無體模法定量CT測量腰椎骨密度的可信度及可重復性研究

張望 彭松林 鎮(zhèn)萬新 羅常

·臨床研究論著·

無體模法定量CT測量腰椎骨密度的可信度及可重復性研究

張望 彭松林 鎮(zhèn)萬新 羅常

目的評價無體模法定量CT（quantitative computed tomography,QCT）測量腰椎骨密度（bonemineraldensity,BMD;QCT?BMD）的同一位測量者內(nèi)和3位測量者間BMD測量值的一致性和可重復性。方法將31例患者的腰椎螺旋CT掃描數(shù)據(jù)傳輸至工作站進行BMD測量。由3位經(jīng)過培訓的脊柱外科醫(yī)生（分別為測量者A、B、C）獨立進行腰椎QCT?BMD測量，每位測量者對患者均測量2次。同一位測量者的2次測量和3位測量者間BMD測量值的差異用重復測量的方差分析比較，一致性分析用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient,ICC）描述。3位測量者間BMD測量值的可靠性分析用Cron?bach'sα系數(shù)描述。結(jié)果測量者A的2次腰椎BMD測量值分別為（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）；測量者B的2次腰椎BMD測量值分別為（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）；測量者C的2次腰椎BMD測量值分別為（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位測量者所測量的腰椎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測量腰椎BMD具有較高的一致性和可重復性。

骨密度；定量CT；可信度；可重復性

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?，可引起患者全身骨脆性增加、骨強度下降和骨折風險增加。骨質(zhì)疏松癥最主要的評價指標是骨密度（bone mineral density,BMD）。目前WHO推薦采用雙能X線吸收法（dualenergy X?ray absorptiometry,DXA）測量BMD值作為骨質(zhì)疏松癥診斷的金標準。雖然DXA測量有諸如可測量腰椎及髖關(guān)節(jié)等多部位、射線劑量小、檢查速度較快等優(yōu)點，但需專門儀器進行檢查，尚不能大規(guī)模普及。定量CT（quantitative computed tomography,QCT）檢查測定BMD（QCT?BMD）是目前唯一能夠測得體積BMD的方法。隨著CT性能的提高，利用專門工作站處理，可以實現(xiàn)在對患者進行腰椎CT甚至腹部CT等檢查的同時進行無體模法QCT?BMD，從而更方便地實現(xiàn)對大規(guī)模人群進行BMD測量的可能，更早地發(fā)現(xiàn)隱匿的疾病。國內(nèi)尚未見對無體模法QCT?BMD的可信度及可重復性研究的相關(guān)報道。

本研究選取31例中老年患者進行無體模法QCT?BMD，探討無體模法QCT?BMD測量的可靠性及可重復性，為進一步研究無體模法QCT?BMD的臨床應(yīng)用提供依據(jù)。

資料與方法

一、一般資料

納入標準：因腰腿痛、腰背痛接受腰椎CT檢查的中老年患者。排除標準：因暴力外傷導致的骨折，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，患甲狀旁腺機能亢進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）后進行測量。測量步驟：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通過軟件自動計算L1?3椎體的BMD值并求得平均值作為所測腰椎BMD值（圖1 c）。

由3位脊柱外科醫(yī)師（分別為測量者A、B、C）獨立測量腰椎BMD值，每位測量者對患者均測量2次腰椎BMD值，2次測量間隔時間為1周。測量前測量者商議達成一致標準，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)計學方法

3位測量者測得6組腰椎BMD值、同一位測量者前后2次測量腰椎BMD值的平均值（3組）共計9組腰椎BMD值，所有數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS 20.0進行統(tǒng)計學分析。分別統(tǒng)計同一位測量者前后2次測量的腰椎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位測量者前后2次測量的腰椎BMD值取平均值進行測量者之間兩兩比較一致性檢驗（可信度分析）。3位測量者前后2次測量的腰椎BMD值分別進行測量者個人前后一致性檢驗（可重復性分析）。同一位測量者的2次測量及3位測量者間測量腰椎BMD值的差異用重復測量的方差分析進行比較，測量腰椎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位測量者間測量腰椎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。測量者A的2次測量的腰椎BMD值分別為（67.14±26.71）mg/cc、（66.37±26.69）mg/cc，2次測得腰椎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％。測量者B的2次測量的腰椎BMD值分別為（68.89±29.37）mg/cc、（68.54±28.98）mg/cc，2次測量腰椎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％。測量者C的2次測量的腰椎BMD值分別為（69.31±26.72）mg/cc、（69.83±27.90）mg/cc，2次測量的腰椎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％。同一位測量者2次測量間重復測量的腰椎BMD值方差分析顯示差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05，表1），ICC顯示同一位測量者2次測量間腰椎BMD值具有穩(wěn)定性和一致性（表1）。

