两种DXA骨密度体模比较研究

胡 静,林 滔,鄢 铃

（中国测试技术研究院，四川 成都 610021）

两种DXA骨密度体模比较研究

胡 静,林 滔,鄢 铃

（中国测试技术研究院，四川 成都 610021）

研究比较国产QC-2型腰椎骨密度体模（以下称QC-2体模）和欧洲脊椎骨密度体模（以下称ESP体模）在双能X射线全身骨密度仪(以下称DXA)检定中的差异性。用DXA仪器对这两种体模分别进行检测，对测量结果进行比较分析。（1）QC-2型体模和ESP型体分别被仪器进行测量时，仪器测量的BMD同两个体模的BMD相比，误差分别在-15.1%～11.5%和-16.1%～12.5%之间；而且，两个体模的各自标称值与相应的仪器测量值之间，分别都有非常好的线性关系，r＞0.99。（2）用回归方程进行校正后，仪器值（BMD）与两个体模的各自的标称值之间的误差分别在-3.8%～4.4%和在-3.8%～4.4%之间。用成对样本均数比较方法，对校正结果进行统计分析，经配对t检验，二者结果没有显著差异（P＞0.05）。表明这两种腰椎骨密度体模都能用于双能X射线全身骨密度仪（DXA）的检定。

腰椎骨密度体模；双能X线骨密度仪；骨矿含量；骨矿密度

0 引 言

骨矿密度是诊断治疗骨质疏松症的一个非常重要的指标。目前，国内外为了开展骨质松症诊断治疗，广泛使用了骨密度测量仪来测量人体的骨矿密度。骨密度测量仪主要有两大类：（1）电离辐射射线类骨密度仪；（2）超声波骨密度测量仪。前者研发使用最早最成熟；后者尚处于考察试用阶段。电离辐射射线

类骨密度仪有双能X射线全身骨密度仪（DXA）、QCT腰脊椎骨密度仪、单光子骨密度仪及四肢双能X射线骨密度仪[1]。用得最多的是双能X射线全身骨密度仪，该仪器和其他几种相比，由于测量部位多、精度高，被称为骨密度测量的“金标准”[2]。为此，我国还专门制定了国家医药行业标准：YY/T 0724-2009《双能X射线骨密度仪专用技术条件》；并制定了骨密度仪国家检定规程：JJG 1050-2009《X、γ射线骨密度仪》。在专用技术条件和检定规程中都规定了要使用“骨密度体模”对骨密度仪的计量指标进行合格试验或合格检定。由于双能X射线骨密度仪使用最为广泛，在JJG 1050-2009检定规程中制定了该种骨密度仪的检定要求。该规程要求必须用“腰椎骨密度体模”对仪器的性能指标进行检定。

目前检定用的体模有进口的和国产的，进口的以欧洲ESP腰椎体模为主；国产的以QC-2型腰椎体模为主。为了解这两种体模的差异或找出解决差异的办法，对这两种体模的主要性能指标进行比较研究。研究方法是采用两种体模对一种或几种型号的骨密度仪进行检定实验，将二者实验结果进行比较分析，以考察二者的一致性。

1 QC-2型腰椎体模和ESP腰椎体模的性能指标

这两种体模的材料和尺寸不相同（见表1和表2），但对于检定双能X射线全身骨密度仪最重要的3项性能指标是相同的：（1）它们的软组织等效材料，其辐射等效性都接近于水；（2）它们模拟骨骼骨矿物质材料都是羟磷灰石即[Ca10（OH）2（PO4）3]；（3）它们BMD的标称值都分3个档次，每个档次都相同，即都是0.5，1.0，1.5g/cm2[3]。因为人的软组织接近于水，骨灰主要成分是羟磷灰石；骨密度仪检测骨骼就是检测人的BMD指标，所以，用体模来检测骨密度仪，可通过检测其BMD的仪器值获得。

表1 QC-2型腰椎体模和ESP腰椎体模的材料及尺寸

表2 QC-2型腰椎体模和ESP腰椎体模的性能指标

2 QC-2型腰椎体模和ESP腰椎体模被仪器给出的测量示值

用每一种骨密度仪测量体模，每一次测量都给出Area、BMC和BMD 3个测量示值，每一个测量值都由3次测量取平均，表3和表4列出了两个体模被5台仪器检测的测量值。表中仪1、仪2、仪3、仪4和仪5分别代表Expert、Prodigy、QPX-IQ、DPX-L和4500 Discovery 5种型号的DXA骨密度仪（以下各表相同）。表3和表4中的误差是仪器测量值与体模的标称值相比，前者比后者大为正；前者比后者小则为负。即：

表3 QC-2型腰椎体模被5台仪器检测的测量值

表4 ESP腰椎体模被5台仪器检测的测量值[4]

2.1 腰椎投影面积（Area)

两种体模的模拟腰椎的结构形状不同，但它们的每一个模拟椎骨的投影都是十分规则的方形或长方形[5]。QC-2体模的Area为11.4cm2，ESP的为9cm2。前者误差范围为-10.2%～8.8%，平均为-1.61%；后者误差范围为-10.2%～4.4%，平均为-1.64%。二者的误差范围和平均误差的差异很小。这些误差是由仪器在自动或手动画感兴趣区时引起的，尤其在骨密度很低的投影区域，误差更大。

2.2 骨矿含量（BMC)

