无体模法定量CT测量腰椎骨密度的可信度及可重复性研究

张望 彭松林 镇万新 罗常

·临床研究论著·

无体模法定量CT测量腰椎骨密度的可信度及可重复性研究

张望 彭松林 镇万新 罗常

目的评价无体模法定量CT（quantitative computed tomography,QCT）测量腰椎骨密度（bonemineraldensity,BMD;QCT⁃BMD）的同一位测量者内和3位测量者间BMD测量值的一致性和可重复性。方法将31例患者的腰椎螺旋CT扫描数据传输至工作站进行BMD测量。由3位经过培训的脊柱外科医生（分别为测量者A、B、C）独立进行腰椎QCT⁃BMD测量，每位测量者对患者均测量2次。同一位测量者的2次测量和3位测量者间BMD测量值的差异用重复测量的方差分析比较，一致性分析用组内相关系数（intraclass correlation coefficient,ICC）描述。3位测量者间BMD测量值的可靠性分析用Cron⁃bach'sα系数描述。结果测量者A的2次腰椎BMD测量值分别为（67.14±26.71）mg/cc、（66.37±26.69）mg/cc，差值率为4.22％±2.55％（P=0.12,ICC=0.995）；测量者B的2次腰椎BMD测量值分别为（68.89± 29.37）mg/cc、（68.54±28.98）mg/cc，差值率为5.08％±3.83％（P=0.56,ICC=0.994）；测量者C的2次腰椎BMD测量值分别为（69.31±26.72）mg/cc、（69.83±27.90）mg/cc，差值率为4.16％±3.03％（P=0.31,ICC= 0.995）。3位测量者所测量的腰椎BMD平均值分别为（66.76±26.66）mg/cc、（68.71±29.13）mg/cc、（69.57± 27.28）mg/cc（P=0.15,ICC=0.957,Cronbach'sα系数=0.985）。结论无体模法QCT测量腰椎BMD具有较高的一致性和可重复性。

骨密度；定量CT；可信度；可重复性

骨质疏松症是以单位体积骨骼中的骨量减少和骨组织显微结构改变为特征的全身性骨病，可引起患者全身骨脆性增加、骨强度下降和骨折风险增加。骨质疏松症最主要的评价指标是骨密度（bone mineral density,BMD）。目前WHO推荐采用双能X线吸收法（dualenergy X⁃ray absorptiometry,DXA）测量BMD值作为骨质疏松症诊断的金标准。虽然DXA测量有诸如可测量腰椎及髋关节等多部位、射线剂量小、检查速度较快等优点，但需专门仪器进行检查，尚不能大规模普及。定量CT（quantitative computed tomography,QCT）检查测定BMD（QCT⁃BMD）是目前唯一能够测得体积BMD的方法。随着CT性能的提高，利用专门工作站处理，可以实现在对患者进行腰椎CT甚至腹部CT等检查的同时进行无体模法QCT⁃BMD，从而更方便地实现对大规模人群进行BMD测量的可能，更早地发现隐匿的疾病。国内尚未见对无体模法QCT⁃BMD的可信度及可重复性研究的相关报道。

本研究选取31例中老年患者进行无体模法QCT⁃BMD，探讨无体模法QCT⁃BMD测量的可靠性及可重复性，为进一步研究无体模法QCT⁃BMD的临床应用提供依据。

资料与方法

一、一般资料

纳入标准：因腰腿痛、腰背痛接受腰椎CT检查的中老年患者。排除标准：因暴力外伤导致的骨折，既往有骨质疏松性骨质病史、多发性骨髓瘤、淋巴瘤、转移瘤等伴有骨质破坏，患甲状旁腺机能亢进等代谢性骨病以及服用糖皮质激素、雌激素及其类似物、钙片等影响骨代谢的患者。CT检查前所有患者均签署知情同意书。

