定量CT（QCT）骨密度测量体模软件检测方法测量预测椎体压缩骨折的实验研究

 [摘要]目的探讨QCT骨密度测量与椎体骨力学强度的相关性，以明确QCT预测椎体压缩性骨折的可行性。方法 ①对32个椎体（T₇~LJ进行了三种方法的QCT骨密度测量（椎体中部5mm测量；椎体中部10mm测量；椎体5mm层 厚容积测量〕。②对32个椎体做了单轴压缩负荷试验并计算椎体压缩强度。③对三种QCT测量所得BMD值与椎体压强 做了相关性分析。结果三种QCT测量法所得BMD值与椎体压强均成正比，相关性显著（P<0. 01)。椎体中部10mm 层厚测量与椎体压强相关性最显著（r = 0. 777),椎体压强随BMD的增加有递增趋势.椎体压强与BMD之间存在平方回 归关系.其最佳方程为y=222. 151 — 2. 354x+0. 017x²。结论 QCT测量作为一种非侵人性方法以其高度的敏感性和准 确性可以估计椎体的压强从而预测骨折的危险性，其中以椎体中部l〇mm测量最敏感.可在临床实践中广泛应用。

[关键词]QCT密度测量；骨骼；脊柱；压缩强度；骨质疏松；CT

为明确QCT能否直接预测椎体的力学强度，确定QCT 最可靠简便的测量方法，笔者对不同的QCT测量方法和椎 体的力学强度做了相关性实验研究。

1 材料与方法

1.1材料的选取随机抽选取新鲜尸体5具，男4具，女1 具。年龄31〜53岁，生前无骨骼疾病及相关病史。将脊柱完 整取下，取胸腰段椎体（T₇〜L₄)共计32节。切断椎弓根去 除椎体后部结构.由椎间盘中部将椎体切开分割.保留椎体上 下终板及部分椎间盘。将标本置于一2(TC冷冻保存，测试前 在室温下充分解冻。

I.   QCT测量采用SIEMENS HIQCT机及所带的BMD 测量软件行标本测量，扫描参数133kV;175mA;2_s。将椎体

标本置入盛有生理盐水的有机玻璃槽内，将水槽放置在参照 模型上。先扫一幅定位像，然后做三种方法的扫描：①椎体中 部5mm层厚单层扫描；②椎体中部10mm单层扫描；③椎体 三维容积扫描。利用本机BMD软件分别获取三种不同方法 所得标本松质骨BMD平均值。

1.3机械力学强度测试将除去后部结构的32个椎体标本 上下两面各垫5mm厚橡胶片，使负荷垂直均匀作用于椎板。 应用材料测试机（吉林产万能材料测试机）做椎体单轴压缩负 荷实验.持续变形率为〇. lmm/s。在变形图上找到椎体变形 斜线不连续时为椎体最大负荷率。机械测试结束后去除椎间 盘，测量椎体面积得出椎体的机械力学压缩强度（n/cm²)。

2结果

椎体10mm层厚扫描所得平均松质骨容积约4〜6cm³， 5mm层厚扫描2〜4mm³,三维容积连续扫描8〜三 种扫描方法所测BMD平均值、范围、标准差（见表1)。

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通过不同曲线的拟合优度的逐步比较证实骨密度值与椎 体压强之间存在平方冋归关系，其最伴拟合方程为y =

222. 131 —2. 35 4x + 0.017x²(图 2)。

SO          1 Jl：l   160          juo          ；'40 bit；'

图2 曲线拟合后BMI)与椎体压强的二次曲线回归图

3讨论

通过三种测量方法所得结果分析表明椎体内钙盐的含景 是不均匀的•容积扫描所测的整个椎体BM1)高于椎体中部 扫描所测的B M D.表明椎体上下周边部的钙盐含量卨.而椎 体中部钙盐的含量低，最直观的解释为松质骨在椎体中部较 椎体的周边部要疏松的多.Tanaka「和Athmson ==的椎骨纤 维解剖研究表明椎体的骨质疏松最¥•发生的区域在椎体的屮 部•在骨质疏松的后期才波及到椎体周边部的骨质„由于持 重影响的结果椎体为了满足生化机械的需要椎丨本松质骨的构 筑发生了调整•由椎体中央向周围的水平骨小梁逐渐被吸收• 而传导压力的垂直骨小梁则增厚•造成了骨质疏松时椎体中 部松散的网状带。这一部位即成为骨质疏松时QCT骨密度 测量的最敏感部位。最近Konermann和Ebbesen的研究也 证实此理论本实验32个椎体中部BMD全部低于整个 椎体密度与Tanaka等的研究结果一致。Tanaka和lnoue^[。 的研究表明椎体内脂肪最先沉积在疏松的中部区域.以椎S 静脉管处最显著.由此向周边累及•骨质疏松与脂肪的沉积交 替进行，在单能QCT测量时，脂肪组织有效地造成了椎体中 部BMD的减低，特别在年龄较大的个体中低估f椎体的 BMD.造成了少量的误差，双能QCT可纠正此误差：椎体中 部BMD虽然低于整个椎体BMD.但它们之间存在显著的S 线相关与回归关系，椎体中部的BMD变化可以反映整个椎 体骨量的变化趋势.尽管脂肪的存在给骨密度测量带来了一 定误差，但这种误差可以通过以年龄、性别配对的相关回归来 排除^[6]。骨密度测量时应用的软件把椎基静脉管及周围的 区域排除在测量兴趣区之外•减少了脂肪的误差。必要时可 采用双能QCT测量以得到更准确的BMD值。

