椎体小梁骨面积比值与QCT骨密度相关性研究
作者：郭德安 于铁链 段卫东 雷新玮 祁吉 温连庆
单位：300192 天津市医科大学第一中心医院放射科
关键词：小梁骨面积；骨矿密度；椎体；体层摄影术；定量CT测量法
中国骨质疏松杂志990112 摘要 目的 研究椎体小梁骨面积比值与QCT骨密度值之间相关关系。方法 随机选取66例病人，分为30～50岁和50岁以上两组，对第三腰椎行CT扫描，并以80HU、100HU和120HU不同阈值分别计算小梁骨面积比值(小梁骨面积/兴趣区面积)，与此同时检测相同层面QCT骨密度值。结果 两组中以100HU为阈值测得的椎体小梁骨面积比值与骨密度之间有显著的直线相关关系，其相关系数分别r1=0.789(P<0.0001)和r2=0.758(P<0.0001)。结论 椎体小梁骨面积比值与骨密度间密切相关，由此我们可通过小梁骨面积比值对骨密度作出评价。Correlation between ratio of trabecular area and bone mineral density
, 百拇医药
Guo De-an, Yu Tielian, Duan Weidong, et al
Department of Radiology, First Central Hospital,Tianjin Medical University,Tianjin 300192,China
Abstract Objective To investigate the correlation between the ratio of trabecular area (trabecular area/ROI area) and bone mineral density (BMD) of vertebral body measured by quantitative computed tomography (QCT). Methods Sixty-six patients were divided into two groups of >50 years and 30—50 years.QCT was performed at section of third lumbar vertebral body.The ratio of trabecular area was measured separately at different threshold values of 80HU,100HU,and 120HU,and bone densitometry was performed at the same time. Results There was a significant correlation between the ratio of trabecular area measured at threshold 100HU and BMD in the two groups (r1=0.789,r2=0.758,p<0.0001). Conclusion There is a high correlation between the ratio of trabecular area of lumbar spine and BMD,therefore,we can estimate BMD by ratio of trabecular area.
, 百拇医药
Key words Trabecular area Bone mineral density Vertebral body Quantitative computed tomography
骨质疏松的防治是当前全世界关注的热门话题之一，及时观测并发现骨质疏松症对中老年人尤为重要。本研究通过对腰椎椎体小梁骨面积的测量及其比值运算，观察分析其与QCT测量骨密度之间的相关关系。
1 材料和方法
在常规CT检查患者中随机挑选66例，年龄30～85岁。随机选取的66例患者按年龄分两组：第一组50岁以上34例，其中男20例，女14例，平均61岁，最大年龄85岁；第二组30～50岁32例，其中男19例，女13例，平均38.7岁。所选病例均无内分泌、代谢性疾病及特殊骨系统疾患。
检查使用设备GE Hilight\,9800 CT扫描机，采取厂家原装专用配置的羟磷灰石固体体模及固有专门设计配套的骨密度(BMD)测量程序软件。病人仰卧位，在获取scout像上选取第3腰椎与椎体上下缘平行之中间层面进行扫描。扫描条件：80kV，70mA，层厚10mm，扫描时间2秒。获取图像后，①用骨密度测量程序测量骨密度(mg/cm2)；②在避开椎静脉的同一椎体横断面上选取骨皮质下最大兴趣区，记录下兴趣区面积；③运用CT机图像分析功能，选取80HU、100HU和120HU三种不同阈值，分别检测兴趣区内小梁骨总面积；④计算小梁骨面积比值，即小梁骨总面积/椎体皮质下最大面积；⑤用统计学直线回归方法分析L3椎体骨密度与同层面小梁骨面积比值间的相关关系，并作显著性差异检验(图1～3)。
, 百拇医药
图1 椎体小梁骨面积比值测量：在scout像上选取L3椎体中间层面扫描
图2 椎体小梁骨面积比值测量：对L3椎体中间层面测量BMD
图3 椎体小梁骨面积比值测量：设定兴趣区，选取阈值测量小梁骨面积
2 结果
66例患者按年龄分为30～50岁和50岁以上两组。表1、2表明每个病例测取的骨密度(BMD)和同一层面水平分别选取80HU、100HU、120HU阈值测算的小梁骨面积比值。