收集2015年6～10月在本院接受腰椎CT检查的中老年患者31例的CT资料，男10例，女21例，年龄为50～77岁，平均为（63.7±7.9）岁。

二、研究方法

（一）CT扫描方法

使用飞利浦的16排螺旋CT，扫描患者L1⁃3椎体，扫描参数为140 kV、380MAS，准直宽度为1.5mm，螺距为5.0mm，重建层距层厚度为5.0mm。

（二）CT图像后处理及观察方法

将多层螺旋CT获得的数据传输至CT处理工作站（PHILIPS IntelliSpace Portal）后进行测量。测量步骤：①通过腰椎矢状面图像选取平行终板的腰椎中心横断面（图1 a）；②在腰椎中心横断面手动设置感兴趣区（region of interest,ROI；图1 b），包括：骨质区及作为内部参考区域的椎旁肌区和皮下脂肪区；③通过软件自动计算L1⁃3椎体的BMD值并求得平均值作为所测腰椎BMD值（图1 c）。

由3位脊柱外科医师（分别为测量者A、B、C）独立测量腰椎BMD值，每位测量者对患者均测量2次腰椎BMD值，2次测量间隔时间为1周。测量前测量者商议达成一致标准，即：选择椎体中央平行于终板区域，ROI直径为40mm，骨质区需避开皮质骨及椎体后中央静脉沟。

三、统计学方法

3位测量者测得6组腰椎BMD值、同一位测量者前后2次测量腰椎BMD值的平均值（3组）共计9组腰椎BMD值，所有数据应用SPSS 20.0进行统计学分析。分别统计同一位测量者前后2次测量的腰椎BMD平均值、腰椎BMD差值及差值率（腰椎BMD差值率=腰椎BMD差值/腰椎BMD平均值）。3位测量者前后2次测量的腰椎BMD值取平均值进行测量者之间两两比较一致性检验（可信度分析）。3位测量者前后2次测量的腰椎BMD值分别进行测量者个人前后一致性检验（可重复性分析）。同一位测量者的2次测量及3位测量者间测量腰椎BMD值的差异用重复测量的方差分析进行比较，测量腰椎BMD值之间的关系用组内相关系数（intraclass correlation coefficient,ICC）描述。3位测量者间测量腰椎BMD值的稳定性及可靠性分析用可靠性分析系数Cron⁃bach'sα描述。

结果

9组腰椎BMD值均符合正态分布。测量者A的2次测量的腰椎BMD值分别为（67.14±26.71）mg/cc、（66.37±26.69）mg/cc，2次测得腰椎BMD值差值率的均值为4.22％±2.55％（P=0.12,ICC=0.995），其中最大差值率为12.37％。测量者B的2次测量的腰椎BMD值分别为（68.89±29.37）mg/cc、（68.54±28.98）mg/cc，2次测量腰椎BMD值差值率均值为5.08％± 3.83％（P=0.56,ICC=0.994），其中最大差值率为18.89％。测量者C的2次测量的腰椎BMD值分别为（69.31±26.72）mg/cc、（69.83±27.90）mg/cc，2次测量的腰椎BMD值差值率均值为4.16％±3.03％（P= 0.31,ICC=0.995），其中最大差值率为14.81％。同一位测量者2次测量间重复测量的腰椎BMD值方差分析显示差异均无统计学意义（均P＞0.05，表1），ICC显示同一位测量者2次测量间腰椎BMD值具有稳定性和一致性（表1）。

3位测量者所测量的腰椎BMD平均值分别为（66.76±26.66）mg/cc、（68.71±29.13）mg/cc、（69.57± 27.28）mg/cc（均P＞0.05），ICC值为0.957（95％CI：0.924～0.978），显示3位测量者间BMD测量值具有一致性。3位测量者间BMD测量值Cronbach'sα系数为0.985，显示3位测量者间BMD测量值使用无体模法QCT⁃BMD的内在信度，即可靠性很高。

