容积性定量CT（QCT）骨密度测量体模软件检测方法测量股骨近端骨密度 准确性研究
成都华西华科研究所分析容积性定量CT（QCT）骨密度测量体模软件检测方法测量股骨近端骨密度 准确性研究
摘要：目的通过分别对比容积性定量CT(vQCT)、双能X射线吸收法（DXA)与灰化法测量股骨近 端骨密度结果，确定并对比相关性，进行指导临床骨质疏松诊断及治疗。方法选取20个尸体股骨 近端标本，先使用DXA骨密度仪扫描，测得骨矿含量（BMC)及骨密度（BMD)。再对标本相同部位行 64层螺旋CT扫描，数据导人〇steo CAD软件自动分析得出骨密度值。应用灰化法得出标本灰质量 密度。所有资料进行统计分析分别确定并对比vQCT及DXA测量的骨密度值与灰密度之间的相关 性。结果vQCT测量股骨颈骨密度与灰质量密度线性相关性较好〇 = 0.852,P<0.01)，DXA与灰 质量密度的相关性略差（r=〇.807，P<0.01)。结论vQCT测得的骨密度较DXA与灰质量密度线性 相关性更好，可靠性高，对于诊断骨质疏松，预测骨质疏松性骨折，评价、指导骨质疏松骨折手术更有 应用价值。
关键词：骨密度；骨质疏松；容积性定量计算机体层摄影术；双能X线吸收法
骨质疏松症（osteoporosis, OP)是以骨量减少、 骨组织微细结构退化导致骨脆性增加和骨折危险性
增高为特征的一种全身性骨骼疾病，已成为影响健 康的严重疾病之一。目前对其诊断重要指标——骨 密度（bone mineral density, BMD)的测量方法，应用 较普遍较精确的有双能X射线吸收法（dual-energy X-ray absorptiometry，DXA )和定量 CT ( QCT)测量 法。目前认为QCT是贴近真正意义上的体积性密度的定量方法，不受骨体积大小的影响，对反映骨量 丢失和治疗反应更敏感；可得到骨的大小、形态等几 何参数U]。容积性 QCT(v〇lUmetriCQCT，vQCT)经普 通QCT改进，是惟一可在三维空间分布上衡量骨强 度的方法[1]。股骨近端结构复杂，三维骨密度差别 大,vQCT技术已推广应用该部位骨质疏松的评估， 对提高股骨颈和三角区骨密度测定的精确度有很大 帮助，又能分别对松质骨和皮质骨进行分析；可取得 几何形状及生物学相关的参数，显著提高测算股骨 近端骨强度能力。本研究通过分别对比vQCT法、 DXA法与灰化法测量人股骨近端骨密度结果，确定 并对比相关性,进行指导临床骨质疏松诊断及骨折 治疗。
1材料和方法
1.1研究对象及材料
选取10具人尸体髋部标本（男性4具，女性6 具，福尔马林浸泡保存4 ±2个月），详细检查标本 的健康记录和X光片，以剔除患有髋关节疾病、畸 形和肿瘤的标本，双侧共计20个股骨近端标本。 Norland RX-36 DXA 骨密度仪（美国 Norland 公司）、 Philips Brilliance 64 螺旋 CT (荷兰 Philips 公司）、 OsteoCAD 1.0分析软件及附带标准体模（中国 Neusoft公司）、工作站（酷睿双核/IG/160G)、电子 天平（Sartrius,准确度为1/10000 g,瑞士）、调温式 马福炉（上海生产）、500 mL量筒、坩锅、SPSS 11.5 分析软件。
1.2骨密度测量
I. DXA测量：髋部标本以双层塑料袋密封后 仰卧于塑料水箱底部中央，加水至20 cm深，使用 DXA骨密度仪以股骨颈为中心前后位自动扫描。 扫描前骨密度仪先作质量保证与标准体模扫描，检 测正常后扫描标本。DXA测量的结果包括两个参 数，一个为骨矿含量（BMC, g)，另一个为骨密度 (BMD,g/cm2)，等于BMC除以扫描面积。
II. vQCT测量：将标准体模放于标本下方仰卧 于水箱底部加水后，使用Philips 64层螺旋CT扫描 并重建，扫描参数：1. 〇〇 mm ( Slice Thickness )、 -0. 5 mm(Silce Increment)、120 kV、200 mAs。通过 工作站应用〇ste〇 CAD 1. 0软件自动分割股骨近端 及髋臼，分析得出股骨近端及股骨颈骨密度（BMD, g/cm3)和相应骨矿含量（BMC , g)。
