張望 彭松林 鎮(zhèn)萬新 羅常

·臨床研究論著·

無體模法定量CT測(cè)量腰椎骨密度的可信度及可重復(fù)性研究

張望 彭松林 鎮(zhèn)萬新 羅常

目的評(píng)價(jià)無體模法定量CT（quantitative computed tomography,QCT）測(cè)量腰椎骨密度（bonemineraldensity,BMD;QCT?BMD）的同一位測(cè)量者內(nèi)和3位測(cè)量者間BMD測(cè)量值的一致性和可重復(fù)性。方法將31例患者的腰椎螺旋CT掃描數(shù)據(jù)傳輸至工作站進(jìn)行BMD測(cè)量。由3位經(jīng)過培訓(xùn)的脊柱外科醫(yī)生（分別為測(cè)量者A、B、C）獨(dú)立進(jìn)行腰椎QCT?BMD測(cè)量，每位測(cè)量者對(duì)患者均測(cè)量2次。同一位測(cè)量者的2次測(cè)量和3位測(cè)量者間BMD測(cè)量值的差異用重復(fù)測(cè)量的方差分析比較，一致性分析用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient,ICC）描述。3位測(cè)量者間BMD測(cè)量值的可靠性分析用Cron?bach'sα系數(shù)描述。結(jié)果測(cè)量者A的2次腰椎BMD測(cè)量值分別為（67.14±26.71）mg/cc、（66.37±26.69）mg/cc，差值率為4.22％±2.55％（P=0.12,ICC=0.995）；測(cè)量者B的2次腰椎BMD測(cè)量值分別為（68.89± 29.37）mg/cc、（68.54±28.98）mg/cc，差值率為5.08％±3.83％（P=0.56,ICC=0.994）；測(cè)量者C的2次腰椎BMD測(cè)量值分別為（69.31±26.72）mg/cc、（69.83±27.90）mg/cc，差值率為4.16％±3.03％（P=0.31,ICC= 0.995）。3位測(cè)量者所測(cè)量的腰椎BMD平均值分別為（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系數(shù)=0.985）。結(jié)論無體模法QCT測(cè)量腰椎BMD具有較高的一致性和可重復(fù)性。

骨密度；定量CT；可信度；可重復(fù)性

骨質(zhì)疏松癥是以單位體積骨骼中的骨量減少和骨組織顯微結(jié)構(gòu)改變?yōu)樘卣鞯娜硇怨遣。梢鸹颊呷砉谴嘈栽黾?、骨?qiáng)度下降和骨折風(fēng)險(xiǎn)增加。骨質(zhì)疏松癥最主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)是骨密度（bone mineral density,BMD）。目前WHO推薦采用雙能X線吸收法（dualenergy X?ray absorptiometry,DXA）測(cè)量BMD值作為骨質(zhì)疏松癥診斷的金標(biāo)準(zhǔn)。雖然DXA測(cè)量有諸如可測(cè)量腰椎及髖關(guān)節(jié)等多部位、射線劑量小、檢查速度較快等優(yōu)點(diǎn)，但需專門儀器進(jìn)行檢查，尚不能大規(guī)模普及。定量CT（quantitative computed tomography,QCT）檢查測(cè)定BMD（QCT?BMD）是目前唯一能夠測(cè)得體積BMD的方法。隨著CT性能的提高，利用專門工作站處理，可以實(shí)現(xiàn)在對(duì)患者進(jìn)行腰椎CT甚至腹部CT等檢查的同時(shí)進(jìn)行無體模法QCT?BMD，從而更方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模人群進(jìn)行BMD測(cè)量的可能，更早地發(fā)現(xiàn)隱匿的疾病。國內(nèi)尚未見對(duì)無體模法QCT?BMD的可信度及可重復(fù)性研究的相關(guān)報(bào)道。

本研究選取31例中老年患者進(jìn)行無體模法QCT?BMD，探討無體模法QCT?BMD測(cè)量的可靠性及可重復(fù)性，為進(jìn)一步研究無體模法QCT?BMD的臨床應(yīng)用提供依據(jù)。

