兩種DXA骨密度體模比較研究

胡 靜,林 滔,鄢 鈴

（中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院，四川 成都 610021）

兩種DXA骨密度體模比較研究

胡 靜,林 滔,鄢 鈴

（中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院，四川 成都 610021）

研究比較國(guó)產(chǎn)QC-2型腰椎骨密度體模（以下稱QC-2體模）和歐洲脊椎骨密度體模（以下稱ESP體模）在雙能X射線全身骨密度儀(以下稱DXA)檢定中的差異性。用DXA儀器對(duì)這兩種體模分別進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較分析。（1）QC-2型體模和ESP型體分別被儀器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，儀器測(cè)量的BMD同兩個(gè)體模的BMD相比，誤差分別在-15.1%～11.5%和-16.1%～12.5%之間；而且，兩個(gè)體模的各自標(biāo)稱值與相應(yīng)的儀器測(cè)量值之間，分別都有非常好的線性關(guān)系，r＞0.99。（2）用回歸方程進(jìn)行校正后，儀器值（BMD）與兩個(gè)體模的各自的標(biāo)稱值之間的誤差分別在-3.8%～4.4%和在-3.8%～4.4%之間。用成對(duì)樣本均數(shù)比較方法，對(duì)校正結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，經(jīng)配對(duì)t檢驗(yàn)，二者結(jié)果沒有顯著差異（P＞0.05）。表明這兩種腰椎骨密度體模都能用于雙能X射線全身骨密度儀（DXA）的檢定。

腰椎骨密度體模；雙能X線骨密度儀；骨礦含量；骨礦密度

0 引 言

骨礦密度是診斷治療骨質(zhì)疏松癥的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。目前，國(guó)內(nèi)外為了開展骨質(zhì)松癥診斷治療，廣泛使用了骨密度測(cè)量?jī)x來(lái)測(cè)量人體的骨礦密度。骨密度測(cè)量?jī)x主要有兩大類：（1）電離輻射射線類骨密度儀；（2）超聲波骨密度測(cè)量?jī)x。前者研發(fā)使用最早最成熟；后者尚處于考察試用階段。電離輻射射線

類骨密度儀有雙能X射線全身骨密度儀（DXA）、QCT腰脊椎骨密度儀、單光子骨密度儀及四肢雙能X射線骨密度儀[1]。用得最多的是雙能X射線全身骨密度儀，該儀器和其他幾種相比，由于測(cè)量部位多、精度高，被稱為骨密度測(cè)量的“金標(biāo)準(zhǔn)”[2]。為此，我國(guó)還專門制定了國(guó)家醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：YY/T 0724-2009《雙能X射線骨密度儀專用技術(shù)條件》；并制定了骨密度儀國(guó)家檢定規(guī)程：JJG 1050-2009《X、γ射線骨密度儀》。在專用技術(shù)條件和檢定規(guī)程中都規(guī)定了要使用“骨密度體模”對(duì)骨密度儀的計(jì)量指標(biāo)進(jìn)行合格試驗(yàn)或合格檢定。由于雙能X射線骨密度儀使用最為廣泛，在JJG 1050-2009檢定規(guī)程中制定了該種骨密度儀的檢定要求。該規(guī)程要求必須用“腰椎骨密度體模”對(duì)儀器的性能指標(biāo)進(jìn)行檢定。

目前檢定用的體模有進(jìn)口的和國(guó)產(chǎn)的，進(jìn)口的以歐洲ESP腰椎體模為主；國(guó)產(chǎn)的以QC-2型腰椎體模為主。為了解這兩種體模的差異或找出解決差異的辦法，對(duì)這兩種體模的主要性能指標(biāo)進(jìn)行比較研究。研究方法是采用兩種體模對(duì)一種或幾種型號(hào)的骨密度儀進(jìn)行檢定實(shí)驗(yàn)，將二者實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析，以考察二者的一致性。

1 QC-2型腰椎體模和ESP腰椎體模的性能指標(biāo)

這兩種體模的材料和尺寸不相同（見表1和表2），但對(duì)于檢定雙能X射線全身骨密度儀最重要的3項(xiàng)性能指標(biāo)是相同的：（1）它們的軟組織等效材料，其輻射等效性都接近于水；（2）它們模擬骨骼骨礦物質(zhì)材料都是羥磷灰石即[Ca10（OH）2（PO4）3]；（3）它們BMD的標(biāo)稱值都分3個(gè)檔次，每個(gè)檔次都相同，即都是0.5，1.0，1.5g/cm2[3]。因?yàn)槿说能浗M織接近于水，骨灰主要成分是羥磷灰石；骨密度儀檢測(cè)骨骼就是檢測(cè)人的BMD指標(biāo)，所以，用體模來(lái)檢測(cè)骨密度儀，可通過(guò)檢測(cè)其BMD的儀器值獲得。

