不同QCT骨密度测量体模材料对骨密度测量值的影响

[摘要]  QCT骨密度测量方法值得在基层推广，为了保证测量质量，本文从基本原理上解决为什么

用体模和用什么体模的问题？方法通过放射线的物理理论，计算被测物质的减弱系数、CT值和BMD。结果 羟磷灰石体模放射线特性和测量结果与骨矿一致，推荐应用；磷酸氢二钾体模测量准确度误差12.45%，且

易发生气泡和沉淀而变质，供选用者参考。

[关键词]QCT;骨密度测量；体模；减弱系数

1982年Genant和Cann研究制成功QCT测量 方法^[1], QCT的最大优点是可能研究任意三维空 间的密质骨和松质骨的体积密度^[1~^4],由于松质骨 的骨量仅占全身骨总量的20%，密质骨占80%， 而松质骨占全身骨总表面积60%以上，其骨转换 较密质骨高8倍；所以观察影响骨密度的因素和诊 断骨质疏松以松质骨最敏感^[2]，即QCT较DXA更 敏感。余氏等用QCT和DXA对443例腰椎BMD 作了调查，发现女性BMD年降率分别为L 09%和 〇. 6% ^[3];由于采用计算机横断层的方法，易于排 除骨内外高密度结构重叠的影响（DXA测量方法 中，主动脉钙化和椎间关节退变的硬化增生重叠在 脊椎扫描图上，引起假性骨密度增高）^[2’^4]。Gil- sanz认为从出生到青春期中轴骨和四肢骨的松质骨 体积骨密度没有种族和性别差异^[5’^6]。Neu用_PQCT 测量烧骨远端4%部松质骨BMD，发现女性6 ~ 23 岁基本不变，男性<15岁随年龄不变，>15岁增 加10%;该年龄时期由体重和肌力增加引起的骨 负荷增加主要由骨横切面积（男女分别增加1.8 和2. 2倍）及皮质厚度增加来补偿^[6]。余氏报导 QCT腰椎松质骨骨峰值，男女都在10 ~ 19岁组 (n = 23),没有性别差异^[7]。据Lu等报告在5 ~ 27 岁股骨中段皮质骨的体积骨密度为一个稳定的值,

与年龄增长没有任何关系^[8];从目前报导的资料 估计腰椎松质骨体积骨密度峰值可能在儿童期已达 到，真是如此，（?CT测量儿童和成人腰椎松质骨 体积骨密度，只要有一个正常参考值即可，较 DXA方法诊断儿童骨质疏松要一系列参考值方便 多了。据胡唏裳^[9]、Heack^[1°^]报导QCT预测桡骨 远端和脊椎骨折较DXA敏感（对68例绝经后的妇 女分为脊椎楔形变20% ~ 25%和> 25%两组，用 QCT、DXA和SPA测量两组间的BMD差别分为 20%、11%和无差别^[1。^])。另一方面，QCT测量松 质骨BMD不受R0I (感兴趣区）的骨边缘线和部 分容积效应的影响^[2];但QCT测量BMD的放射线 接受剂量较DXA高，且仅为常规腰椎间盘CT断 层剂量的1/3 ~ 1/4。由于QCT在松质骨测量技术、 骨质疏松诊断方法、观察骨量变化、预测骨折能力 上有上述优点，仍然有许多医院和研究单位应用； 现在我国的县级医疗单位都有CT机，只要花不多 的费用购进QCT专用体模则能开展骨密度测量， 为基层医院开展骨质疏松的诊治提供优良的手段。

QCT骨密度测量主要用过两种体模，即磷酸氢二 钾（K₂HP0₄)溶液体模和注塑羟磷灰石[Ca₅0H (P〇₄)₃]体模nn，这两种体模我国均有使用,前者不 利于长期保存，该溶液体膜放置不久则在密闭的溶液

内产生气泡和沉淀，致溶液变质而影响测量结果，再 则从成分上代表骨矿方面不如羟磷灰石(人骨矿成分 中约85%是羟磷灰石）^[2]。骨密度是用放射线进行 测量，要求体模的放射线特性与骨矿一致，以下重点 分析两种体模的放射特性的差异。该特性和数据从 放射线物理学和医学物理理论计算即可获得。