資料與方法

一、一般資料

納入標(biāo)準(zhǔn)：因腰腿痛、腰背痛接受腰椎CT檢查的中老年患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：因暴力外傷導(dǎo)致的骨折，既往有骨質(zhì)疏松性骨質(zhì)病史、多發(fā)性骨髓瘤、淋巴瘤、轉(zhuǎn)移瘤等伴有骨質(zhì)破壞，患甲狀旁腺機(jī)能亢進(jìn)等代謝性骨病以及服用糖皮質(zhì)激素、雌激素及其類似物、鈣片等影響骨代謝的患者。CT檢查前所有患者均簽署知情同意書。

收集2015年6～10月在本院接受腰椎CT檢查的中老年患者31例的CT資料，男10例，女21例，年齡為50～77歲，平均為（63.7±7.9）歲。

二、研究方法

（一）CT掃描方法

使用飛利浦的16排螺旋CT，掃描患者L1?3椎體，掃描參數(shù)為140 kV、380MAS，準(zhǔn)直寬度為1.5mm，螺距為5.0mm，重建層距層厚度為5.0mm。

（二）CT圖像后處理及觀察方法

將多層螺旋CT獲得的數(shù)據(jù)傳輸至CT處理工作站（PHILIPS IntelliSpace Portal）后進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量步驟：①通過腰椎矢狀面圖像選取平行終板的腰椎中心橫斷面（圖1 a）；②在腰椎中心橫斷面手動(dòng)設(shè)置感興趣區(qū)（region of interest,ROI；圖1 b），包括：骨質(zhì)區(qū)及作為內(nèi)部參考區(qū)域的椎旁肌區(qū)和皮下脂肪區(qū)；③通過軟件自動(dòng)計(jì)算L1?3椎體的BMD值并求得平均值作為所測(cè)腰椎BMD值（圖1 c）。

由3位脊柱外科醫(yī)師（分別為測(cè)量者A、B、C）獨(dú)立測(cè)量腰椎BMD值，每位測(cè)量者對(duì)患者均測(cè)量2次腰椎BMD值，2次測(cè)量間隔時(shí)間為1周。測(cè)量前測(cè)量者商議達(dá)成一致標(biāo)準(zhǔn)，即：選擇椎體中央平行于終板區(qū)域，ROI直徑為40mm，骨質(zhì)區(qū)需避開皮質(zhì)骨及椎體后中央靜脈溝。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

3位測(cè)量者測(cè)得6組腰椎BMD值、同一位測(cè)量者前后2次測(cè)量腰椎BMD值的平均值（3組）共計(jì)9組腰椎BMD值，所有數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。分別統(tǒng)計(jì)同一位測(cè)量者前后2次測(cè)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位測(cè)量者前后2次測(cè)量的腰椎BMD值取平均值進(jìn)行測(cè)量者之間兩兩比較一致性檢驗(yàn)（可信度分析）。3位測(cè)量者前后2次測(cè)量的腰椎BMD值分別進(jìn)行測(cè)量者個(gè)人前后一致性檢驗(yàn)（可重復(fù)性分析）。同一位測(cè)量者的2次測(cè)量及3位測(cè)量者間測(cè)量腰椎BMD值的差異用重復(fù)測(cè)量的方差分析進(jìn)行比較，測(cè)量腰椎BMD值之間的關(guān)系用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient,ICC）描述。3位測(cè)量者間測(cè)量腰椎BMD值的穩(wěn)定性及可靠性分析用可靠性分析系數(shù)Cron?bach'sα描述。

結(jié)果

9組腰椎BMD值均符合正態(tài)分布。測(cè)量者A的2次測(cè)量的腰椎BMD值分別為（67.14±26.71）mg/cc、（66.37±26.69）mg/cc，2次測(cè)得腰椎BMD值差值率的均值為4.22％±2.55％（P=0.12,ICC=0.995），其中最大差值率為12.37％。測(cè)量者B的2次測(cè)量的腰椎BMD值分別為（68.89±29.37）mg/cc、（68.54±28.98）mg/cc，2次測(cè)量腰椎BMD值差值率均值為5.08％± 3.83％（P=0.56,ICC=0.994），其中最大差值率為18.89％。測(cè)量者C的2次測(cè)量的腰椎BMD值分別為（69.31±26.72）mg/cc、（69.83±27.90）mg/cc，2次測(cè)量的腰椎BMD值差值率均值為4.16％±3.03％（P= 0.31,ICC=0.995），其中最大差值率為14.81％。同一位測(cè)量者2次測(cè)量間重復(fù)測(cè)量的腰椎BMD值方差分析顯示差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05，表1），ICC顯示同一位測(cè)量者2次測(cè)量間腰椎BMD值具有穩(wěn)定性和一致性（表1）。