表1 第1组BMD和小梁骨面积比值测量 编号
, 百拇医药
BMD
小梁骨面积比值
80HU
100HU
120HU
1
51.39
0.634
0.608
0.547
2
149.95
0.998
, http://www.100md.com
0.998
0.965
3
74.99
0.946
0.934
0.896
4
92.05
0.981
0.979
0.944
5
, http://www.100md.com
111.49
0.969
0.963
0.988
6
133.38
0.981
0.978
0.927
7
128.30
0.988
0.986
, http://www.100md.com
0.945
8
122.52
0.982
0.974
0.940
9
93.51
0.973
0.966
0.923
10
103.02
, 百拇医药
0.986
0.975
0.925
11
118.17
0.893
0.889
0.811
12
95.50
0.987
0.985
0.927
, 百拇医药
13
95.34
0.974
0.957
0.905
14
109.57
0.975
0.962
0.912
15
129.35
0.989
, http://www.100md.com
0.983
0.926
16
96.32
0.945
0.921
0.887
17
86.06
0.923
0.899
0.823
18
, http://www.100md.com
69.83
0.872
0.835
0.804
19
59.53
0.866
0.804
0.771
20
82.18
0.897
0.882
, 百拇医药
0.844
21
120.78
0.944
0.923
0.898
22
81.31
0.908
0.891
0.842
23
96.32
, 百拇医药
0.930
0.912
0.874
24
105.39
0.941
0.906
0.871
25
109.05
0.954
0.934
0.903
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26
83.27
0.823
0.801
0.778
27
103.81
0.977
0.963
0.904
28
76.11
0.884
, 百拇医药
0.876
0.833
29
77.90
0.851
0.834
0.805
30
71.65
0.776
0.745
0.727
31
, http://www.100md.com
90.27
0.880
0.876
0.824
32
97.91
0.953
0.942
0.903
33
65.76
0.839
0.833
, http://www.100md.com
0.809
34
114.94
0.986
0.976
0.947
表2 第2组BMD和小梁骨面积比值测量 编号
BMD
小梁骨面积比值
80HU
100HU
120HU
, 百拇医药
1
89.99
0.984
0.969
0.897
2
158.66
0.999
0.999
0.924
3
163.67
1.000
, 百拇医药
0.997
0.985
4
117.15
0.998
0.993
0.866
5
142.48
0.998
0.994
0.988
6
, 百拇医药
115.34
0.996
0.981
0.972
7
173.44
1.000
1.000
0.996
8
125.41
0.993
0.986
, http://www.100md.com
0.962
9
200.21
1.000
0.999
1.000
10
149.63
1.000
1.000
0.999
11
127.23
, http://www.100md.com
0.998
0.993
0.987
12
155.98
0.999
0.993
0.990
13
144.46
0.999
0.991
0.986
, http://www.100md.com
14
140.37
0.999
0.989
0.975
15
128.05
0.996
0.988
0.981
16
97.86
0.988
, 百拇医药
0.969
0.958
17
147.22
0.999
0.997
0.994
18
134.09
0.998
0.995
0.986
19
, http://www.100md.com
139.61
1.000
0.998
0.985
20
154.28
1.000
1.000
0.991
21
105.62
0.972
0.964
, http://www.100md.com
0.943
22
134.29
0.998
0.991
0.977
23
127.75
0.998
0.994
0.987
24
112.33
, http://www.100md.com
0.983
0.963
0.948
25
108.21
0.994
0.992
0.975
26
124.07
0.996
0.985
0.979
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27
139.40
0.999
0.998
0.983
28
162.03
1.000
0.999
0.992
29
127.66
