定量CT（QCT）骨密度测量体模软件检测方法与DXA测量近段股骨面积骨密度及T值的比 较研究

摘要：目的研究定量CT(QCT)测量近段股骨面积骨密度准确性和可重复性，并对QCT和DXA近段股骨测量结果及T值进 行比较性研究。方法来自前瞻性城乡流病研究（PURE)项目的103名女性和49名男性同一天进行髋关节QCT和DXA扫 描。对观察者间及观察者内CTXA测量结果进行分析，为了减小QCT和DXA因体模不同造成的误差，用Mindways回归方程 对QCT测量结果进行换算,并运用Bland-Altman分析及线性回归分析比较CTXA和DXA结果的差异和相关性。结果QCT 全髋关节（TH)与股骨颈（FN)的面积骨密度均低于DXA测量结果，分别为21.0%和17.8%。而QCT测量值用Mindways回 归方程换算后，减小了与DXA测量结果的差异。FN及TH的观察者内及观察者间CTXA测量误差分别为0. 070和0. 024 g/ cm²及0. 030和0. 012 g/cm²,与DXA重复测量误差相近。经过Mindways校准方程换算后，Bland-Altman分析显示CTXA和 DXA的TH的偏倚为-0.002(SD=0.05)g/cm²,而FN为-0.005 (SD=0.06)g/cm²。CTXA测量女性近段股骨的T值与 DXA的T值相关性很好,FN的R² =0. 809,TH的R² =0. 883。结论CTXA测量的髋关节aBMD与DXA的测量的准确性相 近，经过合适的调整,CTXA能够得出类似DXA的aBMD,对于老年女性其获得的全髋关节的T值与DXA结果相关性很好，从 而能够用于诊断骨质疏松。

关键词：定量CT;双能X线骨密度仪；面积骨密度;T值；骨质疏松

髋关节骨折随着人口老龄化发病率逐年上升， 其给社会、家庭和个人带来巨大经济损失和健康风

险。双能x线吸收仪（dual energy X-ray absorptiometry, DXA)测量髋关节面积骨密度（areal bone mineral density, aBMD)常被用来评价骨的脆性 情况，而获得的T值作为诊断骨质疏松的标准^H。 DXA这种二维平面投影的技术特点就要求患者合 适的体位以获得准确的结果^H。随着定量CT

(quantitative computed tomography, QCT)技术的发

展，实现了从近段股骨三维数据中获得二维面积骨 密度。从而通过_次〔1扫描，获得髋关节骨折患 者近段股骨的骨密度及解剖形态和结构分布^M ,而 不需要额外的射线剂量及再次摆动患者。本研究利 用QCT测得近段股骨面积骨密度与DXA测得的骨 密度进行比较。既往有研究报道QCT与DXA椎体 骨密度的相关性⁶⁷’⁹’¹⁰ ,然而关于髋关节的研究却 很少。为此，笔者利用QCT和DXA对中国老年人 群的近段股骨面积骨密度及老年女性的T值进行 了比较性研究，以评价QCT在髋关节骨密度测量上 及骨质疏松诊断上的价值。

1资料与方法

1.1研究对象

受检者来自“PURE ”研究项目的志愿者， “PURE ”研究项目为一项大样本、多国家的城乡前 瞻性流病研究^M。其中103名女性年龄范围46 - 76岁,49名男性年龄范围52 -76岁。所有受检者 均单独生活在北京的各个社区。受检者在同一天分 别进行QCT和DXA扫描。该研究经北京积水潭医 院伦理委员会批准实施。所有受检者在检查之前均 签署知情同意书。

1. 2 DXA检测

利用 iDXA 仪（GE Lunar, Madison, WI, USA) 对左髋进行扫描并测量分析，获得股骨颈（femoral neck, FN)及全髋关节（total hip, TH)感兴趣区面积 骨密度及T值，该T值为利用中国女性骨质疏松诊 断参考数据库得出¹³。测量的详细步骤既往进行 过描述。骨密度结果以克每平方厘米的等效羟 基磷灰石密度表示。对30位受检者重复摆位扫描 进行DXA仪器的精确性验证。每日会进行质量控

制扫描以保证DXA仪的可靠性。扫描前分别测量 受检者的身高和体重。

I.   QCT扫描参数及方案

采用东芝16排CT扫描机（Toshiba, Tokyo, Japan)加塾 Mindways 公司（Mindways Software Inc., Austin, TX, USA)的5样本固体体模进行螺旋扫 描。研究对象仰卧位进行双髋扫描，范围从髋臼顶 上1 cm到股骨小粗隆下3 cm。扫描技术参数:120 kV,125 mAs,床高 78 cm,螺距：0. 985, DFOV:400 mm,矩阵（512 X 512) , 1 mm层厚，标准算法重建。 CT原始图像从CT主机传输至QCT工作站，QCT PRO软件的CTXA HIP Version4. 2. 3自动合成测量 文件并进行测量分析。自动去除软组织并将近段股 骨从三维层面旋转和移动后，二维的平面投影图像 产生,并得出FN和TH感兴趣区的等效面积骨密 度。通过旋转能将近段股骨按照二维投照标准放 置，即股骨在矢状位和冠状位垂直水平线，股骨颈在 轴位上水平，从而便于将三维CT数据变为合适的 髋关节感兴趣区平面投影图像（图1)。QCT的面积 骨密度结果以等效标准水合磷酸二氢钾密度表示。 两名测量者分别独立测量27位研究对象的髋关节 面积骨密度，两周后_位测量者按照相同的方法重 复测量_次。

