骨密度與體積骨密度診斷腰椎、股骨頸骨質(zhì)疏松效果比較研究

王文志 羅麗霞 徐健 孫蕾 王露 楊定焯* 趙立強(qiáng)

1. 四川大學(xué)華西第四醫(yī)院骨質(zhì)疏松科，四川 成都 610041 2. 四川大學(xué)華西公共衛(wèi)生學(xué)院，四川 成都 610041

高精度、無創(chuàng)、快捷的雙能X線吸收法(dual energy X-ray absorptiometry，DXA)骨量測量在臨床上應(yīng)用多年，骨質(zhì)疏松(osteoporosis，OP)的診斷指標(biāo)骨密度(bone mineral density，BMD)(g/cm2)存在標(biāo)準(zhǔn)化方法[1-6]和骨生物力學(xué)上的不足[7-9]，影響診斷的準(zhǔn)確性[10]。段云波[4]報(bào)道第3腰椎的體積與骨礦物含量(bone mineral content，BMC)呈正相關(guān)(r=0.79)(y=2.3+0.29x，x為骨體積)，用骨體積標(biāo)準(zhǔn)化BMC合理。Carter等[11]認(rèn)為面積BMD(areal BMD，aBMD)等于BMC除以椎體投影面積，也就是常用的骨密度。由于骨的厚度沒有得到校正，即使兩個不同大小但體積骨密度(volumetric BMD，vBMD)相同的骨，大骨者BMD會明顯高于小體積者。只有排除骨大小對BMC的影響后，不同的個體之間才能比較。正如Huiskes等[8]認(rèn)為在某種意義上說，BMD反映的不是真正的骨密度，僅是一個2維的估計(jì)值，即使兩個人的實(shí)際骨密度相等，對身材矮小患者作出骨質(zhì)疏松診斷的幾率較高，而身材高大者的骨丟失卻常被漏診。醫(yī)學(xué)上一直應(yīng)用1994年Kanis等[12]提出并由世界衛(wèi)生組織推薦使用的面積骨密度(g/cm2)診斷OP，即用T值診斷OP，但aBMD會出現(xiàn)小骨誤診及大骨漏診OP的缺點(diǎn)。本研究的目的在于通過腰椎和股骨頸面積BMD與vBMD的比較，分析對OP檢出率的影響，探索vBMD是否能避免BMD診斷OP引起的漏誤診的缺點(diǎn)，及vBMD應(yīng)用中存在的問題。

1 研究對象和方法

1.1 研究對象

在成都市區(qū)和郊區(qū)選取經(jīng)濟(jì)條件中等的區(qū)域，采取整群抽樣的方法調(diào)查及一部分來自單位的查體資料。初查了8 327名20～94歲的女性，從中抽出資料完整且腰椎、股骨上端都同時測量骨量的5 606名樣本進(jìn)入分析。研究對象職業(yè)包括辦公室職員、醫(yī)務(wù)工作者、工人、農(nóng)民、教師、學(xué)生等。所有研究對象均進(jìn)行問卷調(diào)查，排除已知影響骨代謝的慢性疾病(如慢性心臟病、慢性腎病、慢性肝病、甲狀腺疾病、甲狀旁腺疾病、40歲以前閉經(jīng)、高泌乳素血癥、50歲以前卵巢切除、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、強(qiáng)直性關(guān)節(jié)炎、變形性骨炎、糖尿病、癌癥、血液病和吸收障礙綜合癥等)、藥物因素(如使用糖皮質(zhì)激素、雌激素、甲狀腺激素、氟化物、降鈣素、雙膦酸鹽、抗癲癇藥物和利尿劑等)和其他因素(如活動障礙者)[6]。

1.2 骨密度測量

用GE-Lunar DPX雙能X線吸收法骨密度儀測量研究對象的后前位(postero-anterior projection，PA)腰椎1～4、股骨上端，每日工作前用DXA自帶體模進(jìn)行廠家要求的常規(guī)質(zhì)量控制，通過后開始工作。

骨量減低和OP診斷的依據(jù)按世界衛(wèi)生組織對50歲以上女性的標(biāo)準(zhǔn)，即用BMD的標(biāo)準(zhǔn)差(SD)生成的T值定義骨量正常、骨量減低和骨質(zhì)疏松。計(jì)算方法為測量對象與正常年輕成人(YA，范圍通常為20～39歲)的BMD之差除以YA BMD的標(biāo)準(zhǔn)差，公式為：T=(BMD-YA BMD)/YA SD。T值≥-1.0SD為正常，-2.5SD

