定量超聲測定法與雙能X線吸收法評估18~40歲成人骨健康的比較分析

鄺玉嫻 程紅 鄭伊迎 陳偉業(yè) 馬振新 鄒高雍 曾鼎 米杰 劉麗

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（81874271）

摘要：目的? 比較定量超聲測定法（QUS）與雙能X線吸收法（DXA）測量廣州市18～40歲成人骨密度的一致性，評估QUS識別低骨量的診斷價(jià)值。方法? 在731名研究對象中，采用DXA測量骨密度（BMD），QUS測量超聲傳導(dǎo)速度（SOS）。采用Bland-Altman分析評價(jià)SOS與BMD Z值的一致性。以BMD Z≤-2.00作為低骨量的診斷標(biāo)準(zhǔn)，繪制QUS的受試者工作特征曲線，并計(jì)算曲線下面積（AUC）以及SOS Z值最佳截?cái)嘀档撵`敏度、特異度和正確診斷指數(shù)。結(jié)果? Bland-Altman分析結(jié)果顯示，男、女性的SOS和BMD Z值的均值差值分別為1.27（-0.94～3.47）和0.93（-1.33～3.18）。男、女性中SOS Z值診斷低骨量的AUC分別為0.734（95% CI=0.380～0.788）、0.679（95% CI=0.625～0.732）。男性中，低骨量的SOS Z值最佳截?cái)嘀禐?0.35，靈敏度、特異度和正確診斷指數(shù)分別為64.1%、68.6%和0.327；女性中，低骨量的SOS Z值最佳截?cái)嘀禐?1.14，靈敏度、特異度和正確診斷指數(shù)分別為73.9%、54.8%和0.285。結(jié)論? 廣州市18～40歲成人中，QUS與DXA診斷骨密度的一致性欠佳，但QUS在識別低骨量上的應(yīng)用價(jià)值尚可。

關(guān)鍵詞：定量超聲測定法；雙能X線吸收法；超聲傳導(dǎo)速度；骨密度；低骨量

中圖分類號： R194.3? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號：1000-503X（2023）05-0737-06

DOI：10.3881/j.issn.1000-503X.15695

Comparison on Performance of Quantitative Ultrasound and Dual-Energy X-ray Absorptiometry in Evaluating Bone Health of Adults Aged 18-40 Years

KUANG Yuxian1，CHENG Hong2，ZHENG Yiying1，CHEN Weiye1，MA Zhenxin1，ZOU Gaoyong1，ZENG Ding1，MI Jie3，LIU Li1

1Department of Epidemiology and Health Statistics，School of Public Health，Guangdong Pharmaceutical University，Guangzhou 510310，China

2Department of Epidemiology，Capital Institute of Pediatrics，Beijing 100020，China

3Center for Non-Communicable Disease Management，Beijing Childrens Hospital，Capital Medical University，National Center for Childrens Health，Beijing 100045，China

Corresponding author：LIU Li? Tel：020-34055914，E-mail：pupuliu919@163.com

ABSTRACT：Objective? To compare the consistency of quantitative ultrasound（QUS）and dual-energy X-ray absorptiometry（DXA）in measuring bone mineral density（BMD）of adults aged 18-40 years in Guangzhou and evaluate the diagnostic value of QUS for identifying low bone mass.Methods? DXA was employed to measure the BMD and QUS to measure the speed of sound（SOS）in 731 participants.The Bland-Altman analysis was performed to evaluate the consistency of Z scores between SOS and BMD.With the BMD Z ≤-2.00 as the diagnostic criterion for low bone mass，the receiver operating characteristics curve of QUS was established，and the area under the curve（AUC）and the sensitivity，specificity，and correct diagnostic index for the optimal cut-off of SOS Z score were calculated.Results? The results of Bland-Altman analysis showed that the mean differences in the Z scores of SOS and BMD in males and females were 1.27（-0.94 to 3.47）and 0.93（-1.33 to 3.18），respectively.The AUC of SOS Z score in the diagnosis of low bone mass in males and females was 0.734（95%CI=0.380-0.788）and 0.679（95%CI=0.625-0.732），respectively.In males，the optimal cut-off of SOS Z score for low bone mass was -0.35，with the sensitivity，specificity，and correct diagnostic index of 64.1%，68.6%，and 0.327，respectively.In females，the optimal cut-off value of SOS Z scores for low bone mass was -1.14，with the sensitivity，specificity，and correct index of 73.9%，54.8%，and 0.285，respectively.Conclusion? QUS and DXA show poor consistency in the diagnosis of BMD in the adults aged 18-40 years in Guangzhou，while QUS demonstrates an acceptable value in identifying low bone mass.

