QCT骨密度测量体模软件检测方法技术 若干问题的探讨

目的:通过实验和临床研究，对QCT骨密度测 量技术中的扫描部位、扫描条件及不同软组织厚 度对测量结果的影响，以及测量体模的选择和使 用等问题进行探讨。方法:采用全身螺旋CT扫描 机，经憐灰石固体标准固体体模和羟磷灰石等效 液体体模,QCT骨密度测量系统软件，通过对猪脊 柱标本进行不同扫描条件的扫描测量，观察不同 的球管电压、电流和不同的层厚对测量结果的影 响;通过对人体各腰椎的检查对比,探讨检查部位 的选择;通过对不同深度的水中骨标本的扫描测 量结果分析，探讨不同厚度的软组织对测量结果 的影响;对比了固体标准体模和羟磷灰石等效液 体体模的使用效果。结果:①人体的五个腰椎中， 第一、五腰椎骨密度变化较大，扫描定位时倾斜角 度也较大;腰椎中间层面骨密度较低，上下层面骨 密度增高。②球管曝光的毫安量对测量无影响； 高球管电压可使体模转换曲线斜率略减小而骨组 织部位的CT值同时降低,对骨密度影响较小;层 厚增加可使腰椎骨密度增大。③不同深度的水 (100mm/150mm/200mm)轻度影响体模转换曲线的 斜率，也同时影响水中骨标本的CT值，但对骨密 度结果无明显影响。④使用固体标准体模和羟磷 灰石等效液体体模测量骨密度结果无明显差别。 结论:①选择第二、三、四腰椎进行骨密度测量，取 其平均值做为临床判断指标较为方便合理。②虽 然球管的电压，毫安量对骨密度结果影响不明显， 但扫描测量时，应当尽量采用同一的曝光条件;层 厚对骨密度测量影响较大，应当保证相同的层厚； 尽量采用统一的重建区域大小。③由于不同深度 的水同步影响体模转换曲线的斜率和水中骨标本 的CT值，所以只要同时扫描测量体模和骨组织， 对骨密度测量结果不会产生明显影响。④选择使 用固体标准体模或轻憐灰石等效液体体模测量对 骨密度测量结果无明显影响。

【关键词】定量CT;骨密度;质量控制

QCT骨密度测量羟磷灰石等效液体体模和软件的研制

 [摘要]目的通过试验测试，设计制作出与标准固体体模等效的QCT骨密度测量液体体模《并对体模完成合格性测 试，方法利用CT扫描机及测量软件，对采用不同浓度溶液制成的液体体模和采用羟磷灰石制作的_体体模进行对比，

获得合适的配比，制作成等效的液体体模。然后进行均匀性，线性.重复精度和准确性检测*结果两种测量体模的各项 指标基本相同=结论本项目设计制作的液体体模与固体体模是等效的_；能够同样应用于QC.T骨密度测量。

[关键词]定量CT;骨密度；体摸

[中图分类号]R32.2.71 [文献标识码]A [文章编号]1003-3259 (2003 U1-1566-03

骨质疏松症是危害中老年人健康的 常见病，其预防和治疗对保障中老年人 的身体健康、提高生活质量有着重要的 意义，也是各级医院和医疗机构，医学研 究部门重要的工作内容。骨密度（BMD) 测量能够反映骨量特别是矿物质含量的 变化.是诊断骨质疏松症的重要指标.骨 密度测量技术也逐渐成为临床检査的重 要手段之一。QCT骨密度测量由于其具 有良好的准确性和重复精确度而被公认 为是较好的一种骨密度M量方法d乜 本研究项目旨在通过实验研究，研制一 种能够与用羟磷灰石制作的骨密度测量 固体体模等效的液体体模.通过工艺优 化，使液体体模能够逐步成为一种性能 更加稳定，实用的标准化产品：

