家猪体模椎体CT 值与骨密度值的相关性研究＊

柴 鑫，方彦鹏，段庆红，邹 迅，温 磊，焦 俊

(贵州医科大学附院 影像科，贵州 贵阳 550004)

骨密度(bone mineral density，BMD)测量是目前诊断骨质疏松症，预测骨折危险度、评价骨质疏松治疗效果的主要指标［1］。定量CT(quantitative computed tomography，QCT)测量BMD 是临床认可的对脊柱、髋关节、前臂和全身的骨密度测量方法，不受被测物体积的限制和腹主动脉钙化和椎体退变的影响，且能分别测量皮质骨和松质骨的BMD值，在测量肥胖或者低体重指数的患者时，QCT 较DXA(dual energy X-ray absorptionmetry)更为准确［2－3］。目前，我国CT 设备已较为普及，但是拥有QCT 骨密度测量仪器的医院却极少。本课题通过对离体家猪椎体松质骨不同扫描条件下的CT值和定量CT BMD 值间的相关性研究，探讨临床利用CT 评价成年人BMD 的最佳CT 扫描条件，为CT 值与BMD 值对照测量，建立成年人正常骨量、低骨量与骨质疏松的CT 值诊断奠定基础。

1 材料与方法

1.1 一般资料

选择带皮、皮下脂肪、肌肉、肝脏及脊椎骨包裹固定成圆桶状猪身体模，体模直径25.5 cm，厚18.9 cm。CT 扫描仪应用德国SIEMENS SOMATOM Definition AS 128 层螺旋CT 扫描机，骨密度测定仪选用美国Mindways 公司的5 样本QCT 测量系统QCT PROTM3D 脊柱BMD 应用模块。

1.2 检测方法

设置7 种不同扫描条件，管电压固定120 kV时，管电流分别为200、150、100 和50 mAs;管电流固定200 mAs 时，管电压分别为140、120、100 和80 kV，其他扫描条件均相同，轴扫，机架转速0.5 s/周，标准算法重建。对离体家猪体模分别进行CT 扫描，并将容积数据上传至PACS 系统及骨密度工作站进行CT 值与BMD 值测量。测量前，进行校正检验，体模(QA 体模)的检测。兴趣区(ROI)置于椎体中央松质骨区域，避开骨皮质及椎静脉。ROI 面积约100 mm2，深度7 mm，记录动物体模椎体松质骨CT 值及BMD 值。

1.3 统计学处理

所得数据采用SPSS 17.0 软件包进行统计学分析，不同管电压和管电流下CT 值和BMD 值差异比较采用方差分析和Kruskal-Wallis 秩和检验;不同条件下CT 值和BMD 值相关性分析采用Pearson 相关系数检验法进行分析，P ＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 猪脊椎椎体松质骨CT 值和BMD 值

管电压采用120 kV 时，不同管电流与曝光时间乘积(200、150 s、100 和50 mAs)下，猪脊椎椎体松质骨CT 值和BMD 值差异均无统计学意义(P ＞0.05，表1);管电流采用200 mAs 时，不同管电压(140、120、100 和80 kV)下，猪脊椎椎体松质骨CT值差异具有统计学意义(P ＜0.05)，平均CT 值分别为308.4、306.9、371.05 及434.35 Hu，BMD 值差异无统计学意义(P ＞0.05，表2)。

2.2 猪脊椎椎体松质骨CT 值与BMD 值的相关性

利用Pearson 相关系数检验法进行相关性分析中，不同扫描条件下，猪脊椎椎体松质骨CT 值与BMD 值之间呈明显的线性正相关(表1 和表2)。

表1 相同kV 不同mAs 扫描条件下猪脊椎椎体松质骨CT 值、BMD 值及相关系数Tab.1 CT values and BMD values and their correlation coefficients in cancellous Bone of porcine vertebral body model with different scan settings(same kV different mAs)

表2 相同mAs 不同kV 扫描条件下猪脊椎椎体松质骨CT 值、BMD 值及相关系数Tab.2 CT values and BMD values and its correlation coefficient in cancellous Bone of porcine vertebral body model with different scan settings(same mAs different kV)