0.997
, 百拇医药
0.988
0.976
30
145.34
1.000
0.999
0.989
31
120.15
0.996
0.987
0.972
32
, 百拇医药
106.38
0.989
0.984
0.966
对各组椎体小梁骨面积比值与BMD之间进行直线回归统计学相关分析，分别计算出相关系数r见表1、2。
结果表明：第一组相关系数r80=0.668(P<0.0001);r100=0.789(P<0.0001);r120=0.738(P<0.0001)。第二组相关系数r80=0.683(P<0.0001);r100=0.758(P<0.0001);r120=0.538(P<0.0001)。两组中以100HU为阈值测算出的小梁骨面积比值与BMD之间关系最为密切，呈显著的直线相关关系。两组回归相关散点图分别见于图4、5。
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图4 第1组椎体小梁骨面积比值与骨密度相关散点分布图
图5 第2组椎体小梁骨面积比值与骨密度相关散点分布图
3 讨论
骨质疏松症是威胁中老年人健康的潜在疾病，其发病率随我国社会老龄化而迅速上升。目前，我国仅老年人总数就达1.2亿，据初步估计，我国骨质疏松患者至少有6300万人，该病已成为名副其实的多发病、常见病。骨质疏松症不仅可致患者自发骨折，还可使成人全身免疫功能下降，抗病能力减低，严重影响中老年人的生活质量，常致患者早衰和早逝。因此，正确地判断骨矿含量对骨质疏松症的及早诊断极为重要。近十年来，我国在检测骨矿含量方法上取得了很大进步，主要有五种方法：①X线照片测量法(简称RG)；②光密度测量法(简称PD)；③单光子吸收测量法(简称SPA)；④定量CT测量法(简称QCT)；⑤双能X线吸收测量(简称DXA)。前三种方法均以末梢骨为目标，测量末梢皮质骨厚度，用来评价皮质骨骨量的变化。但这些测量结果与躯干测量值的相关性不理想，对骨量动态变化观察不敏感，不能可靠地反映躯干骨的骨量变化。QCT是唯一可分别测量脊椎皮质骨和髓质骨骨矿含量的方法，测量精度高，更适于观察转换率快的髓皮质骨质量变化，能更准确可靠地反映人体骨矿含量状况。DXA尽管具有扫描时间短，辐射量小，可测量全身骨或任意骨等优点，但所测量的仍为皮质和髓质骨骨量的总和，且在椎骨测量中常易受椎体骨质增生、椎旁钙化及椎间隙的干扰[1-5]。
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在单能定量CT(简称SEQCT)测量椎体骨矿含量研究中，椎体松骨质中小梁骨的作用极为重要。骨活检研究表明小梁骨的总数、大小、形态和连接都与松骨质网状结构的稳定性有关，其形态学表现与骨矿含量密切相关[6-10]。在以往的研究中，有的学者[11]观察了椎体小梁骨颗粒的平均面积、小梁骨小梁颗粒的长、短轴平均长度及小梁颗粒形态特征(如颗粒的长度、凹凸度及圆度系数等)，但这些研究操作繁琐，需要有相应专用特殊设备，如必须具有图形识别功能及图像采集模块的图像分析系统等，因此这种测量只能用于实验室研究，在日常常规检查中无法实施。本研究使用GE 9800全身CT扫描机的自身常规功能，操作简单易行，可在普通体部CT检查中对骨密度作出评价。研究中除已发生压缩骨折的椎体外，一律对第三腰椎的中间平面进行扫描，特别注意应避开椎静脉层面，这样可有效地排除椎体骨质增生、变形及骨赘的影响，亦可避免椎间盘髓核疝入造成的干扰，在测量中选取无椎静脉的椎体骨皮质下最大兴趣区，使能反映骨量的小梁骨尽可能包括进入测量区，以便客观地观察椎体横断面上小梁骨状况，避免因兴趣区选择造成的主观误差。此外，在小梁骨总面积的检测中，闪烁阈值的选择是能否达到预期结果的关键，为找出最佳阈值，我们对每例患者均在80HU、100HU、120HU三种阈值下分别测取小梁骨的总面积，计算出各自的小梁骨面积比值，并进行分析比较，经统计学处理可看出其中以100HU为阈值得到的小梁骨面积比值与椎体骨密度(BMD)相关性最为显著(P<0.0001)。由此可得出结论：通过椎体中间横断面获得的小梁骨面积比值可间接的反映骨密度状况。按李景学制定的标准：单能CT定量测定(SEQCT)骨密度低于95mg/cm2时有可能发生骨折[11]。本研究提示当小梁骨面积比值<0.93时，即有发生骨折的可能。按此标准，本研究>50岁组中15例属此范围，实际发生骨折者11例。
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当前，我国CT设备已达到相当普及程度，县级及职工医院的CT机拥有量相当可观，但是骨密度专用测量仪器却为数不多。此研究的意义在于：不需增加设备，日常患者体部CT检查中即可用此种简便快捷的方法进行测量，评价躯干椎体骨矿含量，作出是否有骨质疏松症的诊断，这对广大中老年患者来说无疑有重要价值。
作者简介：郭德安，男，硕士，1949年11月生。1987年天津医科大学研究生毕业。任天津市第一中心医院放射科副主任、副主任医师。《国外医学临床放射学分册》编委，天津高级人民法院技术顾问。在我国率先开展动态CT扫描技术，曾撰写多篇论文获奖并有科研成果。参考文献
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10 李景学，吴春营，蔡跃增，等.骨疏松性骨折的定量CT预测.中华放射学杂志，1994，28：373-377.