1.3 骨體積計(jì)算方法

根據(jù)DXA給出的area(cm2)通過數(shù)學(xué)模式計(jì)算出骨體積(V)，vBMD=BMC/V。根據(jù)Katzman等報(bào)道的計(jì)算椎體骨體積數(shù)學(xué)模式，假定椎體是一個正方體結(jié)構(gòu)，當(dāng)設(shè)骨厚度=高度=寬度，則骨體積=xcm3，Area=椎高×椎寬，根據(jù)這一假設(shè)，將椎骨體積與Area的關(guān)系式寫為椎體體積V=Area3/2 [3]。股骨頸體積計(jì)算采用Lu等[1]的圓柱體數(shù)學(xué)模型；DXA股骨頸掃描感興趣區(qū)(region of interest，ROI)高度(h=1.0 cm)由廠家設(shè)定，設(shè)股骨頸橫徑為dn，則ROI的Area=dn×hn，圓柱體股骨頸體積V=π×(dn/2)2×hn=π×dn2/4×hn=0.785×area2；由于本文hn=1.5，即本DXA儀Area÷1.5校正為適用Lu等[1]方程的Area。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 指標(biāo)的年齡分布

人群按10歲一組分層分析。每個年齡組的體測指標(biāo)[身高、體重、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)]、骨量指標(biāo)(BMC、BMD和vBMD)及每10歲骨大小和骨量變化分別列于表1～3中，骨峰值期后兩部位各骨量指標(biāo)都隨年齡增大而大幅降低。骨面積和骨體積均在40～49歲達(dá)高峰后平穩(wěn)緩慢降低，直到80歲組，一生總降率腰椎A(chǔ)rea和體積分別為7.7%、11%，股骨頸Area和體積分別為2.4%、4.9%。面積、體積降低都是腰椎大于股骨頸。

腰椎1～4 的BMC、BMD和vBMD都在30～39歲達(dá)到峰值(表2)。直到50歲前丟失最多不超過1.3%，其中60～69歲10年間丟失最大，BMC、BMD和vBMD丟失幅度分別為13.8%、12.9%、12.1%。70歲以后丟失幅度減少至不到9.5%。一生BMC、BMD和vBMD丟失率分別為40.2%、33.7%、29.7%。

股骨頸的BMD和vBMD都在20～29歲達(dá)到峰值(表2)。直到50歲前丟失最多不超過3.6%，其中60～69歲10年間丟失最大，BMC、BMD和vBMD丟失幅度分別為15.1%、11.6%、9.7%。70歲以后丟失幅度減少至不到11%。一生BMC、BMD和vBMD丟失率分別為37.9%、34.8%和33.5%。

表1 不同年齡段體測指標(biāo)比較

表2 不同年齡段骨量指標(biāo)比較

注：本表中骨密度減少百分比(%)=(本組BMD值-前組BMD值)/前組BMD值。

2.2 骨質(zhì)疏松檢出率的年齡分布

骨峰值期后，每10歲一個年齡組的OP檢出率見表4。腰椎和股骨頸的BMD和vBMD的OP檢出率都隨年齡增大而增加；且各年齡組OP檢出率，L1～4的都高于股骨頸。

腰椎BMD從50歲到80歲后各年齡組的OP檢出率分別從15.7%至70%，vBMD則從12.5%至63.8%，各年齡組腰椎vBMD的OP檢出率均稍低于BMD。一生的OP總檢出率BMD和vBMD分別為30.4%和26.4%。

股骨頸BMD從50歲到80歲后OP檢出率分別從4.7%至67.5%，vBMD分別從1.8%至21.3%。一生BMD、vBMD的OP檢出率分別為14.2%(不足腰椎BMD診出的1/2)、4.8%(不足腰椎vBMD診出的1/5)。

