兩種QCT骨密度測量軟件檢測腰椎骨密度的比較

趙君祿 任慶云* 陳凱希 劉齋 聶關偉 陳詩飛

1．河北醫科大學第一醫院放射科，河北 石家莊 050031 2．河北醫科大學第一醫院手術室，河北 石家莊 050031

骨質疏松癥是一種以低骨密度(bone mineral density，BMD)為特征的骨疾病，它會導致骨脆性增加，甚至在低能量創傷的情況下也會增加骨折的風險[1-4]。這些骨折非常常見，高發病率造成了顯著的社會經濟負擔[5-6]。因此，對骨質疏松進行篩查和診斷對于及時干預治療具有重要的臨床意義。雙能骨密度儀(dual energy X-ray absorptiometry，DXA)測量骨密度仍然是診斷骨質疏松的金標準，是臨床上診斷骨質疏松最常用的方法，但是，DXA檢查由于是二維密度成像，主動脈鈣化及腰椎骨質增生均可以造成假性腰椎骨密度增高，影響診斷結果的準確性。利用CT掃描儀加上專業的定量CT體模及軟件就可以在CT掃描的基礎上獲得骨密度數據，即定量CT技術(QCT)技術[1]。與DXA比較，QCT測量的骨密度是真正的容積骨密度，不受脊柱退變及血管鈣化的影響，研究發現QCT比DXA能夠更敏感地檢出骨質疏松，同時QCT的原始數據還能夠對腰椎的形態與結構進行分析[2-3]，但是，QCT的缺點是輻射劑量高于DXA檢查，在臨床應用中，在診斷腰椎或腹部其他疾病的同時診斷骨質疏松，即骨質疏松的機會性篩查可以使患者避免再次受到輻射。目前，臨床上有2種常用的QCT檢查軟件，包括飛利浦IntelliSpace(IP)和美國Mindway(MW)，后者與體模一起又稱為QCT骨密度分析系統。IP及MW測量骨密度值的可比性及一致性研究鮮見報道，本文旨在探討IP及MW測量腰椎BMD值的一致性及其在臨床中的應用價值。

1 材料和方法

1.1 一般資料

回顧性分析2021年6月至2021年9月因腹部疾病在河北醫科大學進行腹部CT檢查的患者 222例，排除有影響骨代謝的慢性疾病(如腎臟、甲狀腺、甲狀旁腺、腎上腺疾病、糖尿病及惡性腫瘤)病史者、腰椎壓縮性骨折及服用可影響骨代謝的藥物(如激素類、氟化物、雙膦酸鹽)者。其中，男性109例，女性113例；年齡31～80歲，平均 (55.8±13.4) 歲。所有患者對CT掃描方案均知情同意，且得到醫院倫理委員會批準。

1.2 掃描方法

采用Philips incisive 64層螺旋CT掃描機進行腹部螺旋掃描，掃描參數：120 kVp，自動mAs： dose right index 設置為23，機架旋轉時間1 s/圈，探測器64×0.625，標準算法重建，層厚5.0 mm、層間隔5 mm，重建層厚0.625 mm、層間隔0.625 mm。矩陣 512×512，視野(field of view, FOV)35 cm。患者平均輻射劑量(DLP)為(277.9±47.41) mGycm, 平均有效輻射劑量(4.17±0.71) mSv 。

1.3 骨密度測量方法

將CT容積數據經PACS分別傳至下述兩個分析軟件中進行骨密度分析。①無體模的IntelliSpace(IP)骨密度分析軟件( Philips, Amsterdam, Netherlands)，通過三平面定位選取椎體的中間層面，分別測量椎體CT值及椎體后方豎脊肌及皮下脂肪CT值(如圖1)，椎體CT值測量時感興趣區(region of interest，ROI)盡量選取多的骨松質，避免選到骨皮質及椎體后中央靜脈叢，且保證三種組織測量ROI區呈鐘形排列，系統自動分析得到相應BMD值。②有體模的MW QCT PRO 骨密度分析系統(version 6, Mindways, Austin, TX, USA)。通過三平面定位，在L1～L3椎體中心層面勾畫出橢圓ROI，盡可能最大范圍地包括骨松質，不包括椎體后中央靜脈叢及骨皮質(見圖2)，系統自動分析得出每個椎體的骨密度(bone mineral density，BMD)值及T值，計算三個椎體BMD平均值及T值平均值。為了評估測量方法的可重復性，自 222 例數據中隨機各抽取 30 例，由 2 名測量者在不同時間(相隔 1周)分別在各自軟件上測量2 次椎體BMD 值。