3位測量者所測量的腰椎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位測量者間BMD測量值具有一致性。3位測量者間BMD測量值Cronbach'sα系數(shù)為0.985，顯示3位測量者間BMD測量值使用無體模法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設(shè)置ROI（黃色、藍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：軟件自動計算L1?3椎體BMD值

表1　測量者2次測量腰椎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)生骨折之前對骨質(zhì)疏松癥做出診斷并進行干預尤為重要。而BMD在骨折預測方面有較高的價值［2，3］。

一、QCT比較DXA用于測量BMD的優(yōu)勢

目前用于測量椎體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，但在測量椎體BMD值及反映骨強度方面有一定局限性。DXA測量的是面積BMD，不能把皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨區(qū)分開來測量［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)骨會影響骨質(zhì)疏松診斷及降低預測骨折風險的敏感性［5］。李娜等［6］的一項大樣本研究顯示DXA測量≥60歲各年齡組患者腰椎正位BMD值的累計骨丟失率變化不大，提示DXA在對60歲以上老年女性骨質(zhì)疏松的診斷價值有限，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值測量時，可因重度椎體骨贅形成，導致BMD測定值高于實際值［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測量結(jié)果。李凱等［9］的研究顯示對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

QCT?BMD是在CT掃描時，將穿過人體的CT衰減系數(shù)經(jīng)校準體模轉(zhuǎn)換為以mg/cc為單位的BMD的測量技術(shù)［10］，其測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ROI的選擇分別評估皮質(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：QCT輻射量相對偏大，雖然其總體上射線量低于普通CT檢查，但做1次QCT時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)的一致性原理校準自動分割的椎體各結(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測量體位無特殊要求，且能利用已有的CT數(shù)據(jù)測量椎體BMD值，減少了暴露風險。潘詩農(nóng)等［14］的研究表明，無體模法QCT具有與有體模法、DXA法相同的測量BMD的能力。軟件對于脂肪組織內(nèi)ROI的大小有一定的要求，臨床上對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仍需手動選擇層面，測量過程易受測量者的影響，從而影響體積測量的穩(wěn)定性和一致性。徐敬慈等［16］發(fā)現(xiàn)在對測量方式?jīng)]有達成一致標準的情況下，不同測量者對BMD值測量結(jié)果差異明顯。

四、本研究體會

本研究采用了可靠性分析進行檢驗無體模法QCT?BMD的同一位測量者內(nèi)及3位測量者間BMD測量值的一致性。同一位測量者內(nèi)和3位測量者間BMD測量值的可靠性可用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即認為有幾乎完全的一致性。

本研究結(jié)果提示，在對測量方式達成一致標準的前提下，同一位測量者內(nèi)或3位測量者間BMD測量值之間的差異均無統(tǒng)計學意義（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，可以作為臨床測量BMD推廣使用。

綜上所述，利用無體模法QCT?BMD測量的重復性好，結(jié)果穩(wěn)定可靠，對于骨質(zhì)疏松癥的診斷和隨訪具有重要的臨床應(yīng)用價值。但無體模法QCT?BMD結(jié)果因掃描條件（如管電壓、掃描層厚、不同機器等）的變化而變化，有待進一步的研究以確定統(tǒng)一的掃描條件，指導制定標準無體模法QCT?BMD掃描協(xié)議，以用于不同CT掃描機BMD測量的多中心合作，以建立基于無體模法QCT測量結(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

深圳市科技計劃項目（GJHZ2014 0416123146582）

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

鎮(zhèn)萬新，E?mail：13802213788@163.com

（2016?04?11）