骨密度与体积骨密度诊断腰椎、股骨颈骨质疏松效果比较研究

王文志 罗丽霞 徐健 孙蕾 王露 杨定焯* 赵立强

1. 四川大学华西第四医院骨质疏松科，四川 成都 610041 2. 四川大学华西公共卫生学院，四川 成都 610041

高精度、无创、快捷的双能X线吸收法(dual energy X-ray absorptiometry，DXA)骨量测量在临床上应用多年，骨质疏松(osteoporosis，OP)的诊断指标骨密度(bone mineral density，BMD)(g/cm2)存在标准化方法[1-6]和骨生物力学上的不足[7-9]，影响诊断的准确性[10]。段云波[4]报道第3腰椎的体积与骨矿物含量(bone mineral content，BMC)呈正相关(r=0.79)(y=2.3+0.29x，x为骨体积)，用骨体积标准化BMC合理。Carter等[11]认为面积BMD(areal BMD，aBMD)等于BMC除以椎体投影面积，也就是常用的骨密度。由于骨的厚度没有得到校正，即使两个不同大小但体积骨密度(volumetric BMD，vBMD)相同的骨，大骨者BMD会明显高于小体积者。只有排除骨大小对BMC的影响后，不同的个体之间才能比较。正如Huiskes等[8]认为在某种意义上说，BMD反映的不是真正的骨密度，仅是一个2维的估计值，即使两个人的实际骨密度相等，对身材矮小患者作出骨质疏松诊断的几率较高，而身材高大者的骨丢失却常被漏诊。医学上一直应用1994年Kanis等[12]提出并由世界卫生组织推荐使用的面积骨密度(g/cm2)诊断OP，即用T值诊断OP，但aBMD会出现小骨误诊及大骨漏诊OP的缺点。本研究的目的在于通过腰椎和股骨颈面积BMD与vBMD的比较，分析对OP检出率的影响，探索vBMD是否能避免BMD诊断OP引起的漏误诊的缺点，及vBMD应用中存在的问题。

1 研究对象和方法

1.1 研究对象

在成都市区和郊区选取经济条件中等的区域，采取整群抽样的方法调查及一部分来自单位的查体资料。初查了8 327名20～94岁的女性，从中抽出资料完整且腰椎、股骨上端都同时测量骨量的5 606名样本进入分析。研究对象职业包括办公室职员、医务工作者、工人、农民、教师、学生等。所有研究对象均进行问卷调查，排除已知影响骨代谢的慢性疾病(如慢性心脏病、慢性肾病、慢性肝病、甲状腺疾病、甲状旁腺疾病、40岁以前闭经、高泌乳素血症、50岁以前卵巢切除、风湿性关节炎、强直性关节炎、变形性骨炎、糖尿病、癌症、血液病和吸收障碍综合症等)、药物因素(如使用糖皮质激素、雌激素、甲状腺激素、氟化物、降钙素、双膦酸盐、抗癫痫药物和利尿剂等)和其他因素(如活动障碍者)[6]。

1.2 骨密度测量

用GE-Lunar DPX双能X线吸收法骨密度仪测量研究对象的后前位(postero-anterior projection，PA)腰椎1～4、股骨上端，每日工作前用DXA自带体模进行厂家要求的常规质量控制，通过后开始工作。

骨量减低和OP诊断的依据按世界卫生组织对50岁以上女性的标准，即用BMD的标准差(SD)生成的T值定义骨量正常、骨量减低和骨质疏松。计算方法为测量对象与正常年轻成人(YA，范围通常为20～39岁)的BMD之差除以YA BMD的标准差，公式为：T=(BMD-YA BMD)/YA SD。T值≥-1.0SD为正常，-2.5SD

1.3 骨体积计算方法

根据DXA给出的area(cm2)通过数学模式计算出骨体积(V)，vBMD=BMC/V。根据Katzman等报道的计算椎体骨体积数学模式，假定椎体是一个正方体结构，当设骨厚度=高度=宽度，则骨体积=xcm3，Area=椎高×椎宽，根据这一假设，将椎骨体积与Area的关系式写为椎体体积V=Area3/2 [3]。股骨颈体积计算采用Lu等[1]的圆柱体数学模型；DXA股骨颈扫描感兴趣区(region of interest，ROI)高度(h=1.0 cm)由厂家设定，设股骨颈横径为dn，则ROI的Area=dn×hn，圆柱体股骨颈体积V=π×(dn/2)2×hn=π×dn2/4×hn=0.785×area2；由于本文hn=1.5，即本DXA仪Area÷1.5校正为适用Lu等[1]方程的Area。