Key words：quantitative ultrasound；dual-energy X-ray absorptiometry；speed of sound；bone mineral density；low bone mass

Acta Acad Med Sin，2023，45（5）：737-742

骨質(zhì)疏松癥已成為我國重要公共衛(wèi)生問題之一［1］。青中年階段的骨密度水平與老年期骨質(zhì)疏松癥發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)［2］。對青中年人群進(jìn)行骨健康評估，有助于遏制骨質(zhì)疏松癥的流行態(tài)勢［3］。雙能X線吸收法（dual-energy X-ray absorptiometry，DXA）是檢測骨密度和診斷骨質(zhì)疏松癥的金標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)［4］，但由于設(shè)備昂貴、操作要求高及有輻射等缺點(diǎn)，DXA很難推廣［5］。而超聲定量測定法（quantitative ultrasound，QUS）具有價(jià)格低廉、操作簡捷和無輻射等優(yōu)點(diǎn)，更適用于人群骨健康篩查［6］。國際臨床骨密度測量學(xué)會(huì)（International Society for Clinical Densitometry，ISCD）認(rèn)為，根據(jù)QUS測量結(jié)果預(yù)測的老年脆性骨折風(fēng)險(xiǎn)與DXA相似［7］。但在青中年人群中，關(guān)于QUS與DXA測量的一致性如何，以及QUS是否適用于骨健康篩查，目前證據(jù)仍十分有限。因此，本研究在731名廣州市18～40歲成人中，分析QUS與DXA測量骨密度的一致性，并評估QUS識別低骨量的臨床價(jià)值，為QUS應(yīng)用于18～40歲人群骨健康篩查提供參考。

對象和方法

研究對象? 2021年4月至2022年9月采用方便抽樣法在廣州市招募785名18～40歲成人進(jìn)行QUS和DXA測量。通過詢問病史，排除體內(nèi)有金屬植入物、有骨折史、患有影響骨健康的慢性病（甲狀腺疾病和其他內(nèi)分泌疾?。┮约伴L期服用影響骨代謝藥物者共54名，最終納入731名研究對象。本研究通過首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京兒童醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審批（審批號：醫(yī)倫審〔2021〕第155號），檢測前已獲得研究對象書面知情同意。

方法? 研究對象需空腹或禁食水1 h以上，檢查前禁止劇烈運(yùn)動(dòng)，并除去金屬物品和飾品、身著輕薄衣褲，依次進(jìn)行體格檢查、DXA和QUS檢測［8］。

體格檢查：按標(biāo)準(zhǔn)測量方法，采用健民牌SGJ-II型身高測試儀進(jìn)行身高測量，讀數(shù)精確至0.1 cm。采用InBody 570型人體成分分析儀測量體重，讀數(shù)精確至0.1 kg。體重指數(shù)（body mass index，BMI）=體重（kg）/身高（m）2。研究對象的體重狀態(tài)采用成人體重判定（WS/T428-2013）的BMI界值判斷［9］。

DXA測量骨密度：采用Hologic Discovery-A型雙能X線骨密度儀（Hologic公司，美國）測量骨密度（bone mineral density，BMD）。測量員均已通過國際臨床骨密度測量學(xué)會(huì)培訓(xùn)考核。每日進(jìn)行儀器質(zhì)控評測，質(zhì)控通過后再開始正式檢測。全身BMD測量結(jié)果精確至0.01 g/cm2，BMD Z值由機(jī)器導(dǎo)出。采用Z值判斷男、女性BMD水平，Z≤-2.00為低骨量［10］。

QUS測量跟骨超聲傳導(dǎo)速度：采用日本古野CM-200超聲骨密度儀測量非優(yōu)勢足跟骨超聲傳導(dǎo)速度（speed of sound，SOS）。每日測量前對儀器進(jìn)行質(zhì)控和校準(zhǔn)。檢測對象脫去鞋襪，選擇合適型號墊板，調(diào)整坐姿使其大腿、足部處于同一平面中，再開始檢測。QUS設(shè)備內(nèi)嵌有經(jīng)中華醫(yī)學(xué)會(huì)驗(yàn)證的中國參考人群數(shù)據(jù)，跟骨SOS Z值由儀器導(dǎo)出。