11 王明鹏，谭军，吴威岚，等.椎体小梁骨结构的CT定量分析.中国骨质疏松杂志，1996，3：1-3., http://www.100md.com
单位：300192 天津市医科大学第一中心医院放射科
关键词：小梁骨面积；骨矿密度；椎体；体层摄影术；定量CT测量法
中国骨质疏松杂志990112 摘要 目的 研究椎体小梁骨面积比值与QCT骨密度值之间相关关系。方法 随机选取66例病人，分为30～50岁和50岁以上两组，对第三腰椎行CT扫描，并以80HU、100HU和120HU不同阈值分别计算小梁骨面积比值(小梁骨面积/兴趣区面积)，与此同时检测相同层面QCT骨密度值。结果 两组中以100HU为阈值测得的椎体小梁骨面积比值与骨密度之间有显著的直线相关关系，其相关系数分别r1=0.789(P<0.0001)和r2=0.758(P<0.0001)。结论 椎体小梁骨面积比值与骨密度间密切相关，由此我们可通过小梁骨面积比值对骨密度作出评价。Correlation between ratio of trabecular area and bone mineral density
, 百拇医药
Guo De-an, Yu Tielian, Duan Weidong, et al
Department of Radiology, First Central Hospital,Tianjin Medical University,Tianjin 300192,China
Abstract Objective To investigate the correlation between the ratio of trabecular area (trabecular area/ROI area) and bone mineral density (BMD) of vertebral body measured by quantitative computed tomography (QCT). Methods Sixty-six patients were divided into two groups of >50 years and 30—50 years.QCT was performed at section of third lumbar vertebral body.The ratio of trabecular area was measured separately at different threshold values of 80HU,100HU,and 120HU,and bone densitometry was performed at the same time. Results There was a significant correlation between the ratio of trabecular area measured at threshold 100HU and BMD in the two groups (r1=0.789,r2=0.758,p<0.0001). Conclusion There is a high correlation between the ratio of trabecular area of lumbar spine and BMD,therefore,we can estimate BMD by ratio of trabecular area.
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Key words Trabecular area Bone mineral density Vertebral body Quantitative computed tomography
骨质疏松的防治是当前全世界关注的热门话题之一，及时观测并发现骨质疏松症对中老年人尤为重要。本研究通过对腰椎椎体小梁骨面积的测量及其比值运算，观察分析其与QCT测量骨密度之间的相关关系。
1 材料和方法
在常规CT检查患者中随机挑选66例，年龄30～85岁。随机选取的66例患者按年龄分两组：第一组50岁以上34例，其中男20例，女14例，平均61岁，最大年龄85岁；第二组30～50岁32例，其中男19例，女13例，平均38.7岁。所选病例均无内分泌、代谢性疾病及特殊骨系统疾患。
检查使用设备GE Hilight\,9800 CT扫描机，采取厂家原装专用配置的羟磷灰石固体体模及固有专门设计配套的骨密度(BMD)测量程序软件。病人仰卧位，在获取scout像上选取第3腰椎与椎体上下缘平行之中间层面进行扫描。扫描条件：80kV，70mA，层厚10mm，扫描时间2秒。获取图像后，①用骨密度测量程序测量骨密度(mg/cm2)；②在避开椎静脉的同一椎体横断面上选取骨皮质下最大兴趣区，记录下兴趣区面积；③运用CT机图像分析功能，选取80HU、100HU和120HU三种不同阈值，分别检测兴趣区内小梁骨总面积；④计算小梁骨面积比值，即小梁骨总面积/椎体皮质下最大面积；⑤用统计学直线回归方法分析L3椎体骨密度与同层面小梁骨面积比值间的相关关系，并作显著性差异检验(图1～3)。
