双源CT双能定量（QCT）骨密度测量体模软件检测方法扫描测量骨密度的临床研究

 [摘要〕目的比较双源CT双能骨密度测量方法（DEQCT)与单能定量CT骨密度测量方法（SEQCT)测量正常成人腰椎骨密度的准确性。 方法应用自行设计开发的双源CT双能骨密度测量软件及临床上常用的SEQCT测量方法分别测懂正常成年人腰椎骨密度，并将两种测量方法所 测骨密度值进行比较。结果DEQCT法所测各年龄组腰椎骨密度值变化与年龄明显相关,且均较SEQCT法测量值高，两者间均有显著性差异（P < 0. 05)结论DEQCT测量法一定程度上弥补了目前临床上常用的测量方法的不足，能够为临床提供较SEQCT法更为精确的骨密度测M值。

骨密度（bone mineral density, BMD)是指单位体积骨组织 内骨矿物质的含量,能够准确反映骨组织的数量，因此目前临 床上用于引起骨质变化的相关疾病的诊断及评价治疗效 果"’²¹。目前临床上常用的BMD测量方法主要有双能X线 BMD 测 M法（Dual Energy X-ray Absorptiometry，DEXA)及单能 定量 CT 测量法（Single Energy Quantitative CT，SEQCT)⑴，但两 种方法均存在缺陷，其测量值与真实值之间存在较大的误差。 理论上最理想的BMD测量方法应该是双能定量CT法（Dual Energy quantitative CT，DEQCT )^[4;,本研究在充分认识双能 BMD测量原理的基础上，设计开发出应用于西门子双源CT (dual source CT,DSCT)的双能BMD测量软件,对正常成人腰 椎进行DEQCT、SEQCT测量，对比这两种测量方法的优缺点。

1材料与方法 1.1材料

I.   DSCT双能软件的设计开发根据CT值测量的原理， 按照椎体松质骨五种组成成分（骨矿物质，胶原，水，脂肪和红 骨髓）所占比例不同分别进行计算，并结合不同成分对不同能 量X线的衰减系数不同由东北大学中荷生物医学与信息工程 学院设计开发出应用于西门子DSCT的双能BMD测量软件。

II.  实验对象选取100例健康者（体检正常，血钙、磷、碱 性磷酸酶及肝功正常，尿常规及尿糖正常，无甲旁亢、肾及肾上 腺疾患，未服用类固醇激素）。男50例，女50例，年龄21 ~70 岁。分为5个年龄组:21 ~30岁，31 ~40岁，41 ~50岁，51 ~60 岁,61 ~70岁，每组男女各5例。

12 方法

2.   2.1 CT扫描方法及扫描参数使用西门子3。《^«₁₁〇_(!£^- tion64层DSCT。双能扫描参数：A球管140 kV,70 mAs,B球 管80 kV,297 mA_S，准直器宽度1.2 mm,螺距0.9,融合参数

12.  3,重建层厚5 mm,重建函数D70f;单能扫描参数：120 kV, 120 mA_S,准直器宽度丨.2 mm,重建层厚5 mm,重建函数D70f。 1.2.2扫描方法首先进行单能方法扫描，将单能运算体模

1东北大学中荷生物医学与信息工程学院

第一作者:蒋宝国（1968-),男，主治医师，博士，主要从事放射学研究。

(东北大学自行研制）置于志愿者腰部后方，同志愿者一起扫 描;每一志愿者均只扫描第四腰椎，然后去除运算体模，进行双 能方法的扫描。扫描结束后将图像统一重建厚度为3 mm,每 一椎体重建图像为5幅。

1.2.3测量方法

13.  2. 3.1 DEQCT测量方法将重建后的每一志愿者腰椎双 能扫描图像载人自行设计的双能BMD测量软件中，分别测量 椎体中心部的BMD，取平均值。见图1。

1.2. 3. 2 SEQCT测量方法将重建后的志愿者腰椎椎体与运 算体模同时扫描的单能扫描图像载人东北大学设计开发的单 能BMD测量软件中，记为单能体模法，分别测量目标体模中心 部的BMD值，然后取平均值。

1.3统计学分析应用SPSS13. 0统计软件，采用t检验对以 上两种测M方法所得的各组数据进行统计学处理。

2结果

应用DEQCT及SEQCT测量法所测得正常成人BMD均与 年龄明显相关，其水平以21 ~30岁最高，且女性BMD高于男 性;41 -50岁后男性高于女性。另外从测量结果还可以看出， DEQCT与SEQCT测量法相比，其测得的数值较大，每一年龄组 间所测均值的差别均具有统计学意义(P<〇. 05)。见表1。