表4 不同年齡段vBMD的OP檢出率比較

2.3 vBMD診斷OP的敏感度與特異度

腰椎的vBMD診斷OP的敏感度和特異度分別為78.2%和96.3%。股骨頸分別為29.2%和99.2%，股骨頸的敏感度太低。詳見表5。

表5 ≥50歲的BMD與vBMD的OP檢出率及敏感度和特異度

2.4 骨體積變化對OP檢出率的影響

為了比較骨體積大小不同對OP檢出率(BMD和vBMD)的影響，分別將腰椎和股骨頸兩部位骨體積的均值組設(shè)為“0”，“-x”為小骨組，“+x”為大骨組(見表6、7)。在腰椎4個小骨組中，隨著骨體積變小則vBMD的OP檢出率避免了BMD引起誤診12.2%～57.1%；4個大骨組中，vBMD的OP檢出率避免了BMD引起漏診3.9%～12.1%。在股骨頸3個小骨組中vBMD避免了BMD的漏診6.8%～21.7%，在3個大骨組中vBMD避免了BMD引起漏診10%～23.1%?？傮w計(jì)算(見圖1、2)，在腰椎小骨組中vBMD避免了BMD引起的16.0%誤診及大骨組7%的漏診，股骨頸小骨組中vBMD避免了BMD11.7%的誤診及大骨組避免了18.0%的漏診。

表6 腰椎體積變化(±40 cm3)對OP檢出率的影響(≥50歲)

表7 股骨頸體積變化(±4 cm3)對OP檢出率的影響(≥50歲)

圖1 腰椎大、中、小骨體積對OP檢出率的影響(≥50歲)

圖2 股骨頸大、中、小骨體積對骨質(zhì)疏松檢出率的影響(≥50歲)

3 討論

3.1 面積骨密度應(yīng)用利弊

BMD指標(biāo)已在醫(yī)學(xué)上用了近30年，自從1987年雙能X線吸收法骨密度儀問世以來，骨質(zhì)疏松的骨礦定量研究、診斷、療效觀察、藥物試驗(yàn)和流行病學(xué)調(diào)查及代謝性骨病等方面已經(jīng)發(fā)揮并繼續(xù)發(fā)揮重要的作用。但是BMD指標(biāo)在國內(nèi)外學(xué)者的醫(yī)學(xué)實(shí)踐中暴露出它的不足[1-6，8，10，15-16]，其BMC的骨大小標(biāo)準(zhǔn)化尚不完全，BMD指標(biāo)與骨生物力學(xué)負(fù)荷原則不適應(yīng)并影響骨質(zhì)疏松診斷的準(zhǔn)確性。BMD指標(biāo)是二維不全標(biāo)化必然引起大骨漏診小骨誤診的弊病，用三維全標(biāo)化的vBMD指標(biāo)則不受骨大小的影響。Lu等[1]在209例5～27歲的股骨干和股骨頸體積骨密度流行病調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，雖然從5歲后的兒童骨大小生長速度快，但從5～27歲的22年中每歲的vBMD卻不受骨大小的影響(近似一個常數(shù))，或在22年中女性股骨頸的值穩(wěn)定在(0.40±0.06)g/cm3。但先進(jìn)的DXA儀也只能得到骨投影面積不能測量骨體積，尚不能在DXA儀上直接測量vBMD[17](本文用的是由area衍生的骨體積和vBMD),然而vBMD的優(yōu)越性促使我們?yōu)楂@得真實(shí)骨體積進(jìn)行深入探索。

3.2 體積骨密度的優(yōu)越性

根據(jù)實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)要求，一切人體組織成分的定量(含骨礦)，必須標(biāo)準(zhǔn)化成相同體積中或相同重量組織中的濃度，不同的個體方能比較。骨大小標(biāo)準(zhǔn)化方法不同，會影響標(biāo)化效果和診斷的準(zhǔn)確性，目前的DXA儀給的面積標(biāo)準(zhǔn)化(g/cm2)必然會引起較多的OP漏誤診。本文發(fā)現(xiàn)vBMD診斷腰椎OP避免了BMD引起的小骨誤診16%及大骨漏診7%，在股骨頸避免了BMD引起的小骨誤診11.6%、大骨漏診18.0%(見圖1、2)。關(guān)于BMC骨大小標(biāo)準(zhǔn)化BMD影響OP檢出率的程度，腰椎骨體積每小于均值10 cm3誤診率為1%，每大于10 cm3漏診率為0.44%。股骨頸骨體積每小于均值1 cm3誤診率為2.6%，每大于1 cm3漏診率為4%。

