基于QCT骨密度测量体模软件检测方法数据无体模CAD股骨颈BMD测量初步研究

 [摘要]目的：本研究开展基于QCT数据应用计算机辅助检测系统(CAD)无体模软件对股骨颈骨密度(BMD)测量的研究， 对比分析有体模QCT BMD测定方法、DXA方法，旨在能够应用无体模CAD软件开展QCT BMD测量、建立大样本数据库。材 料与方法:53例健康志愿者年龄38~70岁，平均57岁。其中男10例，女43例。所有志愿者经胸片、心电图检查及问诊排除有骨 质疏松外的其它系统疾病。研究对象均行自第5腰椎至股骨小转子下方（包括双股骨上段）CT扫描(Philips brilliance 64排）。 CT扫描时均垫有四标样体模置于体检者骨盆部后方。应用OsteoCADl.2软件完成无体模竖脊肌组、股内侧肌群组、股外侧肌群 组BMD测定，和有体模BMD测定、DXA BMD测定。应用SPSS 10软件分析无体模QCT测定和有体模BMD、DXA BMD测定 Linear Regression方法相关分析。结果：无体模竖脊肌组、股内侧肌群组、股外侧肌群组BMD测定结果与有体模BMD测定、 DXA BMD测定Linear Regression方法相关分析结果如下:①竖脊肌法测定股骨颈各BMD与有体模、DXA相关性结果：松质骨 间的相关系数为0.974,整体骨间的相关系数为0.956,皮质骨间的相关系数为0.904,DXA测量的BMD与两种方法测量的松质 骨BMD的相关系数分别为0.906、0.911。②内侧肌群法测定股骨颈各BMD与有体模、DXA相关性结果：松质骨间的相关系数 为0.967,整体骨间的相关系数为0.943,皮质骨间的相关系数为0.870,DXA测量的BMD与两种方法测量的松质骨BMD的相 关系数分别为0.906、0.868。③外侧肌群法测定股骨颈各BMD与有体模、DXA相关性结果:松质骨间的相关系数为0.976,整体 骨间的相关系数为0.955,皮质骨间的相关系数为0.886，DXA测量的BMD与两种方法测量的松质骨BMD的相关系数均为 0.906。结论:基于QCT数据应用CAD无体模软件具有与有体模方法和DXA方法相同的测量BMD的能力，其中采用便捷的股 内侧肌、股外侧肌作为内部参考具有与竖脊肌相近的结果，能够为医生提供BMD的参考信息，可用于骨质疏松的诊断、健康普查。

[关键词]股骨颈;骨密度；体层摄影术,X线计算机

定量CT(QCT)已成为评价骨质疏松患者骨密 QCT数据的计算机辅助检测系统(CAD)的BMD测 度（BMD)异常的常用方法之一目前国内基于 量均是在依据有体模标准下完成的，1993年Gud- mundsdottir等完成CT无体模椎体BMD测量' 国 内尚未见无体模QCT BMD测定临床应用。本研究 应用BMD CAD无体模软件开展国人股骨近段 BMD检测中的应用研究，对比分析各种不同方法的 无体模CAD的可行性、准确性，旨在能够便捷、广泛 开展全身无体模CT BMD测定研究,建立大样本数 据库，为骨质疏松研究提供大量有效的诊治信息。

1材料与方法

1.1研究对象

本研究通过中国医科大学盛京医院伦理委员会 同意招募53例健康志愿者，年龄38~70岁，平均57 岁。其中男10例，女43例。所有志愿者经临床、实验 室系统检查排除患有骨质疏松外的其它系统疾病 后，确认为研究对象。

I.   方法

研究对象均行自Ls至股骨小转子下方(包括双 股骨上段）CT扫描(Philips brilliance 64排）。扫描 参数为_：120kVp,200mAs,准直宽度1.5mm，螺距 (pitch)0.75,重建层距 0.7mm,层厚 1.4mm。行 CT 扫 描时均垫有四标样体模（成都方拓仿真技术有限责 任公司生产的FT/HK-2000 GT/QCT¹⁵¹),置于体检者 骨盆部后方。

