成都华西华科研究所分析QCT骨密度测量体模软件检测方法检查在诊断、治疗骨质疏松中的应用

【摘要】随着我国逐渐步人老龄社会，骨质疏松症已成为常见病,其并发的脆性骨折以及其他并发症 可致残甚至致死。本文通过对定量CT(QCT)在诊治骨质疏松症中的应用情况进行综述，以提高对骨质疏松 症的认识，推广QCT应用。

原发性骨质疏松症（Osteoporosis,0P)是以骨量 减少、骨组织显微结构退化（松质骨骨小梁变细、断 裂、数量减少;皮质骨多孔、变薄）为特征，以致骨的 脆性增高及骨折危险性增加的一种全身骨病，包括 老年性骨质疏松症和绝经后骨质疏松症。正常人随 着年龄的增大其骨量自然丢失，绝经后的妇女更加 明显。其外，还有些患者的骨质疏松继发于其他病 因，如长期服用激素、内分泌疾病、骨髓增生性疾病 等称继发性骨质疏松症。目前，随着生活水平的提 高，生存条件的改善，人们的平均寿命逐渐提高，骨 质疏松作为一种常见病，已跃居各种常见病的第七 位^[1]。骨质疏松症的特点为骨量的下降和骨显微结 构的退化，因骨密度（Bone mineral density，BMD)的 测定值与骨量之间存在正相关，所以骨密度检查是 防治骨质疏松症的主要依据，并可以根据其来推断 骨量的变化。

1骨密度检查技术

1.1放射线吸收测量法（Radiograpl^icAbsorp- tiome-try,RA)这是较早用于骨密度测量的方法， 于1963年由Cameron和Soreson应用于临床，它主 要用于腰椎侧位和第2掌骨的皮质厚度的测量。当 骨质疏松时可以观察到椎体透过度增大、椎体内横 向骨小梁减少、变细或消失，而纵向骨小梁代偿性增 粗、椎体皮层变薄等。这一方法简便、快速、费用低 廉，然而因诸多投照条件对X线片的影响，加之受观 察者主观读片的影响较大，而且一般认为当骨量丟 失30%以上时，平片才能发现相应的改变，因此该方 法不能用于骨质疏松的早期诊断及疗效的评估。

1.2单光子吸收测量法（311^16?11〇1〇1141330印- tiome-tiy,SPA) 通过放射性同位素1乃I或1以 Am发射的光子对前臂骨远端1/3扫描，测量骨皮质 和骨松质BMD的总和。其测量是以骨皮质为主，而

松质骨的代谢率是皮质骨的8倍，故SPA法对骨代 谢的敏感性有限。而且由于同位素衰减致放射源不 稳定影响了测量的准确度和精确性，现已较少应用。

1.3单能X线吸收测量法（3丨1^16乂-『3)^1)- sorptiome - try,SXA)用X线做为放射源取代同位 素而形成X线吸收法。因X线较同位素放射源稳 定，因而提高了测量的准确度和精确性。为消除软 组织对测量的影响，SPA和SXA测量时需将被测部 位置于水中，现该方法亦较少应用。

1.4双光子吸收测量法（Dual Photon Absorpti- ometjy.DPA) DPA法出现于上个世纪70年代，其 原理与SPA相同，但采用高、低两种不同能量的放射 性同位素同时扫描被测部位，以校正软组织因素对 测量结果的影响。与SPA—样，该方法受同位素衰 变的影响而且扫描时间长，已被DXA所取代。

1.5双能X线吸收测量法（0贴1乂-1'町人13- sorptiome - try, DXA/DEXA) DXA 法用两种不同能 量的X线同时扫描被测部位，以消除软组织因素的 影响,主要用于前后位腰椎的测量。该方法简便、快 速、敏感性高，一般认为其准确度、精确性高于DPA、 QCT，受测者所接受的放射剂量低于DPA和QCT,而 且所需费用较低，已被WHO定为诊断骨质疏松的标 准。然而与上述方法一样，DXA测量的仍是骨皮质 和骨松质的综合骨密度，这对分析骨皮质与骨松质 对骨强度和骨代射的不同影响因素是十分不利的。 DXA的另一先天不足是其仍为面密度测量^[2]。有 研究表明：相同密度不同体积的两个物体，其面密度 差可达两倍。同一地区、同一民族的人群中，骨髂的 外形几何尺寸可相差50%以上，这对骨密度的影响 可高达4个标准差^[3]，这一差距已大大高于WHO依 据DXA检测结果制定的骨质疏松诊断标准中区分 正常、骨量减少、骨质疏松症和严重骨质疏松症的标