1.2.3灰化测量:解剖分割出股骨并尽量剔除其软 组织，放入编号的布袋中置于锅内沸煮至骨表面附
着的软组织完全松解脱离。将骨标本晾干后锯掉股 骨干部分制成股骨近端标本，然后手动分割出股骨 头、股骨颈及粗隆部分,利用浸出法测出各部分体积 (精确至0.1 mL)。将骨标本分别置人编号的坩埚 后，放于马福炉内加温至600$保持恒温8 h,取出 于干燥皿中降温至室温，使用电子分析天平称出其 质量（精确至0.1 mg)。根据密度=质量/体积，得 出标本灰质量密度（g/cm3 )。
1.3统计学处理
资料运用SPSS软件进行相关度分析分别确定 CT测量及DXA测量的骨密度值与标本灰密度之间 的相关性，用Students’s法检验均数之间差别的显
著性。
2结果
2.1 DXA测量结果
标本经DXA测量得出股骨颈部分骨矿含量 (BMC，g)及骨密度（BMD,g/cm2),结果见表1。
表1 DXA测量结果（无±4
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项目 |
骨密度（BMD, g/cm2) |
骨矿含量（BMC，g) |
|
股骨颈 |
1.0788 ±0. 1760 |
5. 0949 ±1.2629 |
2.2 vQCT测量结果
标本经vQCT测量得出股骨近端及股骨颈骨密 度（BMD,g/cm3)和相应骨矿含量（BMC,g),结果见
表2〇
表2 vQCT测量结果（元±〇
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部位 |
骨密度（BMD, g/cm3) |
骨矿含量（BMC,g) |
|
股骨颈 |
0. 2126±0. 0840 |
5. 1294 ±1.5800 |
|
股骨近端 |
0.2218 ±0.1317 |
14. 0822 ±3.8880 |
2.3灰化测量结果
标本经灰化测量得出股骨近端及股骨颈体积 (cm3)和相应灰化质量（g),并根据密度=质量/体 积,得出标本灰质量密度（g/cm3),结果见表3。
表3灰化测量结果
|
部位 |
体积（cnj3 ) |
质量（g) |
密度（g/cm3) _ |
|
股骨颈 |
13. 35 ±2.3114 |
6. 8906 ±1.2173 |
0.5175 ±0.0821 |
|
股骨近端 |
107. 35 ±15.9118 |
54. 5333 ± 13.0807 |
0.5068 ±0.0918 |
2.4 3种测量方法结果相关度
结果运用SPSS软件进行相关度分析分别确定 CT测量及DXA测量的骨密度值与标本灰密度之间 的相关性及骨矿含量与灰化质量的相关性。
表4 3种测量方法结果相关度（i±S)
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项目 |
DXA |
vQCT |
|
股骨颈骨密度 |
0. 807(P=0. 001) |
0. 852(P=0. 001) |
|
股骨颈灰化质量 |
0. 854(P = 0.002) |
0. 882(P=0. 002) |
|
股骨近端骨密度 |
— |
0. 849(P=0. 001) |
|
股骨近端灰化质量 |
— |
0. 865(^=0.002) |
3讨论
髋部骨折是骨质疏松引起骨折中数量最大，程 度最严重的一种，1年内死亡率比无髋部骨折者高 15% ~ 20%。就预测髋部骨折而言，有研究证实，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[2]。其中股骨Ward三角区被一些研究 认定为是评估骨质疏松性骨折危险性的最敏感部 位，随着年龄的增长BMD丢失速度为Ward三角区 >股骨粗隆部 >股骨颈 >腰2~4[3]。高龄人群发 生股骨粗隆部骨折的概率较股骨颈明显增高，腰椎 测定常常会受到干扰而不能真实反应实际的骨量丢 失量[4]。许多学者认为Ward三角区对骨量的特异 性高，但敏感度低/因此主张用测定髋部的总体骨密 度值来反映髋部骨量与骨强度之间的相关性比单一 位点的骨密度值的相关性更好.在实际应用中也可 根据不同的需要（临床研究、治疗、药物观察等）选 取不同的检测部位，并制定阈值[5]。
