定量CT）QCT骨密度测量体模软件系统检测法和双能X线吸收评价全国地区老年人股骨近端骨结构的比较
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和双能X线吸收评价全国地区老年人股骨近端骨结构的比较
[摘要]目的分析定量CT(QCT)和双能X线吸收（DXA)对股骨近端髋部结构分析（HSA)结果的相关性。方法 对全国地区40名男性（53〜76岁）和76名女性（48〜76岁）社区居民行左髋DXA和QCT扫描，分别测量股骨颈横截面 积（CSA)和横截面转动惯量（CSMI)，对两种方法测量结果行S扣arm狀相关性分析。结果 QCT所测CSA和CSMI均 大于DXA所测CSA和CSMI(P均<0.01)，两种方法测量CSA差值的中位数为0.97 cm2，CSMI差值的中位数为 0. 49 cm4。〇(：丁和DXA测量CSA和CSMI均显著相关〇=0. 85、0. 78，P均<0. 01)。结论 DXA和QCT对中国老年人 股骨颈CSA和CSMI测量具有较高的相关性，可用于老年人群股骨近段骨结构诊断。
骨折最常见的部位之一，而骨折所致的慢性疼痛、功能 障碍、患者无法独立生活等严重影响患者生活质 量[1_2]。双能 X 线吸收（dual-energy X-ray absorptiometry， DXA) 测量 骨密度 （ bone mineral density， BMD)已被广泛用于临床诊断骨质疏松，但由于DXA 空间分辨率低、二维（two_dimen§ional，2D)成像的特 点对髋关节复杂三维（three-dimensional，3D)形态评
估能力有限。基于DXA的髋关节结构分析[3](0乂八_ basedhip structuralfanalysis，DXA HSA)是一种评 估股骨近端形态的简单方法。有学者[4_5]对〇乂八 HSA与临床的相关性进行探索，但因种族、评估方法 的差异，目前尚无一致的结论。DXAHSA结构参数 与面积BMD髙度相关，但与后者比较，前者对骨折风 险的预测能力并无显著提高[6]。定量CT (quantitative computed tomography ，QCT骨密度测量体模软件系统检测法) 的空 间分辨 率高、 可显示完整的骨结构形态，并可分别评估股骨皮质骨 和松质骨[6]。一项针对中国人群股骨近端BMD的研 究[7]，发现QCT与DXA测量结果有较高的一致性， 但两者对股骨近端形态学测量的比较在国内鲜见报 道。本研究采用QCT和DXA对北京地区老年人股 骨近端进行HSA，探讨两种方法测量结果的相关性。
1资料与方法
[4] 一般资料本组研究对象源于2008年前瞻性城 乡流行病调查（prospective urban rural epidemiology， PURE)[8]中北京地区人群样本，共116名，其中男40 名，年龄53〜76岁，女76名，年龄48〜76岁。入选标 准：男性年龄>50岁，女性年龄>45岁、绝经；所有研 究对象接受脊柱和髋关节DXA和QCT检查。
[5] DXA扫描采用GE DXA Lunar扫描仪，扫描 左髋关节，采用Version encore 13. 40. 138后处理软 件。扫描参数、摆位、ROI的选取及测量方法参照扫 描仪的用户手册。范围包括DXA标准扫描所覆盖的 股骨颈及全髋区域，测量股骨颈和全髋BMD，并利用 HSA软件于DXA扫描图像自动识别股骨颈最窄 ROI(图1)，自动完成HSA，参数包括：①股骨颈横截 面积（cross-sectional area, CSA; cm2)，表征抵抗轴向 压缩的指标，数值越大表明骨骼的机械强度越大;②横 截面转动惯量（cross-sectional moments of inertia， CSMI;单位cm4)，为与股骨颈长轴垂直横截面的转动 惯量，表征骨刚度的几何学指数，与骨受力时的弯曲变 形密切相关，由横截面积增量乘积的积分与距截面中 性轴距离的平方决定[3]。对DXA扫描仪每日行质量 控制测量以确保其扫描结果的可靠性。所有DXA测 量由同1名操作者完成。
1. 3 QCT 扫描采用 Toshiba Aquilion 64 排 CT 扫 描仪和5样本固体体模。受试者取仰卧 位，双手置于头顶上方，将体模置于受试者臀部与扫描 床之间。双髋同时扫描，范围从髋臼顶至股骨小祖隆 下方1 cm。扫描参数：电压120 kV，电流125 tnA，层 厚1. 0 mm，层间隔0. 1 mm，FOV 50 cm，标准重建。 将原始图像传至QCT工作站，采用QCT
图1髋关节DXA HSA ROI选取DXA分析软件自动选取股骨颈ROI 图2髋关节QCT BIT ROI选取在轴位图像上（A)使股骨
