中国人群定量CT(QCT)脊柱骨密度正常参考值的建立和骨质疏松症QCT诊断标准的验证

李凯 陈捷 赵林芬 陈义忠 周军 邵继满 曲海波 郝晓光 姜永宏 吴艳 张郡 汤光宇 张雪芹 张伟 李小荣 王玲 王亮 刘世炜 吴静# 马远征# 程晓光#

1.北京积水潭医院放射科,北京 100035 2.北京大学人民医院临床流行病室，北京 100044 3.常州市武进中医医院放射科，常州 213161 4.大邑县人民医院放射科，成都 611330 5.沈阳市第四人民医院放射科，沈阳 110031 6.江西中医药大学附属医院放射科，南昌 330006 7.四川大学华西第二医院放射科，成都 610041 8.太原市中心医院放射科，太原 030009 9.西安红会医院放射科，西安 710054 10.郑州大学第一附属医院CT室，郑州 450052 11.北京市顺义区医院放射科，北京 101300 12.上海市第十人民医院放射科，上海 200040 13.重庆市北碚区中医院放射科，重庆 400700 14.河北医科大学第三医院放射科，石家庄 050051 15.中国人民解放军南部战区总医院放射科，广州 510010 16.中国人民解放军总医院第八医学中心骨科中心，北京 100091 17.中国疾病预防控制中心慢性非传染性疾病预防控制中心，北京 100050

随着中国人口老龄化，骨质疏松症越来越受到重视。最近发布的两个独立的大样本双能X线骨密度仪(dual energy X-ray absorptiometry, DXA)调查结果表明我国50岁以上人群年龄标准化的骨质疏松症总患病率分别为男性6.46%，女性29.13%[1]，和男性6%，女性32.1%[2]。按照2010年全国人口普查数据，骨质疏松症患者男性1千1百万人，女性约4千9百万人[1]。这些大数据调查结果都预示着我国未来骨质疏松症防治任务的艰巨。

骨密度测量在骨质疏松症的诊断和治疗中具有重要作用[3]，DXA是目前使用最广泛的骨密度测量方法，DXA诊断标准是T值<-2.5 SD[4]。而DXA骨密度T值的计算是患者的测量值减去正常年轻人群参考值的均数，再除以这个人群的SD值，所以建立人群正常参考值范围是确立骨密度诊断标准的基础[5-7]。定量CT(quantitative computed tomography, QCT)骨密度测量是在临床CT扫描图像的基础上，配以QCT专业体模和分析软件进行骨密度测量，由Cann等于1980年提出[8]。由于QCT采用的是CT的原始数据进行骨密度测量，测量的骨密度是真正体积骨密度，单位是mg/cm3。与其他投影骨密度测量的面积骨密度不同，QCT可以选择性测量椎体松质骨骨密度，这种体积骨密度不受椎体大小、肥胖、骨质增生和血管钙化的影响，是目前最准确的骨密度测量方法[9-10]。近年来CT技术快速发展，辐射剂量逐渐降低，QCT的应用也随之得到发展，在国际和国内的应用越来越广泛。国际临床骨密度学会(ISCD)和美国放射学会(ACR)均推荐QCT诊断骨质疏松症的标准为腰椎骨密度低于80 mg/cm3[9,11]。关于骨质疏松症的诊断，中国老年学与老年医学学会骨质疏松分会于2014年推荐使用国际标准[12]。

QCT骨密度诊断骨质疏松症标准的建立，同样需要建立正常参考值范围数据库。在国际上，QCT的正常参考值范围数据库不如DXA那么完善。中国人群早期的QCT正常参考值范围数据库是秦明伟教授于1996年通过采集的445例样本建成[13]，但该数据库没有得到广泛应用。程晓光等[14]通过采集中国3个城市共计400例20～40岁人群的QCT骨密度值，于2017年发布了该年龄段人群的QCT正常参考值范围。但由于这些研究的样本量都比较小，人群代表性有限，参考值范围在全国推广受限。ISCD和ACR提出的QCT骨密度诊断骨质疏松症80 mg/cm3诊断标准是否适用于中国人群，一直没有得到很好的验证。

为了更好地了解中国青年人群腰椎QCT骨密度正常值范围，建立中国人群的脊柱QCT正常参考值范围数据库，和验证国际脊柱QCT骨质疏松症的诊断标准是否适合中国人群，进行了本研究。

