腰椎QCT骨密度测量体模软件检测方法与DXA对老年骨质疏松的诊断差异
成都华西华科研究所分析腰椎QCT骨密度测量体模软件检测方法与DXA对老年骨质疏松的诊断差异
摘要 目的研究腰椎定量CT (quantitative computed tomography, QCT)和双能X线吸收检测仪 (dual~energy X-ay absorptiometry, DXA)检测骨密度(bone mineral density, BMD)诊断老年人群骨质疏松效 能的差异。方法收集北京积水潭医院同时接受腰椎DXA、髋部DXA和腰椎QCT检查、年龄>60岁的老年 患者614例。DXA诊断骨质疏松采用世界卫生组织(World Health Organization, WHO)推荐的标准:T值矣 -2.5 30为骨质疏松,-2.5 30<丁<-1.0 30为低骨量,&-1.0 30为正常。卩匸丁采用美国放射学院 (American College of Radiology, ACR)的诊断标准,腰椎 BMD < 80 mg/cm3 为骨质疏松,>120 mg/cm3 为正 常,80mg/cm3矣BMD矣120mg/cm3为低骨量。当两种方法诊断骨质疏松只有一个分类差别时,称为小差异; 当_种方法诊断为骨质疏松而另_种方法诊断为骨量正常时,这种差异称为大差异。比较DXA和QCT诊断骨质 疏松的结果差异。结果在614例平均年龄(76.3 ±26.0)岁的老年人群中,DXA和QCT诊断骨质疏松的大 差异、小差异和诊断一致率分别为5. 9%、46. 9%和47.2%。DXA (腰椎正位、髋部)和腰椎QCT对骨质疏 松的检出率差异有统计学意义(X2 = 177.96, P <0.01)。结论利用腰椎QCT测量BMD对老年人群骨质疏 松的诊断具有重要价值。
骨质疏松是_种以骨量减低和骨组织细微结 构破坏为特点,导致骨脆性增加容易骨折的全身 性骨病 1-2。骨密度(bone mineral density, BMD) 的测量在骨质疏松的诊断中起着重要作用H。目 前,双能X线吸收检测仪(dual-snergy X-ay absorptiometry, DXA) 为 BMD 检测的常用方法,并 在临床上得到了广泛应用。定量CT (quantitative computed tomography, QCT) BMD 检测是采用 CT 扫描仪加上体模和分析软件检测体积BMD的方 法,测量结果不受脊柱退变、主动脉壁钙化等因 素的影响,在临床应用的过程中也得到了普遍认 可[44。但因两种方法采用的是不同的诊断标准, 所以二者对同_受试者是否患有骨质疏松的诊断 结果理论上可能存在差异B]。本研究观察、比较 和分析QCT与DXA对老年人群骨质疏松的诊断 差异。
对象和方法
研究对象
收集2012年6月至2014年6月在北京积水潭 医院就诊、接受腰椎DXA、髋部DXA和腰椎QCT 检查,且3项检查的间隔时间不超过2个月的老年 人群资料。所有参与者在测量前均填写了标准化问 卷,采集信息包括基本资料(年龄、性别等)及 骨质疏松危险因素(包括是否绝经、绝经年龄、初 潮年龄、脆性骨折病史、药物、抽烟等)。测量身 高、体质量,计算体质量指数(body mass index, BMI, kg/m2)。排除因外伤导致骨折、服用糖皮质 激素、钙片等药物影响骨代谢者及QCT扫描图像 合并有骨质破坏者。所有测量数据都纳入综合数据 库中,剔除研究资料不全者。
仪器与方法
DXA:采用GE Lunar iDXA扫描仪,测量 L1-4椎体正位及髋部BMD,髋部BMD测量的感 兴趣区选择股骨颈和全髋两个部位;取腰椎、股 骨颈和全髋T值中的最低值诊断受试者是否存在
骨质疏松。QCT:采用 Toshiba Aquilion 64 排 CT 机及美国Mindways公司的QCT体模和分析软件, 电压 120 kV,电流 125 mAs,床高 90 cm, FOV 400 mm X400 mm。将原始图像传至QCT图像后 处理工作站,采用Mindways QCT Pro软件,分别 测量L2-4椎体BMD,在椎体中心位置标记感兴 趣区,避开椎体周边皮质骨和椎基静脉走行区, 椎体骨折、压缩变形者增加测量L1椎体BMD; CT图像分析由2名高年资放射诊断医师共同完 成,如意见不同,经讨论达成一致。