1.4数据分析

采用SPSS17. 0统计学软件对所有数据进行分 析。计量数据用均值±标准差表示。独立样本T 检验用来比较组间差异。CTXA和DXA测量结果 的相关性用线性回归进行分析。CTXA和DXA面 积骨密度的一致性用Bland-Altman分析进行检验。 均方根误差（the root~mean~square errors, RMS errors) 评价QCT和DXA测量结果的重复性如何。为了减 小QCT和DXA因体模不同造成的结果误差，笔者 用了下面的公式（Mindways回归公式）进行转换： FN: QCT_DXAaBMD = (CTXA +0. 001) /0. 775 及 TH: QCT_DXAaBMD = (CTXA +0. 007) /0. 834。

女性近段股骨QCT T值计算公式如下：

QCT-T 值=(QCT_DXA aBMD - aBMD平均值)/

^SD平均值

aBMD平均值为中国女性髋关节面积骨密度正常 值的均值，SD平均值中国女性髋关节面积骨密度正常

图1旋转功能：冠状面、矢状面、轴面髋关节旋转。髋关节感兴趣区：三维髋关节数 据转换为二维髋关节标准投照位

值的标准差，数据均来自中国女性骨质疏松诊断参 考数据库^&3。P <0.05为差异有统计学意义。

2结果

II.  QCT和DXA骨密度测量结果的差异

研究对象的基线信息显示在表1。男性身高及 体重大于女性，而两者的年龄及BMI无差异性。表 1也显示了两者骨密度的结果。QCT全髋与股骨颈 的面积骨密度均低于DXA测量结果，分别为 21. 0%和17. 8%。而当QCT测量值用Mindways回 归方程换算后，其与DXA测量结果的差异分别减小 为 1. 04% 和 1. 15%。

2.   2 QCT和DXA骨密度测量的准确性及结果相关 性

表2为QCT和DXA测量结果的准确性数据。 测量者内的全髋和股骨颈均方根误差分别为0. 012 g/cm²和0. 024 g/cm²,均小于测量者间的结果。 DXA重复扫描测量的结果准确性较高，全髋均方根

表1研究对象基本信息及QCT和DXA骨密度测量结果 Table 1 Characteristics of the subjects and results of the aBMD measurements using QCT and DXA

	Male (n =47)	Female (n = 104)	P
age (year)	65.2±5.5	62.9±6.9	<0.05
height (cm)	168.0±6.2	157.8±6.0	<0.05
weight (kg)	73.8±13.1	65.7±8.0	<0.05
BMI	26.0±3.6	26.4±3.5	>0.05
FN aBMD (DXA)	0.87 ±0.12	0.80 ±0.12	<0.05
FN aBMD (QCT)	0.68±0.10	0.62±0.10	<0.05
FN aBMD(QCTDXA)	0.88 ±0.14	0.80 ±0.13	<0.05
THaBMD(DXA)	0.96±0.13	0.87 ±0.13	<0.05
THaBMD(QCT)	0.80 ±0.12	0.71 ±0.12	<0.05
THaBMD(QCTDXA)	0.97±0.14	0.86±0.14	<0.05

数据表示为均值±标准差。BMI,体质指数;FN,股骨颈感兴趣 区；TH,全髋关节感兴趣区；aBMD,面积骨密度。aBMD(QCTDXA) 值为QCTaBMD值通过Mindways回归方程换算得出；DXA,双能X 线骨密度仪。

误差为0. 013 g/cm²,股骨颈均方根误差为0. 014 g/ cm²。图2为Bland-Altman分析对近段股骨这两个 区域的换算后骨密度值进行分析。Bland-Altman分 析证实了这两种骨密度仪结果的相似性，其全髋的 偏倚为■0. 002 ( SD = 0. 05 ) g/cm²,而股骨颈为-

III.      005 (SD= 0.06) g/cm²。全髋（P= 0.004)及股 骨颈（P <0. 001)测量结果的相关性均有统计学意 义。图3为老年女性QCT得出的T值与DXA T值 的线性回归分析，股骨颈的妒=0.809,全髋关节的 R² =0. 883。

图2 Bland-Altman分析显示QCT换算结果和DXA测量结果的绝对差异，以证实两者结果的相似性 Fig.2      Bland-Altman analysis demonstrated absolute difference between DXA-derived aBMD and QCT-derived

aBMD, confirming the instrument similarity

表2 QCT和DXA骨密度测量的准确性

Table 2 Precision results of QCT and DXA.