1 材料和方法

1.1 研究对象

本研究的研究对象由3部分组成。20～40岁青年人群(1584例)，中老年人群≥40岁社区人群(3420例)和老年脊柱骨折患者(432例)。

1.1.120～40岁青年人群：鉴于QCT的辐射比较大，本研究的人群采集来自各个医院的急诊室CT扫描人群，主要为因外伤、急腹症等不影响骨代谢的急诊患者，与程晓光(2017)文章相同[14]。根据我国幅员辽阔的地域特点，该研究从华北、华东、华南、华中、西南地区分别设立了样本采集中心，具体为华北地区的北京积水潭医院、河北医科大学第三医院、北京顺义区医院和郑州大学第一附属医院，华东地区的上海市第十人民医院和上海市第六人民医院，华南地区的广州陆军总医院，以及西南地区的重庆市北碚区中医院。累计采集样本共计1584例，其中男性837例，女性747例。QCT扫描和急诊腹部或腰椎CT同时进行，CT扫描机各医院不尽相同，常规扫描条件。统一采用美国Mindways的定量CT(QCT)系统(QCT pro 5.0v)进行第1、2腰椎骨密度测量，取平均值。

1.1.2中老年人群≥40岁社区人群：该人群的受试者来自国际著名的前瞻性城乡流行病研究(The Prospective Urban Rural Epidemiology，PURE)的中国人群[15]。全国7个省市的12个中心参与，Clinicaltrials注册号(NCT01758770)，总共3420人，男1260例，女2160例，年龄40～83岁。采用美国Mindways的定量CT(QCT)系统(QCT pro 5.0v), 统一采用欧洲脊柱体模(ESP 编号 154)做质控和横向校准。在QCT时，扫描侧位CT定位像，范围包含T4～L5范围[16]。由有经验的放射科医师采用Radiant软件对CT侧位定位像原始图像，根据Genant半定量椎体骨折分析法进行读片，每个椎体进行骨折分级(0为正常，1为轻度，2为中度和3为重度骨折)[17]。腰椎骨密度测量方法同上。

1.1.3老年脊柱骨折患者：脊柱骨折患者为2010年至2012年在积水潭医院因非暴力骨折就诊或住院进行椎体成形术治疗的患者，共432例，男87例，女345例，年龄51～95岁。所有患者都经脊柱X线平片，CT和/或MR检查，确诊为脊柱骨质疏松性骨折，以胸腰段为好发部位，均经椎体成形术治疗。所有患者均采用腰椎CT扫描，同时用美国Mindways定量CT(QCT)测量腰椎椎体骨密度(骨折椎体除外)，计算出平均骨密度。

1.2 方法

1.2.1骨密度测量方法：CT扫描范围包含了第1、第2腰椎椎体。采用美国Mindways公司的定量CT骨密度分析系统(QCT Pro 5.0v)分析软件，把CT图像数据传输到QCT工作站，按操作说明测量第1和第2腰椎椎体松质骨的骨密度，单位是mg/cm3，计算L1-2的平均骨密度。遇骨折的椎体，选取临近的椎体测量。

1.2.2质量控制：所有中心均采用美国Mindways公司的定量CT(QCT)骨密度测量系统，除了常规日程质量控制，本研究还采用欧洲脊柱体模(编号145)，在每个中心做横向校准扫描。扫描条件为120 kV，mAs根据各中心的扫描条件，为了不影响诊断效果，本研究采用的是常规CT扫描。

1.3 统计学处理

采用SPSS 20.0软件进行统计分析，所有计量资料均采用均数±标准差表示，采用t检验分析样本的性别差异和地区间差异。

2 结果

2.1 人群人口学特征

青年人群1584例中，1例身高、体重基础资料缺失；中老年社区人群3420例中，49例身高、体重基础资料缺失。每10岁分年龄组，男女分开。各年龄组的样本数和BMI如表1所示。

表1 各年龄组的BMI分布Table 1 Distribution of body mass index values of the subjects

2.2 青年人群(20～40岁)平均骨密度

年轻人群(20～40岁)共计1584例，其中男性837例，女性747例。女性的平均骨密度高于男性(图1)，差别具有统计学意义(P<0.001)。

图1 20～40岁青年人群腰椎QCT骨密度正常值Fig.1 Spinal BMD reference values of 20-40-year-old young adults

2.3 QCT骨密度与年龄的相关性

以每10岁分组，男女分开，QCT腰椎骨密度与年龄的相关性见图2。男性在20～30岁年龄段，骨密度就达到峰值，随后随年龄增加而下降。女性同样在30～40岁骨密度到达峰值，平均骨密度高于男性，在绝经后(50岁前后)骨密度明显加速下降，使得女性的平均骨密度低于男性。

图2 年龄与QCT骨密度关系Fig.2 The relationship between age and BMD values measured by QCT

2.4 QCT诊断标准的验证

40岁以上社区健康人群共3420例，采用ISCD和ACR骨质疏松QCT诊断标准[8,10]，总体人群33.2%为骨密度正常，38.3%为低骨量(80～120 mg/cm3)，28.5%为骨质疏松(<80 mg/cm3)(图3)。