诊断标准
DXA计算T值的参考数据库采用2007年Cheng 等10的多中心研究结果。DXA:采用1994年世界卫 生组织(World Health Organization, WHO)的标准: 以正常人群中BMD峰值为标准,T值矣-2. 5 SD 诊断为骨质疏松,T值彡-1SD为正常,-1.0 80<丁值< -2.5 SD为低骨量&1。QCT:采用美 国放射学院的诊断标准:BMD <80 mg/cm3为骨质 疏松,80 mg/cm3矣BMD矣120 mg/cm3为低骨量, >120 mg/cm3为正常4。将DXA与QCT对同一 个体的诊断差异分为两类:大差异和小差异^。 小差异指两个诊断分类是相邻的,如一种测量方 法诊断患者为骨质疏松而另一种测量方法诊断患 者为骨量减低,或者_种测量方法诊断患者为骨 量减低而另_种测量方法诊断患者为骨量正常。 如果_种测量方法诊断患者为骨质疏松而另_种 测量方法的结果在正常范围内,这种差异即为大 差异。
统计学方法
采用SPSS 13. 0统计分析软件,计量资料以均 数±标准差(X±s)表示,计数资料和率的比较采 用;X2检验。以P <0. 05为差异有统计学意义。
结 果
本研究共计纳入研究对象614名,其基本资 料特征见表1。根据腰椎QCT结果诊断骨质疏松表1研究人群基本特征 Table 1 Demographic data of population
对象 |
n |
年龄(岁) |
体质量(kg) |
身高(cm) |
BMI (kg/m2) |
DXAT 值 |
QCT BMD 值 |
男性 |
314 |
79.6±7.2 |
68.3±10.3 |
169.1±6.0 |
23.9±3.4 |
-1.3±1.0 |
89.2±34.3 |
女性 |
300 |
72.8±8.2 |
60.0±10.5 |
156.7±6.0 |
24.4±3.9 |
-2.2±1.1 |
64.6±32.7 |
总体 |
614 |
76.3±26.0 |
64.2±11.2 |
163.0±8.6 |
24.1±3.7 |
-1.7±1.2 |
77.2±35.7 |
腿I:体质量指数;DXA:双能X线吸收检测仪;QCT:定量计算机断层成像;BMD:骨密度
的研究对象共计352例,DXA诊断骨质疏松的研 究对象共计71例。二者对骨质疏松诊断检出率的 比较见表2, DXA (腰椎正位、髋部)对老年人 群骨质疏松的检出率低于腰椎QCT (/ =177. 96, 尸<0.01)。36例(5.9%)受试对象诊断结果之 间具有大差异,288例(46.9%)受试对象诊断 结果之间具有小差异,其他290例(47.2%)受 试对象两种测量方法的诊断结果一致。其中,在 诊断结果之间具有大差异的36例受试对象中, QCT诊断为骨质疏松而DXA诊断为骨量正常者占 94. 4% (男性24例,女性10例),仅有5. 6% (男性2例)QCT诊断为骨量正常而DXA诊断为 骨质疏松。在诊断结果之间具有小差异的288例 受试对象中,QCT诊断为骨质疏松而DXA诊断为 骨量减低者占64. 2% (男性90例,女性95例); QCT诊断为骨量减低而DXA诊断为骨量正常者占 23. 6% (男性48例,女性20例);QCT诊断为 骨量正常而DXA诊断为骨量减低者占7.6% (男 性15例,女性7例);QCT诊断为骨量减低而 DXA诊断为骨质疏松者占4. 5% (男性6例,女 性7例)。在诊断结果一致的290例受试对象中, 骨量正常、骨量减低和骨质疏松的比例分别为 19. 0% (男性46例,女性9例)、35. 2% (男性 56例,女性46例)和45. 9% (男性27例,女性 106 例)。