表1两种测量方法测量不同年龄段、不同性别 第四腰椎BMD值比较(无± s ,m&/cm³)

年龄  男性 女性

3讨论

腰椎是骨质疏松最早受累和最常见的部位，椎体的主体几 乎都是由松质骨组成，其代谢转换率是皮质骨的8倍，骨量变 化可早期出现，因此临床上多测量腰椎BMD来判定是否存在 骨质疏松。目前临床上应用较为广泛的测量BMD的方法主要 是DEXA及SEQCT,而两者均存在一定的缺陷^[5’⁶⁾。DEXA所 测得的骨矿物质密度为扫描区内所有骨的总和，是二维投影，X 线所经过的范围内所有结构都包括在内，因此容易造成误差。 QCT所测的是真正意义上的体积BMD (g/cra³)，完全排除了骨 大小的影响，还可以区分松质骨和皮质骨的BMD,并且可以更 加准确地进行几何形态学参数的测量。松质骨的主要组成成 分为骨矿物质、胶原、水、脂肪和红骨髓，SEQCT方法不能分离 出松质骨中其他成分（主要是脂肪）对测量结果的影响^W，即 SEQCT将松质骨中脂肪、胶原等同于水,而忽略了这两种成分 对BMD的影响。理论上骨内脂肪、胶原基质及骨周围的软组 织导致SEQCT测量BMD的误差可通过DEQCT扫描的方法补 偿。双能方法早在九十年代就被提出,但由于CT设备的限制， 单源CT进行双能扫描时需行2次扫描，因此受到图像配准的 影响，而且操作较为繁琐，同时也没有开发出相应的软件，所以 一直未能受到重视。2005年,西门子公司开发出新的双源CT， 这种CT采用两种能量同时扫描的方式为BMD的测量开辟了 新的方向^[7]。

本次实验DEQCT法测量与SEQCT所测BMD值均与年龄 具有明显的相关性，即在21 ~ 30岁时为BMD的峰值年龄，随 着年龄的增长BMD值逐渐下降。但是,两种测量方法在每一 年龄段所测的BMD值却存在一定的差异,DEQCT法所测值均 高于SEQCT法。理论上,双能方法的测量结果更接近人体椎 体BMD的真实值。临床上常用的SEQCT的基本原理是^[8’⁹⁾: 利用CT扫描层面内的每个小单元（即体素）可获得系列的X 线吸收系数，经数学运算，可得到每一体素的X线吸收值，从而 构成一个数字矩阵，每一体素的吸收值（U),与水的吸收值（U 水)相减,再除以水的吸收系数所得的商乘以1 〇〇〇,即为某物 质的CT值，故其CT值=〔（U-U水)/U水〕xl 000⑷。测量 时，被测体与已知浓度的羟基磷灰石参考体模同时扫描，可得 扫描层面上需要测量区域的CT值(设为Hb)和同时扫描的参

考体模的CT值(设为HK)，参考体模内的标准水的CT值(设 为Hw),则该测量区域的BMD (设为Db)的计算方法:Db = 〔（Hb-Hw)/HK-Hw〕xCk (—”〔”，其中^为已知参考 体模羟基磷灰石浓度。本文前期应用DEQCT软件进行的离体 猪脊骨及体模测量实验都证明DEQCT测量方法所测BMD值 较SEQCT法更接近离体猪脊骨的灰重密度及体模的实际钙盐 密度。尽管目前SEQCT临床上应用较多，但是由于其设计原 理上的缺陷，必然会导致测量值不够准确。另外，SEQCT在测 量时需要同时应用运算体模，而不同的厂家生产的运算体模均 不同程度存在误差,即运算体模制作过程中体模中的不同浓度 的钙盐含量值不准确,导致测量值的误差。

DEQCT对BMD的测量考虑了松质骨中各种成分对BMD 的影响，而且不需要临床常用的SEQCT必需的运算体模，因此 测量结果不受运算体模的影响，测量结果更为稳定可靠。同 时，在软件的设计过程中,考虑到CT扫描仪管球输出功率可能 存在偏倚，因此在测量每一幅图像时，本文采用脂肪定标的方 法,即根据脂肪对X线的经验衰减值，反过来计算出管球实际 的输出能量,这样保证每次的测量结果不受管球输出能量偏倚 的影像。

虽然由于双源CT设备的普及率较低，以及受检者接受的 辐射剂量较髙，该方法尚不能向DEXA那样适用于大量人群骨 质疏松的筛查，但是设想随着设备的普及以及CT扫描方法的 优化，该方法定会受到临床的广泛重视。总之，DEQCT测量方 法改进了目前临床上常用的测量方法的不足，能够为临床提供 较SEQCT方法更为精确的BMD测量值。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
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