两个体模都有3个模拟椎骨，分别用L2、L3和L4表示。QC-2的L2、L3和L4的BMC分别为5.7，11.4和17.1 g；ESP的L2、L3和L4的BMC分别为4.5，9.0和13.5g。QC-2的L2、L3和L4的测量示值的误差范围和平均误差分别是-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的测量示值的误差范围和平均误差分别是-23.0%～-6.6%、1.5%～9.6%和4.7%～9.0%及-14.7%、5.69%和6.4%。两台体模都是L2的误差范围大，平均误差也大，L3和L4误差要小些。出现这样大的误差，是因为各仪器对骨矿含量的精密度不一样或者分辨率不一样引起的。尤其是对骨密度为0.5g/cm2这种低的模拟椎骨，误差更大。

2.3 骨矿密度（BMD)

在DXA骨密度仪的检定中，是以BMD的仪器值与体模的标称值是否符合，来判定仪器是否合格的。这是一个很重要的指标，是在骨质疏松诊断中必须用到的指标。它是由式（2）计算而得：

体模中的BMD和仪器给出的BMD都是根据式（2）计算。因此，它的误差由BMC和Area的误差决定[6]。下面是5台仪器给出的测量值的误差范围和平均误差。

QC-2的L2、L3和L4的BMD测量值的误差范围和平均误差分别是-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测量值的误差范围和平均误差分别是-15.4%～-5.2%、4.3%～8.1%和4.3%～7.8%及-11.68%、5.98%和6.0%。两台体模比较都是L2的误差范围大，平均误差也大，L3和L4误差要小些。它们之所以有这样大的误差，根据式（2），是由BMC和Area带来的，其中BMC的贡献最大。如果只根据这样的仪器值来判断其是否合格，会给检定工作带来很大的困难。

所有，DXA的检定体模把模拟骨骼的标称值至少设置为覆盖临床应用要求的3个档次，例如QC-2和ESP体模标称值，都设置成低（0.5 g/cm2）、中（1.0g/cm2）和高（1.5g/cm2）3个档次。如果仪器检测值都偏高或偏低，就产生了系统误差，那么，可以通过回归分析方法，予以校正[7]。

2.3.1 BMD的回归方程计算

拟用直线回归方法进行计算，其方程为

式中：y——仪器的BMD测量值，g/cm2；

x——仪器的BMD测量值，g/cm2；

A——直线截距，g/cm2；

B——直线斜率。

根据表3和表4的数据，用式（3）计算，得到表5和表6列出的两台体模与5台仪器测量值的回归方程的A和B参数。表中r为相应方程的线性相关系数[8]。

表5 QC-2与5台骨密度仪的直线方程

表6 ESP与5台骨密度仪的直线方程

2.3.2 BMD的校正及校正后的误差

由于骨密度仪本身检测敏感性的原因，对于低、中、高不同密度的检测误差是不相同的。同时又要求骨密度仪要有一定的检测范围，以便覆盖人体骨密度变化（正常的和病理的）范围。又由于每一种或每一台仪器工艺技术的原因，出现的系统误差也不一样。所以，用低、中、高3种不同骨密度的体模对仪器的BMD进行校正。表7和表8列出了用表5和表6的线性方程，对表3和表4的BMD进行校正的结果。表7和表8中L2、L3和L4的误差是根据（1）式计算。平均误差是反应体模检测每一台仪器L2、L3和L4低、中、高3个椎骨的误差[9]。

2.3.3 两台体模的比较分析

（1）从表3和表4可以看出，5台骨密度仪测量两台体模，给出的BMD的仪器值与体模标称值相比，误差都是很大的。如果不加以校正，两台体模的检测值就没有一致性。

表7 QC-2校正后的5台仪器的BMD 单位：g·cm-2

表8 ESP校正后的5台仪器的BMD 单位：g·cm-2

图1 两个体模对仪1的相关性

图2 两个体模对仪5的相关性

（2）从表5和表6可以看出，5台骨密度仪给出的仪器值BMD同两台体模的标称值，从低到高，都有很好的相关性，r＞0.99，斜率都不等于1.0，而且都有一定的截距，说明两台体模用来检测骨密度仪产生了一定的系统误差。图1和图2作为举例，分别表示了两种体模对Lunar公司的仪1和Hologic的仪5的直线相关性[10]。对其他型号的直线相关性有类似的图。横坐标表示体模的BMD值，而纵坐标表示仪器给出的BMD值。

（3）从表7和表8可以看出，经过线性校正后，5台骨密度仪给出的仪器校正值同相应体模的标称值误差都很小。即经过两台体模检测校正后，5台仪器的测量值都同体模标称值相符[11]。

（4）两个体模，5台仪器，有5对数据，达到了一定的统计量，可用通常的成对样本均数（或平均值）比较法，对校正后的5对BMD测量值和标称值进行比较。经过计算，并进行t检验，两种体模检定骨密度仪得出的数据结果没有显著差异（P＞0.05），即两个体模在检定BMD时，其结果一致[12]。

3 结束语

用QC-2型腰椎骨密度体模和欧洲ESP型脊椎骨密度体模来检定前述5台骨密度仪时，数据有时会偏高或偏低，又或者会出现系统误差，但体模标称值和仪器值却有高度相关性；这两种骨密度体模对同一台DXA骨密度仪的检测结果，可以各自用回归线性方程进行校正，经过校正后，两种检测结果没有显著差异。表明这两种腰椎骨密度体模都能用于双能 X射线全身骨密度仪（DXA）的检定。

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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 静（1963-），女，重庆市人，主要从事计量质量管理体系工作。