骨质疏松老年妇女骨密度及骨质量的多层螺旋CT研究
第一部分骨质疏松老年妇女腰椎MSCT的定量研究目的：应用MSCT设备经vQCT技术分别对骨质疏松性椎体骨折老年妇女与无骨折老年妇女腰椎进行多个容积性BMD指标的测量，评价其区分骨质疏松性骨折老年妇女的能力，评价三维BMD指标的测量精度，通过此类指标的数值探讨老年妇女骨质疏松性椎体骨折的阈值。同时对骨质疏松性椎体骨折与无骨折老年妇女腰椎结构的变化情况进行比较。
材料与方法：在来我院行腰椎及股骨近端DXA检查的老年妇女中，将按照WHO推荐标准诊断为骨质疏松症并有脊椎骨折的26例病人归为第一组，平均年龄67.8±5.1岁。选择年龄与第一组相匹配的无脊椎骨折的30例老年妇女归为第二组，平均年龄65.9±5.4岁。应用GELightSpeed16型MSCT设备对56例病人腰椎L1、L2椎体范围及置于体后的QCT测量配套体模同时行容积扫描，扫描参数：120kVp，240mAs，螺距(pitch)1.375：1，扫描预设层厚10mm，DFOV为320mm。将原始数据回顾性重建，形成约L1及L2椎体层厚为1.25mm的横断面影像，传输至Sun公司ADW4.0型计算机工作站行多平面重组(multipleplanarreformation，MPR)和容积再现(volumerendering,VR)处理。在二维CT横断面像中应用QCT-5000TM软件包测量L1及L2椎体小梁骨BMD(2D-TRAB)、腰椎整体骨BMD(2D-INTGL)，另在3D-VR影像中测量L1及L2椎体整体骨BMD(3D-INTGL)、皮质骨BMD(3D-CORT)、小梁骨BMD(3D-TRAB)，单位为mg/cm3。DXA(GE-Lunar公司DPX型)测量指标为腰椎正位BMD(AP-SPINE)，单位为g/cm2，腰椎正位表观BMD(bonemineralapparentdensity,BMAD)，单位mg/cm3。
另在作腰椎、腹部MSCT检查(参数同前)的病人中选择10例2D-TRAB指标值正常的老年妇女(平均年龄67.1±5.1岁)作为正常组，测量L1椎体的上述5项指标BMD值，重复放置体模和摆放病人体位再次行MSCT扫描，计算各指标的测量精度。对正常组L1椎体MSCT重建影像行后处理：①横断面CT值变化曲线(即Profile模式)分析；②观察L1椎体结构变化：在椎体中部边长为20mm的正方体内测量骨小梁容积，以bonevolume/totalvolune，BV/TV)表示。同时对前述56例骨质疏松老年妇女中随机选取10例病人计算L1椎体BV/TV并与正常妇女组比较。比较两组老年妇女之间上述7组BMD值差异时进行方差分析(ANOVA，SPSS11.5软件包)；经ROC曲线分析3D-TRAB、3D-INTGL区分第一、第二组老年妇女的能力。在56例病人中对2D-TRAB与3D-TRAB、2D-INTGL与3D-INTGL、3D-INTGL与BMAD间进行回归分析。10例骨质疏松老年妇女L1椎体内BV/TV值与正常组老年妇女比较采用t检验。
结果：第一、二组之间AP-SPINE、BMAD中的差异无统计学意义；5项容积性BMD测量指标在两组病人间的差异均有统计学意义，第一组比第二组的容积性BMD数值下降幅度为18％～23％。3D-INTGL值选取157.75mg/cm3时，其区分两组老年妇女的敏感度、特异度及准确度分别为80.8％、86.7％及83.9％，比3D-TRAB上的BMD值更有能力区分骨质疏松性椎体老年骨折妇女与无骨折老年妇女。2D-TRAB与3D-TRAB，2D-INTGL与3D-INTGL数值间具有较高的相关关系，r2值分别为0.94、0.73。3D-INTGL与BMAD相关关系无统计学意义。骨质疏松老年妇女L1椎体小梁骨结构稀疏，局限性骨小梁中断，骨小梁体积明显减少。10例骨质疏松老年妇女L1椎体BV/TV值为8.12％±1.96％，明显低于正常老年妇女39.13％±2.15％,P＜0.01。
结论：通过MSCT设备中vQCT技术的腰椎容积性BMD指标区分骨质疏松性椎体骨折与无骨折老年妇女的能力优于DXA，其精确度与DXA相近，有利于骨质疏松的疗效监测；L1、L2椎体3D-INTGL指标的骨折阈值选取157.75mg/cm3时可使敏感度、特异度及准确度分别达到80.8％、86.7％及83.9％，可用于对骨质疏松性椎体骨折进行预测；首次提出MSCT的3D重组影像中检测椎体结构的变化有利于较全面地衡量骨质疏松状况。
第二部分骨质疏松老年妇女股骨近端MSCT的定量研究目的：通过MSCT设备中vQCT技术对骨质疏松性椎体骨折及无骨折老年妇女股骨近端进行多个容积性BMD指标的测量，比较两组妇女股骨近端小梁骨、皮质骨和整体骨容积性BMD的差异，评价骨质疏松性椎体骨折对股骨近端骨密度的影响程度。