1材料与方法

1.1液体体模的制作液体体模采用有 机玻璃模体和不同浓度的磷酸氢二钾溶 液制作.横体加工成统一规格（图1)体积 大小和各密度区域孔径与国际通用的固 体体模一致•为了病人舒适，棱角加工成 仿弧形，测量时.把体模放在一个海绵 衬垫的模槽里，放在病人腰部下方。

图1有机玻璃模体

磷酸氢二钾溶液的浓度采用实验的 方法获取：在模体内装不同的浓度的磷 酸氢二钾溶液，与作为参照标准的羟磷

灰石固体体模（中国测试研究院参照欧 美同类体模研制）同时在固定条件下采 用深圳安科公司的先进的全身螺旋CT 做CT扫描_：对扫描图像进行图像测量. 结合计算找到与羟磷灰石固体体模完全 等效的磷酸氢二钾溶液浓度。

把等效浓度的溶液分装在模体的各 管道内，即可制作成骨密度测量标准体 模。针对液体体模日久易产生气泡的缺 点，我们除了采取加密封圏•密封胶等方 法加强密封效果外，还在灌装前对溶液 进行真空抽吸处理，同时还在管道一端 设计了一个只进不出的气泡储存结构1 能够使产生的微量气泡储存在管道的一 端，不影响测量，液体体模的另一个缺 点是日久可产生微量沉淀.我们也从采 用高纯度试剂，优质蒸塯水.配制后静 置•过滤等措施进行防沉淀处理，经过这 样的处理，体模的稳定性大大提髙。

1,2液体体模的均匀性和线性度检测 均匀性检测：是采用沿体模纵向以层厚

10 mm作连续扫描.扫20个层面，进行 测量和统计处理，求出相同浓度的各个 层面的CT均值.标准差和变异系数：线 性度检測：对体模扫描图像四个不同区 域（等效于〇.50_t100,2(X) mg/ml羟磷灰 石）的C丁值进行直线拟合，计算CT値 与标称密度之间的线性相关系数；对两 种体模的均勻性和线性度进行了对比。 1.3重复性测试在同样扫描条件下对 液体体模进行20次重复测试.测量图像 各区域的CT值,统计计算均数，标准差， 变异系数.得到短期的测量精度_：为了 观察长期的測量精度，每三个月对液体 体模进行一次重复测量*共测量了 7次 (18个月）.每次测量采用同样的扫描条 件扫描10次，求出均数，标准差，变舁系 数。此项测定采用同一个体模，也用来 检查液体体模的稳定性=

1.4与固体体模的对照测试采用不同 的扫描条件（球管电压：120, 130 kV;电 流s 30，40,50 mA，层厚 2，5,10 mm)同 时扫描液体和固体体模与质量控制体 模_；分别进行两种体模相同密度K域的 CT值对比，计算差值与固体体模标准值 的百分比=根据两种体模分别测量质控 体模中骨材料区域的骨密度，求出两个 骨密度的差值与固体体模测量值的百分 比。

I.   5准确性测试取40个猪脊柱椎体做 成标准形状标本，与液体体模一同扫描. 测量标本的骨密度。采用阿基米德原理 测量标本体积，用马弗炉把标本在 SOO°C，4h的条件下灰化，称重.计算出标 本的灰比重_D统计比较每个标本的骨密 度和灰比重，计算二者的差值•准确性 误差和线性相关系数.

1.S稳定性测试采甩定期检查体模内 气泡大小，以及观察对实际测量的影响 来探讨控制气泡的方法和评价气泡对测 量的影响。采用定期检查体模内沉淀产 生的情况来观察防止沉淀的方法的效 果,每三个月对同一液体体模进行一次 重复测量•每次测量采用同样的扫描条 件扫描10次.求出均数,标准差，对各组 测量数据的均数进行比较■检查是否存 在显著差别，观察沉淀对各密度区域的 CT值的实际影响。