数据处理:CT扫描完成后，分别将获得的53例 CT扫描数据载人至OsteoCADl.2软件（东软医疗系 统有限公司，沈阳），再经过选择内部参考物（肌肉及 皮下脂肪）、分割股骨颈皮质骨三维界面，建立股骨 颈坐标系统，行BMD及骨结构参数计算，计算结果 输出等步骤（图1)。测得股骨颈的松质骨、整体骨和 皮质骨BMD,单位mg/cm³。根据选择内部参考物所 在部位不同分设3组：①竖脊肌及其周边皮下脂肪 组（简称竖脊肌）（图2a);②股骨内侧肌群及其周边 皮下脂肪组（简称内侧肌群）（图2b);③股骨外侧肌 群及其周边皮下脂肪组（简称外侧肌群）（图2c)。其 自动分割及测量的股骨颈范围三维示意图见图3。

将64层螺旋CT采集的53例股骨近端的有体 模CT数据载人至OsteoCADl.2软件中，再经过有 体模BMD分析，计算结果输出等步骤测得股骨颈 的松质骨、整体骨和皮质骨BMD,单位mg/cm³。

本研究所有志愿者均行双能X线吸收仪进行 同侧股骨颈BMD测量(XR-36型DXA，Cooper Sur­gical 公司 ）， 单位为: g/cm²。

1.3统计学分析

统计学分析软件采用SPSS 10.0完成。经无体 模方法所得3组股骨颈BMD结果分别与有体模 BMD 结果、DXA BMD 测定行 Linear Regression 方

法相关分析，并对Pearson相关系数进行统计学意 义检验。应用Univariate方法中的Scheffe、LSD检验 方法，对无体模方法所得3组股骨颈BMD结果均 值与有体模BMD结果的均值分别进行f检验及《检验。

2结果

53例健康志愿者同侧股骨颈均基于QCT数据 应用OsteoCADl.2完成3种方式无体模BMD测定、 有体模方式BMD测定,并均行DXA检查。53例无 体模竖脊肌组、股骨内侧肌群组、股骨外侧肌群组及 有体模组的松质骨、整体骨、皮质骨BMD均值和标 准差、和DXA检测到的股骨颈BMD的均值、标准 差见表1。对53例无体模竖脊肌组、股骨内侧肌群 组、股骨外侧肌群组及有体模组的松质骨、整体骨、 皮质骨BMD均值进行F检验和t检验的P值见注：Oste_〇CAD1.2各方法分析结果单位为mg/_Cm³,DXA测量

BMD结果单位为g/cm²。应用 SPSS 10.0 Linear Regression 法分析 3 种 无体模方法所测量股骨颈BMD结果与DXA、有体 模方法BMD各组数据的相关系数，并分析有体模 方法所测量股骨颈各BMD结果与DXA所测BMD 结果的相关系数。统计学分析显示:0)3种无体模模 式和有体模模式检测的松质骨BMD、整体骨BMD、

图1无体模模式BMD测量基本步骤（以外侧肌群模式为例）。图la:>选择内部参考物，左、右两个黄圈选择的内部参考物分别为皮下脂肪 及外侧肌群肌肉；图lb:应用一个立体球确定股骨头范围，此步骤是OsteoCADl.2惟一必须手动操作的步骤；图lc:红线表示自动分割完成股 骨上段骨皮质外表面；图Id:粉红色箭头表示自动建立的股骨颈坐标系统；图le:红线表示自动分割完成的股骨上段骨皮质内表面；图If:浅绿 色线所包围的区域表示自动分割的股骨颈测量范围。

