骨质疏松症可以通过无创性的骨密度(bone mineral density，BMD)检查进行诊断，骨密度可反映骨强度的75%以上^[1]。近来研究显示，中国50岁以上的男性和女性罹患骨质疏松症权重分别是10.4%和31.2%^[2]，对骨密度检测的需求将会日益增高。目前，在满足临床诊断影像质量前提下，实现可合理达到的低剂量水平，已成为骨密度测量联合低剂量CT扫描的研究热点。本研究的目的是利用内部“真实密度”已知的欧洲腰椎体模(European spine phantom，ESP)，分别对多中心的腰椎定量CT(quantitative CT，QCT)骨密度进行重复性测量^[3]，对其在不同辐射剂量和不同迭代权重比例条件下的准确度进行评估，探讨低管电流联合多模型迭代对QCT骨密度测量的准确性。

1.研究对象：选取同一个ESP(编号为No145，德国ORM公司)进行测量分析。它是一种模拟人体腰椎的体模，可用来对骨密度测量仪器进行标准化和相互校准的，对双能吸收测定法(dual X-ray absorbtiometry，DXA)和QCT都适用，也可用来进行日常的质量控制^[4]。ESP是由环氧树脂制成的塑料加上其他各种成分达到水和骨等效的固体材料组成，包含有3个松质骨密度不等的椎体。3个椎体的松质骨的羟基磷灰石密度分别是L1(50 mg/cm³)、L2(100 mg/cm³)和L3(200 mg/cm³)^[3]。

2.扫描方法与图像重建：在Revolution原型机(美国GE公司，Discovery HD e6)上进行扫描。扫描方法：管电压均为120 kV，管电流为5组(40、60、80、100和120 mA)。重建方式：各组均进行多模型迭代重建技术(ASiR-V)(权重0、20%、40%、60%、80%和100%)数据重建。螺距为0.984，扫描层厚、层间距均为5 mm，重组层厚、层间距均为0.625 mm，采用标准算法进行图像重组。X射线管旋转速度0.5 s/圈，矩阵512×512，显示视野(display field of view，DFOV)500 mm，床高以初始化时所定的床高(147 mm)为准。由同一检查者重复进行10次扫描，无需重新摆位，扫描数据统一上传到骨密度工作站(美国Mindways公司的QCT PRO工作站)进行分析处理，分别测出ESP各椎体松质骨BMD。以上测量，除非出现明显错误操作，均使用工作站软件的自动功能，如自动探测边界、自动生成感兴趣区(ROI)等。

3. ESP图像的客观评价：由1名工作5年以上的影像科主治医师在L1、L2和L3中间置感兴趣区(ROI)，圆形区域面积约占整个腰椎轴位图像的2/3，测量其CT值，记为CT1；在相应腰椎的腹前方(材质为水)放置ROI，圆形区域面积处于腰椎和腹前方约2/3，测量其CT值，记为CT2，其标准差作为图像背景噪声，记为SD。计算对比噪声比(contrast noise ratio，CNR)，CNR=(CT1-CT2)/SD。

4.辐射剂量：容积CT剂量指数(volume CT dose index，CTDI_vol)和剂量长度乘积(dose length product，DLP)均由计算机自动得出。

5.统计学处理：采用SPSS 21.0统计软件对数据进行分析。采用单因素方差分析比较各组在不同mA和不同迭代权重比例算法的骨密度值。P < 0.05为差异有统计学意义。

1. 120 kV不同mA条件下ESP扫描的辐射剂量：图 1中CTDI_vol和DLP随mA的增加呈线性递增，辐射剂量与管电流均呈正相关，相关系数r=1。

图 1 120 kV不同mA下ESP扫描的CTOLvol和DLP对比 注：DLP.剂量长度乘积；CTDIvol.容积CT剂量指数；ESP.欧洲腰椎体模 Figure 1 Comparison of CTDIvol and DLP of ESP scans at 120 kV under different mAs

2. 120 kV不同管电流和不同迭代权重下腰椎的BMD：如表 1~3中，L1、L2和L3在不同管电流同一迭代权重下，ESP的骨密度值差异均无统计学意义(P>0.05)；在相同管电流不同的迭代权重条件下，ESP的骨密度值差异亦均无统计学意义(P>0.05)。

表 1(Table 1)