圖1 IP測量骨密度ROIFig.1 ROI of BMD measurements with IP

圖2 MW測量骨密度ROIFig.2 ROI of BMD measurements with MW

1.4 診斷標準

根據中國定量 CT( QCT) 骨質疏松癥診斷指南( 2018)提出的標準，QCT骨密度絕對值≥120 mg/cm3為正常，80～120 mg/cm3提示骨量減少，≤80 mg/cm3診斷骨質疏松[4]。

1.5 統計學處理

應用 Pearson 相關性檢驗分析兩種軟件測量結果的相關性，應用配對樣本t檢驗分析兩種方法測量結果平均值是否有差異，采用 SPSS 19.0 統計軟件進行分析，以P<0.05 為差異有統計學意義。應用Bland-Altman 圖分析二者的一致性，采用Medcalc軟件進行分析，以兩種方法測得的骨密度的平均值為橫坐標，以二者的差值為縱坐標，并以差值的均數±1.96 倍差值的標準差(s) 為一致性界限，差值大部分位于±1.96之間為一致性良好。

2 結果

2.1 IP與MW重復性評估

IP與MW兩次測量 BMD結果差異無統計學意義，見表1。

表1 IP與MW重復性測量BMD值比較

2.2 IP 和 MW 測量BMD值及T值比較

IP測量的BMD值低于MW測量的BMD值，兩者的差異有統計學意義，兩者T值比較差異無統計學意義(見表2)。隨著年齡的增大，IP與MW測量BMD值的差值有逐漸變小的趨勢，但是兩者差異具有統計學意義(P<0.01)，見表3。

表2 IP與MW測量 BMD值及T值比較

表3 分年齡段IP與MW測量BMD值比較

2.3 IP與MW測量對骨質疏松檢出率的比較

IP與MW測量對骨質疏松的檢出率分別為66/222(29.73 %)和61/222(27.48 %)，兩者差異無統計學意義(P>0.05)，對骨密度正常的檢出率分別是75/222(33.78 %)和109/222(49.10 %), 兩者差異有統計學意義(P=0.012)，見表4、5。

表4 IP與 MW骨質疏松檢出率比較[n(%)]

表5 IP與 MW骨密度正常檢出率比較[n(%)]

2.4 IP 與MW測量結果的相關性及一致性評價

IP與MW測量的BMD值呈正相關(r=0.911，P< 0.01)，見圖3。

圖3 IP與MW測量BMD值的相關性Fig.3 Correlation of BMD value between IP and MW

Bland-Altman 法是評價兩種測量方法一致性的可靠方法[5]。用Bland- Altman 法對兩種方法的測量結果進行一致性分析。以兩種方法測得的骨密度的平均值為橫坐標，以二者的差值為縱坐標，并以差值的均數±1.96 倍差值的標準差(s) 為一致性界限，繪制Bland -Altman 圖(圖4) 。如圖所示，兩種方法測得的骨密度對數的差值絕大部分位于一致性界限內，一致性界限的置信區間無臨床意義，提示二者測量一致性好。以MW測量的BMD結果為因變量，IP測量的BMD結果為自變量，得出MW與IP BMD測量值的線性回歸方程為：BMD(MW)= BMD(IP)×1.041±15.99。

圖4 IP與MW 測量BMD一致性 Bland-Altman 圖Fig.4 Bland-Altman diagram of BMD consistency between IP and MW