, 百拇医药
图1 椎体小梁骨面积比值测量：在scout像上选取L3椎体中间层面扫描
图2 椎体小梁骨面积比值测量：对L3椎体中间层面测量BMD
图3 椎体小梁骨面积比值测量：设定兴趣区，选取阈值测量小梁骨面积
2 结果
66例患者按年龄分为30～50岁和50岁以上两组。表1、2表明每个病例测取的骨密度(BMD)和同一层面水平分别选取80HU、100HU、120HU阈值测算的小梁骨面积比值。
表1 第1组BMD和小梁骨面积比值测量 编号
, 百拇医药
BMD
小梁骨面积比值
80HU
100HU
120HU
1
51.39
0.634
0.608
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0.882
, 百拇医药
0.844
21
120.78
0.944
0.923
0.898
22
81.31
0.908
0.891
0.842
23
96.32
, 百拇医药
0.930
0.912
0.874
24
105.39
0.941
0.906
0.871
25
109.05
0.954
0.934
0.903
, 百拇医药
26
83.27
0.823
0.801
0.778
27
103.81
0.977
0.963
0.904
28
76.11
0.884
, 百拇医药
0.876
0.833
29
77.90
0.851
0.834
0.805
30
71.65
0.776
0.745
0.727
31
, http://www.100md.com
90.27
0.880
0.876
0.824
32
97.91
0.953
0.942
0.903
33
65.76
0.839
0.833
, http://www.100md.com
0.809
34
114.94
0.986
0.976
0.947
表2 第2组BMD和小梁骨面积比值测量 编号
BMD
小梁骨面积比值
80HU
100HU
120HU
, 百拇医药
1
89.99
0.984
0.969
0.897
2
158.66
0.999
0.999
0.924
3
163.67
1.000
, 百拇医药
0.997
0.985
4
117.15
0.998
0.993
0.866
5
142.48
0.998
0.994
0.988
6
, 百拇医药
115.34
0.996
0.981
0.972
7
173.44
1.000
1.000
0.996
8
125.41
0.993
0.986
, http://www.100md.com
0.962
9
200.21
1.000
0.999
1.000
10
149.63
1.000
1.000
0.999
11
127.23
, http://www.100md.com
0.998
0.993
0.987
12
155.98
0.999
0.993
0.990
13
144.46
0.999
0.991
0.986
, http://www.100md.com
14
140.37
0.999
0.989
0.975
15
128.05
0.996
0.988
0.981
16
97.86
0.988
, 百拇医药
0.969
0.958
17
147.22
0.999
0.997
0.994
18
134.09
0.998
0.995
0.986
19
, http://www.100md.com
139.61
1.000
0.998
0.985
20
154.28
1.000
1.000
0.991
21
105.62
0.972
0.964
, http://www.100md.com
0.943
22
134.29
0.998
0.991
0.977
23
127.75
0.998
0.994
0.987
24
112.33
, http://www.100md.com
0.983
0.963
0.948
25
108.21
0.994
0.992
0.975
26
124.07
0.996
0.985
0.979
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27
139.40
0.999
0.998
0.983
28
162.03
1.000
0.999
0.992
29
127.66
0.997
, 百拇医药
0.988
0.976
30
145.34
1.000
0.999
0.989
31
120.15
0.996
0.987
0.972
32
, 百拇医药
106.38
0.989
0.984
0.966
对各组椎体小梁骨面积比值与BMD之间进行直线回归统计学相关分析，分别计算出相关系数r见表1、2。