1.4 统计学分析

2 结果

2.1 指标的年龄分布

人群按10岁一组分层分析。每个年龄组的体测指标[身高、体重、体质量指数(body mass index，BMI)]、骨量指标(BMC、BMD和vBMD)及每10岁骨大小和骨量变化分别列于表1～3中，骨峰值期后两部位各骨量指标都随年龄增大而大幅降低。骨面积和骨体积均在40～49岁达高峰后平稳缓慢降低，直到80岁组，一生总降率腰椎Area和体积分别为7.7%、11%，股骨颈Area和体积分别为2.4%、4.9%。面积、体积降低都是腰椎大于股骨颈。

腰椎1～4 的BMC、BMD和vBMD都在30～39岁达到峰值(表2)。直到50岁前丢失最多不超过1.3%，其中60～69岁10年间丢失最大，BMC、BMD和vBMD丢失幅度分别为13.8%、12.9%、12.1%。70岁以后丢失幅度减少至不到9.5%。一生BMC、BMD和vBMD丢失率分别为40.2%、33.7%、29.7%。

股骨颈的BMD和vBMD都在20～29岁达到峰值(表2)。直到50岁前丢失最多不超过3.6%，其中60～69岁10年间丢失最大，BMC、BMD和vBMD丢失幅度分别为15.1%、11.6%、9.7%。70岁以后丢失幅度减少至不到11%。一生BMC、BMD和vBMD丢失率分别为37.9%、34.8%和33.5%。

表1 不同年龄段体测指标比较

表2 不同年龄段骨量指标比较

注：本表中骨密度减少百分比(%)=(本组BMD值-前组BMD值)/前组BMD值。

2.2 骨质疏松检出率的年龄分布

骨峰值期后，每10岁一个年龄组的OP检出率见表4。腰椎和股骨颈的BMD和vBMD的OP检出率都随年龄增大而增加；且各年龄组OP检出率，L1～4的都高于股骨颈。

腰椎BMD从50岁到80岁后各年龄组的OP检出率分别从15.7%至70%，vBMD则从12.5%至63.8%，各年龄组腰椎vBMD的OP检出率均稍低于BMD。一生的OP总检出率BMD和vBMD分别为30.4%和26.4%。

股骨颈BMD从50岁到80岁后OP检出率分别从4.7%至67.5%，vBMD分别从1.8%至21.3%。一生BMD、vBMD的OP检出率分别为14.2%(不足腰椎BMD诊出的1/2)、4.8%(不足腰椎vBMD诊出的1/5)。

表4 不同年龄段vBMD的OP检出率比较

2.3 vBMD诊断OP的敏感度与特异度

腰椎的vBMD诊断OP的敏感度和特异度分别为78.2%和96.3%。股骨颈分别为29.2%和99.2%，股骨颈的敏感度太低。详见表5。

表5 ≥50岁的BMD与vBMD的OP检出率及敏感度和特异度

2.4 骨体积变化对OP检出率的影响

为了比较骨体积大小不同对OP检出率(BMD和vBMD)的影响，分别将腰椎和股骨颈两部位骨体积的均值组设为“0”，“-x”为小骨组，“+x”为大骨组(见表6、7)。在腰椎4个小骨组中，随着骨体积变小则vBMD的OP检出率避免了BMD引起误诊12.2%～57.1%；4个大骨组中，vBMD的OP检出率避免了BMD引起漏诊3.9%～12.1%。在股骨颈3个小骨组中vBMD避免了BMD的漏诊6.8%～21.7%，在3个大骨组中vBMD避免了BMD引起漏诊10%～23.1%。总体计算(见图1、2)，在腰椎小骨组中vBMD避免了BMD引起的16.0%误诊及大骨组7%的漏诊，股骨颈小骨组中vBMD避免了BMD11.7%的误诊及大骨组避免了18.0%的漏诊。

表6 腰椎体积变化(±40 cm3)对OP检出率的影响(≥50岁)

表7 股骨颈体积变化(±4 cm3)对OP检出率的影响(≥50岁)

图1 腰椎大、中、小骨体积对OP检出率的影响(≥50岁)

图2 股骨颈大、中、小骨体积对骨质疏松检出率的影响(≥50岁)

3 讨论

3.1 面积骨密度应用利弊

BMD指标已在医学上用了近30年，自从1987年双能X线吸收法骨密度仪问世以来，骨质疏松的骨矿定量研究、诊断、疗效观察、药物试验和流行病学调查及代谢性骨病等方面已经发挥并继续发挥重要的作用。但是BMD指标在国内外学者的医学实践中暴露出它的不足[1-6，8，10，15-16]，其BMC的骨大小标准化尚不完全，BMD指标与骨生物力学负荷原则不适应并影响骨质疏松诊断的准确性。BMD指标是二维不全标化必然引起大骨漏诊小骨误诊的弊病，用三维全标化的vBMD指标则不受骨大小的影响。Lu等[1]在209例5～27岁的股骨干和股骨颈体积骨密度流行病调查中发现，虽然从5岁后的儿童骨大小生长速度快，但从5～27岁的22年中每岁的vBMD却不受骨大小的影响(近似一个常数)，或在22年中女性股骨颈的值稳定在(0.40±0.06)g/cm3。但先进的DXA仪也只能得到骨投影面积不能测量骨体积，尚不能在DXA仪上直接测量vBMD[17](本文用的是由area衍生的骨体积和vBMD),然而vBMD的优越性促使我们为获得真实骨体积进行深入探索。