物理上骨大小有3個表示方法，即線、面和體積，相應(yīng)的BMC標(biāo)準(zhǔn)化表述為線密度、面密度和體積密度，用BMC、BMD和vBMD分別表示骨大小未標(biāo)化、不全標(biāo)化和全標(biāo)化的骨量，未標(biāo)化和不全標(biāo)化的骨量還受骨大小影響，或骨量與骨大小呈正比，全標(biāo)化的vBMD不受骨大小的影響。本文前言已述及因骨大小不同至BMD成4倍之差的骨樣本，其vBMD則沒有差別。物理學(xué)提示骨大小的準(zhǔn)確描述是三維體積而不是二維面積。據(jù)Lu等[1]的5～27歲209例股骨頸與股骨中段vBMD報(bào)道，在長達(dá)22年中，其各年齡的值基本不變。伍賢平等[5]報(bào)道了527例20～39歲的健康女性，發(fā)現(xiàn)腰椎(正位)投影面積(Area)與BMC、BMD及vBMD的相關(guān)系數(shù)r分別為0.787、0.404、0.032，從未標(biāo)化的強(qiáng)相關(guān)到全標(biāo)化的弱相關(guān)的有序排列說明，全標(biāo)化的vBMD不受骨大小的影響，其在大、中、小骨組中的vBMD均值基本不變(分別為0.228 g/cm3、0.230 g/cm3和0.228 g/cm3)，也提示在BMC、BMD和vBMD骨量3個指標(biāo)中vBMD是診斷OP的最佳指標(biāo)，其診斷OP的準(zhǔn)確性較BMC和BMD指標(biāo)更高。因vBMD已全排除了骨體積的影響，Lu等[1]與 Kr?ger等[2]分別通過流行病調(diào)查都發(fā)現(xiàn)從兒童到青年股骨中段和股骨頸vBMD基本不變或與骨體積無關(guān)。由此可能得出以下結(jié)論：①因?yàn)閮和c峰值期的vBMD不變，則兒童診斷OP可能與成人共用正常參考值，可能避免用BMD指標(biāo)診斷兒童OP每歲建立正常參考值的繁瑣工作。②因全標(biāo)準(zhǔn)化的vBMD不受骨大小的影響，vBMD診斷OP可以避免BMD引起的小骨誤診和大骨漏診OP的缺點(diǎn)。

3.3 關(guān)于獲取體積骨密度的方法

表觀密度(一種vBMD)已排除了骨大小的影響，能避免BMD診斷OP引起小骨漏診和大骨誤診的弊病，也符合骨生物力學(xué)原則。可能在兒童和成人共用正常參考值，其多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)促使我們不得不開發(fā)它，DXA測量骨密度要開發(fā)的主要對象為活體骨體積。本文中骨體積隨年齡增加，可能與生長長期趨勢、骨折等有關(guān)。目前的DXA儀的二維掃描方式只能獲得投影骨面積，不能獲得活體骨體積。本文引用Katzman等[3]與Lu等[1]報(bào)道的用DXA儀給出的area(cm2)通過數(shù)學(xué)模式計(jì)算骨體積的方法用在腰椎變異度小(骨峰值期BMD和vBMD的CV值接近，分別為10.6%和10.7%)，尚可用；但在股骨頸的變異度明顯增大(其峰值期的BMD和vBMD的CV分別為12.6%和15.9%)，致診斷OP敏感度低(29%)，OP檢出率僅5%(Cheng等[6]研究BMD的OP檢出率為15%)，股骨頸數(shù)學(xué)模式vBMD值因敏感度太低尚不能用于OP診斷，應(yīng)開發(fā)真實(shí)的vBMD供應(yīng)用。

Genant等[18]、秦明偉等[19]、Heuck等[20]用QCT測量腰椎骨量用的是vBMD，其在診斷OP敏感度較DXA方法高，該方法問世20余年，實(shí)際應(yīng)用的廣度和頻度都遠(yuǎn)不如DXA，原因是多方面的，這里不作贅述。目前國內(nèi)外不少研究者正在研究改進(jìn)QCT測量vBMD的實(shí)用方法和應(yīng)用效果。當(dāng)然，以DXA儀手段為基礎(chǔ)開發(fā)真實(shí)vBMD也是一條可行之路。