統(tǒng)計(jì)學(xué)處理? 采用R軟件（版本4.2.1），計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間比較采用配對t檢驗(yàn)。采用Pearson相關(guān)系數(shù)評價(jià)QUS和DXA測量值的相關(guān)程度，其中相關(guān)系數(shù)r≥0.90為極高度相關(guān)，0.70～0.89為高度相關(guān)，0.40～0.69為中度相關(guān)，0.10～0.39為低相關(guān)，<0.10為無相關(guān)［11］。采用Bland-Altman分析評價(jià)兩種方法測量值的一致性，并計(jì)算QUS與DXA均值差值的一致性界限（limits of agreement，LoA）。以DXA測量全身BMD Z≤-2.00作為低骨量診斷標(biāo)準(zhǔn)，繪制QUS受試者工作特征曲線（receiver operating characteristics，ROC），計(jì)算曲線下面積（area under curve，AUC），AUC>0.9為診斷價(jià)值非常好，0.7～0.9為較好，0.5～0.7為一般，≤0.5為差［12］，并計(jì)算SOS Z值不同截?cái)嘀档撵`敏度、特異度及正確診斷指數(shù)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)果

一般情況? 731名18～40歲成人中，平均年齡為（24.8±5.8）歲，其中，男性338名（46.2%）、女性393名（53.8%）。男性中消瘦、正常體重和超重肥胖者分別為45（13.3%）、187（55.3%）和106名（31.4%），女性中分別為89（22.7%）、261（66.4%）和43名（10.9%）。

QUS與DXA的一致性分析? 男、女性中SOS Z值均高于BMD Z值（P均<0.001）。按年齡或體重狀態(tài)分層，QUS和DXA測量值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均<0.001），男、女性兩種方法測量值的相關(guān)系數(shù)r分別為0.528和0.373（P均<0.001）。按年齡分層，除25～29歲組外其余年齡男性以及女性中兩種方法測量值均呈中低程度相關(guān)；按體重狀態(tài)分層，男、女性兩種方法測量值均呈中低程度相關(guān)（表1、2）。

在Bland-Altman分析中，男、女性SOS與BMD Z值的均值差值分別為1.27和0.93，LoA范圍分別為-0.94～3.47和-1.33～3.18（圖1）。按年齡分層，男性25～29歲組和女性35～40歲組中SOS與BMD Z值的LoA范圍較窄，分別為-0.62～3.00，-1.35～2.44，其余男、女性年齡組的LoA范圍較寬；按體重狀態(tài)分層，男、女性消瘦、正常體重和超重肥胖者中SOS與BMD Z值的LoA范圍均較寬（表1、2）。

QUS對低骨量的診斷價(jià)值? 根據(jù)全身BMDZ≤-2.00的判斷標(biāo)準(zhǔn)，共有273名（37.4%）為低骨量，其中男性118名，女性155名。SOS Z≤-2.00共有56名（7.7%），其中男性41名，女性15名。QUS診斷男、女性低骨量的AUC分別為0.734（95%CI=0.380～0.788）、0.679（95%CI=0.625～0.732）。

男性中，SOS Z值判斷低骨量的最佳截?cái)嘀禐?0.35，靈敏度、特異度和正確診斷指數(shù)分別為64.1%、68.6%和0.327。女生中最佳截?cái)嘀禐?1.14，靈敏度、特異度和正確診斷指數(shù)分別為73.9%、54.8%和0.285（圖2）。

此外，當(dāng)SOS Z值截?cái)嘀禐?2.00時(shí)，男性中QUS診斷低骨量的靈敏度、特異度和正確診斷指數(shù)分別為9.3%、98.2%和0.075，女性中靈敏度、特異度和正確診斷指數(shù)分別為16.8%、93.7%和0.105。而SOS Z值截?cái)嘀禐?時(shí)，男性中QUS診斷低骨量的靈敏度、特異度和正確診斷指數(shù)分別為83.9%、46.8%和0.307，女性中靈敏度、特異度和正確診斷指數(shù)分別為89.7%、26.9%和0.166（表3）。

討論

通過對731名廣州市18～40歲成人研究發(fā)現(xiàn)，QUS所測SOS Z值與DXA所測BMD Z值的一致性欠佳。相關(guān)性分析表明兩種方法測量值之間僅為中低程度相關(guān)，Bland-Altman分析中兩種方法測量值的LoA范圍較寬，與此前兒童青少年以及成人的研究報(bào)道一致［13-14］。QUS與DXA之間的差異主要與測量原理及測量骨健康維度不同有關(guān)。DXA通過測量高低雙能X射線在骨組織中的衰減程度反映骨密度信息［15］。QUS通過超聲波在骨組織中的傳導(dǎo)速度和衰減幅度反映骨骼狀態(tài)。由于超聲穿透和衰減易受到骨結(jié)構(gòu)、彈性和孔隙度的影響，所以QUS實(shí)際上反映的是包含骨量、骨結(jié)構(gòu)等在內(nèi)的綜合骨質(zhì)量信息［16］。