3 討論

隨著中國步入老年社會，骨質疏松成為危害中老年人健康的常見病多發病，骨質疏松常會造成骨折，在一定程度上影響老年人的生活質量，有些骨折還會危及老年人的生命，很多人預測股骨頸骨折很有可能成為很多老年人最后一次骨折，可見骨質疏松的早期診斷早期治療的重要性[6-9]。骨密度測量可以早期判斷患者是否有骨質疏松，預判患者骨折風險、還可以對治療效果進行評價，因此，如何更準確便捷地進行骨密度測量是近年來的研究熱點。

隨著CT在臨床診療中的應用日益增多，QCT測量骨密度的相關研究越來越多。與DXA測量不同，QCT是唯一可分別評估皮質骨及松質骨密度的定量方法[10]，骨松質的骨轉換率明顯高于骨皮質，QCT選擇性地測量松質骨的BMD可較早地反映出體內骨礦含量的變化，因此，QCT的骨密度測量更有利于骨質疏松的早期診斷和治療[11-12]。

應用QCT進行的機會性骨質疏松篩查是在臨床CT掃描的同時進行QCT檢查，一次掃描，二個結果，不增加病人輻射劑量，是早期發現骨質疏松非常有用的方法[13-15]，但是，同一患者應用不同的QCT測量軟件及不同設備所測出的骨密度值應該具有可比性。

DXA 輻射劑量低，是目前應用廣、認可度高的骨密度測量方法[16]，但是，研究發現，Lunar及Hologic兩種DXA掃描儀測量的骨密度值的差值達11 %[17]，不同DXA設備的BMD測量結果不能直接用于比較，需經過嚴格的質量控制和橫向校準進行換算后才能進行對比[18]。本研究發現IP及MW測量BMD值的差異為16 %，與Woisetchlager等的結果基本一致[19]。引起兩種測量軟件BMD差異的原因可能是：①ROI選取的方法不同，IP分析的ROI選擇層厚為CT掃描層厚5 mm，而MW分析的ROI層厚為9 mm，而后者對于每個椎體骨松的采樣及分析容積更大，測量準確性可能更高；②本研究應用腹部掃描方案，沒有采用廠家推薦的腰椎骨掃描方案，兩種掃描方案中掃描模式、FOV及重建方法不同對測量結果也可能產生一定影響；③兩種軟件校準的方法不同，IP將患者自身的肌肉與脂肪組織CT值作為內部參考值，而MW應用掃描外部體模CT值進行校準。

IP與MW測量骨密度值的差異說明不同軟件系統測量出的骨密度值不能進行直接比較；中國QCT診斷骨質疏松的標準是根據MW測量中國人群的骨密度制定的[4,13]，本研究中以MW測量的骨密度為因變量，以IP測量的骨密度為自變量建立回歸方程，使兩種骨密度數據可以相互轉換，解決了兩種骨密度數據不能直接對比的問題，尤其是對于觀察骨質疏松患者的療效隨訪具有重要意義。

本研究中發現，其IP與MW測量的骨密度具有良好的相關性和一致性，IP與MW一樣具有很高的可重復性，盡管兩者測量BMD值有顯著性差異，但是對于骨質疏松與非骨質疏松的診斷率并無顯著性差異，提示IP可以和MW一樣作為診斷骨質疏松的有用工具。

本研究的局限性，一是為單中心研究，病例數較少；二是CT掃描條件為120 kVp，沒有考慮不同kVp對骨密度測量結果的影響；此外，本組病例均為CT平掃，未考慮增強掃描對骨密度測量結果的影響。

綜上，基于腹部CT掃描的腰椎BMD測量對于診斷骨質疏松是可行的，兩種BMD測量軟件得出的BMD值有明顯不同，IP的BMD值明顯低于MW值，所以IP結果不能直接與QCT結果進行比較，通過以MW測量的骨密度為因變量，以IP測量的骨密度為自變量建立回歸方程，使兩種骨密度數據可以相互轉換而用于臨床診斷。IP 測量的BMD值與MW測量的 BMD值的一致性及相關性好，臨床上可用于骨質疏松的機會性篩查及隨訪。