3位測(cè)量者所測(cè)量的腰椎BMD平均值分別為（66.76±26.66）mg/cc、（68.71±29.13）mg/cc、（69.57± 27.28）mg/cc（均P＞0.05），ICC值為0.957（95％CI：0.924～0.978），顯示3位測(cè)量者間BMD測(cè)量值具有一致性。3位測(cè)量者間BMD測(cè)量值Cronbach'sα系數(shù)為0.985，顯示3位測(cè)量者間BMD測(cè)量值使用無體模法QCT?BMD的內(nèi)在信度，即可靠性很高。

圖1　模擬演示無體模法QCT?BMD步驟a：在腰椎矢狀面圖像選取平行終板的腰椎中心橫斷面；b：在腰椎中心橫斷面手動(dòng)設(shè)置ROI（黃色、藍(lán)色及紅色分別為骨質(zhì)區(qū)、皮下脂肪區(qū)和椎旁肌肉區(qū)），骨質(zhì)區(qū)盡量在椎體中心，避開皮質(zhì)骨及椎體后中央靜脈溝，直徑統(tǒng)一為40 mm；c：軟件自動(dòng)計(jì)算L1?3椎體BMD值

表1　測(cè)量者2次測(cè)量腰椎BMD值及其一致性分析結(jié)果

討論

椎體骨折作為骨質(zhì)疏松癥常見的并發(fā)癥之一，嚴(yán)重影響了患者的生活質(zhì)量。而椎體壓縮性骨折在早期常因癥狀不明顯而容易漏診，Sambrook等［1］研究顯示在已有影像學(xué)改變的患者中只有1/4～1/3者能通過臨床癥狀做出診斷。因此在患者尚未發(fā)生骨折之前對(duì)骨質(zhì)疏松癥做出診斷并進(jìn)行干預(yù)尤為重要。而BMD在骨折預(yù)測(cè)方面有較高的價(jià)值［2，3］。

一、QCT比較DXA用于測(cè)量BMD的優(yōu)勢(shì)

目前用于測(cè)量椎體BMD值的方法主要有DXA及QCT。DXA雖具有輻射劑量小以及檢查速度快等優(yōu)點(diǎn)，但在測(cè)量椎體BMD值及反映骨強(qiáng)度方面有一定局限性。DXA測(cè)量的是面積BMD，不能把皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨區(qū)分開來測(cè)量［4］。富含松質(zhì)骨的中軸骨比以皮質(zhì)骨為主的外周骨骨量丟失速度快，理論上皮質(zhì)骨會(huì)影響骨質(zhì)疏松診斷及降低預(yù)測(cè)骨折風(fēng)險(xiǎn)的敏感性［5］。李娜等［6］的一項(xiàng)大樣本研究顯示DXA測(cè)量≥60歲各年齡組患者腰椎正位BMD值的累計(jì)骨丟失率變化不大，提示DXA在對(duì)60歲以上老年女性骨質(zhì)疏松的診斷價(jià)值有限，且年齡越大，骨量丟失的假陰性率越高。另有研究表明使用腰椎正位DXA行椎體BMD值測(cè)量時(shí)，可因重度椎體骨贅形成，導(dǎo)致BMD測(cè)定值高于實(shí)際值［7］。余衛(wèi)等［8］的研究指出椎體、棘突和椎小關(guān)節(jié)的骨質(zhì)增生和硬化也可影響腰椎正位DXA測(cè)量結(jié)果。李凱等［9］的研究顯示對(duì)于老年男性人群骨質(zhì)疏松的檢出率，DXA低于QCT，且在QCT診斷為骨質(zhì)疏松而DXA為陰性結(jié)果的患者中，有部分合并椎體骨折，提示單純利用DXA診斷骨質(zhì)疏松可能存在一定的漏診。

二、QCT?BMD的優(yōu)缺點(diǎn)

QCT?BMD是在CT掃描時(shí)，將穿過人體的CT衰減系數(shù)經(jīng)校準(zhǔn)體模轉(zhuǎn)換為以mg/cc為單位的BMD的測(cè)量技術(shù)［10］，其測(cè)量的是真正意義上的體積BMD。QCT的空間分辨率高、可顯示完整的骨結(jié)構(gòu)形態(tài)，并可通過對(duì)ROI的選擇分別評(píng)估皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨，不受骨骼大小及形狀差異的影響［11］。