颈长轴平行于水平线，在矢状位（B)和冠状位（C)图像上使股骨干长轴平行于竖直线，QCT BIT分析软件分别在CT值投影（D)、体积投影 (E)、表面童建（F)和2D重建（G)图像上自动选取股骨颈ROI
表1不同性别年龄、身高、体质量、体质量指数及BMD值比较
|
性别 |
年龄（岁） |
身高（cm) |
体质量（kg) |
体质量指数（kg/cm2) |
股骨颈 BMD(g/cm2) |
全髋 BMD(g/cm2) |
|
男性（《 = 40) |
64. 4±5. 6 |
168. 0(165. 0,174. 0) |
72. 0(65. 0,76. 0) |
25. 3 土 3. 5 |
0. 87±0. 12 |
0. 96±0. 13 |
|
女性(《 = 76) |
62. 6±7. 1 |
156. 3(154. 0,162. 0) |
65. 0(60. 0,71. 0) |
26. 5±3. 5 |
0. 79±0. 12 |
0. 86士0. 13 |
|
P值 |
0. 19 |
<0. 01 |
<0• 01 |
0. 85 |
<0. 01 |
<0• 01 |
图3 DXA测得的CSA与QCT测得的CSA散点图
Investigational Toolkit (BIT) Version 2.0 分析软件。 依据QCT骨密度测量体模软件系统检测法操作手册，选取BIT QCT测量层面，以 120 mg/cm3为阈值分离骨表面。在显示股骨颈轴及 股骨干轴的投影层面，将ROI置于股骨颈最窄区域的 中心，该投影层面与髋部DXA扫描股骨近端走行相 似（图2)。将QCT BIT ROI自动分为11层轴位图 像，层厚1 mm，中心层面位于股骨颈宽度最窄的层 面，其内侧及外侧分别为5层，QCT骨密度测量体模软件系统检测法后处理软件自动 测量每一层轴位图像CSA和CSMI。为确保与DXA HSA参数值的可比性，排除髋臼和坐骨对股骨颈近端 以及股骨粗隆对股骨颈远端HSA测量的干扰[9]， QCT HSA参数值取7〜11层参数的均数，层厚 5 mm。所有QCT BIT HSA测量由同1名测量者于 同一天完成。
1. 4统计学分析采用SPSS 11. 5统计分析软件。 符合正态分布的变量以表示，不符合正态分布 的变量以中位数（四分位间距）[M(P25，P75)]表示。 不同性别间正态分布变量比较采用独立样本f检验， 非正态分布变量比较使用独立样本秩和检验。DXA HSA与QCT HSA参数间的比较采用爪7c〇2：on秩和 检验;DXA HSA与QCT HSA参数间的相关性采用 相关性分析；以PC0. 05为差异有统计学
意义。
图4 DXA测得的CSMI与QCT测得的CSMI散点图
2 结果
研究样本的基本特征和DXA BMD值见表1。 DXA HSA与QCT HSA测量结果见表2，QCT HSA 的CSA、CSMI均大于DXA HSA的测值（P均<
[6] 01)，两种方法测量CSA绝对差值（QCT HSA — DXA HSA)的中位数为0.97 cm2,CSMI差值的中位 数为 0. 49 cm4。QCT 所测的 CSA、CSMI 与 DXA 所 测的CSA、CSMI均显著相关（r=0. 85、0. 78，P均<
2. 01;图 3、4)。
表 2 DXA HSA 与 QCT HSA 测量结果[M(P25，P75)]
检查方法 总体(n= 117) 男性（n=40) 女性(ra=76^~
DXA
CSACcm2) 1.22(1.09,1.38) 1.40(1.31,1.63) 1.13(1.04,1.25)
CSMICcm4) 0.79(0.64,1.07) 1.16(1.04,1.41) 0.70(0.61,0.79) QCT
CSACcm2) 2. 20(1. 94,2.51) 2. 49(2. 29,2.76) 2. 04(1. 78,2.31)
CSMI (cm4) 1.29(1.03,1. 88) 1.93(1. 74,2. 20) 1.14(0. 97,1.29)
绝对差值
CSACcm2) 0.97(0.79,1.11) 1.04(0.89,1.16) 0.90(0.75,1.05)
CSMKcm4) 0. 49(0. 31,0. 70) 0. 70(0. 49,〇. 89> 0. 39(0. 27,0. 57)
3讨论
目前的研究[1CM1]认为亚洲人BMD低于白种人，