准差的差距。此外，因低能X线的穿透性较差，因此 体重大者所测量的骨密度亦大。不仅如此，DXA将 X线投照范围内的所有结构包括在内，包括椎体骨 质增生、小关节退变、椎间盘狭窄、终板硬化、主动脉 硬化等，而且这些影响因素随年龄增大而增多。亦 有研究发现骨密度越低，其相对精度误差越高^[4]，这 种影响同样会随着年龄的增大而增大。且DXA髋 部BMD测量的精度明显受下肢旋转角度变化的影 响;富含松质骨区域的BMD改变更易受下肢旋转角 度变化的影响；需要良好的测量前定位和下肢固 定^[5]。上述这些致命的缺陷必定影响DXA测量的 准确度及精确性。

I.   定量超声（Quantitative Ultrasound, QUS) QUS是利用声波反射和穿透衰减的特性评价骨质

疏松的力学特性，反映了骨应力信息。其中超声传 导速率主要受骨密度、骨强度的影响，而振幅衰减值 主要由骨密度及骨微结构所决定。由于超声仪器种 类多，不同机型的工作频率、耦合方式、测量部位不 同，而且结果受温度的影响大、重复性差。且目前临 床上使用的QUS因技术原因只能测量跟骨、胫骨和 手指指骨，而骨质疏松性骨折常发生在脊柱、股骨颈 和桡骨远端，所以实际临床工作应用价值受限。但 由于QUS具有无损伤、价格低廉、方便携带、使用方 便等优势，因而适合于骨质疏松的普查。

II.  定量 MR ( Quantitative Magnetic Reso­nance, QMR) QMR是研究骨小梁与骨髓交界面磁 场梯度以评价骨小梁空间排列的新方法，其梯度回 波图像上测得的骨髓T₂值可反映小梁骨网状结构 的密度及其空间几何形态的特点，但其有效域值尚 无标准，而且骨结构分析不如QCT^[6],应用受到限 制。近年同样开发出了观察小梁骨微细结构的显微 磁共振(fxMR)。

III.      定量 CT 测量法（Quantitative Computer To- mogrphy,QCT)定量CT是利用CT的较高密度分

辨率测量骨密度,分为专用体模法和无专用体模法。 前者将被测体与已知浓度的羟磷灰石体模做为参照 标准同时扫描，以减少不同扫描仪、不同扫描层次间 的变异性;后者以椎旁肌肉和脂肪组织做为内参考 标准，去除了对外部体模的需求，从而去除了因人工 制造的外部体模的非均一性及体模与被测体相对位 置变化对测量结果的影响，因而改进了测量的准确 度和精确性^[7]。QCT是目前惟一分别测量松质骨和 皮质骨密度的方法，这为骨质疏松的早期诊断、致骨 质疏松不同病因的分析和监测疗效提供了新途 径。在测量骨密度的同时，QCT可以观测骨的 微结构，包括：骨容积率、骨表面积率、骨小梁厚度、