表 1 不同管电流和不同迭代权重下L1的BMD Table 1 BMD at L1 under different mAs and different iterations 管电流(mA) 0 20% 40% 60% 80% 100% 40 49.73 51.96 52.09 51.82 51.96 52.18 60 50.46 50.97 51.39 51.31 51.06 51.39 80 49.75 50.12 50.37 50.69 50.78 50.81 100 50.27 50.58 51.05 51.06 51.05 50.69 120 51.63 51.13 51.66 51.95 51.39 52.02 F值 1.31 1.44 1.95 1.26 0.76 2.05 P值 0.28 0.24 0.12 0.30 0.56 0.10 注：L1.松质骨密度为50 mg/cm3; BMD.骨密度

表 1 不同管电流和不同迭代权重下L1的BMD Table 1 BMD at L1 under different mAs and different iterations

表 2(Table 2)

表 2 不同管电流和不同迭代权重下L2的BMD Table 2 BMD at L2 under different mAs and different iterations 管电流(mA) 0 20% 40% 60% 80% 100% 40 101.34 102.30 102.42 102.39 101.94 102.29 60 101.18 100.97 100.60 100.76 100.63 100.29 80 101.72 101.86 101.09 100.88 101.10 100.84 100 101.30 100.44 100.81 100.96 100.94 100.41 120 101.63 100.82 101.79 101.09 101.47 101.70 F值 0.73 2.02 2.35 1.64 0.97 2.36 P值 0.58 0.11 0.07 0.18 0.43 0.07 注：L2.松质骨密度为100 mg/cm3; BMD.骨密度

表 2 不同管电流和不同迭代权重下L2的BMD Table 2 BMD at L2 under different mAs and different iterations

表 3(Table 3)

表 3 不同管电流和不同迭代权重下L3的BMD Table 3 BMD at L3 under different mAs and different iterations 管电流(mA) 0 20% 40% 60% 80% 100% 40 189.99 189.78 189.26 190.18 190.90 190.62 60 191.95 191.98 192.39 192.69 192.54 192.60 80 190.09 191.35 191.36 190.67 192.05 191.99 100 191.07 191.45 191.58 192.24 192.49 192.17 120 190.16 190.23 189.68 190.73 190.72 190.85 F值 1.59 1.13 1.99 0.91 2.22 0.84 P值 0.19 0.36 0.11 0.47 0.84 0.51 注：L3.松质骨密度为200 mg/cm3; BMD.骨密度

表 3 不同管电流和不同迭代权重下L3的BMD Table 3 BMD at L3 under different mAs and different iterations

3. BMD的准确度误差：在不同管电流和不同迭代权重的条件下，测量各个腰椎BMD误差和图像CNR如图 2所示，L1、L2和L3的BMD均在6%以内，且在不同管电流不同迭代权重条件下，变化幅度均较平缓。其中，在测量L1、L2和L3的ASiR-V 0时，随着mA的不断增加，图像噪声均越来越低。L1时，120 mA比40 mA的CNR提高了70%；L2时，提高了378%；L3时，提高了68%。在40 mA条件下，随着迭代权重的比例不断提高，图像噪声明显降低，L1时，ASiR-V 100%比0的CNR提高了346%；L2时，提高了331%；L3时，提高了334%。如图 3为40 mA，40%迭代权重条件下，ESP(L1、L2和L3)的轴位图像。

图 2 腰椎在不同管电流和迭代权重下的准确度误差和CNR A. L1；B. L2；C.L3 注：松质骨密度L1.50 mg/cm3; L2.100 mg/cm3; L3.200 mg/cm3; CNR.对比噪声比 Figure 2 The accuracy error and CNR under different mAs and ASiR-V weighting percentages about lumbar vertebrae A. L1; B.L2; C. L3

图 3 40 mA和40%迭代权重条件下ESP的轴位图像A. L1；B. L2；C. L3. 注：松质骨密度L1.50 mg/cm3; L2.100 mg/cm3; L3.200 mg/cm3; ESP.欧洲腰椎体模 Figure 3 The axial images of ESP under 40 mA with 40% blending percentages A. L1; B. L2; C. L3