vQCT系利用螺旋CT扫描腰椎，随后对横断面 影像进行三维重建处理，测量一定容积内的CT值， 经与体模的数值进行校准、换算，得出vQCT数值， 能在很大程度上分析松质骨特征，重复性好，精确度 高[6]，可作为追踪测定。目前vQCT是惟一可测得 贴近真正意义上的体积性密度的定量方法，不受骨 体积大小的影响，对反映骨量丢失和治疗反应更敏 感；可得到骨的大小、形态等几何参数；也是惟一可 分别测量松质骨和皮质骨BMD及惟一可在三维空 间分布上衡量骨强度的方法。与QCT相比，DXA对 于老年人非骨性钙化如主动脉钙化、椎小关节退行 性改变，骨赘生物和椎盘狭窄会增加前后位测定的 骨密度值[6]。而且只能测量松质骨和皮质骨共同 的骨密度，由于构成松质骨的小梁骨的表面积大，转 换快，纯小梁骨的转换率近似为皮质骨的8倍最能 反映骨质疏松的骨量丢失，因此松质骨量丢失是骨 质疏松症早期临床表现。股骨近端结构复杂，三维 骨密度差别大，因此普通QCT测定意义不大。而 vQCT技术已推广应用该部位骨质疏松的评估，对提 高股骨颈和三角区骨量测定的精确度有很大帮助， 又能分别对松质骨和皮质骨进行分析；可取得几何
形状及生物学相关的参数，显著提高测算股骨近端 骨强度能力[7]。对股骨近段骨标本的研究[2]显示， 单独使用股骨颈小梁骨密度数据能解释48%〜 77%的骨强度数值变化情况、几何测量指标，如股骨 颈轴长度（FNAL)和最小截面积（mCSA)，亦为骨强 度的构成因素，3者结合时可反映骨强度状况的 87% ~93% ,行活体测量时股骨颈和粗隆间小梁骨 BMD的精确度分别为1.1%和0.6%,包括皮质骨 的全部骨BMD的测量精确度为3. 3%及1.6%。可 以认为vQCT在椎体和股骨近端等部位的骨强度评 判、骨质疏松的诊断及疗效观察方面是一种可靠的 测量方法[8]。vQCT测量的缺点是设备投资大，检 查费用高，辐射剂量较高。
近年来随着对骨质疏松症认识的日见深入，人 们开始认识并重视骨强度、骨小梁结构及骨骼的几 何参数等方面对诊治骨质疏松症的重要性，同时伴 随着CT技术的改进，包括更快的速度、更方便的软 件及更精确的光量子控制，提高了 vQCT测量的精 确度并降低了放射剂量，在螺旋CT基础上的三维 影像处理技术更是获得了长足的发展，进一步发挥 了 vQCT独特的区别小梁骨和皮质骨的能力，特别 是它对骨微结构和骨形态学的评估能力，可能在骨 质疏松诊疗方面会起更大的作用[9]。目前vQCT在 骨生物力学特性的测定尚存在一定的局限性，如果 将股骨近端的CT横断面影像经工程学和生物力学 上的特殊软件进行处理，进行骨质疏松性力学变化 的有限元分析（finite elemen analysis，FEA)，可提高 对骨强度的预测能力[1°]。这种体素法fea模型 (即将vQCT中的体素直接转换为有限元）可进一 步拓展vQCT在临床上评价股骨近端骨强度变化的 应用领域，是目前在相关领域中的应用是最引人注 目的[11’12]。有实验性研究认为，FEA模型可比单纯 应用vQCT测量能更好地对骨质疏松性椎体骨折进 行预测[13]，期待着这一技术在骨质疏松的临床应用 中得以广泛应用。
总之，本研究应用vQCT技术和DXA技术分别 对股骨近端尸体标本进行多个容积性BMD指标的 测量，并与灰质量密度法测量值相比较，显示vQCT 技术测得的骨密度较DXA与灰质量密度线性相关 性更好，可靠性高，且测量准确度和精度不依赖于骨 几何形态的变化，对于诊断骨质疏松，预测骨质疏松 性骨折，评价、指导骨质疏松骨折手术更有应用 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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