3 讨论

CT 值表示在CT 影像中的每个像素所对应物质对X 射线的平均衰减量大小，物质的组成成分以及X 射线的能量决定物质的X 射线衰减系数［4］。改变管电压(kV)会影响X 线的线质和波长，因此管电压(kV)改变时，会导致物质的X 线衰减系数发生改变，因此物质的CT 值就会发生改变。当降低kV 时，高密度物质的CT 值就会升高，例如含碘的血管或着骨骼等物质。本研究中管电流固定设置200 mAs，管电压分别为100 和80 kV 条件时，虽然CT 值与BMD 值之间的相关系数较高，但所测得的CT 值较管电压120 kV 时偏高，这与李锋坦等［5］研究相一致。而把管电压设置在120 和140 kV 时，CT 值的测量相对稳定，但140 kV 条件下时CT 值与BMD 值的相关系数偏低。X 线量的统一控制因素是管电流与曝光时间的乘积(mAs)，管电流(mA)决定X 线光子的数量，是X 线管内的由阴极流向阳极的电流，它几乎不会影响X 线的穿透力。因此，在管电压固定的情况下，单独改变管电流不会造成物质的X 线衰减系数的改变，这对CT 值影响极小。曝光时间是X 线量的控制因素之一，是X 线管发射X 线的时间。因此，改变曝光时间也不会对CT 值产生影响。本此研究中与彭文献等［6］的研究相一致，管电流与曝光时间的乘积(mAs)对CT 值无明显影响，但随着mAs 的增加，CT 值与BMD 值的相关系数增高，呈正相关，这与江才明等［7］研究相一致，说明在一定扫描条件下利用CT 值对椎体松质骨椎体骨量的判断具有重要参考意义。

定量CT 在本研究中无论是改变kV 或mA 和mAs 测量BMD 均较稳定，因为在定量CT 测量系统中的体模BMD 是固定的，利用Mindways 公司的5 样本QCT 测量系统软件计算就可以直接的到椎体松质骨的BMD(mg/cm3)，所以外部条件的改变对BMD 的影响有限。定量CT 骨密度测量系统在改变管电压以及不同CT 机扫描时，其测量BMD影响都很小，这是QCT 骨密度体模技术的一个突出优点［8］。

综上所述，当扫描条件设置为120 kV、200 mAs时，CT 值与BMD 值相关性最高，并且该CT 扫描条件符合临床成年人CT 检查常规扫描条件。因此，可以利用该扫描参数对不同性别和年龄的成年人脊椎松质骨进行CT 扫描，通过BMD 值量化骨质疏松CT 值的参考值范围，可简单、可靠地利用常规CT 检查评价成年人骨密度情况，具有重要的临床实用价值。

［1］Eastell R.Osteoporosis［J］.Medicine，2013(10):586－591.

［2］程晓光，李娜，余卫.美国放射学院(ACR)关于定量CT(QCT)骨密度测量操作指南［J］.中国骨质疏松杂志，2013(9):991－995.

［3］Engelke K，Adams JE，Armbrecht G，et al.Clinical use of quantitative computed tomography and peripheral quantitative computed tomography in the management of osteoporosis in adults:the 2007 ISCD Official Positions.［J］Journal of Clinical Densitometry，2008(1):123－162.

［4］彭亮，王洪凯，刘加成，等.一种用CT 值评估大鼠股骨骨量的方法［J］.生物医学工程学杂志，2008(2):231－234.

［5］李锋坦，李东，张云亭.管电压对CT 值测量、辐射剂量及图像质量影响的模型研究［J］.中华放射学杂志，2013(5):458－561.

［6］彭文献，彭天舟，叶小琴，等.CT 扫描参数对人体组织CT 值影响的研究［J］.中华放射医学与防护杂志，2010(1):79－81.

［7］江才明，赵建农.腰椎松质骨CT 值与骨密度的相关性分析［J］.中国误诊学杂志，2010(18):4326－4393.

［8］Crawford RP，Cann CE，Keaveny TM，et al.Finite element models predict in vitro vertebral body compressive strength better than quantitative computed tomography［J］.Bone，2003(4):744－750.