但白种人髋关节骨折的发生率却高于亚洲人，可能因 股骨近端的形态学存在的人种差异。DXAHSA可测 量股骨近端形态学参数，是对BMD测量评价骨健康 状态的重要补充，也为研究髋关节骨折发生率的人种 差异提供了有效的测量方法。DXA作为一种2D测 量方法，其测量的准确率可能受股骨近端形态差异、扫 描摆位等因素的影响[12]，评价DXA HSA的测量准确 性和有效性非常重要。QCTHSA具有良好的空间分 辨率和较高的精确性[13]。目前已有学者[!M2’14]对 QCT HSA和DXA HSA的相关性进行分析，但鲜见 以中国人群作为研究样本的报道。Prevmhl等[14]通 过对121名绝经后女性的研究，发现DXA HSA与 QCT HSA对于测量股骨颈CSA和CSMI的相关性 系数分别为0.40和0.71，显示两种方法CSMI测量 结果的相关性较好，与本研究所结果（r=0. 78)接近， 但其对CSA测量结果的报道与本研究(r=0. 85)差异 较大，推测可能因前者所采用的QCT后处理软件与 本研究不同，还有待研究。
Ohnam 等[12]采用 Hologic DXA 扫描仪和 QCT分析软件对184名绝经后日本女性进行测量，发 现DXA HSA与QCT HSA对测量股骨颈CSA的相 关性很高（r=0. 90)。Khoo 等[9]采用 Hologic DXA 扫描仪和QCT BIT分析软件，研究237名澳大利亚 老年女性股骨颈参数，发现两种方法对股骨颈CSA(r =0. 90)和CSMI〇=0. 73)测量的相关性均较高。结 合本研究结果发现DXA HSA与QCT HSA对于测 量股骨颈CSA和CSMI均具有较高的相关性，且均以 相同的QCT分析方法作为验证标准，不同DXA扫描 仪和不同研究人群结果接近。
临床将2D DXA图像与3D QCT重建图像进行 精确位置匹配较困难，是降低两种方法测量结果相关 性的重要因素之一[15]。Ramamurthi等[16]通过对一 组老年美国女性的研究发现，DXA HSA和QCT骨密度测量体模软件系统检测法HSA对股骨颈CSA和CSMI测量的相关性很高 (CSA:r =0.95, CSMI:r=0. 94)，其相关性系数明显 高于本研究和以往其他研究的结果，可能与研究方法 不同有关：Ramamurthi等[16]的研究中，QCT骨密度测量体模软件系统检测法图像的 像素较小（〇. 29 mm X 0• 29 mm X 1. 00 mm; FOV 15 cm)，而传统QCT研究中图像像素较大（0.78 mm X 0. 78 mmX 1. 00 mm; FOV 40 cm)，其次前者的样 本量较小（〃 = 41)，使用CT后处理软件分别重建出了 对应不同扫描角度2D DXA的CT图像，并采用不同 的算法计算HSA参数值，且通过改善2D DXA图像
与3D QCT重建图像的精确位置匹配，提高了两种方 法测量结果的相关性。
Khoo等[9]对273名澳大利亚老年女性的股骨颈 BMDXSA和CSMI进行测量，DXA的BMD、CSA和 CSMI 测量值分别为 0. 85 g/cm2、2. 64 cm2、 2. 45 cm4，QCT的CSA和CSMI测量值分别为 1.88 cm2、1. 61 cm4;其股骨颈BMD值与本研究中女 性样本的测量结果（BMD =0. 86 g/cm2)—致，DXA HSA测量结果显著高于本研究结果（CSA:2. 64 cm2 vs 1. 13 cm2 ;CSMI:2. 45 cm4 vs 0. 70 cm4)，可能因两 组研究所采用的DXA扫描仪不同，而不同DXA扫描 仪所采用的HSA参数计算方法不同。Khoo等[9]所 采用的QCT骨密度测量体模软件系统检测法HSA参数分析软件与本研究相同，前者 测得的QCT CSA略低于本研究（1. 88 cm2 vs 2. 04 cm2)，而 QCT CSMI 略高于本研究（1.61 cm4 vs 1.14 cm4)，两者研究样本的人种不同可能是产生 QCTHSA测量结果差异的原因。国内一项采用GE Lunar DXA扫描仪测量HSA的研究[4]报道中，由 259名28〜88岁女性构成的正常对照组股骨颈DXA CSA的平均值为1.12 cm2, DXA CSMI的平均值为 0. 71 cm4，与本研究的结果相同。
本研究的主要不足在于样本量较少，特别是老年 男性样本不足。此外，对反映髋关节结构的其他参数， 如弯曲比率、股骨断面模量等未作比较，对于DXA与 QCT对骨折风险的预测效果也未作进一步比较。有 待今后加大样本量进一步研究。
本研究表明，DXA与QCT骨密度测量体模软件系统检测法对北京地区老年人股 骨HSA参数测量具有较高的相关性，可用于老年人 髋关节结构分析。但2D DXA测量无法提供3D QCT 所包括的不同空间层面结构特性的信息。
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网址:http:// www.qctqct.cn
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