定量超声测定法与双能X线吸收法评估18~40岁成人骨健康的比较分析

邝玉娴 程红 郑伊迎 陈伟业 马振新 邹高雍 曾鼎 米杰 刘丽

基金項目：国家自然科学基金（81874271）

摘要：目的  比较定量超声测定法（QUS）与双能X线吸收法（DXA）测量广州市18～40岁成人骨密度的一致性，评估QUS识别低骨量的诊断价值。方法  在731名研究对象中，采用DXA测量骨密度（BMD），QUS测量超声传导速度（SOS）。采用Bland-Altman分析评价SOS与BMD Z值的一致性。以BMD Z≤-2.00作为低骨量的诊断标准，绘制QUS的受试者工作特征曲线，并计算曲线下面积（AUC）以及SOS Z值最佳截断值的灵敏度、特异度和正确诊断指数。结果  Bland-Altman分析结果显示，男、女性的SOS和BMD Z值的均值差值分别为1.27（-0.94～3.47）和0.93（-1.33～3.18）。男、女性中SOS Z值诊断低骨量的AUC分别为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值最佳截断值为-0.35，灵敏度、特异度和正确诊断指数分别为64.1%、68.6%和0.327；女性中，低骨量的SOS Z值最佳截断值为-1.14，灵敏度、特异度和正确诊断指数分别为73.9%、54.8%和0.285。结论  广州市18～40岁成人中，QUS与DXA诊断骨密度的一致性欠佳，但QUS在识别低骨量上的应用价值尚可。

关键词：定量超声测定法；双能X线吸收法；超声传导速度；骨密度；低骨量

中图分类号： R194.3  文献标志码： A  文章编号：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

骨质疏松症已成为我国重要公共卫生问题之一［1］。青中年阶段的骨密度水平与老年期骨质疏松症发生风险密切相关［2］。对青中年人群进行骨健康评估，有助于遏制骨质疏松症的流行态势［3］。双能X线吸收法（dual-energy X-ray absorptiometry，DXA）是檢测骨密度和诊断骨质疏松症的金标准技术［4］，但由于设备昂贵、操作要求高及有辐射等缺点，DXA很难推广［5］。而超声定量测定法（quantitative ultrasound，QUS）具有价格低廉、操作简捷和无辐射等优点，更适用于人群骨健康筛查［6］。国际临床骨密度测量学会（International Society for Clinical Densitometry，ISCD）认为，根据QUS测量结果预测的老年脆性骨折风险与DXA相似［7］。但在青中年人群中，关于QUS与DXA测量的一致性如何，以及QUS是否适用于骨健康筛查，目前证据仍十分有限。因此，本研究在731名广州市18～40岁成人中，分析QUS与DXA测量骨密度的一致性，并评估QUS识别低骨量的临床价值，为QUS应用于18～40岁人群骨健康筛查提供参考。

对象和方法

研究对象  2021年4月至2022年9月采用方便抽样法在广州市招募785名18～40岁成人进行QUS和DXA测量。通过询问病史，排除体内有金属植入物、有骨折史、患有影响骨健康的慢性病（甲状腺疾病和其他内分泌疾病）以及长期服用影响骨代谢药物者共54名，最终纳入731名研究对象。本研究通过首都医科大学附属北京儿童医院医学伦理委员会审批（审批号：医伦审〔2021〕第155号），检测前已获得研究对象书面知情同意。

方法  研究对象需空腹或禁食水1 h以上，检查前禁止剧烈运动，并除去金属物品和饰品、身着轻薄衣裤，依次进行体格检查、DXA和QUS检测［8］。

体格检查：按标准测量方法，采用健民牌SGJ-II型身高测试仪进行身高测量，读数精确至0.1 cm。采用InBody 570型人体成分分析仪测量体重，读数精确至0.1 kg。体重指数（body mass index，BMI）=体重（kg）/身高（m）2。研究对象的体重状态采用成人体重判定（WS/T428-2013）的BMI界值判断［9］。