骨小梁间隔、肾小梁长度、连接密度、结构模型参数 等^[11_^13]。大量的研究表明：QCT测量的骨密度值与 灰重存在着良好的直线相关性^[14~^15]，其测量的敏感 性高、准确性好、重复性强刘琚^[19]的研究表 明,QCT和DXA都是判断骨矿含量和诊断骨质疏松 症较好的方法;QCT测量松质骨密度更接近于作为 标准值的灰重密度;QCT测量松质骨密度比DXA测 量骨密度能更好、更准确地反映骨质疏松的骨代谢 变化。但他们的试验对象是离体标本，排除了软组 织、体位的干扰。实际上，目前临床使用广泛的DXA 仅仅能检测骨密度的变化，对于骨质量却无能为力。 近几年的研究显示^[2〇] ,DXA作为检测手段的测量误 差比较大，在应力刺激下，因为BMD轻微的变化 (5% -8%)，骨的力学效应将会变化60%左右，且 DXA测量腰椎，受骨质增生的影响，测量值常常偏 高。同时,因为受体位影响较大，将导致随访结果的 失真。相比较而言，QCT检查取平卧位，体位恒定， 受体位干扰小。尽管QCT具有上述优势，但目前有 个别学者仍认为其测量的准确性、精确度不如DXA， 而且存在放射线费用高、剂量大、仪器不能携带等问 题^[21]。但从以上分析情况来看，QCT的准确性、精 确度是得到多方面认可的。而做一次QCT - BMD 检查，患者受到的剂量<60 pv，不及自然年辐射照 射人体2 400 jjlsv的四十分之一。所以，是一个安全 无损伤的剂量。按照每两年检查一次的标准，其放 射剂量完全可以接受。按目前国内CT机装机情况 来看，行QCT检查仅需软件支持及标准体模，其应 用更容易普及。一般患者就医都是在医院，如果进 行普查筛查完全可以选择QUS，故仪器不能携带亦 不算缺陷。随着技术的发展，一些新的QCT测量方 法在发展中，如：容积定量CT( Volume QCT，vQCT) 是在三维空间分布上衡量骨强度的方法，该方法对 扫描后的兴趣区进行表面体积相关方程的数据分 析,并自动定位重建图像，从而了解该区域的骨强度 及骨几何学排列状况，随着多排螺旋CT的应用，多 平面重建功能使该技术得到了长足的发展。外周骨 QCT( Peripheral QCT，_PQCT)是特殊设计用于衡量末 稍骨状况的设备，具有高分辨率的图像三维重建功 能，对药物治疗反应比DXA更敏感,可同时提供骨 量和骨强度信息，因该仪器体积小、放射线剂量少、 价格低，在骨质疏松的诊断、治疗、疗效评估、流行病 学调查及骨折风险评价等方面日益发挥出巨大的作 用。显微CT( Micro - CT，jjlCT)可直接计算骨体积 和总体积之比（BV/TV)及其他一些参数，如骨小梁 厚度、间隔和数目等几何构架,这对骨质疏松做出早 期、明确的病理诊断有了突破性的促进作用,发展潜力巨大。

2骨质疏松症

骨质疏松症（Osteoporosis, OP) —词最早于1885 年由Prollmer首先提出。其定义为单位体积内骨组 织(包括有机物和无机物）的绝对减少，从而导致骨 强度降低、骨脆性增加的一组疾病。而1999年10 月22日通过的《中国人骨质疏松症建议诊断标准 (第二稿)》中，将骨质疏松症进一步定义为：以骨量 减少、骨组织显微结构退化（松质骨骨小梁变细、断 裂、数量减少，皮质骨多孔、变薄）为特征，以致骨的 脆性增高及骨折危险性增加的一种全身性骨病^[22]。

骨折疏松导致的骨折称脆性骨折，以脊柱为例， 正常人的椎体主要由小梁骨构成。它们纵横交错形 成椎体的初级结构。当外力作用于脊柱时,产生压 缩力通过椎间盘传导到椎体终板，由小梁骨中心向 四周扩散，在椎体内部形成应力^[23]，一旦应力超过 小梁骨能承受的强度，小梁骨的结构就会破坏，失去 稳定性，局部的裂隙进一步发展就会发生椎体骨折。 Keaven等^[24]通过分析椎体皮质与小梁骨的力学特 性，发现小粱骨的机械强度与椎体表面密度的平方 成正相关。另外，小梁骨的强度也与其组织形态结 构有关，包括小梁骨的排列方向、连接方式、粗细、数 量以及小梁骨的间隙。随着衰老和骨质疏松的发 生，小梁骨的表面密度逐步下降，小梁骨的形态结构 也受到影响。在一定的压缩力作用下，小梁骨结构 失稳，出现局部碎裂继而骨折。

3骨质疏松症的诊断

WHO推荐使用骨密度T值[T值=(所测骨密 度值-正常年轻人群平均骨密度)/正常年轻人群骨 密度的标准差（SD)]来进行诊断。T值> -1.0为 正常，T值< -1.0而> -2.5为骨量减少,T值< - 2.5为骨质疏松，T值< -2.5合并骨质疏松骨折为 严重骨质疏松。

