兩種DXA骨密度體模比較研究

胡 靜,林 滔,鄢 鈴

（中國測試技術研究院，四川 成都 610021）

兩種DXA骨密度體模比較研究

胡 靜,林 滔,鄢 鈴

（中國測試技術研究院，四川 成都 610021）

研究比較國產QC-2型腰椎骨密度體模（以下稱QC-2體模）和歐洲脊椎骨密度體模（以下稱ESP體模）在雙能X射線全身骨密度儀(以下稱DXA)檢定中的差異性。用DXA儀器對這兩種體模分別進行檢測，對測量結果進行比較分析。（1）QC-2型體模和ESP型體分別被儀器進行測量時，儀器測量的BMD同兩個體模的BMD相比，誤差分別在-15.1%～11.5%和-16.1%～12.5%之間；而且，兩個體模的各自標稱值與相應的儀器測量值之間，分別都有非常好的線性關系，r＞0.99。（2）用回歸方程進行校正后，儀器值（BMD）與兩個體模的各自的標稱值之間的誤差分別在-3.8%～4.4%和在-3.8%～4.4%之間。用成對樣本均數(shù)比較方法，對校正結果進行統(tǒng)計分析，經配對t檢驗，二者結果沒有顯著差異（P＞0.05）。表明這兩種腰椎骨密度體模都能用于雙能X射線全身骨密度儀（DXA）的檢定。

腰椎骨密度體模；雙能X線骨密度儀；骨礦含量；骨礦密度

0 引 言

骨礦密度是診斷治療骨質疏松癥的一個非常重要的指標。目前，國內外為了開展骨質松癥診斷治療，廣泛使用了骨密度測量儀來測量人體的骨礦密度。骨密度測量儀主要有兩大類：（1）電離輻射射線類骨密度儀；（2）超聲波骨密度測量儀。前者研發(fā)使用最早最成熟；后者尚處于考察試用階段。電離輻射射線

類骨密度儀有雙能X射線全身骨密度儀（DXA）、QCT腰脊椎骨密度儀、單光子骨密度儀及四肢雙能X射線骨密度儀[1]。用得最多的是雙能X射線全身骨密度儀，該儀器和其他幾種相比，由于測量部位多、精度高，被稱為骨密度測量的“金標準”[2]。為此，我國還專門制定了國家醫(yī)藥行業(yè)標準：YY/T 0724-2009《雙能X射線骨密度儀專用技術條件》；并制定了骨密度儀國家檢定規(guī)程：JJG 1050-2009《X、γ射線骨密度儀》。在專用技術條件和檢定規(guī)程中都規(guī)定了要使用“骨密度體模”對骨密度儀的計量指標進行合格試驗或合格檢定。由于雙能X射線骨密度儀使用最為廣泛，在JJG 1050-2009檢定規(guī)程中制定了該種骨密度儀的檢定要求。該規(guī)程要求必須用“腰椎骨密度體?！睂x器的性能指標進行檢定。

目前檢定用的體模有進口的和國產的，進口的以歐洲ESP腰椎體模為主；國產的以QC-2型腰椎體模為主。為了解這兩種體模的差異或找出解決差異的辦法，對這兩種體模的主要性能指標進行比較研究。研究方法是采用兩種體模對一種或幾種型號的骨密度儀進行檢定實驗，將二者實驗結果進行比較分析，以考察二者的一致性。

1 QC-2型腰椎體模和ESP腰椎體模的性能指標

這兩種體模的材料和尺寸不相同（見表1和表2），但對于檢定雙能X射線全身骨密度儀最重要的3項性能指標是相同的：（1）它們的軟組織等效材料，其輻射等效性都接近于水；（2）它們模擬骨骼骨礦物質材料都是羥磷灰石即[Ca10（OH）2（PO4）3]；（3）它們BMD的標稱值都分3個檔次，每個檔次都相同，即都是0.5，1.0，1.5g/cm2[3]。因為人的軟組織接近于水，骨灰主要成分是羥磷灰石；骨密度儀檢測骨骼就是檢測人的BMD指標，所以，用體模來檢測骨密度儀，可通過檢測其BMD的儀器值獲得。

表1 QC-2型腰椎體模和ESP腰椎體模的材料及尺寸

表2 QC-2型腰椎體模和ESP腰椎體模的性能指標

2 QC-2型腰椎體模和ESP腰椎體模被儀器給出的測量示值

用每一種骨密度儀測量體模，每一次測量都給出Area、BMC和BMD 3個測量示值，每一個測量值都由3次測量取平均，表3和表4列出了兩個體模被5臺儀器檢測的測量值。表中儀1、儀2、儀3、儀4和儀5分別代表Expert、Prodigy、QPX-IQ、DPX-L和4500 Discovery 5種型號的DXA骨密度儀（以下各表相同）。表3和表4中的誤差是儀器測量值與體模的標稱值相比，前者比后者大為正；前者比后者小則為負。即：

