骨质疏松症患者腰椎骨折预测模型的构建

王敏 王龙胜 陈磊

作者单位：1安徽医科大学第二附属医院放射科（邮编230601）；2安徽医科大学医学影像研究中心；3安徽医科大学第二附属医院骨科

作者简介：王敏（1986），男，主管技师，主要从事CT、MRI成像技术与图像质量控制方面研究。E-mail：492257926@qq.com

△通信作者 E-mail：wanglongsheng@ahmu.edu.cn

摘要：目的 基于腰椎定量CT（QCT）骨密度值和骨代谢指标构建骨质疏松症（OP）患者发生腰椎骨折的预测模型。方法 以骨质疏松性腰椎骨折患者52例（骨折组）和OP患者104例（未骨折组）为研究对象，分析骨折组腰椎QCT骨密度值与血清Ⅰ型原胶原C-端前肽（P1CP）、骨钙素N端中分子片段（N-MID）及β-胶联降解产物（β-CTX）指标间的相关性，Logistic回归分析患者腰椎骨折发生的影响因素，构建预测模型并分析其预测价值。结果 与未骨折组比较，骨折组的女性、跌倒史占比高，β-CTX水平高，维生素D/钙剂用药史占比、腰椎QCT骨密度值、P1CP、N-MID水平低（P＜0.05）。Pearson相关分析显示，骨折患者腰椎QCT骨密度值与血清P1CP、N-MID呈正相关，与β-CTX呈负相关（r分别为0.523、0.506、-0.536，P＜0.05）。多因素Logistic回归分析显示，较高水平的腰椎QCT骨密度值、P1CP、N-MID及维生素D/钙剂用药史是腰椎骨折发生的保护因素，较高水平β-CTX是危险因素（P＜0.05）。构建的预测模型预测腰椎骨折的敏感度为84.62%，特异度为97.12%，曲线下面积为0.926（95%CI：0.873～0.962）。预测模型的校准度良好，一致率为0.910。结论 较高水平的腰椎QCT骨密度值、P1CP、N-MID及低水平β-CTX的OP患者腰椎骨折风险较低，使用维生素D及钙剂可有效预防OP患者，尤其女性腰椎骨折的发生。

关键词：骨质疏松；骨密度；危险因素；Logistic模型；腰椎骨折；骨代谢

中图分类号：R681.4文献标志码：ADOI：10.11958/20231883

Construction of a prediction model for lumbar fracture in patients with osteoporosis

WANG Min1， 2， WANG Longsheng1， 2△， CHEN Lei3

1 Department of Radiology， the Second Affiliated Hospital of Anhui Medical University， Hefei 230601， China; 2 Medical

Imaging Research Center， Anhui Medical University; 3 Department of Orthopaedics， the Second Affiliated

Hospital of Anhui Medical University

△Corresponding Author E-mail： wanglongsheng@ahmu.edu.cn

Abstract： Objective To construct a prediction model for lumbar fracture in patients with osteoporosis （OP） based on lumbar bone mineral density measured by quantitative computed tomography （QCT） and bone metabolism indicators. Methods A total of 52 patients with OP and lumbar fracture （the fracture group） and 104 patients with OP without lumbar fracture （the non-fracture group） were selected as study subjects. The correlation between lumbar bone mineral density measured by QCT and serum procollagen type I C-propeptide （P1CP）， N-terminal mid-fragment of osteocalcin （N-MID） and beta collagen degradation products （β-CTX） was analyzed. Logistic regression analysis was conducted to identify influencing factors of lumbar fracture. A prediction model was constructed and its predictive value was analyzed. Results Compared with the non-fracture group， the proportions of females and patients with fall history， β-CTX level and vitamin D/ calcium medication history were higher in the fracture group， and lumbar bone mineral density measured by lumbar QCT， P1CP and N-MID levels were lower （P＜0.05）. Pearson correlation analysis found that lumbar bone mineral density measured by QCT was positively correlated with serum levels of P1CP and N-MID， and negatively correlated with β-CTX （r=0.523， 0.506， -0.536， P＜0.05）. Multivariate Logistic regression analysis found that higher lumbar bone mineral density measured by QCT， P1CP， N-MID and history of taking vitamin D/calcium were protective factors for lumbar fracture， and igher β-CTX level was a risk factor （P＜0.05）. The sensitivity and specificity of the prediction model constructed based on Logistic regression analysis results for predicting lumbar fracture were 84.62% and 97.12%. The area under the curve was 0.926 （95%CI： 0.873-0.962）. The prediction model had good calibration， and the agreement rate was 0.910. Conclusion OP patients with higher levels of QCT， P1CP and N-MID， and lower level of β-CTX have lower risk of lumbar fracture. Vitamin D and calcium can effectively prevent the occurrence of lumbar fracture in OP patients， especially in women.