所有受检者中,DXA与QCT BMD检测量结 果差异有统计学意义者共计324例(图1~2)。 分析QCT采集的容积数据,共计27例(7.4%) 同时合并胸腰椎椎体的重度压缩(压缩程度大 于40%)或骨折;其中26例腰椎QCT诊断为 骨质疏松而DXA为正常骨量或骨量减低,仅有 1例DXA诊断为骨质疏松而QCT诊断为骨量 减低。
表2腰椎QCT和DXA骨质疏松检出率比较 Table 2 Comparison of the positive rate of osteoporosis between spinal QCT and DXA
分组 |
|
DXA |
|
QCT |
n |
% |
n |
% |
|
正常 |
234 |
38.1 |
79 |
12. 9 |
骨量减低 |
309 |
50.3 |
183 |
29. 8 |
骨质疏松 |
71 |
11. 6 |
352 |
57. 3 |
DXA:双能X线吸收检测仪;QCT:定量计算机断层成像
讨 论
老年人群是骨质疏松和脆性骨折的高发人 群,骨质疏松和相关并发症严重威胁着公众健 康,也给社会和国民经济带来了沉重负担。 DXA是检测BMD诊断骨质疏松的常用方法,采 用DXA检测BMD,具有简便、快速、辐射量 低、操作方便的优势,DXA在骨质疏松的临床 诊疗中已经得到了广泛应用。随着CT在临床诊 疗中的普及,QCT检测BMD的相关研究越来越 多,QCT在骨质疏松症早期预防中的价值也日 益受到关注E3-18。
DXA作为世界卫生组织推荐的骨质疏松诊断 方法,主要优势在于操作的简单、方便性,测量 结果的相对准确性和较低的X线辐射剂量,特别 适用于大样本人群的筛查。QCT作为一种三维成 像测量技术,主要优势在于检测过程中选定的感 兴趣区仅为椎体中部的松质骨,能完全消除周围 小关节和软组织的重叠影响,检测得到的是真正 意义上的体积BMD,不受检测骨体积、形态的影 响,所以能更好地反映骨质疏松时BMD的变化。 另外,QCT的扫描图像可以直接用于椎体解剖学 形态的观察和诊断,DXA图像仅能显示椎体的压 缩变形(图1C、D,图2D),对椎体骨折的定性
图1男性受检者DXA和QCT诊断差异示例
Fig 1 Examples of diagnostic discordance of osteoporosis by DXA and QCT in men
A: 71岁,DXA检测腰椎和髋部BMD的T值分别为-2. 60和-2.99,诊断为骨质疏松,QCT测量腰椎BMD 为131.2 mg/cm3,诊断骨量正常,二者之间为大差异;B: 81岁,DXA检测腰椎和髋部BMD的T值分别为 -0.13和-2. 66,诊断骨质疏松,QCT测量腰椎BMD为121.1 mg/cm3,诊断骨量正常,二者之间为大差异; C:89岁,DXA检测腰椎和髋部BMD的T值分别为-0.32和-1.27,诊断骨量减低,QCT矢状位图像示L4 椎体骨折,检测腰椎BMD为59.8mg/cm3,诊断骨质疏松,二者之间为小差异;D: 70岁,DXA检测腰椎和 髋部BMD的T值分别为-1.92和-1.36,诊断骨量减低,QCT矢状位图像示T12、L2-5多发椎体骨折,检测 腰椎BMD为37.5mg/cm3,诊断骨质疏松,二者之间为小差异;DXA:双能X线吸收检测仪;BMD:骨密度
图2女性受检者DXA和QCT诊断差异示例
Fig 2 Examples of diagnostic discordance of osteoporosis by DXA and QCT in women
A: 67岁,DXA检测腰椎和髋部BMD的T值分别为-0.46和-0.51,诊断骨量正常,QCT检测腰椎BMD为 70.6mg/cm3,诊断骨质疏松,二者之间为大差异;B: 80岁,DXA检测腰椎和髋部BMD的T值分别为1.32 和-0.89,诊断骨量正常,QCT检测腰椎BMD为57.7mg/cm3,诊断骨质疏松,二者之间为大差异;C: 69 岁,DXA检测腰椎和髋部BMD的T值分别为-1. 08和-0. 24,诊断骨量减低,QCT矢状位图像示T12椎体骨 折,检测腰椎BMD为26.4mg/cm3,诊断骨质疏松,二者之间为小差异;D: 75岁,DXA检测腰椎和髋部 BMD的T值分别为0.94和-2.28,诊断骨量减低,QCT矢状位图像示T12椎体骨折,检测腰椎BMD为 47.0mg/cm3,诊断骨质疏松,二者之间为小差异;DXA:双能X线吸收检测仪;BMD:骨密度