理论上讲椎体三维容积骨密度测量更为理想•因为它直 接显示了椎体的全部骨量。但目前的临床应用尚存在困难. 由于活体中扫描组织厚•定位误差可造成终板的容积效应•特 别当所测椎体存在楔形变、双凹变形或椎体的上下缘有局限 性凹陷^（Schmorl’s nocteO及病人的轻微移动都容易造成骨 密度测量的误差•此外老年患者椎体增生的骨赘包含在测量 兴趣区内可造成显著的测量误差。椎体中部单层QCT骨密 度测量方法简单•放射剂量小•所测量的部位为椎体BMD变

测董方法	椎体力学强度
惟体中部5mm单层测M	0. 716
推体中部l(>mm单层测量	0. 777
推体中部-:维容积连续扫描	0. 663

尽管种测量方法所得BMD值与椎体力学强度之间都 存在显著相关性.仉以椎体中部10mm层厚扫描所测BMD 值与力学强度的相关性最显著（r = 0. 777)见图1。

表1 种扫描法的BMD平均值、范围及标准差

测方法 .了	范围	5
^TTlTTl措厚单层扫描 139.2	6 7. S 2 S . 3	50. 226
lUmm }呈 竿-展_4 描 171). W	5-273. 1	4 9. 73〇
3 mm、维碎积连续扫描 2丨".n	81. 6-3 11. 〇	57. 767

椎体屮部l()mm层厚扫描BMD值和5mm单层BMD 值无显著性差别（P = 〇. 833) •椎体中部两种单层扫描与椎体 二维容积^描BMD有显著性差别（P = 0.002)。H种扫描方 法所得BMD值之间呈直线相关（PC0.001),而以椎体中部 两种单层测景的相关性最好（，-=〇.970,尸<0.001)。三种 测量方法所测BMI)值与椎体力学强度呈正比•其相关性见 表2。

表2二种测量方法所得BMD与椎体力学强度的相关程度tr值）

图1椎体中部lllmm层厚扫描BMD与椎体K强的相关性比 较散点图

由图1可以看出BMO与与椎体的压强关系不是直线关 系.为明确两者之间的回归曲线形式做了椎体中部层 厚测量BMD与椎体压强的不同曲线的拟合优度检验C表3)。

表3不同曲线拟合优度的逐步比较

	变异来源	df	Rss	ms	F	P
直线与	直线	30	36U343. 3-li
二次曲线	二次曲线	29	310208.219	10696.835
的比较	差值	1	.1013.1. 125	50135. 125	I. 6869	0. U39
二次曲线	二次曲线	29	310208. 219
与三次曲	次曲残	28	303328.75	10833. 19〇
线的比较	差值	1	6879. 469	687^.469	(i. 635	0.432
2次曲线	5次曲线	28	303328.7n	1U833.190
与四次曲	四次曲线	27	28167-1. 563	10-132.39
线的比较	差值	1	216.S-1. 187	21654.18?	2. 676	n. 113

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中国医学影像技术 2002年第18卷第7期

化最敏感的部位•因此可做为诊断骨质疏松症、观察疗效的敏 感X具•亦可做为老年性骨质疏松的普查工具1。

本实验对椎体采用的压缩形式为单轴压缩_T在这种形式 的压缩中胸腰段椎体支撑着绝大多数负荷、使体外的实验与 活体条件下更为相似。实验椎体标本保留了上下终板及部分 间盘并在压缩时加垫橡胶块•以弥补椎间盘的部分缺失，同时 使力更加均匀地作用于椎体，使压力的传导更接进于生理负 荷。切断椎弓根去除椎体后部结构，使力只作用于椎体。在 活体中骨质疏松症患者的椎体骨折常反映了这种压缩模式。 本实验只测量了椎体的轴向压力，而涉及到椎体后部结构、周 围韧带、肌组织等方面的外侧力、剪力、扭力等均未包括在本 实验内，小关节和椎弓传导力的比例主要取决于位置•很难进 行标准测试•与椎体骨质疏松时的压缩骨折关系不大。QCT 测量的13MD与椎体的力学压缩强度（n/cm-°)均呈正比•相关 性显著（PCO.Ol)。BMD与压缩强度的散点图提示BMD与 压缩强度之间的关系不是直线关系，经曲线拟合优度检验证 实椎体BMD与压强为平方回归关系（y= 222. 151 —2. 354x + 0.017x²)。椎体的压缩强度随骨密度的增加有明显的递增 趋势，同时也可以看到椎体BMD变化可造成压缩强度的较 大变异。这影响椎体压缩强度的因素除骨的钙盐含量以夕h 还存在有其他复杂因素，其中可能包括椎体本身松质骨、密质 骨复杂的排列结构方式以及由此产生的机械特性[⁸=_。因此， 定量CT骨密度测量与椎体复合强度之间的关系不可能是直 线的，但椎体的骨密度测量在力学强度中起主要作用。

在对三种扫描方法所测13MD值与椎体压缩强度的相关 回归分析中发现椎体中部l〇mm层厚扫描所测得骨密度值 与椎体压强的冋归效果最好（R² = 0. 604)。椎体中部5mm 扫描骨密度值次之（R² = 〇. 513)，椎体三维容积骨密度值与椎体压强的回归效果较差。二种测量方法之间的M归效果无显著性差异。以上结杲表明定量CT骨密度测量作为一种非侵人性测量方法，以其高度的敏感性、准确性可以预测椎体的力学强度*并能够在活体中预测椎体骨折的危险性，其中以椎体中部10mm测量法相关性最好，建议在临床实践中作为常规应用。

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