应该特别指出的是,WHO的标准是根据DXA 腰椎正位骨密度测量结果，适用于白种人妇女，以后 又推广到髋部骨密度值。目前国内所使用的DXA 多数是进口的，机器自身所带的正常人数据库主要 是白人妇女的。有些机器也有一些中国人或亚洲人 群的正常数据库，这些数据库的样本量一般没有白 人数据库那么大，使用前应尽量了解数据库来源。 中国人的骨密度一般比白种人低，关于这一标准是 否适合中国人群，国内学者做了很多工作，如沈霖研 究^[M]表明中国人BMD值普遍比欧美人低5%- 15% ( -0.5 SD)。1999年10月22日通过的《中国 人骨质疏松症建议诊断标准（第二稿）》中，将骨质 疏松以汉族妇女DXA测量峰值骨量（M ± SD)为正 • 126 •

常参考值，进行诊断。结合该标准，国内许多同行根 据本地区特点，结合地区所测量数据，提出各地区的 诊断标准。但以骨密度T值矣-².5或矣_².0作 为诊断标准仍有疑义,且以哪些部位作为诊断依据 一直存有较多争议，刘忠厚等^[1]认为：由于骨质疏松 引起的骨折以腰椎压缩性骨折、股骨颈、桡骨远端为 多，这些骨折给患者带来的痛苦及给社会造成的负 担都是较大的，所以测量部位以上述3个部分为宜。

骨质疏松症所引发骨折早已引起国内外学者的 共同关注,Wainwright等^[26]报告了美国骨质疏松性 骨折研究课题（Study of Oste orosis Fractures，S0F): 243例髋部骨折患者中，其椎体骨密度测量结果有 54%未达到T矣-2.5。Gentant^[27]提出的骨折阈值 为100-110 mg/cm,这个阈值以上很少发生骨折， 阈值以下骨折发生率明显增高，而骨密度值在60 mg/cm以下时，骨折的发生是很常见的。以后李景 学^[28]提出105 mg/cm为骨折的阈值，更支持了 Grenant的研究。QCT提供的精确的骨密度数据，可 以使医务人员及患者有针对性的进行预防措施及功 能锻炼，预防骨折的发生。

自2002年起，国际上主流认识是使用BMD联 合一个或多个骨折风险因子（Clinical risk factors， CRFs)来共同诊断和评估患者骨质疏松症的轻 重^[29]，在很多西方国家的相关医疗机构中，已经用 来评估绝经后妇女绝对骨折风险程度^[3°^]。近两年 来，随着对骨折风险因子的研究深人，国际上又逐渐 开始使用 FRAX 工具（WHO fracture risk assessment tool)来评估临床患者哪些人更需要骨质疏松诊断和 治疗,我们亦该加强这方面研究。

4 QCT在骨质疏松治疗中的应用

骨质疏松分原发性、继发性、特发性三类，目前 临床上最常见的是原发性的骨质疏松，即绝经后骨 质疏松症和老年性骨质疏松症。最新的美国《临床 医生预防和治疗骨质疏松症指南》指出治疗手段有 补充钙剂、一定强度的运动、预防及治疗用药;治疗 药物有二膦酸盐（阿仑膦酸盐和利塞膦酸盐）、降钙 素、雌激素和(或）激素、甲状旁腺激素（FTH1 -34) 和雷洛昔芬。并强调65岁以上的女性必须定期进 行骨密度测量，建议两年一次。

如果没有可重复性的数据进行对比，就无从比 较两组数据的差别,对骨质疏松的治疗也是如此，只 有在治疗前后具体的数据对比才能得出治疗效果的 优劣。因为QCT受体位影响小，其检查结果有敏感 性高、准确性好、重复性强的优点，两年一次的检査 其放射剂量完全在安全范围内，所以可作为随访的 检查手段。

5结论

QCT对骨密度变化的敏感性、测定的精确性、检 查过程的快捷性、方便性、放射剂量的安全性、投资 的经济性等诸多优点，具有广泛的临床应用前景和 潜力，值得加速发展。随着精度更高的新生代CT不 断被引进，为骨质疏松的临床和研究又提供了一种 更好的手段。但仍有大量工作需要进行，如对校准 系统和配备的软件标准化、标准体模统一化、制定统 一的诊断标准以实现横向研究等。

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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