诊断仍需依靠进一步的腰椎正侧位投照或腰椎CT 检查。
本研究结果表明,采用QCT对受试人群骨质 疏松的检出率与DXA之间差异有统计学意义 (P<0. 01)。首先,两种检测手段的校准方法不 同。DXA使用的体模是由固体羟基磷灰石构成 的,QCT则以液体磷酸氢二钾作为矿质标准。尽 管松质骨的羟基磷灰石和磷酸氢二钾校准标准很 接近,但是校准斜率仍存在微小差异(磷酸氢二 钾的等价密度稍低于羟基磷灰石的等价密度); 这种差异在高密度区域更加明显M。其次,DXA 检测的是面积BMD,二维成像技术自身存在的局 限性决定其不能把皮质骨和松质骨完全区分开来。 而松质骨的表面积与体积之比较大,其代谢转换 率也高于皮质骨,所以皮质骨存在理论上会降低 观察治疗变化的敏感性。此外,有研究表明, DXA在腰椎正位测量时可因骨质增生、韧带骨 化、椎小关节和间盘退变以及腹主动脉钙化等原 因,使测量产生误差(测定值高于实际值)20。 而同一地区、同一民族的人群中,骨骼的外形和 几何尺寸都存在有个体差异,以上均会影响DXA 测量BMD的准确性。
本研究老年人群QCT和DXA诊断结果的一 致率为47.2%, QCT和DXA诊断结果不一致共 计324例(52. 8%)。QCT、DXA诊断结果存在 小差异的患者占总体受检者的46. 9% ,诊断结果 存在大差异的患者仅占5. 9%。二者诊断差异的 原因可能为:(1)椎体松质骨内骨小梁部分的不 均匀性;(2)椎体骨折骨小梁压缩(图1C、D, 图2D)或终板炎(图2B、D)导致的椎体局部 密度增高;(3)两种方法各自的测量误差。在 QCT和DXA诊断结果不一致的患者中,有26例 合并胸腰段椎体的重度压缩或骨折(QCT诊断为 骨质疏松)而DXA诊断结果为正常骨量,有1例 合并腰椎压缩骨折(DXA诊断为骨质疏松)而 QCT诊断为骨量减低;提示单纯利用QCT或DXA 诊断骨质疏松均可能存在_定的漏诊率。笔者认 为在临床症状和现有测量结果(DXA或QCT)明 显不符的老年人群中,增加和完善另_种检查方 法会在一定程度上有助于避免骨质疏松的漏诊,
促进骨质疏松的诊疗和防治。其中,QCT相对于 DXA辐射剂量较大,检查费用较高,实际操作过 程中需要严格的质量控制M,需要在临床工作中 结合具体情况合理应用。本研究27例同时合并胸 腰椎椎体的重度压缩或骨折的患者中,26例的 QCT结果均诊断为骨质疏松,提示在这部分人群 中,利用QCT测量BMD具有重要的临床诊疗 意义。
不同的检测方法对骨质疏松的诊断结果之间 存在差异,而同_种诊断方法测量不同部位骨密 度对骨质疏松的诊断结果之间也存在_定程度的 差异122。本研究利用DXA同时测量腰椎和髋部 BMD诊断骨质疏松,二者的测量结果之间也存在 差异,这可能与几个原因有关:第_,不同部位 骨丢失的速度不同第二,与皮质骨相比,绝 经早期松质骨的丢失速度更快14 (尤其是股骨近 端);第三,很多骨质疏松的继发因素(糖皮质 激素过量、甲状旁腺功能亢进、吸收障碍、肝脏 疾病、类风湿关节炎、药物等)首先影响的也是 脊柱的椎体,致使腰椎椎体首先发生骨质疏松; 另外,承重力也是_个导致生理学差异的已知因 素,髋部和股骨近端的BMD通常升高与其作为人 体主要的承重部位密不可分。
综上所述,腰椎定量CT检测BMD在老年人 群中对骨质疏松症的诊断具有重要价值。
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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