图1　模拟演示无体模法QCT⁃BMD步骤a：在腰椎矢状面图像选取平行终板的腰椎中心横断面；b：在腰椎中心横断面手动设置ROI（黄色、蓝色及红色分别为骨质区、皮下脂肪区和椎旁肌肉区），骨质区尽量在椎体中心，避开皮质骨及椎体后中央静脉沟，直径统一为40 mm；c：软件自动计算L1⁃3椎体BMD值

表1　测量者2次测量腰椎BMD值及其一致性分析结果

讨论

椎体骨折作为骨质疏松症常见的并发症之一，严重影响了患者的生活质量。而椎体压缩性骨折在早期常因症状不明显而容易漏诊，Sambrook等［1］研究显示在已有影像学改变的患者中只有1/4～1/3者能通过临床症状做出诊断。因此在患者尚未发生骨折之前对骨质疏松症做出诊断并进行干预尤为重要。而BMD在骨折预测方面有较高的价值［2，3］。

一、QCT比较DXA用于测量BMD的优势

目前用于测量椎体BMD值的方法主要有DXA及QCT。DXA虽具有辐射剂量小以及检查速度快等优点，但在测量椎体BMD值及反映骨强度方面有一定局限性。DXA测量的是面积BMD，不能把皮质骨和松质骨区分开来测量［4］。富含松质骨的中轴骨比以皮质骨为主的外周骨骨量丢失速度快，理论上皮质骨会影响骨质疏松诊断及降低预测骨折风险的敏感性［5］。李娜等［6］的一项大样本研究显示DXA测量≥60岁各年龄组患者腰椎正位BMD值的累计骨丢失率变化不大，提示DXA在对60岁以上老年女性骨质疏松的诊断价值有限，且年龄越大，骨量丢失的假阴性率越高。另有研究表明使用腰椎正位DXA行椎体BMD值测量时，可因重度椎体骨赘形成，导致BMD测定值高于实际值［7］。余卫等［8］的研究指出椎体、棘突和椎小关节的骨质增生和硬化也可影响腰椎正位DXA测量结果。李凯等［9］的研究显示对于老年男性人群骨质疏松的检出率，DXA低于QCT，且在QCT诊断为骨质疏松而DXA为阴性结果的患者中，有部分合并椎体骨折，提示单纯利用DXA诊断骨质疏松可能存在一定的漏诊。

二、QCT⁃BMD的优缺点

QCT⁃BMD是在CT扫描时，将穿过人体的CT衰减系数经校准体模转换为以mg/cc为单位的BMD的测量技术［10］，其测量的是真正意义上的体积BMD。QCT的空间分辨率高、可显示完整的骨结构形态，并可通过对ROI的选择分别评估皮质骨和松质骨，不受骨骼大小及形状差异的影响［11］。

QCT也存在着一些缺点：QCT辐射量相对偏大，虽然其总体上射线量低于普通CT检查，但做1次QCT时患者受照的辐射剂量为0.02～0.36μSv，而DXA的扇形孔仅为0.0067～0.0310μSv［12］。目前常用的有体模法QCT⁃BMD需让患者抬腿屈膝，尽量让腰背部紧贴体模，其间没有间隙，腰椎活动受限患者或有后凸畸形患者常难以配合检查体位。

三、无体模法QCT⁃BMD

Gudmundsdottir等［13］完成无体模法QCT⁃BMD，并发现用无体模法QCT⁃BMD每年骨丢失率与有体模方法测量的结果相仿。无体模法QCT⁃BMD的原理是：用纯肌肉和脂肪组织的CT值及肌肉、脂肪、水三者衰减系数的一致性原理校准自动分割的椎体各结构的CT值，建立BMD与椎体各结构CT值的相关性，从而求得测量区域各结构的椎体BMD值［13］。无体模法相较于有体模法对测量体位无特殊要求，且能利用已有的CT数据测量椎体BMD值，减少了暴露风险。潘诗农等［14］的研究表明，无体模法QCT具有与有体模法、DXA法相同的测量BMD的能力。软件对于脂肪组织内ROI的大小有一定的要求，临床上对于体型偏瘦者可以利用腹腔内脂肪作为内部参考物区域［15，16］。然而，无体模法QCT⁃BMD仍需手动选择层面，测量过程易受测量者的影响，从而影响体积测量的稳定性和一致性。徐敬慈等［16］发现在对测量方式没有达成一致标准的情况下，不同测量者对BMD值测量结果差异明显。