Key words： osteoporosis; bonedensity; risk factors; Logistic models; lumbar fracture; bone metabolism

骨质疏松症（osteoporosis，OP）在全球的患病率逐渐增加，已成为重要的公共卫生问题；其特征为骨量减少和骨微结构的退化，导致骨脆性和骨折易感性增加，是一种全身代谢性骨病［1］。研究显示，我国每年因骨质疏松导致的骨折高达890万例［2］。《原发性骨质疏松症诊疗指南（2022）》（简称《指南》）指出，40岁以上人群需注重骨密度筛查，对于OP后骨折的处理原则为预防大于治疗。因此，早期识别患者骨折风险，及时对症处理是关键。张芸等［3］认为骨质代谢指标β-胶联降解产物（beta collagen degradation products，β-CTX）、血清Ⅰ型原胶原C-端前肽（procollagen type I C-prepeptide，P1CP）与骨质疏松性椎体压缩性骨折发生有关。Zhang等［4］研究证实，骨钙素N端中分子片段（N-terminal mid-fragment of osteocalcin，N-MID）、β-CTX水平与人体骨代谢水平相关。《指南》明确提出，骨密度测量在OP诊疗及预防中发挥重要作用，是诊断OP的重要依据之一。定量CT（quantitative computed tomography，QCT）是一种采用CT三维容积数据分析患者骨密度的工具，检测方便且结果准确，应用广泛。本研究基于腰椎QCT骨密度值和骨代谢指标构建OP患者腰椎骨折发生的预测模型，旨在为OP患者腰椎骨折发生风险评估及预后改善提供参考。

1 对象与方法

1.1 研究对象 收集2020年1月—2023年9月安徽医科大学第二附属医院收治的52例骨质疏松性腰椎骨折患者（骨折组）和104例体检结果为骨质疏松症患者（未骨折组）的临床资料。纳入标准：符合《指南》中有关骨质疏松症的诊断标准，腰椎QCT骨密度绝对值＜80 mg/cm3；新发腰椎脆性骨折；临床资料完整；近半年内无明显外伤史。排除标准：合并恶性肿瘤；既往有腰椎骨折史或陈旧骨折，包括病理性骨折或暴力性骨折；合并类风湿性关节炎或内分泌系统疾病；合并其他部位脆性骨折；妊娠期或哺乳期女性。

1.2 研究方法

1.2.1 一般资料收集 通过查阅电子病历收集患者性别、年龄、既往史、体质量指数（body mass index，BMI）、维生素D/钙剂用药史等基线资料。

1.2.2 腰椎QCT测定骨密度 应用西门子SOMATOM Force型第3代双源CT和西门子SOMATOM go.AllCT对患者进行检查。患者取仰卧位，扫描范围：上至膈顶，下至腰椎第3椎体下缘。QCT检查参数：管电压120 kV，管电流150 mAs，层厚为1 mm，显示视野为221 mm，矩阵512×512。为保证数据的准确性和稳定性，定期用QCT扫描仪扫描模体校准。腰椎QCT扫描完成后将图像传输至后处理工作站，于第1—3腰椎体中间位置选取感兴趣区并测量其骨密度值，取平均值作为最后记录结果。测量腰椎骨密度时需避开椎体骨皮质和椎体静脉切迹等。

1.2.3 血清学指标检测 收集2组患者晨起空腹肘正中静脉血5 mL，3 000 r/min离心（半径15 cm）10 min，分离上清液，留取血清于-20 ℃保存待测。酶联免疫吸附试验检测P1CP（试剂盒购自上海臻科生物科技有限公司）、β-CTX（试剂盒购自上海舒话生物科技有限公司）、N-MID（试剂盒购自上海莼试生物技术有限公司）水平。

1.3 统计学方法 采用SPSS 26.0软件进行数据分析。符合正态分布的计量资料用[[x] ±s

]表示，组间比较行独立样本t检验；计数资料以例（%）表示，组间比较采用χ2检验；相关性分析采用Pearson相关；影响因素分析用Logistic回归分析；受试者工作特征（ROC）曲线分析各指标对腰椎骨折的预测价值。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 2组一般资料比较 与未骨折组比较，骨折组女性、跌倒史比例高，维生素D/钙剂用药史比例低（P＜0.05），见表1。

2.2 2组腰椎QCT骨密度值和骨代谢指标比较 与未骨折组比较，骨折组患者腰椎QCT骨密度值、P1CP、N-MID水平低，β-CTX水平高（P＜0.05），见表2。

2.3 腰椎骨密度与骨代谢指标的相关性分析 骨折组相关性分析显示，腰椎QCT骨密度值与血清P1CP、N-MID呈正相关，与β-CTX呈负相关（r分别为0.523、0.506、-0.536，均P＜0.01）。

