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(定量CT)QCT骨密度测量体模软件系统检测法评价股骨近段骨皮质厚度及骨密度

2022-04-01 21:42:33      点击:

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评价股骨近段骨皮质厚度及骨密度

 [摘要]目的初步探讨采用定量CT(QCT)骨结构分析系统BIT)测量股骨近段骨皮质的信度和可重复性。方法 收集30例髋部低能量骨折患者,正常侧股骨用于测量,采集髋部QCT骨密度测量体模软件系统检测法扫描数据,于QCT分析工作站上BIT自动选定垂 直于股骨颈中段长轴最狭窄处横断面,将该横断面分为4个象限,即上前象限SA)下前象限IA)下后象限IP),上后象

SP),BIT自动估算各象限骨皮质厚度(C.Th),由3名测量者分别进行测量,比较测值的差异及一致性。结果3名测 量者测得的股骨颈最狭窄处横断面平均C. Th及SASP、IA象限C. Th和骨密度差异均无统计学意义均>0. 05),一 致性均较好,其中平均C. Th的ICC值最高,为0. 883。而3名测量者测得的IP象限C. Th和骨密度差异均有统计学意义 (尸均<0. 05)。结论BIT能够实现获取股骨近段骨密度结果的同时获得骨结构信息,测得的股骨颈横断面上象限及前 下象限C. Th及骨密度具有很好的重复性。

[关键词]体层摄影术,X线计算机;股骨;骨结构;骨皮质

随着人口老龄化加剧,髋部骨折发病率逐年上升, 预计世界范围内髋部骨折发生数量将从1990年的 170万增加到2050年的630万[1]。而约1/4髋部骨 折的老年人会在一年内死亡[2],髋部骨折给社会、家庭 和个人带来巨大经济损失和健康风险。髋部发生脆性 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。而骨皮质是维持整个骨结构稳 定性的关键。但目前临床常用的脆性骨折风险预测手 段,如双能 X 线骨吸收(dual X-ray absorbtiometry, DXA)和计算机体层X线骨密度系统(computed tomography X-ray absorbtiometry,CTXA),均无法 多维度评估股骨近段骨皮质的情况[3]

定量 CT (quantitative computed tomography, QCT) QCT骨密度测量体模软件系统检测法新研发的骨结构分析系统(bone investigational toolkit,BIT)除可获得BMD数据夕卜[4_5],还會巨获得股 骨近段骨质结构数据。目前国内未见关于采用BIT 测量股骨近段骨皮质结构的研究报道,本研究初步探 究采用BIT测量股骨近段骨皮质结构的信度和可重 复性,以期为应用BIT进一步研究骨折人群近段股骨 BMD与骨结构及预测老年人群脆性骨折风险奠定 基础。

1资料与方法

[4]       1 一般资料收集2012年1月一2013年11月于 北京积水潭医院创伤骨科急诊室就诊的139例女性 (年龄>55岁)及60例男性(年龄>60岁)髋部低能量 骨折患者,并从中随机抽调30例作为研究对象,年龄 55〜91岁,中位年龄65岁,其中男9例(62〜9〇岁), 女21例(55〜91岁)。低能量骨折定义为从站立位或 坐位摔倒所致髋部骨折[6]。为了减小因骨折导致的骨 量丢失,所有纳入者均为发生髋部骨折后48 h内就诊 者。急诊放射医生向纳入者介绍这项研究,并告知在 进行髋部CT扫描时加垫QCT体模,未增加患者射线 剂量,纳人者均同意并填写髋部骨折问卷表。髋部骨 折问卷表主要包括跌倒时的情形及有无影响骨代谢的

疾病。排除标准:①高空坠落伤及交通车祸伤;②患有 影响骨代谢的疾病;③既往有髋部骨折及长期卧床史。 本研究经北京积水潭医院伦理委员会批准实施。

2.          2仪器与方法采用Toshiba Aquilion 16排CT 扫描机加垫5样本固体体模行螺旋 扫描。扫描参数:管电压120 kV,管电流125 mAs,床 高 78 cm,螺距 0. 985,DFOV 400 mm,矩阵 512 X 512,层厚1 mm,标准算法重寒。将CT原始图像从 CT主机传输至QCT工作站自动合成测量文件后,采 用QCT软件中的“Slice Pick”功能截取健侧髋 部图像,范围从髋臼顶上1 cm至股骨小粗隆下3 cm。 采用 QCT PRO CTXA HIP Version 4. 2. 3 软件自动 去除软组织并将近段股骨从三维层面旋转和移动后, 产生二维的平面投影图像,通过旋转将近段股骨按照 二维投照标准放置,即股骨在矢状位和冠状位垂直水 平线,股骨颈在轴位上水平,便于将三维CT数据转变 为合适的髋部ROI平面投影图像(图1、2)。