材料与方法：将26例骨质疏松性椎体骨折病人归为第一组，年龄与第一组匹配的无脊椎骨折的30例骨质疏松老年妇女归为第二组(56例病人资料同第一部分)。应用GELightSpeed16型MSCT设备对56例病人股骨近端及置于体后的QCT测量配套体模同时行容积扫描，扫描参数和左侧股骨近端3D影像重组方法同第一部分。在3D-VR影像中沿左股骨颈长轴方向确定数个与之相垂直的平面作为固定的解剖学标记，选取左侧股骨近端整体骨、股骨颈及粗隆间测量兴趣体积(VOI)，经SunADW4.0计算机工作站直方图(Histogram)功能测量左侧股骨颈3D小梁骨BMD(N-TRAB)、3D整体骨BMD(N-INTGL)，左侧粗隆间3D小梁骨BMD(T-TRAB)、3D整体骨BMD(T-INTGL)，左侧股骨近端3D小梁骨BMD(FEM-TRAB)、3D皮质骨BMD(FEM-CORT)和3D整体骨BMD(FEM-INTGL)值，单位mg/cm3，以及左侧髋轴长度(hipaxiallength，HAL，单位cm)。在56例病人中随机选取10例病人，重复放置体模和摆放体位后扫描、测量左侧股骨近端上述7项vQCT指标值及HAL值以计算测量精度。DXA(GE-Lunar公司DPX型)测量指标为左侧股骨颈(NECK)、Wards三角区BMD(WARDS)及粗隆间BMD(TROCH)，单位g/cm2。比较两组老年妇女间10项BMD指标差异采用方差分析(ANOVA，SPSS11.5)。
结果：两组老年妇女间股骨近端容积性BMD数值除FEM-CORT一项指标外其差异存在统计学意义，在调节年龄和体型因素后仍然在差异，第一组老年妇女比第二组容积性BMD值下降程度为14％～18％，且vQCT技术中股骨近端容积性BMD的测量精度较高；两组间DXA指标中BMD值的差异在调节年龄和体型因素后无统计学意义；在T-TRAB指标中第一组老年妇女比第二组的BMD值下降幅度达17.7％，高于N-TRAB中BMD值的下降度14.3％；骨质疏松老年妇女HAL平均值为9.84±0.91cm。
结论：首次应用MSCT进行股骨近端vQCT测量。
第三部分骨质疏松老年妇女腰椎有限元分析目的：对骨质疏松老年妇女腰椎应用MSCT扫描并在计算机工作站形成的L1椎体三维影像建立骨质疏松老年妇女椎体三维有限元模型，分析骨质疏松性腰椎椎体的应力分布情况，探讨FEA方法对骨质疏松性椎体骨折老年妇女和无椎体骨折老年妇女腰椎骨强度进行在体评估的应用价值。材料与方法：对在我院进行腰椎及股骨近端DXA检查诊断为骨质疏松症的老年妇女中的1例志愿者进行腰椎L1及L2水平MSCT(GELightSpeed16型)扫描，参数：120kVp，240mAs，X线束准直为0.625mm，16数据处理通道模式，DFOV为320mm。随后行L1椎体vQCT测量。回顾性重建时形成层厚为0.625mm的横断面影像，DFOV96mm，输入计算机工作站并经Mimics软件对进行“计算机雕刻”处理，再经ANSYS7.0软件划分有限元网格，建立骨质疏松老年妇女椎体有限元模型。在有限元模型中进行生物力学参数计算。在前述第一和第二组病人中分别随机选取5例病人，在骨质疏松老年妇女椎体有限元模型中观察在生理载荷条件下椎体中部皮质骨边缘的应力分布及应变数值，计算椎体内应变≥5000μstrain的小梁骨体积占骨小梁总体积的比率，统计学分析应用t检验。
结果：椎体皮质骨应力水平较高，但各部位存在不均一性表现。小梁骨应力水平较骨皮质低，在椎体中部略偏后方和上下终板附近应力水平较高，数值范围为11.6MPa～15.4MPa。椎体中部前缘以及同水平左、右侧部应变在骨质疏松性椎体骨折老年妇女的平均值分别为0.035strain、0.078strain和0.086strain，相对于无骨折妇女数值0.027strain、0.057strain和0.065strain有增高的趋势。5例骨质疏松性椎体骨折老年妇女椎体内具骨折危险性小梁骨体积占骨小梁总体积的比率平均为19.2％±0.9％，高于5例无椎体骨折老年妇女平均值16.1％±1.0％(P＜0.01)。
结论：首次应用MSCT横断面影像资料及vQCT数据成功地建立了骨质疏松老年妇女椎体三维FEA模型；应用骨质疏松老年妇女椎体的FEA方法得出骨质疏松性椎体骨折老年妇女椎体内具骨折危险性小梁骨体积占骨小梁总体积的比率高于无椎体骨折老年妇女。FEA对骨质疏松病人在体评价骨强度具有重要的临床应用价值。
骨质疏松;骨折;骨密度;骨质量;多层螺旋CT;骨强度;生物力学;有限元分析
天津医科大学
博士
影像医学与核医学
祁吉
2004
中文
R681;R814.42
93
2006-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）