		QCT	DXA
	测量者内	测量者间	重复扫描
	RMS error	RMS error	RMS error
	Intra-observer	Inter-observer	Intra-scans
	RMS error	RMS error	RMS error
FN (g/cm2)	0.024	0.070	0. 013
TH (g/cm2)	0.012	0.030	0. 014

RMS error,均方根误差。

RMS error , root-mean-square errors.

3讨论

骨密度随着年龄的增大缓慢而细微的改变着, 因此骨密度仪测量值的准确性就尤为重要，这是临 床通过骨密度诊断骨质疏松的前提。髋关节的 CTXA是新出现的骨密度测量技术，关于其的研究 尚不充分。Lang等人用尸体股骨研究证实QCT重 复扫描的准确性是很好的^M。既往研究发现髋关 节重复扫描的CTXA结果的准确性稍高于DXA 。

考虑到放射性剂量的原因，本次研究并未进行髋关 节重复扫描。况且因为CT容积数据的特性，对髋 关节进行重复性扫描验证准确性可能不太必要。 CTXA测量误差主要因图像分割及髋关节旋转造 成。这种误差可以通过合适的测量训练来减小，实 际上，笔者未公开的数据显示有经验的测量者能将 均方根误差减小至0. 012 g/cm²。CTXA另外一个 优势为可视化旋转髋关节，而这在DXA上无法实 现。本研究结果提示经过一定培训，测量者内误差 与GE iDXA结果基本接近。

因为DXA测量髋关节BMD目前被广泛认为是 诊断骨质疏松及评价骨折风险的标准，对于新出现 的髋关节BMD测量方法被认可的关键是证明与 DXA测量结果的一致性。既往研究证实CTXA测 量结果与Hologic DXA结果高度相关，本研究证实 CTXA髋关节aBMD与GE iDXA结果一致性很好。 本研究发现QCT测量的aBMD小于DXA测得结 果，FN与TH的差异分别0. 08和0. 16 g/cm²。但当

图3老年女性QCT得出T值与DXAT值的散点图及 线性回归分析。A图和B图分别为全髋关节（Total Hip, TH)及股骨颈（Femoral Neck FN)的结果 Fig.3 Linear regression plots of QCT T score and DXA T score in TH (A) and FN (B) in the elderly females

QCT aBMD经过回归公式转换后，这种差异就基本 可以忽略不计了。Shepherd等研究表明GE-Lunar DXA 测量 FN 和 TH 的 aBMD 高 Hologic DXA 结果， 差值分别为〇. 15和0. 07 g/cm^{2 M}。Khoo等报道了 QCT aBMD和DXA aBMD差异的原因，包括QCT和 DXA用了不同材质的体模及两者在估算BMD时方 法不同等^。

尽管没有中国人正常髋关节QCT骨密度数据， 但因为QCT转换后aBMD与GE DXA数据基本一 致，所以可以用GE DXA参考数据库获得髋关节的 T值。笔者利用中国女性骨质疏松诊断参考数据 库^M得出QCT的全髋关节及股骨颈的T值，并与 DXA的T值进行比较,发现两者之间的结果高度相 关，股骨颈的R² =0.809,全髋关节的R² = 0.883。 因此CTXA aBMD及T值可以用来诊断骨质疏松及 检测治疗效果。

评估骨强度在诊断骨质疏松中起着重要作用。 DXA在评估近段股骨骨强度上有着许多局限，比如 髋关节复杂的三维结构、DXA较低的空间分辨率及 其二维的特点。而QCT能够提供完全的三维信息、 骨的几何结构及能分辨骨的微细结构。基于QCT 的有限兀分析模型（finite element models, FEM)更是

能通过结合BMD分布、股骨颈结构、形态、骨量成分 及力学加载来提高力学性能的预测¹¹⁶⁴⁸。

本研究有以下局限和不足：男性志愿者数量不 足，大样本的男性志愿者可能会提高CTXA与DXA 股骨测量结果的一致性。CTXA扫描需要的射线剂 量高于DXA,但CTXA可以和临床常规髋关节CT 扫描结合起来，从而不增加额外射线剂量，并且 CTXA能广泛的应用于髋关节骨折患者的诊疗。未 比较老年男性QCT T值和DXA T值,这是因国内目 前还未有中国男性骨质疏松诊断参考数据库。

4结论

CTXA测量的髋关节aBMD与DXA的测量的 准确性相近，经过转换的TH及FN QCT aBMD和 GE Lunar iDXA aBMD —致性较好，经过合适的调 整,CTXA能够得出类似DXA的aBMD及T值，从 而用于诊断骨质疏松。

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