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计算机断层扫描结肠镜和全自动骨密度仪在一次检查中的可行性
Feasibility of Simultaneous Computed Tomographic Colonography and Fully Automated Bone Mineral Densitometry in a Single Examination
简单总结：
数据：患者的结肠镜检查和腹部CT检查
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目的:为了探讨利用全自动软件从计算机断层扫描(CTC)中计算骨密度(BMD)的可行性。
材料和方法:开发了自动化骨密度测量软件，在计算机断层扫描上测量第一和第二腰椎的骨密度，并计算这两个值的平均值，以提供每个患者的骨密度估计。该软件在17名连续接受定量计算机断层扫描的妇女和475名连续参加在3个医疗中心进行的CTC筛查试验的无症状患者的参考人群中进行验证。
材料与方法
患者人群
这些患者是之前发表的CTC临床试验的一个子集。最初的患者群体是1253名年龄在40 - 79岁之间的连续无症状成人，他们符合CTC的各种纳入和排除标准。其中1233例患者当天完成了结肠镜检查和腹部CT检查。另外47例患者由于CT图像的不完全修复或定位而被排除在外。在1186例患者中，486例为女性，其中11例因自动脊髓分割失败而被排除，留下475例女性，年龄从42岁到79岁不等。脊柱自动分割失败的主要原因有:(1)脊柱金属固定装置;(2)卧位或非正常位，脊柱不在图像中心。我们将重点放在女性身上，因为人们预计她们的bmd范围比男性更广，而且我们获得了足够数量的专门针对女性的QCT，用于研究的校准部分。我们机构的人类受试者研究办公室宣布该研究不受机构审查委员会的审查。
计算层析结肠镜
在进行泻药肠道准备和口服硫酸钡和泛藻酸钠用于粪便和液体标记后，患者接受CTC。放置直肠管，用病人控制的手动充气方式向结肠内注入室内空气。
计算机层析扫描参数
每位患者在单次屏气期间使用4或8通道CT扫描仪(通用电气LightSpeed或LightSpeed Ultra;通用电气医疗保健技术公司，Waukesha，威斯康星州)。未使用静脉造影剂。成像参数为1.25- 2.5 mm的切片准直、15 mm/s的工作台速度、1 mm的重建间隔、100 mA s和120千伏(峰值)。仰卧位扫描和俯卧位扫描的目的是在两种扫描中的一种中发现结肠部分塌陷或充满液体的息肉，而另一种则没有。
自动感兴趣的位置
利用计算机研究程序，从CT图像(图1)中自动识别脊柱并进行三维(3Ds)分割。该程序首先定位椎管作为相关的解剖标志和起点，然后识别每个椎体。计算机通过肋骨的相对位置识别并标记椎体水平。用最下面的肋骨识别T12，通过检测椎间盘自动分割剩余的椎骨并进行标记。
三维分割完成后，软件自动放置包含整个L1和L2椎体的三维感兴趣区域(ROI)(图1)，然后通过自适应形态学侵蚀排除每个椎体的皮层，最终ROI仅包含小梁骨。对于L1和L2处的每个ROI，将其内部CT衰减值的平均值输出到文件中。然后计算L1和L2的平均CT衰减值的平均值。我们只在L1和L2水平进行测量，这已被证明是评估骨密度的合适水平。
图1所示。全自动CT骨密度测量计算。计算机软件识别脊柱，定位最下面(第12根)肋骨，并识别L1和L2椎体(顶部图像)。接下来，软件将对椎体进行分割。然后将分割的椎体侵蚀5mm，以去除皮质骨并保留髓骨(绿色阴影，L2椎体下方图像)。L1和L2椎体髓部的平均Hounsfield数被用来估计BMD。
骨密度估算
标准QCT包含一个外部参考体，在CT时置于患者下方。该幻影含有多管已知浓度的K2HPO4矿物;这允许构建校准曲线，以估计椎骨小梁空间的矿物质密度。然而，当在没有参考体模的情况下进行回顾性扫描骨密度分析时，有必要使用不同的方法来估计骨密度。
我们使用的方法是在专用的QCT中从幽灵创建一个校准曲线。该曲线绘制了以Hounsfield单位为单位的CT衰减到以毫克/毫升为单位的BMD。然后我们使用这个校准曲线转换平均骨小梁CT衰减在CTC扫描给出BMD估计。
校准曲线是从我们的放射学数据库中的18例专用QCT患者扫描图中计算出来的(18名女性，年龄为46岁至68岁;意思是,54年)。这些受试者的数据的使用由我们的机构审查委员会批准，并放弃知情同意。这些女性的BMD连续低于200 mg/mL;使用非标准技术扫描的一名受试者被排除在外，留下17名受试者。定量CT在通用电气LightSpeed CT扫描仪上进行，采用2.5 mm准直，2.5- 3.75 mm重建间隔，120千伏(峰值)，100 - 200 mA, 1.7秒曝光时间。对每位患者(Mindways, Austin, T ex)进行外部参照体扫描。
由于这些图像上的重建间隔较厚，无法实现脊柱自动分割，所以我们手动指定L1和L2椎体的切片编号;然而，ROI的放置仍然是自动化的。与CTC扫描一样，L1和L2皮质被排除，计算CT衰减均值的平均值。接下来，我们手工测量所有受试者幻影的CT均值。使用由制造商(Mindways)提供的校正因子，根据水含量调整幻像的CT值。然后根据幻影的CT值和已知的等效骨密度计算出线性回归曲线。这条曲线绘制了以Hounsfield单位为单位的CT衰减到以毫克/毫升为单位的BMD。然后，我们使用这个校准曲线来转换QCT患者和CTC患者的平均骨小梁CT衰减值，以给出BMD估计。为了与自动测量进行比较，放射科医生使用临床分析软件(使用QCT Pro软件，版本3.2、4或4.1;Mindways Software, Austin, Tex)。
使用仰卧位和俯卧位骨密度评估进行质量和一致性检查
由于分析是通过自动化软件进行的，我们通过比较每个患者仰卧位和俯卧位CTC扫描的BMD来评估测量的重复性和准确性。这种检查的基本原理是，在临床可接受的范围内，每个患者仰卧位和俯卧位CTC扫描测量的BMD估计值应该是相同的。我们计算了仰卧位和俯卧位的骨密度估计值的差异。
骨质减少和骨质疏松症的分类
对于双能x线骨密度测定法(DXA)，tscores可以根据世界卫生组织骨质疏松标准将患者分为骨质减少(j1和j2.5之间)或骨质疏松(j2.5或以下)。虽然提倡使用BMD评分(骨质减少，80Y120 mg/mL;骨质疏松g80 mg/mL对应atscore约为j3)。18,19w根据这些BMD评分范围将患者分为骨质减少或骨质疏松症。
统计分析
采用线性回归和Bland-Altman分析比较使用自动化软件和标准临床软件在QCT扫描上的BMD测量值。这些分析使用仰卧位CTC扫描计算的BMD。Bland-Altman分析了仰卧位和俯卧位骨密度测量值的差异。