图3 40岁以上社区人群骨质疏松患病率Fig.3 The prevalence rate of osteoporosis in subjects aged more than 40 years old in communities

如果按ISCD和ACR目前的诊断标准[9,11]，该人群各骨密度分组的骨折风险呈倍比增加趋势(图4)。

如果以PURE研究人群中发生骨折的百分率来评估BMD<80 mg/cm3为骨质疏松诊断质量，则：

灵敏度[真阳性率](%)=295÷569×100%=51.85%；

特异性[真阴性率](%)=2183÷2851×100%=76.57%；

假阳性率[误诊率](%)=668÷2851×100%=23.43%；

假阴性率[漏诊率](%)=274÷569×100%=48.15%；

符合率[可重复率、正确率](%)=2478÷3420×100%=72.46%；

阳性似然比=51.85%÷23.43%=2.21。

2.5 老年脊柱骨折患者的骨密度分布

在432例骨质疏松性骨折人群中，86%的人群骨密度<80 mg/cm3，14%的人群骨密度在80～120 mg/cm3，没有人的骨密度>120 mg/cm3(图5)。

上述3个人群的统计结果说明ISCD和ACR的QCT诊断标准在中国是适用的，BMD<80 mg/cm3的人群骨折的风险明显增加。

图4 PURE人群以QCT骨密度ISCD和ACR诊断标准，骨折的构成(%)呈倍比关系Fig.4 The proportion of subjects suffered from spinal fractures.The subjects suffered from spinal fractures were classified according to the QCT-BMD criterion proposed by ISCD and ACR

图5 骨质疏松性脊柱骨折人群的QCT骨密度分布Fig.5 BMD distribution in subjects suffered from osteoporotic spinal fractures measured by QCT

3 讨论

近年来，随着CT扫描仪的普及和QCT技术的进展，QCT在骨质疏松症的诊疗中越来越受到重视[18-21]。同其他骨密度测量技术一样，建立中国人群的正常参考数据库对QCT的临床应用具有重要作用。秦明伟等[13]于1996年采集了北京地区445例正常人群的QCT腰椎骨密度正常值，这次采集局限在北京地区的人群，采用的是Image Analysis公司的QCT校准体模。本研究采用目前国际先进的定量CT美国Mindways的QCT pro系统，在全国采集5004例健康人群的腰椎QCT骨密度，建立了中国人自己的QCT腰椎骨密度正常参考数据库。QCT骨密度测量值与所采用的QCT产品、CT扫描条件相关，本研究采用的是美国Mindways公司的QCT pro产品，CT扫描是120 kV，所以本次建立的数据库适用于Mindways的QCT pro系统和120 kV扫描条件。其他QCT产品和扫描条件，需要做验证后才能确定是否可以采用。本次建立的QCT正常参考数据库是目前国内也是国际上最大样本量的QCT正常参考库人群，覆盖区域最全的数据库，为我国建立QCT骨质疏松症诊断标准和开展QCT的临床应用提供了基础数据，对我国骨质疏松的诊断和监测具有重要意义。

由于QCT是采用CT的断层图像进行骨密度测量，测量的是椎体的体积骨密度，具有其技术优势，不受身高体重的影响，也不受脊柱退变和侧弯的影响，是更准确的骨密度测量方法，QCT比DXA更敏感反映骨密度变化，减少骨质疏松症诊断的假阴性诊断[22-25]。由于QCT是体积骨密度，男女性别的差异，人种间和地区间的QCT骨密度差异与DXA是不同的，一般QCT腰椎骨密度在不同种族和不同地区间的差别比DXA小，对骨质疏松的诊断影响小[14,22]。所以在采用DXA骨密度诊断骨质疏松症时，需要考虑不同种族和不同区域的差异，可能需要建立不同性别，不同人种和不同地区的正常参考值。QCT骨密度不受身高体重的影响，不同性别，不同人种和不同地区的差异小，建立一个参考数据库就可以。

QCT骨密度测量的辐射剂量比DXA大[26]，被认为是QCT的不足，其实QCT可以在非常低的剂量下完成[27]。我国现在低剂量胸部CT扫描作为肺癌筛查已经广泛使用，临床上CT扫描包含腰椎部位也很常用，尤其是骨科患者常常要做CT扫描，如果在这些CT扫描的基础上进行QCT骨密度测量，就是对CT扫描数据的再分析，没有增加辐射，这种把体检和临床CT扫描与QCT相结合的模式正在广泛应用，这将对我国骨质疏松症防治具有积极意义[19-21]。国际上机遇性QCT骨密度测量已经在低剂量腹部CT扫描和CT增强扫描中得到应用，有助于在临床CT检查时，同时筛查骨质疏松症[28-30]。