表1 QC-2型腰椎體模和ESP腰椎體模的材料及尺寸

表2 QC-2型腰椎體模和ESP腰椎體模的性能指標(biāo)

2 QC-2型腰椎體模和ESP腰椎體模被儀器給出的測(cè)量示值

用每一種骨密度儀測(cè)量體模，每一次測(cè)量都給出Area、BMC和BMD 3個(gè)測(cè)量示值，每一個(gè)測(cè)量值都由3次測(cè)量取平均，表3和表4列出了兩個(gè)體模被5臺(tái)儀器檢測(cè)的測(cè)量值。表中儀1、儀2、儀3、儀4和儀5分別代表Expert、Prodigy、QPX-IQ、DPX-L和4500 Discovery 5種型號(hào)的DXA骨密度儀（以下各表相同）。表3和表4中的誤差是儀器測(cè)量值與體模的標(biāo)稱值相比，前者比后者大為正；前者比后者小則為負(fù)。即：

表3 QC-2型腰椎體模被5臺(tái)儀器檢測(cè)的測(cè)量值

表4 ESP腰椎體模被5臺(tái)儀器檢測(cè)的測(cè)量值[4]

2.1 腰椎投影面積（Area)

兩種體模的模擬腰椎的結(jié)構(gòu)形狀不同，但它們的每一個(gè)模擬椎骨的投影都是十分規(guī)則的方形或長(zhǎng)方形[5]。QC-2體模的Area為11.4cm2，ESP的為9cm2。前者誤差范圍為-10.2%～8.8%，平均為-1.61%；后者誤差范圍為-10.2%～4.4%，平均為-1.64%。二者的誤差范圍和平均誤差的差異很小。這些誤差是由儀器在自動(dòng)或手動(dòng)畫感興趣區(qū)時(shí)引起的，尤其在骨密度很低的投影區(qū)域，誤差更大。

2.2 骨礦含量（BMC)

兩個(gè)體模都有3個(gè)模擬椎骨，分別用L2、L3和L4表示。QC-2的L2、L3和L4的BMC分別為5.7，11.4和17.1 g；ESP的L2、L3和L4的BMC分別為4.5，9.0和13.5g。QC-2的L2、L3和L4的測(cè)量示值的誤差范圍和平均誤差分別是-24.6%～5.1%、-0.7%～5.8%和-0.05%～13.3%及-6.1%、2.5%和4.8%；ESP的L2、L3和L4的測(cè)量示值的誤差范圍和平均誤差分別是-23.0%～-6.6%、1.5%～9.6%和4.7%～9.0%及-14.7%、5.69%和6.4%。兩臺(tái)體模都是L2的誤差范圍大，平均誤差也大，L3和L4誤差要小些。出現(xiàn)這樣大的誤差，是因?yàn)楦鲀x器對(duì)骨礦含量的精密度不一樣或者分辨率不一樣引起的。尤其是對(duì)骨密度為0.5g/cm2這種低的模擬椎骨，誤差更大。

2.3 骨礦密度（BMD)

在DXA骨密度儀的檢定中，是以BMD的儀器值與體模的標(biāo)稱值是否符合，來(lái)判定儀器是否合格的。這是一個(gè)很重要的指標(biāo)，是在骨質(zhì)疏松診斷中必須用到的指標(biāo)。它是由式（2）計(jì)算而得：

體模中的BMD和儀器給出的BMD都是根據(jù)式（2）計(jì)算。因此，它的誤差由BMC和Area的誤差決定[6]。下面是5臺(tái)儀器給出的測(cè)量值的誤差范圍和平均誤差。

QC-2的L2、L3和L4的BMD測(cè)量值的誤差范圍和平均誤差分別是-15.4%～-7.9%、-2.1%～8.9%和1.5%～11.5%及-12.7%、3.7%和4.68%；ESP的L2、L3和L4的BMD測(cè)量值的誤差范圍和平均誤差分別是-15.4%～-5.2%、4.3%～8.1%和4.3%～7.8%及-11.68%、5.98%和6.0%。兩臺(tái)體模比較都是L2的誤差范圍大，平均誤差也大，L3和L4誤差要小些。它們之所以有這樣大的誤差，根據(jù)式（2），是由BMC和Area帶來(lái)的，其中BMC的貢獻(xiàn)最大。如果只根據(jù)這樣的儀器值來(lái)判斷其是否合格，會(huì)給檢定工作帶來(lái)很大的困難。