QCT也存在著一些缺點(diǎn)：QCT輻射量相對(duì)偏大，雖然其總體上射線量低于普通CT檢查，但做1次QCT時(shí)患者受照的輻射劑量為0.02～0.36μSv，而DXA的扇形孔僅為0.0067～0.0310μSv［12］。目前常用的有體模法QCT?BMD需讓患者抬腿屈膝，盡量讓腰背部緊貼體模，其間沒有間隙，腰椎活動(dòng)受限患者或有后凸畸形患者常難以配合檢查體位。

三、無體模法QCT?BMD

Gudmundsdottir等［13］完成無體模法QCT?BMD，并發(fā)現(xiàn)用無體模法QCT?BMD每年骨丟失率與有體模方法測(cè)量的結(jié)果相仿。無體模法QCT?BMD的原理是：用純肌肉和脂肪組織的CT值及肌肉、脂肪、水三者衰減系數(shù)的一致性原理校準(zhǔn)自動(dòng)分割的椎體各結(jié)構(gòu)的CT值，建立BMD與椎體各結(jié)構(gòu)CT值的相關(guān)性，從而求得測(cè)量區(qū)域各結(jié)構(gòu)的椎體BMD值［13］。無體模法相較于有體模法對(duì)測(cè)量體位無特殊要求，且能利用已有的CT數(shù)據(jù)測(cè)量椎體BMD值，減少了暴露風(fēng)險(xiǎn)。潘詩農(nóng)等［14］的研究表明，無體模法QCT具有與有體模法、DXA法相同的測(cè)量BMD的能力。軟件對(duì)于脂肪組織內(nèi)ROI的大小有一定的要求，臨床上對(duì)于體型偏瘦者可以利用腹腔內(nèi)脂肪作為內(nèi)部參考物區(qū)域［15，16］。然而，無體模法QCT?BMD仍需手動(dòng)選擇層面，測(cè)量過程易受測(cè)量者的影響，從而影響體積測(cè)量的穩(wěn)定性和一致性。徐敬慈等［16］發(fā)現(xiàn)在對(duì)測(cè)量方式?jīng)]有達(dá)成一致標(biāo)準(zhǔn)的情況下，不同測(cè)量者對(duì)BMD值測(cè)量結(jié)果差異明顯。

四、本研究體會(huì)

本研究采用了可靠性分析進(jìn)行檢驗(yàn)無體模法QCT?BMD的同一位測(cè)量者內(nèi)及3位測(cè)量者間BMD測(cè)量值的一致性。同一位測(cè)量者內(nèi)和3位測(cè)量者間BMD測(cè)量值的可靠性可用ICC描述，內(nèi)部一致性可用Cronbach'sɑ系數(shù)描述［17］。若ICC和Cronbach'sɑ系數(shù)＞0.8即認(rèn)為有幾乎完全的一致性。

本研究結(jié)果提示，在對(duì)測(cè)量方式達(dá)成一致標(biāo)準(zhǔn)的前提下，同一位測(cè)量者內(nèi)或3位測(cè)量者間BMD測(cè)量值之間的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），具有一致性（ICC值＞0.95，Cronbach'sɑ系數(shù)為0.988），說明了無體模法QCT?BMD具有較好的穩(wěn)定性，可以作為臨床測(cè)量BMD推廣使用。

綜上所述，利用無體模法QCT?BMD測(cè)量的重復(fù)性好，結(jié)果穩(wěn)定可靠，對(duì)于骨質(zhì)疏松癥的診斷和隨訪具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。但無體模法QCT?BMD結(jié)果因掃描條件（如管電壓、掃描層厚、不同機(jī)器等）的變化而變化，有待進(jìn)一步的研究以確定統(tǒng)一的掃描條件，指導(dǎo)制定標(biāo)準(zhǔn)無體模法QCT?BMD掃描協(xié)議，以用于不同CT掃描機(jī)BMD測(cè)量的多中心合作，以建立基于無體模法QCT測(cè)量結(jié)果的BMD數(shù)據(jù)庫。

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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

深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目（GJHZ2014 0416123146582）

518020廣東深圳，暨南大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院深圳市人民醫(yī)院脊柱外科

鎮(zhèn)萬新，E?mail：13802213788@163.com

（2016?04?11）