1. 3图像分析采用QCT CTXA生成近段股 骨二维平面投影图像后,骨结构研究系统(Bone In­vestigational Toolkit, BIT 2. 0) 软件自 动选定垂直于 股骨颈中段长轴最狭窄处横断面(图3),该处股骨颈 长径与前后径比值约1. 4、可以认为股骨颈中心[7_8]。 以该横断面为中心,系统自动向上下分别截取5处 横断面,层间距1mm,共截取11个横断面。图像像 素值0.781 mm。垂直于股骨颈长轴的横断面以几 何中心均分为16扇形区域,每一区域角度为22. 5° (图4)。将第一个扇形区域定义为垂直于该图像的 垂线为始的区域。在进行QCTPROCTXA分析时, 位于矢状位的股骨前缘被调整为垂直于水平线(图 1),相对于人体实际站立状态存在调整后的前倾、约 22. 2°。因此在对股骨颈中段横断面进行分区时,向 后移动一个扇形区域(约22. 5°),以确保与站立位解 剖关系的一致性。最终横断面分为4个象限区域: 上前象限(superoanterior,SA)包括扇形区域2〜5, 下前象限(inferoanterior,IA)包括扇形区域6〜9,下

1旋转图像,使冠状位图像上股骨干长轴平行于竖直线、矢状位图像上股骨干长轴平行于竖直线、轴位图像上股骨颈平行于水平线 2将三维髋部数据转换为二维髋部标准投照位图像

3 BIT软件自动选定垂直于股骨颈中段长轴的最狭窄处 4将垂直于股骨颈长轴的横断面以几何中心均分为16扇形区域(A), 4个象限区域(B)包括上前象限(SA)、下前象限(IA)、下后象限(IP)、上后象限(SP)

后象限(inferoposterior,IP)包括扇形区域10〜I3,上 后象限(superoposterior,SP)包括扇形区域I4〜1(图 4)。BIT软件自动估算出各象限骨皮质厚度(cortical thickness, C.Th)。由3名测量者分别独立测量30 例研究对象的股骨近段骨皮质分布及结构。

1. 4统计学分析采用SPSS 17. 0统计软件。计量 资料以Z士s表示。对不同测量者间测值的比较采用 重复测量方差分析。采用组内相关系数(intraclass correlation coefficient,ICC)评价测量值的可重复性, ICC越接近1表明结果的一致性越好。P<0. 05为差 异有统计学意义。

2结果

3名测量者测得的股骨颈最狭窄处横断面平均 (average,AVR)及 SA、SP、IA 象限 C. Th 差异均无 统计学意义均>〇. 05) ;3名测量者测得的AVR及

SASP、IA象限C. Th测值一致性较好,其中AVR

[5]       Th的ICC值最高;而3名测量者测得的IP象限 C.Th差异有统计学意义(PC0.05)。3名不同测量 者测得的SASP、IA象限骨皮质BMD差异均无统计 学意义均>〇. 05),而IP象限骨皮质BMD差异有 统计学意义(P<〇.〇5)。见表1。

3讨论

目前临床常用的评价股骨近段骨折风险的方法主 要是通过评价BMD判断其是否导致骨强度减低。 DXA和QCT骨密度测量体模软件系统检测法是测量BMD的常用方法,但仅仅靠 BMD评估骨折风险,结果往往不尽如人意[3]。研 究[6 9]发现股骨近段骨结构可能是一个独立的骨折风 险因素。股骨近段由皮质骨和松质骨组成。皮质骨约 占成人骨量的80%[1°],承担着人体绝大多数的力量负 荷。一项国外研究[9]发现股骨颈中段横断面上象限骨

表1    3名不同测量者测得的股骨颈最狭窄处

骨皮质厚度及BMD(;F士s,n = 30)