2.4 腰椎骨折的影响因素分析 以是否发生腰椎骨折为因变量（是=1、否=0），以性别（男=1，女=0）、跌倒史（是=1，否=0）、腰椎QCT骨密度值、P1CP、     β-CTX、N-MID、维生素D/钙剂用药史（是=1，否=0）为自变量，回归分析结果显示，较高水平的腰椎QCT骨密度值、P1CP、N-MID、维生素D/钙剂用药史是OP患者发生腰椎骨折的保护因素，较高水平的β-CTX是危险因素（P＜0.05），见表3、4。

2.5 ROC曲线分析 ROC曲线分析显示，Logistic回归结果构建的预测模型校准度较好（Hosmer-Lemeshow P＝1.000）。敏感度为84.62%，特异度为97.12%，曲线下面积为0.926（95%CI：0.873～0.962），约登指数为0.817，见图1。以模型样本进行混淆矩阵回代检验，一致率为0.910（χ2=2.918，P=0.939），见表5。

3 讨论

骨质疏松性骨折危害较大，是老年患者高致残率及高病死率的重要原因［5］。《指南》强调骨质疏松性骨折可防、可治，并提倡早期筛查与预防，做到及时诊断和规范治疗。骨密度能有效反映OP严重程度，是预测患者骨折风险和药物疗效的有效指标［6］。OP患者骨折的发生与骨量下降密切相关，而骨量多少可通过骨密度测定；骨代谢主要反映骨吸收和骨形成，但早期骨代谢异常通常没有明显的骨密度变化，骨密度变化滞后于骨代谢指标，骨质疏松性骨折发生中骨密度与骨代谢指标密切相关［7］。

本研究单因素分析结果显示，骨折组腰椎QCT骨密度值和骨代谢指标与未骨折组比较有差异，腰椎QCT骨密度值与血清P1CP、N-MID呈正相关，与β-CTX呈负相关，表明骨质疏松性骨折患者不仅存在骨密度值偏低，且骨代谢指标也异常，提示OP患者应定期进行骨密度和骨代谢指标的监测，这对骨折的早期防治有一定参考意义。此外，本研究多因素Logistic回归分析结果显示，较高水平的腰椎QCT骨密度值、P1CP、N-MID及维生素D/钙剂用药史是OP患者发生腰椎骨折的保护因素，而较高水平的   β-CTX是其危险因素。Rinonapoli等［8］研究亦证实，骨密度与腰椎骨折发生密切相关。P1CP是骨组织中含量最丰富的胶原蛋白，是维持骨胶原形成的重要物质，与骨形成密切相关［9］。N-MID是骨转化标志物，为破骨细胞在骨吸收过程中降解而产生的骨代谢标志物，可较直观反映骨吸收状况。研究认为，P1CP、N-MID水平升高说明患者骨形成增多而骨吸收减少，骨折风险降低［10-11］。β-CTX常见于成熟骨胶原内，当破骨细胞活性提升时骨胶原溶解加快并促进Ⅰ型胶原蛋白释放，OP患者β-CTX水平升高表示病情更严重［12］。β-CTX水平升高还会导致骨基质代谢活跃度增高，增加患者骨折风险［13］。研究显示，改善P1CP和β-CTX可提高绝经期女性髋关节置换术患者骨密度，促进骨折愈合［14］。另有研究认为，P1CP和β-CTX水平异常与骨质疏松性椎体压缩性骨折患者术后发生再发骨折密切相关［15］。钙是骨形成的重要成分，维生素D能够促进其吸收，因此服用维生素D/钙剂可作为预防OP患者发生腰椎骨折的有效手段。陈水绵等［16］研究也证实，补偿维生素D对预防老年人骨折的发生有一定作用；《骨质疏松性骨折诊治指南（2022年版）》推荐补充维生素D/钙剂是防治骨质疏松性骨折的基础措施。既往研究证实，女性［17］和有跌倒史［18］是骨质疏松性骨折的危险因素。本研究中单因素分析也明确这两项是腰椎骨折发生的影响因素，但多因素分析排除了其对骨折的影响。分析其原因为，本研究纳入的患者大多数有维生素D/钙剂用药史，且多数为老年患者，削弱了性别差异对骨折的影响；而跌倒史是否影响骨折发生多与患者年龄、跌倒受损部位、跌倒损伤严重程度等因素有关；同时本研究样本量较少也会造成一定偏倚。本研究基于腰椎QCT骨密度值和骨代谢指标构建OP患者腰椎骨折发生的预测模型，结果显示预测模型的校准度良好。因此，临床需严密监测OP患者QCT骨密度值和骨代谢指标变化，同时指导患者定期服用维生素D、钙剂。

综上所述，临床应重点关注女性OP人群，可通过预防跌倒、使用钙剂、维生素D及密切监测骨密度及骨代谢指标等措施防止骨质疏松后骨折的发生。

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（2023-12-04收稿 2024-03-07修回）

（本文编辑 陆荣展）