DXA测量骨密度：采用Hologic Discovery-A型双能X线骨密度仪（Hologic公司，美国）测量骨密度（bone mineral density，BMD）。测量员均已通过国际临床骨密度测量学会培训考核。每日进行仪器质控评测，质控通过后再开始正式检测。全身BMD测量结果精确至0.01 g/cm2，BMD Z值由机器导出。采用Z值判断男、女性BMD水平，Z≤-2.00为低骨量［10］。

QUS测量跟骨超声传导速度：采用日本古野CM-200超声骨密度仪测量非优势足跟骨超声传导速度（speed of sound，SOS）。每日测量前对仪器进行质控和校准。检测对象脱去鞋袜，选择合适型号垫板，调整坐姿使其大腿、足部处于同一平面中，再开始检测。QUS设备内嵌有经中华医学会验证的中国参考人群数据，跟骨SOS Z值由仪器导出。

统计学处理  采用R软件（版本4.2.1），计量资料以均数±标准差表示，组间比较采用配对t检验。采用Pearson相关系数评价QUS和DXA测量值的相关程度，其中相关系数r≥0.90为极高度相关，0.70～0.89为高度相关，0.40～0.69为中度相关，0.10～0.39为低相关，<0.10为无相关［11］。采用Bland-Altman分析评价两种方法测量值的一致性，并计算QUS与DXA均值差值的一致性界限（limits of agreement，LoA）。以DXA测量全身BMD Z≤-2.00作为低骨量诊断标准，绘制QUS受试者工作特征曲线（receiver operating characteristics，ROC），计算曲线下面积（area under curve，AUC），AUC>0.9为诊断价值非常好，0.7～0.9为较好，0.5～0.7为一般，≤0.5为差［12］，并计算SOS Z值不同截断值的灵敏度、特异度及正确诊断指数。P<0.05为差异有统计学意义。

结果

一般情况  731名18～40岁成人中，平均年龄为（24.8±5.8）岁，其中，男性338名（46.2%）、女性393名（53.8%）。男性中消瘦、正常体重和超重肥胖者分别为45（13.3%）、187（55.3%）和106名（31.4%），女性中分别为89（22.7%）、261（66.4%）和43名（10.9%）。

QUS与DXA的一致性分析  男、女性中SOS Z值均高于BMD Z值（P均<0.001）。按年龄或体重状态分层，QUS和DXA测量值差异均有统计学意义（P均<0.001），男、女性两种方法测量值的相关系数r分别为0.528和0.373（P均<0.001）。按年龄分层，除25～29岁组外其余年龄男性以及女性中两种方法测量值均呈中低程度相关；按体重状态分层，男、女性两种方法测量值均呈中低程度相关（表1、2）。

在Bland-Altman分析中，男、女性SOS与BMD Z值的均值差值分别为1.27和0.93，LoA范围分别为-0.94～3.47和-1.33～3.18（图1）。按年龄分层，男性25～29岁组和女性35～40岁组中SOS与BMD Z值的LoA范围较窄，分别为-0.62～3.00，-1.35～2.44，其余男、女性年龄组的LoA范围较宽；按体重状态分层，男、女性消瘦、正常体重和超重肥胖者中SOS与BMD Z值的LoA范围均较宽（表1、2）。

QUS对低骨量的诊断价值  根据全身BMDZ≤-2.00的判断标准，共有273名（37.4%）为低骨量，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诊断男、女性低骨量的AUC分别为0.734（95%CI=0.380～0.788）、0.679（95%CI=0.625～0.732）。

男性中，SOS Z值判断低骨量的最佳截断值为-0.35，灵敏度、特异度和正确诊断指数分别为64.1%、68.6%和0.327。女生中最佳截断值为-1.14，灵敏度、特异度和正确诊断指数分别为73.9%、54.8%和0.285（图2）。

此外，当SOS Z值截断值为-2.00时，男性中QUS诊断低骨量的灵敏度、特异度和正确诊断指数分别为9.3%、98.2%和0.075，女性中灵敏度、特异度和正确诊断指数分别为16.8%、93.7%和0.105。而SOS Z值截断值为0时，男性中QUS诊断低骨量的灵敏度、特异度和正确诊断指数分别为83.9%、46.8%和0.307，女性中灵敏度、特异度和正确诊断指数分别为89.7%、26.9%和0.166（表3）。