测量BMD物理原理

根据放射线与物质互相作用的原理，放射线可 以穿透物质，同时被物质（或体模）吸收，物质 与放射线的相互作用遵循吸收定律/ = /。6>乂为 未被物质吸收的放射线强度，I为被减弱系数A厚 度t的物质吸收后的放射线强度，e为自然对数 底^[1°^]，吸收放射线的量由物质（体模）的A决 定，^被物质（或体模）的密度P除得到质量减

弱系数=也；根据核物理方程丛=々浐⁹⁴ . A + P    P

A^[1°^]可以计算出JJL,方程中A为常数通过实验可得， 云为物质（或体模）的平均原子序数，X为放射线 的波长，A的值大约为0.2,只要知道乏就可以计算 出A值，Z的计算;请参考地脚注解。原则上只要求 物质（体模）的乏和骨矿的乏一致或接近就可以作体 模材料。QCT用的体模为羟磷灰石[Ca₅0H (P〇₄)₃]和磷酸氢二钾（K₂HP0₄)两种，它们的 平均原子序数分别为15.86和15.59,是很接近的，而 且K₂HP0₄的水溶性很好^[1°]，所以20世纪80年代用 &1^0₄溶液制成等效骨体模；为了从物理原理上对 两种体模的特性进行比较，通过专门书刊查得本体模

相当的减弱系数^[13]，由减弱系数计算各体模和水的 CT值，最后用CT值计算骨样本的BMD进行比较。

三物质的线性和质量减弱系数

要获取QCT的BMD,必须根据Ca₅0H

(P0₄)₃、K₂HP0₄和水三物质的|x和^可由计算

P

得到，质量减弱系数1由书中查得（表2)^[13]， p

同时查得Ca₅0H (P0₄)₃和K₂HP0₄的密度p分别

为3. 2g/cm³和2_ 56g/_cm^3[14]，根据A直接计算线 *    P

性减弱系数^ (见表1 - 1 )，^和1随放射线能

P

量增大（kev)而变小，随物质密度p增大而增

大，|x的变化大于&，是因为各物质的密度p差 P

异较大有关，当用质量减弱系数则三物质之间的差 异变小了（见表1-1和表1-2)。

根据减弱系数叫计算CT值

通过CT值H = 1000 x

IK

[15]

计算 CT 值 H，Ca₅OH (P0₄)₃、心1^0₄和11₂0 的 CT值分别以H_t、H_k和表示，CT值随放射线 能量kev的增大而变小（见表2)。

物质的CT值随物质p的增大而增大，Ca₅0H (P〇₄) ₃ 的 CT 值大于 K₂HP0₄, K₂HP0₄ 的 CT 值大 于水的。

的ROI获得骨的CT值（H_b)则可以计算出BMD。

图2 CT值与放射线能量kev的关系曲线 Fig 2 The related curve to CT value and energy of radiation (key)

表3不同放射线能量下的^值BMD= ^{Hh X}_h^CK方程计算骨样本BMD,知道骨样 本的H_b和体模的f则可计算BMD,查表3可知在

80kev 能量下的 Ca₅0H(P0₄)₃ 和 K₂HP0₄ 的^分

别为0.9141和1.〇²80;由表2查得骨样本的骨矿 密度p为3. 2g/cm³下以[Ca₅OH (P0₄) ₃ ]代表骨矿 的(^值札=3500.8,骨样本的实际骨矿浓度为 200mg/cm³，则 200mg/cm³ 的 CT 值 H_b = 3500. 8 + 3200x200=218.79。Ca₅0H(P0₄)₃ 体模测量 BMD

=H_b x ―― - 218.79 x 0.915 = 200mg/cm³； H

K₂HP0₄ 体模测量 BMD = H_b x ^ = 218.79 x

H

1. 0280 = 224. 9mg/cm³。

用Ca₅0H(P0₄)₃为体模材料测量BMD,与实 际值为200mg/cm³的骨样本是一致的；用&1^0₄ 为体模材料测量同一骨样本的BMD为224 9mg/ cm³,测量值大于实际值24.9mg/_Cm³,大于实际值

I.   45%，K₂HP0₄体模测量BMD的准确度误差为 +12.45% ₀

图3体模g值与放射线能置kev的关系曲线

Fig 3 The related curve to CK/H of phantoms and radiation energy

两体模测量骨样本BMD的测量误差

某骨样本的BMD实际值为200mg/cm³，根据

表4两种体模测置骨样本BMD的误差

结 论

羟磷灰石体模的放射线特性和测量结果与骨矿 一致，长期不变质；磷酸氢二钾体模测量BMD的 准确度误差较大（为+ 12.45%),且易发生气泡、

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