本研究進(jìn)一步評價(jià)QUS診斷低骨量的效能。男、女性中QUS所測SOS Z值判斷低骨量ROC的AUC分別為0.734、0.679，說明QUS識別低骨量的臨床價(jià)值尚可。目前，在青中年群體中尚缺少SOS Z值診斷低骨量準(zhǔn)確性的評價(jià)證據(jù)，少量研究在老年人群中分析SOS T值對骨質(zhì)疏松癥的診斷價(jià)值，結(jié)果與本研究相似。例如Lopez-Rodriguez等［17］在骨代謝異常人群中發(fā)現(xiàn)，QUS所測SOS T值判定低骨量和骨質(zhì)疏松癥的AUC分別為0.754、0.713。王慧等［18］也發(fā)現(xiàn)，在50歲以上人群中，SOS T值判斷低骨量和骨質(zhì)疏松癥的AUC分別為0.716、0.687。在低骨量者中，骨量和BMD缺乏的同時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)骨小梁稀疏等骨細(xì)微結(jié)構(gòu)的異常和骨脆性的增加，導(dǎo)致骨質(zhì)量下降［19］。因此，QUS所測SOS在識別低骨量方面具有一定的應(yīng)用價(jià)值。QUS診斷男性低骨量的準(zhǔn)確性略優(yōu)于女性，這可能與跟骨結(jié)構(gòu)性別差異有關(guān)。由于男性骨骼比女性粗壯，在進(jìn)行QUS測定時(shí)男性跟骨與探頭接觸面積往往更大，有利于超聲波的傳導(dǎo)，因此男性QUS檢測結(jié)果會(huì)較女性更為準(zhǔn)確［20-22］。

對于低骨量的診斷，目前尚缺乏QUS判斷標(biāo)準(zhǔn)。本研究也進(jìn)一步分析了QUS不同截?cái)嘀翟\斷低骨量的準(zhǔn)確性，結(jié)果顯示當(dāng)采用與DXA相同標(biāo)準(zhǔn)時(shí)（Z≤-2.00），男、女性中QUS診斷低骨量的靈敏度僅為9.3%和16.8%；而采用ROC獲取的最佳截?cái)嘀担行訸≤-0.35，女性Z≤-1.14），男、女性中QUS診斷低骨量的靈敏度分別提高至64.1%和73.9%，正確診斷指數(shù)分別為0.327和0.285。有學(xué)者認(rèn)為，由于QUS與DXA評估骨健康的技術(shù)原理不同，DXA用于劃分低骨量的標(biāo)準(zhǔn)可能不適用于QUS［23］。目前國內(nèi)外尚無評估18～40歲人群低骨量的公認(rèn)SOS Z值標(biāo)準(zhǔn)。有研究在兒童青少年中發(fā)現(xiàn)，SOS Z值的最佳截?cái)嘀翟O(shè)定為-1.0時(shí)，對于低骨量QUS有較好的判斷準(zhǔn)確性［13］。另有學(xué)者在18～26歲年輕女性中發(fā)現(xiàn)，QUS所測SOS Z值均值為0.41，高于DXA所測BMD Z值均值（0.19）［24］。因此，對于低骨量識別與骨健康篩查，QUS應(yīng)建立起相應(yīng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

本研究存在一些局限性。目前尚無DXA所測BMD的中國參考人群數(shù)據(jù)，由設(shè)備導(dǎo)出的BMD Z值是以高加索人群為參考計(jì)算，而SOS Z值則以中國漢族人群為參考，參考人群的差異會(huì)導(dǎo)致QUS與DXA一致性較低。盡管如此，本研究仍發(fā)現(xiàn)QUS在識別低骨量方面有較好的應(yīng)用價(jià)值。此外，個(gè)別年齡組樣本量較小，可能會(huì)影響年齡分層分析結(jié)果的穩(wěn)定性。

綜上，本研究結(jié)果顯示，在廣州市18～40歲成人中，QUS所測SOS Z值與DXA所測BMD Z值的一致性欠佳，但QUS在診斷低骨量方面的應(yīng)用價(jià)值尚可。為推進(jìn)QUS在18～40歲人群低骨量識別與骨健康篩查的應(yīng)用，QUS應(yīng)建立相應(yīng)的骨健康水平判斷標(biāo)準(zhǔn)。

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（收稿日期：2023-05-26）