所有，DXA的檢定體模把模擬骨骼的標(biāo)稱值至少設(shè)置為覆蓋臨床應(yīng)用要求的3個(gè)檔次，例如QC-2和ESP體模標(biāo)稱值，都設(shè)置成低（0.5 g/cm2）、中（1.0g/cm2）和高（1.5g/cm2）3個(gè)檔次。如果儀器檢測(cè)值都偏高或偏低，就產(chǎn)生了系統(tǒng)誤差，那么，可以通過(guò)回歸分析方法，予以校正[7]。

2.3.1 BMD的回歸方程計(jì)算

擬用直線回歸方法進(jìn)行計(jì)算，其方程為

式中：y——儀器的BMD測(cè)量值，g/cm2；

x——儀器的BMD測(cè)量值，g/cm2；

A——直線截距，g/cm2；

B——直線斜率。

根據(jù)表3和表4的數(shù)據(jù)，用式（3）計(jì)算，得到表5和表6列出的兩臺(tái)體模與5臺(tái)儀器測(cè)量值的回歸方程的A和B參數(shù)。表中r為相應(yīng)方程的線性相關(guān)系數(shù)[8]。

表5 QC-2與5臺(tái)骨密度儀的直線方程

表6 ESP與5臺(tái)骨密度儀的直線方程

2.3.2 BMD的校正及校正后的誤差

由于骨密度儀本身檢測(cè)敏感性的原因，對(duì)于低、中、高不同密度的檢測(cè)誤差是不相同的。同時(shí)又要求骨密度儀要有一定的檢測(cè)范圍，以便覆蓋人體骨密度變化（正常的和病理的）范圍。又由于每一種或每一臺(tái)儀器工藝技術(shù)的原因，出現(xiàn)的系統(tǒng)誤差也不一樣。所以，用低、中、高3種不同骨密度的體模對(duì)儀器的BMD進(jìn)行校正。表7和表8列出了用表5和表6的線性方程，對(duì)表3和表4的BMD進(jìn)行校正的結(jié)果。表7和表8中L2、L3和L4的誤差是根據(jù)（1）式計(jì)算。平均誤差是反應(yīng)體模檢測(cè)每一臺(tái)儀器L2、L3和L4低、中、高3個(gè)椎骨的誤差[9]。

2.3.3 兩臺(tái)體模的比較分析

（1）從表3和表4可以看出，5臺(tái)骨密度儀測(cè)量?jī)膳_(tái)體模，給出的BMD的儀器值與體模標(biāo)稱值相比，誤差都是很大的。如果不加以校正，兩臺(tái)體模的檢測(cè)值就沒有一致性。

表7 QC-2校正后的5臺(tái)儀器的BMD 單位：g·cm-2

表8 ESP校正后的5臺(tái)儀器的BMD 單位：g·cm-2

圖1 兩個(gè)體模對(duì)儀1的相關(guān)性

圖2 兩個(gè)體模對(duì)儀5的相關(guān)性

（2）從表5和表6可以看出，5臺(tái)骨密度儀給出的儀器值BMD同兩臺(tái)體模的標(biāo)稱值，從低到高，都有很好的相關(guān)性，r＞0.99，斜率都不等于1.0，而且都有一定的截距，說(shuō)明兩臺(tái)體模用來(lái)檢測(cè)骨密度儀產(chǎn)生了一定的系統(tǒng)誤差。圖1和圖2作為舉例，分別表示了兩種體模對(duì)Lunar公司的儀1和Hologic的儀5的直線相關(guān)性[10]。對(duì)其他型號(hào)的直線相關(guān)性有類似的圖。橫坐標(biāo)表示體模的BMD值，而縱坐標(biāo)表示儀器給出的BMD值。

（3）從表7和表8可以看出，經(jīng)過(guò)線性校正后，5臺(tái)骨密度儀給出的儀器校正值同相應(yīng)體模的標(biāo)稱值誤差都很小。即經(jīng)過(guò)兩臺(tái)體模檢測(cè)校正后，5臺(tái)儀器的測(cè)量值都同體模標(biāo)稱值相符[11]。

（4）兩個(gè)體模，5臺(tái)儀器，有5對(duì)數(shù)據(jù)，達(dá)到了一定的統(tǒng)計(jì)量，可用通常的成對(duì)樣本均數(shù)（或平均值）比較法，對(duì)校正后的5對(duì)BMD測(cè)量值和標(biāo)稱值進(jìn)行比較。經(jīng)過(guò)計(jì)算，并進(jìn)行t檢驗(yàn)，兩種體模檢定骨密度儀得出的數(shù)據(jù)結(jié)果沒有顯著差異（P＞0.05），即兩個(gè)體模在檢定BMD時(shí)，其結(jié)果一致[12]。