图2 无体模3种BMD

测量模式。图2a:选择内部参

考物为竖脊肌及其周边皮下脂

肪；图2b:选择内部参考物为

股骨内侧肌群及其周边皮下脂

肪；图2c:选择内部参考物为

股骨外侧肌群及其周边皮下脂

肪。图3股骨颈BMD自

皮质骨BMD测量结果之间呈线性相关，其中无体 模模式股内侧肌群、股外侧肌群作为内部参考具有 与竖脊肌相近的结果；②3种无体模模式和有体模 模式检测的松质骨BMD、整体骨BMD、皮质骨BMD 与DXA测量结果均呈线性相关，相关系数具有高度 的统计学意义(P均<〇.〇〇1)，详见表3，图4~6。散点 图（图4~6)显示上述各组BMD测量结果之间均呈 直线相关趋势，并呈正相关。内侧肌群方法所测松质 骨、整体骨、皮质骨BMD均值与有体模方法所测 BMD各均值差异均无统计学意义(P均>0.05)，竖脊 肌方法所测松质骨、整体骨BMD均值与有体模方 法所测相应BMD均值差异均无统计学意义（户均>

II.  05),外侧肌群方法所测松质骨BMD均值与有体 模方法所测松质骨BMD均值差异均无统计学意义 (P 均 >0.05)。

3讨论

QCT BMD测定是目前惟一能够测得接近真正 意义上的体积性BMD的定量方法，是惟一能够可 以分别测量小梁骨和皮质骨的方法，具有信息量不 丢失、分辨力高等优点，且不受骨体积大小的影响^1M， 弥补了 DXA只能测量面积上的BMD及不能反映 骨真实的体积性密度的不足。但QCT亦有其不足之 处，目前所用QCT均使用CT设备通用性体模进行 校正，并且需要手动选择感兴趣区，造成了操作程序 的相对复杂和限制了一定使用性。股骨颈轴长度 (FNAL)和最小截面积(mCSA)等几何学测量指标有 助于更有效地预测骨折风险^[91。但是关于QCT自动 计算该几何学测量指标鲜有报道。

我们以往研究的结果显示有体模方法BMD测

C4)c

横断面分别将感兴趣区设定在竖脊肌、股内侧肌群、

定与DXA呈线性相关，即基于QCT有体模股骨颈 BMD测定能够精确的测量股骨颈BMD^[3]。本研究开 展基于QCT数据无体模CAD股骨颈BMD(所用软 件OsteoCADl.2)是继基于QCT数据有体模CAD股 骨颈BMD(〇_SteoCADl.l软件)之后设计的一种基于 QCT的CAD系统，其在较精确地测量BMD的同 时，提供了无体模检测模式，并且在继承QCT优点 的同时避免了一些QCT的不足。无体模方法通过几 个步骤实现:在工作站获得QCT数据后，首先基于

股外侧肌群及其周围脂肪组织，用峰搜索算法对所 选感兴趣区中的像素进行直方图分析，以找到此区 域最高频率的肌肉和脂肪组织CT值即纯肌肉和脂 肪组织的CT值，因水和肌肉、脂肪的衰减系数在 120~140kVp和70~80keV时具有高度的一致性，故 我们用此最高频率的肌肉和脂肪组织CT值及肌 肉、脂肪、水三者衰减系数的一致性原理校准整个图 像的CT值，直至水的CT值为0,最后校准自动分图6外侧肌群无体模模式所测量股骨颈各BMD结果与DXA及有体模方法所测BMD各组数据的散点图。图6a:无体模模式松质骨 BMD与DXA所测BMD的关系。图6b:有、无体模模式所测松质骨BMD之间的关系。图6c:有、无体模模式所测整体骨BMD之间的关系。图 6d:有、无体模模式所测皮质骨BMD之间的关系。

割的股骨各结构的CT值，建立BMD与股骨各结构 CT值而非每一肌肉、脂肪的平均值校准整个图像的 CT值的相关性，从而求得测量区域各结构的BMD CT值，且不同人之间肌肉密度的差异远远小于不同