测量者

C. Th(mm)

AVR

SA

SP

IA

IP

测量者1

1. 91±0. 58

0. 91±0. 62

0. 950. 64

2. 13±0. 73

3. 63±0. 70

测量者2

1. 87±0. 62

1. 03±1. 02

0. 96±0. 73

2. 25±0. 93

3. 12±1. 13

测量者3

1. 90±0. 57

0. 91±0. 64

0. 950. 68

2. 28±0. 76

3. 47±0. 90

ICC

0. 883

0. 581

0. 768

0. 667

0. 486*

测量者

BMD( mg/cm3)

SA

SP

IA

IP

测量者1

419. 87±30. 80

440. 12±41. 91 572. 41±56. 59

700. 49±68. 26

测量者2

428. 16±41. 33

437. 2942. 20 592. 65±76. 21 653. 38 106. 55

测量者3

419. 67±35. 14

429. 54±40. 04 584. 25±71. 75

680. 43±80. 60

ICC

0. 757

0. 745

0. 631

0. 477*

注:* :P<0. 05

皮质厚度小于下象限,而老年人 的股骨颈土象限C. Th要小于年 轻人。当人体发生侧面摔倒、股 骨大粗隆着地时,最大压缩张力 作用在股骨颈上象限[1113]。另 一研究[14]发现,相对于下象限、

股骨颈上象限C. Th具有重要的 骨折风险预测意义。.

骨强度评估在诊断骨质疏松 中起着重要作用。骨强度是指最 大载荷值与每毫米标本长度内矿 盐含量的比值(或与骨矿盐密度 的比值),包含了 BMD与骨质量 两方面。由于髋部复杂的三维结构、DXA较低的空间 分辨率及其二维显示特点,使得DXA在评估近段股 骨骨强度上具有诸多局限。而QCT骨密度测量体模软件系统检测法能够提供完全的 三维信息,可用以观察骨的几何结构及分辨微细结构; 采用基于QCT骨密度测量体模软件系统检测法的有限元分析模型(finite element models,FEM)、通过结合BMD分布、股骨颈结构、形 态、骨量成分及力学加载,可提高对骨力学性能的 预测[1517]

本研究结果显示3名测量者测得的股骨颈最狭窄 处横断面的AVR及SA、SP、IA象限C. Th和BMD 差异均无统计学意义(P均>〇• 05),一致性均较好,其 中AVRC.Th的ICC值最髙、为0. 883,表明定量CT 的BIT在测量股骨颈横断面上象限及前下象限C. Th 及BMD方面具有很好的重复性。Johannesdottir 等D4]研究显示各象限C. Th的测量重复性较好,与本 研究在IP象限的结果存在差异,可能与测量样本数量 及CT像素值差异有关。

虽然本组中3名测量者测得的IP象限C. Th和 BMD差异有统计学意义(P<0. 05),即结果的重复性 较差,但目前未见研究显示其对预测骨折风险具有重 要意义。Poole等[9]发现老年女性的股骨颈骨皮质相 对于年轻女性变薄,而下象限C. Th变化不大,这是由 于下象限骨皮质在人行走时主要负担压力负荷及更高 的张力。造成不同象限C.Th变化的主要机制为骨内 膜的吸收,某些区域骨皮质不均匀性变薄可能造成其 他区域张力增高及不稳定[18 2()]。研究[14^23]发现上象 限骨皮质数据对预测髋部骨折风险具有重要意义。 Johannesdottir等[14]发现病例组和对照组间上前象限 C.Th差异最大,与下象限相比,上象限C.Th对预测 骨折风险有着更为重要的意义。

本研究的不足之处:为了操作方便,BIT选定了单 阈值区分骨皮质和骨松质,而部分容积效应会导致对 C.Th的高估,特别是在下象限区域。另外在SA和 SP象限骨皮质过薄时偶尔会出现测量值为0的情况, 在今后的研究中需进一步优化CT扫描参数,尤其是 减小CT像素值,以改善测量误差。

综上所述,QCT的BIT在测量股骨颈横断面上 象限及下前象限C. Th及BMD方面具有很好的重复 性,可用于大样本的临床研究,在获取近段股骨BMD 结果的同时可获得骨结构信息,从而能够更好地预测 脆性骨折风险。

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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