讨论

通过对731名广州市18～40岁成人研究发现，QUS所测SOS Z值与DXA所测BMD Z值的一致性欠佳。相关性分析表明两种方法测量值之间仅为中低程度相关，Bland-Altman分析中两种方法测量值的LoA范围较宽，与此前儿童青少年以及成人的研究报道一致［13-14］。QUS与DXA之间的差异主要與测量原理及测量骨健康维度不同有关。DXA通过测量高低双能X射线在骨组织中的衰减程度反映骨密度信息［15］。QUS通过超声波在骨组织中的传导速度和衰减幅度反映骨骼状态。由于超声穿透和衰减易受到骨结构、弹性和孔隙度的影响，所以QUS实际上反映的是包含骨量、骨结构等在内的综合骨质量信息［16］。

本研究进一步评价QUS诊断低骨量的效能。男、女性中QUS所测SOS Z值判断低骨量ROC的AUC分别为0.734、0.679，说明QUS识别低骨量的临床价值尚可。目前，在青中年群体中尚缺少SOS Z值诊断低骨量准确性的评价证据，少量研究在老年人群中分析SOS T值对骨质疏松症的诊断价值，结果与本研究相似。例如Lopez-Rodriguez等［17］在骨代谢异常人群中发现，QUS所测SOS T值判定低骨量和骨质疏松症的AUC分别为0.754、0.713。王慧等［18］也发现，在50岁以上人群中，SOS T值判断低骨量和骨质疏松症的AUC分别为0.716、0.687。在低骨量者中，骨量和BMD缺乏的同时，还会出现骨小梁稀疏等骨细微结构的异常和骨脆性的增加，导致骨质量下降［19］。因此，QUS所测SOS在识别低骨量方面具有一定的应用价值。QUS诊断男性低骨量的准确性略优于女性，这可能与跟骨结构性别差异有关。由于男性骨骼比女性粗壮，在进行QUS测定时男性跟骨与探头接触面积往往更大，有利于超声波的传导，因此男性QUS检测结果会较女性更为准确［20-22］。

对于低骨量的诊断，目前尚缺乏QUS判断标准。本研究也进一步分析了QUS不同截断值诊断低骨量的准确性，结果显示当采用与DXA相同标准时（Z≤-2.00），男、女性中QUS诊断低骨量的灵敏度仅为9.3%和16.8%；而采用ROC获取的最佳截断值（男性Z≤-0.35，女性Z≤-1.14），男、女性中QUS诊断低骨量的灵敏度分别提高至64.1%和73.9%，正确诊断指数分别为0.327和0.285。有学者认为，由于QUS与DXA评估骨健康的技术原理不同，DXA用于划分低骨量的标准可能不适用于QUS［23］。目前国内外尚无评估18～40岁人群低骨量的公认SOS Z值标准。有研究在儿童青少年中发现，SOS Z值的最佳截断值设定为-1.0时，对于低骨量QUS有较好的判断准确性［13］。另有学者在18～26岁年轻女性中发现，QUS所测SOS Z值均值为0.41，高于DXA所测BMD Z值均值（0.19）［24］。因此，对于低骨量识别与骨健康筛查，QUS应建立起相应的判断标准。

本研究存在一些局限性。目前尚无DXA所测BMD的中国参考人群数据，由设备导出的BMD Z值是以高加索人群为参考计算，而SOS Z值则以中国汉族人群为参考，参考人群的差异会导致QUS与DXA一致性较低。尽管如此，本研究仍发现QUS在识别低骨量方面有较好的应用价值。此外，个别年龄组样本量较小，可能会影响年龄分层分析结果的稳定性。

综上，本研究结果显示，在广州市18～40岁成人中，QUS所测SOS Z值与DXA所测BMD Z值的一致性欠佳，但QUS在诊断低骨量方面的应用价值尚可。为推进QUS在18～40岁人群低骨量识别与骨健康筛查的应用，QUS应建立相应的骨健康水平判断标准。

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（收稿日期：2023-05-26）