结果表明：第一组相关系数r80=0.668(P<0.0001);r100=0.789(P<0.0001);r120=0.738(P<0.0001)。第二组相关系数r80=0.683(P<0.0001);r100=0.758(P<0.0001);r120=0.538(P<0.0001)。两组中以100HU为阈值测算出的小梁骨面积比值与BMD之间关系最为密切，呈显著的直线相关关系。两组回归相关散点图分别见于图4、5。
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图4 第1组椎体小梁骨面积比值与骨密度相关散点分布图
图5 第2组椎体小梁骨面积比值与骨密度相关散点分布图
3 讨论
骨质疏松症是威胁中老年人健康的潜在疾病，其发病率随我国社会老龄化而迅速上升。目前，我国仅老年人总数就达1.2亿，据初步估计，我国骨质疏松患者至少有6300万人，该病已成为名副其实的多发病、常见病。骨质疏松症不仅可致患者自发骨折，还可使成人全身免疫功能下降，抗病能力减低，严重影响中老年人的生活质量，常致患者早衰和早逝。因此，正确地判断骨矿含量对骨质疏松症的及早诊断极为重要。近十年来，我国在检测骨矿含量方法上取得了很大进步，主要有五种方法：①X线照片测量法(简称RG)；②光密度测量法(简称PD)；③单光子吸收测量法(简称SPA)；④定量CT测量法(简称QCT)；⑤双能X线吸收测量(简称DXA)。前三种方法均以末梢骨为目标，测量末梢皮质骨厚度，用来评价皮质骨骨量的变化。但这些测量结果与躯干测量值的相关性不理想，对骨量动态变化观察不敏感，不能可靠地反映躯干骨的骨量变化。QCT是唯一可分别测量脊椎皮质骨和髓质骨骨矿含量的方法，测量精度高，更适于观察转换率快的髓皮质骨质量变化，能更准确可靠地反映人体骨矿含量状况。DXA尽管具有扫描时间短，辐射量小，可测量全身骨或任意骨等优点，但所测量的仍为皮质和髓质骨骨量的总和，且在椎骨测量中常易受椎体骨质增生、椎旁钙化及椎间隙的干扰[1-5]。
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在单能定量CT(简称SEQCT)测量椎体骨矿含量研究中，椎体松骨质中小梁骨的作用极为重要。骨活检研究表明小梁骨的总数、大小、形态和连接都与松骨质网状结构的稳定性有关，其形态学表现与骨矿含量密切相关[6-10]。在以往的研究中，有的学者[11]观察了椎体小梁骨颗粒的平均面积、小梁骨小梁颗粒的长、短轴平均长度及小梁颗粒形态特征(如颗粒的长度、凹凸度及圆度系数等)，但这些研究操作繁琐，需要有相应专用特殊设备，如必须具有图形识别功能及图像采集模块的图像分析系统等，因此这种测量只能用于实验室研究，在日常常规检查中无法实施。本研究使用GE 9800全身CT扫描机的自身常规功能，操作简单易行，可在普通体部CT检查中对骨密度作出评价。研究中除已发生压缩骨折的椎体外，一律对第三腰椎的中间平面进行扫描，特别注意应避开椎静脉层面，这样可有效地排除椎体骨质增生、变形及骨赘的影响，亦可避免椎间盘髓核疝入造成的干扰，在测量中选取无椎静脉的椎体骨皮质下最大兴趣区，使能反映骨量的小梁骨尽可能包括进入测量区，以便客观地观察椎体横断面上小梁骨状况，避免因兴趣区选择造成的主观误差。此外，在小梁骨总面积的检测中，闪烁阈值的选择是能否达到预期结果的关键，为找出最佳阈值，我们对每例患者均在80HU、100HU、120HU三种阈值下分别测取小梁骨的总面积，计算出各自的小梁骨面积比值，并进行分析比较，经统计学处理可看出其中以100HU为阈值得到的小梁骨面积比值与椎体骨密度(BMD)相关性最为显著(P<0.0001)。由此可得出结论：通过椎体中间横断面获得的小梁骨面积比值可间接的反映骨密度状况。按李景学制定的标准：单能CT定量测定(SEQCT)骨密度低于95mg/cm2时有可能发生骨折[11]。本研究提示当小梁骨面积比值<0.93时，即有发生骨折的可能。按此标准，本研究>50岁组中15例属此范围，实际发生骨折者11例。
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当前，我国CT设备已达到相当普及程度，县级及职工医院的CT机拥有量相当可观，但是骨密度专用测量仪器却为数不多。此研究的意义在于：不需增加设备，日常患者体部CT检查中即可用此种简便快捷的方法进行测量，评价躯干椎体骨矿含量，作出是否有骨质疏松症的诊断，这对广大中老年患者来说无疑有重要价值。
作者简介：郭德安，男，硕士，1949年11月生。1987年天津医科大学研究生毕业。任天津市第一中心医院放射科副主任、副主任医师。《国外医学临床放射学分册》编委，天津高级人民法院技术顾问。在我国率先开展动态CT扫描技术，曾撰写多篇论文获奖并有科研成果。参考文献
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