表3 QC-2型腰椎體模被5臺儀器檢測的測量值

表4 ESP腰椎體模被5臺儀器檢測的測量值[4]

2.1 腰椎投影面積（Area)

兩種體模的模擬腰椎的結構形狀不同，但它們的每一個模擬椎骨的投影都是十分規(guī)則的方形或長方形[5]。QC-2體模的Area為11.4cm2，ESP的為9cm2。前者誤差范圍為-10.2%～8.8%，平均為-1.61%；后者誤差范圍為-10.2%～4.4%，平均為-1.64%。二者的誤差范圍和平均誤差的差異很小。這些誤差是由儀器在自動或手動畫感興趣區(qū)時引起的，尤其在骨密度很低的投影區(qū)域，誤差更大。

2.2 骨礦含量（BMC)

兩個體模都有3個模擬椎骨，分別用L2、L3和L4表示。QC-2的L2、L3和L4的BMC分別為5.7，11.4和17.1 g；ESP的L2、L3和L4的BMC分別為4.5，9.0和13.5g。QC-2的L2、L3和L4的測量示值的誤差范圍和平均誤差分別是-24.6%～5.1%、-0.7%～5.8%和-0.05%～13.3%及-6.1%、2.5%和4.8%；ESP的L2、L3和L4的測量示值的誤差范圍和平均誤差分別是-23.0%～-6.6%、1.5%～9.6%和4.7%～9.0%及-14.7%、5.69%和6.4%。兩臺體模都是L2的誤差范圍大，平均誤差也大，L3和L4誤差要小些。出現(xiàn)這樣大的誤差，是因為各儀器對骨礦含量的精密度不一樣或者分辨率不一樣引起的。尤其是對骨密度為0.5g/cm2這種低的模擬椎骨，誤差更大。

2.3 骨礦密度（BMD)

在DXA骨密度儀的檢定中，是以BMD的儀器值與體模的標稱值是否符合，來判定儀器是否合格的。這是一個很重要的指標，是在骨質疏松診斷中必須用到的指標。它是由式（2）計算而得：

體模中的BMD和儀器給出的BMD都是根據(jù)式（2）計算。因此，它的誤差由BMC和Area的誤差決定[6]。下面是5臺儀器給出的測量值的誤差范圍和平均誤差。

QC-2的L2、L3和L4的BMD測量值的誤差范圍和平均誤差分別是-15.4%～-7.9%、-2.1%～8.9%和1.5%～11.5%及-12.7%、3.7%和4.68%；ESP的L2、L3和L4的BMD測量值的誤差范圍和平均誤差分別是-15.4%～-5.2%、4.3%～8.1%和4.3%～7.8%及-11.68%、5.98%和6.0%。兩臺體模比較都是L2的誤差范圍大，平均誤差也大，L3和L4誤差要小些。它們之所以有這樣大的誤差，根據(jù)式（2），是由BMC和Area帶來的，其中BMC的貢獻最大。如果只根據(jù)這樣的儀器值來判斷其是否合格，會給檢定工作帶來很大的困難。

所有，DXA的檢定體模把模擬骨骼的標稱值至少設置為覆蓋臨床應用要求的3個檔次，例如QC-2和ESP體模標稱值，都設置成低（0.5 g/cm2）、中（1.0g/cm2）和高（1.5g/cm2）3個檔次。如果儀器檢測值都偏高或偏低，就產生了系統(tǒng)誤差，那么，可以通過回歸分析方法，予以校正[7]。

2.3.1 BMD的回歸方程計算

擬用直線回歸方法進行計算，其方程為

式中：y——儀器的BMD測量值，g/cm2；

x——儀器的BMD測量值，g/cm2；

A——直線截距，g/cm2；

B——直線斜率。

根據(jù)表3和表4的數(shù)據(jù)，用式（3）計算，得到表5和表6列出的兩臺體模與5臺儀器測量值的回歸方程的A和B參數(shù)。表中r為相應方程的線性相關系數(shù)[8]。

