髋平均 aBMD(g/cm²)

图7 全髋aBMDBland-Altman散点图 Fig 7 Blant-Altman plot for total hip

3.   000 0.200     0.400  0.600  0.800  1.000  1.200

DXA股骨颈 aBMD(g/cm²)

图2股骨颈aBMD线性图（r =0.89)

Fig 2 Regression plot for QCT and DXA femoral neck aBMD (r=0. 89)

图4股骨颈T-score线性图（r =0.90) Fig 4 Femoral neck T-scores (r = 0. 90)

y-0.8858x-0.0096

R2=〇7827

y=0.827x+0.074

R²=0.7961

表3 CTXA同一操作者对28例受试者左侧全髋和股骨颈重复测量aBMD结果（J±s) Table 3 Left femoral neck and total hip aBMD measured by one operator (x ± 5))

项目	第1次	第2次	第3次	f值	P
全髓（g/cm2)	0. 86 ±0. 13	0. 86 ±0. 12	0. 86 ±0. 13	0. 08	>0.05
股骨颈（g/cm2)	0.77 ±0. 14	0. 80 ±0. 13	0.78 ±0. 11	2.90	>0.05

CTXA:定量CT骨密度测量

U.UU  I      I      I      I      1

0‘)0   0.20   0.40   0.60   0.80   1.00   1.20

-0.〇⁵[              股骨颈平均 aBMD(g/cm²)

图6股骨颈aBMD Bland-A丨tman散点图 Fig 6 Blant-Altman plot for femoral neck

^#

V;:

5 o 5 o 5 C 2 2 1 1 o n

⁰-⁰-⁰-⁰'°-c

2 1 8 6 4 2c

¹-⁰-⁰-⁰-⁰-

•²1'⁸-⁶-⁴-^{2 1}-⁰'⁰-⁰-⁰-

表4用DXA和CTXA测量的左侧全髋和股骨颈aBMD结果 Table 4 Comparison between DXA aBMD and QCT aBMD

项目	DXA	QCT	r	1	P
全髋 aBMD ( g/cm2 )	0.93 (0. 14)	0.84 (0. 13)	0. 89	7.39	0.000
股骨颈 aBMD (g/crn2)	0.85 (0. 12)	0.74 (0. 12)	0. 88	9. 67	0.000
DXA: X又能X线吸收测定仪；QCT:定量CT测量法

讨 论

骨质疏松性骨折发病率高，治疗费用昂贵^[1]， 髋关节骨折通常预后较差^[2]。老年性股骨近端骨 质疏松性骨折已经成为导致全球老龄者致残和死亡 的主要原因之一^[3]。有研究显示，骨质疏松症女 性患者发生髋部骨折的相对危险度为无骨质疏松女 性的6.5倍^[4]。因此，需要有效的检测来评估骨折 的风险。BMD被认为具有较强的骨折预测价 值^[54,而髋部BMD测量是诊断髋部骨质疏松和 预测髋部骨折的首选方法^m。

DXA是目前WHO推荐的诊断骨质疏松症的检 查方法之一，其具有X线剂量小以及精确度较高 的优点，常用测量部位为腰椎和髋关节。但DXA 在反映骨强度方面有一定局限性^[8^°^]。DXA的测 量受患者体位的影响，老年患者因疼痛常出现摆位 困难，髋关节骨折患者常因不能很好摆位而影响 DXA使用。QCT具有分辨率高、受骨体积影响小 的特点^[11]，且通过三维旋转功能可以很大程度排 除患者摆位的影响。除aBMD外，QCT还可计算结 构几何变量，如断面系数和横断区域。几何变量与 DXA测量结果对评估骨脆性十分有用。

有学者认为，股骨近端BMD和几何学改变， 以及跌倒发生率的增加是老年人群髋关节骨折风险 增加的基础^[~。QCT测量还具有敏感性高、准确 性好、重复性强的特点^[13]。本文随机抽取28例受 试者，在不同时间多次测量的结果显示，测量结果 间差异无统计学意义，很好地验证QCT-BMD值的 可靠性，并为建立QCT数据库以及多中心研究提 供了依据。

本研究显示QCT髋关节CTXA与DXA的测量 结果具有显著相关性，证明CTXA和DXA的髋部 BMD测量结果有很好的一致性。QCT的aBMD值

低于相应的DXA数据（图6、7)。全髓的aBMD值 差异最小，为（〇.〇9±〇.〇6) g/cm²。笔者将QCT 的aBMD和DXA的aBMD数据转换成相应的 T-score后绘制线性散点图（图4、5)，K²分别为

III.      73、0• 81。CTXA 与 DXA 测量的 T-score 结果具 有很好的一致性，QCT髋关节CTXA的测量结果能 够用于诊断骨质疏松。

导致QCT和DXA aBMD值差异的原因之一是 校准方法的不同^[14]。DXA使用的脊椎体模由固体 羟磷灰石（HA)构成，QCT则以液体磷酸氢二钾 (K₂HP0₄)作为矿质标准。尽管松质骨aBMD区域 的平均HA和K2HP04校准标准接近，校准斜率仍 存在微小差异，即K₂HP0₄的等价密度稍低于HA 的等价密度。这种差异在高密度区域更加明显。因 此，股骨近端QCT的矿物质含量（bone mineral contant, BMC)值均明显低于DXA数据。此外， DXA所测的骨密度明显受几何形状的影响，即使 实际骨密度一样，如果使用DXA,厚的骨比薄的 骨密度要高^W。有学者指出软组织成分也是影响 DXA测量BMD和体成分精确性的重要因素^[15]， 如肥胖者过多的脂肪会影响DXA测量BMD结果。 脂肪厚度变化造成骨的伪像，仪器分析时易对不同 部位骨边缘的判断发生偏差，进而使BMD结果失 真^[16]。QCT是一个多投射获取技术，每个像素的 aBMD都受CT多平面重建时衍生线性衰减系数的 影响。DXA不是三维测量技术，它所产生的投射 野与QCT不同，前者的投射平面并不完全平行于 股骨颈的物理长轴。所以，尽管DXA和QCT的投 射平面十分类似，但投射野的差别会导致投射区域 观察结果的差异。

本文比较了 28例老年受试者QCT和GE Lunar DXA左侧全髋和股骨颈aBMD测量结果，发现二 者存在显著相关性，QCT的aBMD绝对值比相应

DXA的测量值分别小9. 7%和10. 5%。Khoo等[^17] 发现 Mindways QCTDXA 的 aBMD 结果与 Hologic DXA的测量值十分接近，前者测量的左侧全髋和 股骨颈aBMD的绝对值比相应DXA测量值分别小 1.5%和、2.6%。本研究的一致性略低于Kh_〇〇 等^[17]的研究结果，可能与Mindways模拟Hologic 的算法，而 Hologic 和 GE Lunar 2 种 DXA 的 BMD 绝对值算法不同，导致约8%的差别。这种系统性 差异是可以通过选择适合不同机器的参考数据库解 决，而不影响CTXA技术的临床应用。另外，本研 究受试者为老年人，而青年人群的QCT和DXA的 测量结果偏倚可能较老年人群小，但因为骨质疏松 性髋关节骨折主要发生在老年人群，所以将老年人 作为研究对象的实际意义更大。

综上所述，QCT测量的重复性好，其全髋、股 骨颈的aBMD及T-_sc〇re与DXA具有较好的相关性 和一致性。提示QCT髋关节BMD测量可以应用于 临床骨质疏松症的诊断和随访。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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