3 結(jié)束語(yǔ)

用QC-2型腰椎骨密度體模和歐洲ESP型脊椎骨密度體模來(lái)檢定前述5臺(tái)骨密度儀時(shí)，數(shù)據(jù)有時(shí)會(huì)偏高或偏低，又或者會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)誤差，但體模標(biāo)稱值和儀器值卻有高度相關(guān)性；這兩種骨密度體模對(duì)同一臺(tái)DXA骨密度儀的檢測(cè)結(jié)果，可以各自用回歸線性方程進(jìn)行校正，經(jīng)過(guò)校正后，兩種檢測(cè)結(jié)果沒有顯著差異。表明這兩種腰椎骨密度體模都能用于雙能 X射線全身骨密度儀（DXA）的檢定。

[1]鄢鈴，張園月，魏川，等.DXA骨密度標(biāo)準(zhǔn)體模的研究[J].中國(guó)測(cè)試，2009，35（1）：28-30.

[2]Kalender W A.A phantom for standarization and quality control in spinal bone mineral measurements by QCTand DXA：Design considerations and specifications[J]. Medical Physics，1992，19（3）：583-586.

[3]楊定焯，尚家蕓，宋文忠，等.DXA測(cè)量用校正脊椎體模的研制及臨床測(cè)試[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，25（3）：264-266.

[4]包安德，馬海波，秦林林，等.不同雙能X射線骨密度儀的歐洲腰椎體模測(cè)定結(jié)果的比較研究[J].核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，1999，19（5）：352-354.

[5]Grampp S.骨質(zhì)疏松癥影像學(xué)[M].程曉光譯.2版：北京：人民軍醫(yī)出版社，2011：128-132.

[6]楊定焯，安珍，李金祥，等.DXA骨密度測(cè)量中精確度和準(zhǔn)確度的意義[J].中國(guó)骨質(zhì)酥松雜志，1998，4（3）：5-7.

[7]朱曉穎，朱漢民，張雪梅.Hologic和Norland骨密度儀的精密度比較和數(shù)據(jù)換算[J].中國(guó)骨質(zhì)疏松雜志，2005，11（2）：89-91.

[8]郭郡浩，楊路昕，趙智明，等.Prodigy型骨密度儀測(cè)量骨密度的變異系數(shù)研究[J].徐州醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，29（6）：399-400.

[9]楊定焯，尚家蕓.骨礦與臨床[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2006：303-308.

[10]方積乾，王顯紅.骨密度測(cè)量的統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制[J].中國(guó)骨質(zhì)疏松雜志，2003，9（3）：273-275.

[11]郭郡浩，施慧鵬，趙燕玲.DXA測(cè)量骨密度的精確度評(píng)估[J].徐州醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，30（1）：1-44.

[12]康曉斌，干茂，鄢鈴.兩種QCT體模的分析比較及相互換算的研究[J].中國(guó)測(cè)試，2011，37（5）：41-43.

Comparison research of two kinds of inspection phantoms

HU Jing，LIN Tao，YAN Ling
（National Institute of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China）

Differences between domestic QC-type 2 spine density phantom （hereinafter referred to as the QC-2 phantom）and the European spine density phantom （hereinafter referred to as the ESP phantom）were studied when they were used to verify dual energy X-ray whole body bone mineral density instrument (hereinafter referred to as the DXA).Two phantoms mentioned above were tested with DXA instrument respectively，and the measuremental results were comparatively analyzed.As the results，when the phantoms were measured with the instrument respectively，the errors between the instrument measuring BMD and that of QC-2 Phantom and ESP phantom were from -15.1% to 11.5% and from -16.1% to 12.5% respectively.The nominal value of each phantom has a very good linear correlation（r＞0.99）with the corresponding instrument value.The errors between the instrument value（BMD）and the nominal value of each phantom were from-3.8% to 4.4%from the results of regression analyses.The result of statistical analyses carried out with the comparing paired sample mean method，i.e.，“t”test，there were no significant differences between the results of two phantoms（P＞0.05）.Thus，these two spine density phantoms can be used to verify the dual energy X-ray whole body bone mineral density instrument.

bone density phantom；dual-energy X-ray absorptiometry（DXA）；bone mineral content；bone mineral density

TH776；R814.4；R223.7；TM930.114

：A

：1674-5124（2014)03-0035-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2014.03.010

2013-11-22；

：2014-01-09

胡 靜（1963-），女，重慶市人，主要從事計(jì)量質(zhì)量管理體系工作。