3.2 体积骨密度的优越性

根据实验医学要求，一切人体组织成分的定量(含骨矿)，必须标准化成相同体积中或相同重量组织中的浓度，不同的个体方能比较。骨大小标准化方法不同，会影响标化效果和诊断的准确性，目前的DXA仪给的面积标准化(g/cm2)必然会引起较多的OP漏误诊。本文发现vBMD诊断腰椎OP避免了BMD引起的小骨误诊16%及大骨漏诊7%，在股骨颈避免了BMD引起的小骨误诊11.6%、大骨漏诊18.0%(见图1、2)。关于BMC骨大小标准化BMD影响OP检出率的程度，腰椎骨体积每小于均值10 cm3误诊率为1%，每大于10 cm3漏诊率为0.44%。股骨颈骨体积每小于均值1 cm3误诊率为2.6%，每大于1 cm3漏诊率为4%。

物理上骨大小有3个表示方法，即线、面和体积，相应的BMC标准化表述为线密度、面密度和体积密度，用BMC、BMD和vBMD分别表示骨大小未标化、不全标化和全标化的骨量，未标化和不全标化的骨量还受骨大小影响，或骨量与骨大小呈正比，全标化的vBMD不受骨大小的影响。本文前言已述及因骨大小不同至BMD成4倍之差的骨样本，其vBMD则没有差别。物理学提示骨大小的准确描述是三维体积而不是二维面积。据Lu等[1]的5～27岁209例股骨颈与股骨中段vBMD报道，在长达22年中，其各年龄的值基本不变。伍贤平等[5]报道了527例20～39岁的健康女性，发现腰椎(正位)投影面积(Area)与BMC、BMD及vBMD的相关系数r分别为0.787、0.404、0.032，从未标化的强相关到全标化的弱相关的有序排列说明，全标化的vBMD不受骨大小的影响，其在大、中、小骨组中的vBMD均值基本不变(分别为0.228 g/cm3、0.230 g/cm3和0.228 g/cm3)，也提示在BMC、BMD和vBMD骨量3个指标中vBMD是诊断OP的最佳指标，其诊断OP的准确性较BMC和BMD指标更高。因vBMD已全排除了骨体积的影响，Lu等[1]与 KrÖger等[2]分别通过流行病调查都发现从儿童到青年股骨中段和股骨颈vBMD基本不变或与骨体积无关。由此可能得出以下结论：①因为儿童与峰值期的vBMD不变，则儿童诊断OP可能与成人共用正常参考值，可能避免用BMD指标诊断儿童OP每岁建立正常参考值的繁琐工作。②因全标准化的vBMD不受骨大小的影响，vBMD诊断OP可以避免BMD引起的小骨误诊和大骨漏诊OP的缺点。

3.3 关于获取体积骨密度的方法

表观密度(一种vBMD)已排除了骨大小的影响，能避免BMD诊断OP引起小骨漏诊和大骨误诊的弊病，也符合骨生物力学原则。可能在儿童和成人共用正常参考值，其多项优点促使我们不得不开发它，DXA测量骨密度要开发的主要对象为活体骨体积。本文中骨体积随年龄增加，可能与生长长期趋势、骨折等有关。目前的DXA仪的二维扫描方式只能获得投影骨面积，不能获得活体骨体积。本文引用Katzman等[3]与Lu等[1]报道的用DXA仪给出的area(cm2)通过数学模式计算骨体积的方法用在腰椎变异度小(骨峰值期BMD和vBMD的CV值接近，分别为10.6%和10.7%)，尚可用；但在股骨颈的变异度明显增大(其峰值期的BMD和vBMD的CV分别为12.6%和15.9%)，致诊断OP敏感度低(29%)，OP检出率仅5%(Cheng等[6]研究BMD的OP检出率为15%)，股骨颈数学模式vBMD值因敏感度太低尚不能用于OP诊断，应开发真实的vBMD供应用。

Genant等[18]、秦明伟等[19]、Heuck等[20]用QCT测量腰椎骨量用的是vBMD，其在诊断OP敏感度较DXA方法高，该方法问世20余年，实际应用的广度和频度都远不如DXA，原因是多方面的，这里不作赘述。目前国内外不少研究者正在研究改进QCT测量vBMD的实用方法和应用效果。当然，以DXA仪手段为基础开发真实vBMD也是一条可行之路。