四、本研究体会

本研究采用了可靠性分析进行检验无体模法QCT⁃BMD的同一位测量者内及3位测量者间BMD测量值的一致性。同一位测量者内和3位测量者间BMD测量值的可靠性可用ICC描述，内部一致性可用Cronbach'sɑ系数描述［17］。若ICC和Cronbach'sɑ系数＞0.8即认为有几乎完全的一致性。

本研究结果提示，在对测量方式达成一致标准的前提下，同一位测量者内或3位测量者间BMD测量值之间的差异均无统计学意义（均P＞0.05），具有一致性（ICC值＞0.95，Cronbach'sɑ系数为0.988），说明了无体模法QCT⁃BMD具有较好的稳定性，可以作为临床测量BMD推广使用。

综上所述，利用无体模法QCT⁃BMD测量的重复性好，结果稳定可靠，对于骨质疏松症的诊断和随访具有重要的临床应用价值。但无体模法QCT⁃BMD结果因扫描条件（如管电压、扫描层厚、不同机器等）的变化而变化，有待进一步的研究以确定统一的扫描条件，指导制定标准无体模法QCT⁃BMD扫描协议，以用于不同CT扫描机BMD测量的多中心合作，以建立基于无体模法QCT测量结果的BMD数据库。

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Reproducibility ofmeasurement of lumbar vertabal bonem ineral density using quantitative CT w ith⁃out external reference phantom.

ZHANGWang,PENGSonglin,ZHENWanxin,LUOChang.Second Clinical Medical College of Jinan University;Department of Spinal Surgery,Shenzhen People's Hospital,Shenzhen 518020,China
Corresponding author:ZHENWanxin,E⁃mail:13802213788@163.com

Objective To evaluate the intra⁃and inter⁃observer consistency and reproducibility of bone mineral density(BMD)in lumbar vertebrae measured by quantitative CT without external reference phantom.Methods The CT data of 31 cases were transferred to a work station tomeasure lumbar BMDs. The BMDsweremeasured by three trained spine surgeons.Each observer performed themeasurements of all subjects twice.Intra⁃observer and inter⁃observer variability was calculated using analysis of variance of the repeatedlymeasured results.The consistency was analyzed with the intra⁃class correlation coefficient(ICC). Reliability analysis in inter⁃observerwas performed with Cronbach'sαcoefficient.Results Datameasured by Observer A were(67.14±26.71)mg/cc and(66.37±26.69)mg/cc［difference:(4.22±2.55)％,P=0.12,ICC= 0.995］,Observer B(68.89±29.37)mg/cc and(68.54±28.98)mg/cc［difference:(5.08±3.83)％,P=0.56,ICC= 0.994］,Observer C(69.31±26.72)mg/cc and(69.83±27.90)mg/cc［difference:(4.16±3.03)％,P=0.31,ICC= 0.995］,respectively.Themean lumbar BMDs by the three observers were(66.76±26.66),(68.71±29.13)and (69.57±27.28)mg/cc,respectively(P=0.15,ICC=0.957,Cronbach'sαcoefficient=0.985).Conclusion High reproducibility and consistency in themeasurement of lumbar BMD can be achieved with quantitative CTwithoutexternal reference phantom.

Bonemineraldensity;Quantitative CT;Reliability;Reproducibility

10.3969/j.issn.1674⁃8573.2016.06.002

深圳市科技计划项目（GJHZ2014 0416123146582）

518020广东深圳，暨南大学第二临床医学院深圳市人民医院脊柱外科

镇万新，E⁃mail：13802213788@163.com

（2016⁃04⁃11）