1.7人体脊柱椎体对照测试利用液体 体模与固体体模同时测量人体对象20 例（图2),对结果进行统计分析.比较两

图2临床测量〔'T图像

种体模.实际测量效果的差别=

2结果

2.1液体体模的均匀性和线性度检测 均勻性检测结果：固体体模50.100,200 三个E域CT值的均值为：52, 45, 135. 75,287. 72 Hii。标准差为：0.26,

2.   42, 1. 2U变异系数为（〇. 42舛_ 0. 31 %，0. 42 M:液体体模相应三个区 域CT值的均值为：63. 95, 136. 95, 2SS.84 Hu,标准差为：0• 22, 0, 38, 0,32。变异系数为（0. 34%, 0. 28舛， 0, 28%) _t线性度检测结果：固体体模回 归公式：= 1.打；(：一.8.⁴1■线性相关系 数：r= 0. 9997。液体体模回归公式：j = 】.47：r _ 7. 798,线性相关系数：r =

12.  9998_e

2.2重复性测试液体体模重复性测量 结果：短期：50,100,200三,个区域20次 重复测量的平均值为：63. 75, 136, 64, 288. 78:标准差为：0. 61.. 1.1.347,2, 611。. 变异系数为：96%, 0• 99%,0. 90%, 长期：50，100,200三个区域70次重复测 量的平均值为：63. 74，136. 47,28S. 50» 标准差为：〇. 615,1.365,2. 612。变异系 数为：0. 96%, 1, 0.0%,〇. 91%。

2.3与固体体模的对照测试对照测试 结果，在不同扫描条件下，根据两种标准 体模测量质控骨模的结果：120kV各组 骨模密度值的差别在〇• 77〜L 5S之间， 最大相对变化为〇.抑％: 130kV各组骨 模密度值的差别在2. 53〜2. 98之间.最 大相对变化为1.59%。

2.4液体体模的准确性测试40个标本 的灰比重和骨密度测量结果如下：灰比 重平均值为422. SSO mg/_Cm³.骨密度平 均值为380. 896 mg,.__cm³,二者的差值在

2.    05S 〜64. 5S3 之间，.平均为.11. 66, 按(差值灰比重）X 100?/^十算准确性误 差为9. 86M,灰比重和骨密度的相关性

分析结果:线性相关系数为〇. 9666，P<

0.    00U二者具有非常显著相关关系„

2.5液体体模的稳定性检测拫据观察 和测量.经过良好处理的体模.半年内产 生的气泡不超过0.3 ctnh目前观察时间 最长的体模是一年半，产生的最大气泡 <0. 5 cm\设计的气泡固定装置使气 泡只进不出.把气泡固定在体模一端。 事实上我们的体模总长度是25 cm,在实 际测量时.由于不可能正好把体模放置 得完全水平，产生的小气泡总是停留在 体模的一端1cm以内，而进行腰椎 测量时，用到的体模中段长度不超过15 cm.所以一端的气泡不会对测量产生实 际的影响经防沉淀处理的溶液灌装后 三个月内不会产生沉淀.半年后在最大 浓度的溶液内可见极少量絮状物飘浮. 目前制作时间最长的体模是一年半，仍 只见少置絮状沉淀.未见可下沉或附于 管壁的沉淀物。我们对体模从开始使用 到现在每三个月进行一次测量，把每个 时期的数据与初始数据比较.做两个样 本均数差别的显著性检验 < 结果是各组 P值均大于〇. 05,说明体模各密度区域 不同时期CT值与初始值比较无显著差 别。

II.  S人体脊柱椎体对照测试利用液体 体模与固体体模同时测量临床检査对象 20例的结果：第三腰椎两种体模测量值 的差值在0.39〜L 91之间■相对变化在

3.1  23%〜L, 65%之间；第四腰椎两种体 模测量值的差值在〇. 12〜2. 34之间.相 对变化在0, 07%〜1, 30%之间_a 3讨论

3,1液体体模的技术特性均匀性检测 结果显示两种体模的均匀性很好。全长 各层面相差均不超过3个CT值.相对变 化不超过0.5%。线性度检测结果显示 两种体模的线性均良好，线性相关系数 均在0.999以上.长、短期重复性测试 各K域变异系数在1M以内.说明体模测 量具有良好的重复精度。