表5 QC-2與5臺骨密度儀的直線方程

表6 ESP與5臺骨密度儀的直線方程

2.3.2 BMD的校正及校正后的誤差

由于骨密度儀本身檢測敏感性的原因，對于低、中、高不同密度的檢測誤差是不相同的。同時又要求骨密度儀要有一定的檢測范圍，以便覆蓋人體骨密度變化（正常的和病理的）范圍。又由于每一種或每一臺儀器工藝技術的原因，出現(xiàn)的系統(tǒng)誤差也不一樣。所以，用低、中、高3種不同骨密度的體模對儀器的BMD進行校正。表7和表8列出了用表5和表6的線性方程，對表3和表4的BMD進行校正的結果。表7和表8中L2、L3和L4的誤差是根據(jù)（1）式計算。平均誤差是反應體模檢測每一臺儀器L2、L3和L4低、中、高3個椎骨的誤差[9]。

2.3.3 兩臺體模的比較分析

（1）從表3和表4可以看出，5臺骨密度儀測量兩臺體模，給出的BMD的儀器值與體模標稱值相比，誤差都是很大的。如果不加以校正，兩臺體模的檢測值就沒有一致性。

表7 QC-2校正后的5臺儀器的BMD 單位：g·cm-2

表8 ESP校正后的5臺儀器的BMD 單位：g·cm-2

圖1 兩個體模對儀1的相關性

圖2 兩個體模對儀5的相關性

（2）從表5和表6可以看出，5臺骨密度儀給出的儀器值BMD同兩臺體模的標稱值，從低到高，都有很好的相關性，r＞0.99，斜率都不等于1.0，而且都有一定的截距，說明兩臺體模用來檢測骨密度儀產生了一定的系統(tǒng)誤差。圖1和圖2作為舉例，分別表示了兩種體模對Lunar公司的儀1和Hologic的儀5的直線相關性[10]。對其他型號的直線相關性有類似的圖。橫坐標表示體模的BMD值，而縱坐標表示儀器給出的BMD值。

（3）從表7和表8可以看出，經過線性校正后，5臺骨密度儀給出的儀器校正值同相應體模的標稱值誤差都很小。即經過兩臺體模檢測校正后，5臺儀器的測量值都同體模標稱值相符[11]。

（4）兩個體模，5臺儀器，有5對數(shù)據(jù)，達到了一定的統(tǒng)計量，可用通常的成對樣本均數(shù)（或平均值）比較法，對校正后的5對BMD測量值和標稱值進行比較。經過計算，并進行t檢驗，兩種體模檢定骨密度儀得出的數(shù)據(jù)結果沒有顯著差異（P＞0.05），即兩個體模在檢定BMD時，其結果一致[12]。

3 結束語

用QC-2型腰椎骨密度體模和歐洲ESP型脊椎骨密度體模來檢定前述5臺骨密度儀時，數(shù)據(jù)有時會偏高或偏低，又或者會出現(xiàn)系統(tǒng)誤差，但體模標稱值和儀器值卻有高度相關性；這兩種骨密度體模對同一臺DXA骨密度儀的檢測結果，可以各自用回歸線性方程進行校正，經過校正后，兩種檢測結果沒有顯著差異。表明這兩種腰椎骨密度體模都能用于雙能 X射線全身骨密度儀（DXA）的檢定。

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Comparison research of two kinds of inspection phantoms

HU Jing，LIN Tao，YAN Ling
（National Institute of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China）

Differences between domestic QC-type 2 spine density phantom （hereinafter referred to as the QC-2 phantom）and the European spine density phantom （hereinafter referred to as the ESP phantom）were studied when they were used to verify dual energy X-ray whole body bone mineral density instrument (hereinafter referred to as the DXA).Two phantoms mentioned above were tested with DXA instrument respectively，and the measuremental results were comparatively analyzed.As the results，when the phantoms were measured with the instrument respectively，the errors between the instrument measuring BMD and that of QC-2 Phantom and ESP phantom were from -15.1% to 11.5% and from -16.1% to 12.5% respectively.The nominal value of each phantom has a very good linear correlation（r＞0.99）with the corresponding instrument value.The errors between the instrument value（BMD）and the nominal value of each phantom were from-3.8% to 4.4%from the results of regression analyses.The result of statistical analyses carried out with the comparing paired sample mean method，i.e.，“t”test，there were no significant differences between the results of two phantoms（P＞0.05）.Thus，these two spine density phantoms can be used to verify the dual energy X-ray whole body bone mineral density instrument.

bone density phantom；dual-energy X-ray absorptiometry（DXA）；bone mineral content；bone mineral density

TH776；R814.4；R223.7；TM930.114

：A

：1674-5124（2014)03-0035-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2014.03.010

2013-11-22；

：2014-01-09

胡 靜（1963-），女，重慶市人，主要從事計量質量管理體系工作。