值。由于本研究方法用肌肉和脂肪组织的最高频率    人之间骨骼密度的差异，所以本研究方法能够将组

图5竖脊肌无体模模式所测量股骨颈各BMD结果与DXA及有体模方法所测BMD各组数据的散点图。图5a:无体模模式松质骨BMD 与DXA所测BMD的关系。图5b:有、无体模模式所测松质骨BMD之间的关系。图5c:有、无体模模式所测整体骨BMD之间的关系。图5d:有、 无体模模式所测皮质骨BMD之间的关系。

织不均一、肌肉密度的差别和部分容积效应等因素 的影响减到最小。而且Gudmundsdottir等研究发现 用无体模方法测量脊柱每年骨丢失率与有体模方法 测量的结果相仿叱

本研究结果显示：不仅3种无体模模式和有体 模模式检测的松质骨BMD、整体骨BMD、皮质骨 BMD与DXA测量结果均呈线性相关，而且无体模 模式和有体模模式检测的松质骨BMD、整体骨 BMD、皮质骨BMD测量结果之间也均呈线性相关， 相关系数具有高度的统计学意义(P均<〇.〇〇1)。内 侧肌群方法对松质骨、整体骨、皮质骨的测量结果与 有体模方法的测量结果均无差别，且3种无体模方 法对骨代谢敏感的松质骨成分测量结果与有体模方 法的测量结果均无差别。我们认为3种无体模方法 均能够较好地测量BMD，而内侧肌群方法最为理想。

基于QCT数据无体模CAD股骨颈BMD方法 提供了 3种无体模方法测量股骨颈BMD。比照之前 的无体模方法研究，本方法不仅使用竖脊肌及其周 边皮下脂肪，还使用了股骨内、外侧肌群及其周边皮 下脂肪；另外本方法首次采用计算机自动化方法统 计肌肉和脂肪CT值，如在过程中不作任何手动参 与，则可以使肌肉和脂肪CT值在多次操作中结果 完全一致，其临床应用的实用性非常高。我们对比分 析3种无体模方法QCT BMD测定与DXA、有体模 方法的相关系数均无明显差异，内侧肌群方法对松 质骨、整体骨、皮质骨所测BMD均值与有体模方法 所测BMD均值均无差别，且内侧肌群与股骨颈邻 近，故我们认为应用股骨内侧肌群及其周边皮下脂 肪作为内部参考的无体模QCT BMD测定方法在临 床上更具实用性，能够简化操作、舍弃不必要的CT 扫描。〇_ste〇CADl_2提供了无体模、有体模两种检测 模式，并且可以嵌人PACS工作站。基于QCT数据 开展无体模CAD股骨颈BMD测量研究，其意义包 括:①拓展了 CT的功能，特别是面对中国人口结构 老龄化的广泛BMD测量需要，能够更好地利用已 有的CT数据，避免一些不必要的CT扫描；②能够 回顾性分析BMD变化，无论是有体模扫描和无体 模扫描；③本研究方法能够自动测量股骨颈几何学

指标，弥补了QCT在这方面的不足，有助于准确、有 效地反映骨强度的状况，为骨质疏松诊断与预防、骨 折风险预测等提供更为有效的信息;④无体模BMD 的便捷测定，能够最大量的完成大样本数据库的建 立，有助于提高骨质疏松诊断的准确性。

本研究不足之处包括:①研究样本量少;②年龄 组与性别差异较大;③对于不同年龄组、不同性别、 不同地区人群的肌肉构成密度研究有限，须在今后 进一步加大样本量、分组分析以深人研究。

总之，无体模QCT股骨颈BMD测量与有体模 方法和DXA方法测量结果具有显著相关性，基于 QCT数据无体模CAD股骨颈BMD测量能够准确 有效、便捷的完成BMD测定，可用于股骨颈BMD 的评估。

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