从稳定性检测结果来看，本体模的 防气泡和防沉淀处理是有效的，比未经 处理的液体体模稳定性有很大提高。虽 不能完全消除气泡和沉淀.但基本可以 做到在一到两年内不影响测量。液体体 模的制作成本低，即使出现了影响测董 的情况，也很容易更换1不影响使用。

40个标本的灰比重和骨密度测量结

果显示二者之间有一定差异.骨密度平 均比灰比重低66,准确性误差是

III.      86%，国内文献中A⁷]用牛脊椎骨和 自制的固体体模测试准确性误差是 8.6舛，骨密度高于灰比重。徐均超等^ 报道用人体脊椎骨和自制的液体体模 (仿Cann-Genant方法）测试准确性误差 是18.3%,骨密度低于灰比重。吴春营 等报道用人体脊椎骨和仿Cann-Genant 方法的液体体模测试髄质骨密度平均 (163. 81 士 49. 09) mg/cm³,而灰比重是 296, 59= 65. 70,骨密度明显低于灰比 重^[3].国外文献中报道单能定量CT采 用磷酸氢二钾溶液进行骨密度转换与灰 比重的差别为10%〜本实验使 用的是与羟磷灰石固体体模等效的液体 体模，测量的骨密度髙于原始的仿〇nn- Genant方法的液体体模，因此与灰比重 的差别小于徐均超•吴春营等人的结果> 灰比重和骨密度的相关性分析结果 表明二者呈显著线性相关.说明骨密度 能够很好反映骨内矿物质含量变化《对 临床来说，良好的线性相关性具有更大 的意义，因为临床判断是建立在与临床 诊断标准进行相对比较的基础上。

3.2与固体体模的对照测试结果显示 在各种条件下测量数据非常接近，质控 骨模密度测量结果基本相同，相差不超 过4个CT值，相对变化最大为1. 59%。 对照不同条件下的数据，可以发现在120

kV条件下两种体模差别更小。另外，还 可以发现，不同扫推条件对骨密度测量 也有轻度影响，但影响不是很大.本实验 中不同扫描条件之间造成的最大差别固 体体模是1. 20%,液体体模是2. 05%。 文献中也提到扫描条件对CT值有一定 影响但同时扫描测量体模能够在一 定程度上消除这种影响>

20例人体脊柱椎体对照测试的测量 结果显示：液体体模与固体体模到量的 骨密度非常接近■差别不超过2%。与离 体标本测量得结果基本相同，可认为两 个体模基本是等效的_：

3.3两种体模的综合评价根据以上实 验测试，可以看到我们研制的羟磷灰石 等效液体体模与中国测试研究院研制的 羟磷灰石固体体模基本是等效的。中测 院的固体体模是参考国外同类产品研制 的，是国外同类产品的国产替代产品= 成本价格较国外产品有所降低*但’由于 材料和工艺的原因，价格仍然偏高。我 们研制的等效液体体模则成本价格大大 低于固体体模•使我国医疗产品市场的 用户多了一种选择。目前，我们已经为 体模配备了功能强大的软件系统，并在 临床进行了大量的正常值检甜，建立了 临床诊断的正常值标准=•由于体模的等 效性，测量结果与其他的QCT测量技术 有良好的可比性=因此值得推广使用

明维思Mindways Image Analysis生产销售多种定量CT QCT骨密度体模软件分析系统
中国区联系人：王经理  手机：13398187118
电话：  028-65830598  028-83190122
传真：028-67708638  QQ：110480527 
邮箱：samwangcn@126.com 
网址：www.qctqct.com
地址：成都市静康路536号