骨质疏松症常发于老年人和绝经后中老年女性，60岁以上的老年人发病率超过60%^[5]，以骨折、腰背疼痛和丧失生活能力为主要表现。骨质疏松的检查方法最常用的是DXA和QCT，DXA是二维面积密度测量，且较易受患者体位影响；随着CT检查越来越普遍，QCT测量骨密度具有敏感性高、准确性好、重复性强且受骨体积影响小的优点，应用开始广泛^[6]。较DXA，QCT在骨密度测量上也存在辐射剂量较大的不足，所以如何在不影响骨密度准确度的前提下，低剂量研究成为QCT推广普及的重点。在满足临床诊断的影像质量前提下尽可能降低受检者的辐射剂量，或者是在辐射剂量不能降低的情况下，能最大限度地提供更多的影像诊断信息，使辐射剂量的价值最大化^[7-8]。按照辐射防护最优化原则(ALARA)要求，CTDI_vol的选择需要经过综合分析临床诊断目的和影像质量需求进行判断。CTDI_vol过高，说明对CT断层影像噪声水平抑制的要求过高，通过增加辐射剂量来提高影像质量；DLP过大，说明扫描范围过大，从而导致总扫描长度的辐射剂量显著增加。牛延涛等^[9]报道，腰椎的CTDI_vol为25 mGy，低于国际原子能机构(IAEA)等组织给出的35 mGy，更低于欧盟(EC)椎体外伤的70 mGy。本院在2015年9月至2016年3月全国CT辐射剂量诊断参考水平调查中，腰椎辐射剂量CTDI_vol平均为18 mGy。本研究中，在120 kV、40 mA的低剂量条件下，CTDI_vol为1.63 mGy，与本院腰椎常规辐射剂量相比降低了91%，且骨密度测量满足临床诊断诊断需求。本研究中，在体模实验中得到辐射剂量与管电流呈正相关，说明在保持管电压不变的情况下，降低管电流在骨密度测量时能降低辐射剂量，与胡敏霞等^[10]报道一致。

ASiR-V是全模型实时迭代平台，结合了ASiR的实时重建优势和基于模型的迭代重建(model-based iterative reconstruction，MBIR)的多模型迭代优势，采用更为先进的系统噪声模型，同时纳入了被扫描物体模型和物理模型。ASiR-V技术中光子噪声模型包括光子统计特性，重建图像噪声模型包括来源于广泛体模的和临床数据信息的被扫描物体特性。系统噪声模型主要用于降低噪声，提高低密度对比度，被扫描物体和物理模型可以减少图像伪影^[11]。在做低mA扫描时，图像噪声明显升高，图像质量明显下降，特别是腰椎，如何能使患者所受辐射剂量大幅度降低的情况下，又能满足临床诊断，成为业界关注的热点。与传统的FBP算法不同，ASiR-V是美国GE公司最新推出的迭代算法，对低剂量CT降噪效果非常显著，而且可以明显增加CNR，从而保证了在低剂量条件下获得良好的图像质量。本研究结果显示，在120 kV、40 mA扫描条件下，L1的ASiR-V 20%、40%、60%、80%和100%比FBP的SD分别降低约27%、42%、55%、67%和78%；L2的ASiR-V 20%、40%、60%、80%和100%比FBP的SD分别降低约25%、39%、55%、67%和78%；L3的ASiR-V 20%、40%、60%、80%和100%较FBP的SD分别降低约22%、38%、53%、66%和79%。本研究在欧洲体模扫描结果中发现，L1、L2和L3在40 mA低剂量条件下，骨密度测量保持准确，另外和迭代权重比例没有关系。

陈祥述等^[3]报道骨密度越低的椎体QCT对其测得精密度误差越高，重复性越差。本研究的结果与Adams等^[2]认为松质骨为主的部位比皮质骨为主的部位骨密度的变化大体一致。本研究中发现，L1准确度最大误差为4.1%，L2准确度最大误差为2.4%，L3准确度最大误差为5.2%。L1和L3的QCT对欧洲椎体模测量的准确度误差均在文献报导的4%~15%的可接受范围内^[12-13]，L2的准确度更高，也较平缓稳定，满足临床上骨密度测量的要求。

本研究的局限性：研究对象没有与DXA对比分析；欧洲腰椎体模周围为水，没有仿真人体内的CT密度，无法进行图像主观评分，不能对比不同ASiR-V权重比例的图像质量。

综上所述，ESP多中心的腰椎QCT骨密度进行重复性测量，120 kV、40 mA低剂量条件下，不影响骨密度准确度，实现腰椎QCT的准确测量，并显著降低辐射剂量；同时，可以适当添加一定的ASiR-V权重比例，降低图像噪声，提高图像质量。