雙能X線吸收法測量膝關(guān)節(jié)骨密度及其影響因素分析

顧新豐 段敬瑞 鄭昱新 錢齊榮

骨密度是臨床診斷骨質(zhì)疏松的重要指標(biāo)，目前常用檢測部位為髖部和腰部[1]。膝關(guān)節(jié)作為下肢負(fù)重的重要關(guān)節(jié)，雖然不是骨質(zhì)疏松性骨折的好發(fā)部位，但它是骨關(guān)節(jié)炎、運動損傷等疾病最常見的發(fā)病部位[2]。但目前的髖部和腰椎的骨密度測量結(jié)果不能反映膝關(guān)節(jié)局部骨密度情況[2]。而對于行人工膝關(guān)節(jié)置換及交叉韌帶重建患者來說，膝關(guān)節(jié)局部的骨密度的測量尤為重要，是疾病進(jìn)展、圍手術(shù)期隨訪的重要指標(biāo)，對一些膝關(guān)節(jié)局部的骨質(zhì)疏松也能起到早期診斷的作用。因此，對膝關(guān)節(jié)進(jìn)行骨密度測定具有相當(dāng)重要的臨床意義[3～6]。但目前還沒有商業(yè)化應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)骨密度的測定的標(biāo)準(zhǔn)模塊和測量方法。

目前常用的骨密度測定方法有雙能X線吸收檢測(dual energy X-ray absorptiometry, DXA)、定量計算機(jī)斷層照相術(shù)(quantitative computed tomography, QCT)、定量超聲(quantitative ultrasound, QUS)等。由于DEXA法具有方法簡單，結(jié)果可靠，有可參考的正常值范圍等諸多優(yōu)點，該測量方法的結(jié)果是目前公認(rèn)的骨質(zhì)疏松癥的診斷標(biāo)準(zhǔn)[1,7,8]?，F(xiàn)有的關(guān)于膝關(guān)節(jié)骨密度的測定的少量報道也均采用該方法[9～11]。但各家報道的方法各不相同，包括測量采用的測量軟件、測量時膝關(guān)節(jié)體位、感興趣區(qū)(regions of interest, ROI)的選擇等均有差別很大。而這些差別對骨密度測量結(jié)果是否有影響，也未見詳細(xì)報道。

本研究試圖對采用DXA方法測量膝關(guān)節(jié)骨密度的影響因素分析，從而確定合適的膝關(guān)節(jié)骨密度具體測量方法，為該方法的標(biāo)準(zhǔn)化提供依據(jù)，以期早日用于臨床。

對象與方法

1.研究對象：自2016年1月～2017年5月共納入上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院健康受試者30例，其中女性17例，平均年齡34.5±3.3(28～43)歲，平均身高161.7±5.6(151～177)cm，平均體重56.8±9.4(45～75)kg，平均體重指數(shù)23.6±3.2(20.7～30.1)kg/m2。男性13例，平均年齡36.7±10.3(26～66)歲，平均身高175.0±7.0 (161～189)cm，平均體重69.4±13.6(54～86)kg，平均體重指數(shù)24.2±4.4(21.1～31.5)kg/m2。參與者均自愿參與，排除膝關(guān)節(jié)疾病，Kellgren-Lawrence(K-L)分級≤1級。0級：正常；1級：有可疑骨贅； 2級：有明確骨贅，關(guān)節(jié)間隙可疑狹窄；3級：中等量骨贅，關(guān)節(jié)間隙明確變窄；4級：大量骨贅形成，關(guān)節(jié)間隙明顯變窄。本研究經(jīng)筆者醫(yī)院倫理學(xué)委員會批準(zhǔn)。

2.放射學(xué)測量:取左膝負(fù)重屈膝位X線。為了達(dá)到良好的精確度，使用跖趾關(guān)節(jié)位片(metatarso-phalangeal，MTP)。使膝關(guān)節(jié)前方與第1跖趾關(guān)節(jié)平齊，能更好的觀察關(guān)節(jié)間隙。使用65kV和20mAs攝X線片。對X線片進(jìn)行K-L分級[12]。

3.膝關(guān)節(jié)骨密度測量：仰臥位測量膝關(guān)節(jié)骨密度，使用GE公司的Prodigy Advanced骨密度儀，該骨密度儀有髖部、腰椎和小動物3個模塊，前兩者ROI不能隨意選擇，不適用于膝關(guān)節(jié)測量，因而選用小動物模塊測量。該模塊能自定義ROI，同時測量結(jié)果以骨密度絕對值(g/cm2)來表示，后期可以考慮開發(fā)出專門用于膝關(guān)節(jié)骨密度測量的模塊。同時，由于目前也沒有膝關(guān)節(jié)骨密度的金標(biāo)準(zhǔn)測量方法，只能測量該方法的測量者間及測量者內(nèi)的重測信度，無法通過設(shè)立金標(biāo)準(zhǔn)測量方法的對照組進(jìn)行效度測量。以左膝關(guān)節(jié)線為掃描中心，掃描長度120mm，包括股骨髁及脛骨結(jié)節(jié)。保持小腿與掃描床面平行，使用下肢固定器固定足于髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋15°，保持髕骨向上。分別于伸膝位和屈膝10°位各掃描1次。1周后，由同一位研究者再用相同方法，于屈膝10°復(fù)測1次。掃描后，保存數(shù)據(jù)，協(xié)同另一位研究者采用3種ROI選擇方法分別進(jìn)行ROI選擇測量[13]。 ROI A方法采用內(nèi)、外側(cè)髁間隆突的最高點向遠(yuǎn)端延伸20mm，內(nèi)外側(cè)達(dá)脛骨髁邊緣；ROI B方法采用內(nèi)、外側(cè)髁間隆突的最高點向遠(yuǎn)端延伸10mm，內(nèi)外側(cè)達(dá)脛骨髁邊緣；ROI C方法采用緊貼脛骨平臺內(nèi)、外關(guān)節(jié)面，向下延伸10mm范圍，內(nèi)外側(cè)達(dá)脛骨髁邊緣(圖1～圖3)。從而得到兩批獨立數(shù)據(jù)。研究流程見圖4。負(fù)責(zé)測試分析的研究者均具備國際臨床骨密度測量學(xué)會(International Society for Clinical Densitometry, ISCD)審核的技術(shù)員證書，在正式開始研究之前，研究者按照前述3種方法經(jīng)過>10個樣本的測量分析練習(xí)以保證具有較好的熟練度。

圖1 ROI A內(nèi)、外側(cè)髁間隆突的最高點向遠(yuǎn)端延伸20mm，內(nèi)外側(cè)達(dá)脛骨髁邊緣

圖2 ROI B內(nèi)、外側(cè)髁間隆突的最高點向遠(yuǎn)端延伸10mm，內(nèi)外側(cè)達(dá)脛骨髁邊緣

圖3 ROI C緊貼脛骨平臺內(nèi)、外關(guān)節(jié)面，向下延伸10mm范圍，內(nèi)外側(cè)達(dá)脛骨髁邊緣

圖4 研究流程圖

4.統(tǒng)計學(xué)方法：采用SPSS 19.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析：比較第1次伸、屈膝位掃描的骨密度值，用配對t檢驗，分析伸、屈膝對3種ROI骨密度測量的影響，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。計算第1、2次掃描的短期內(nèi)重復(fù)測量的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient, ICC)，評價由于重新放置體位及ROI選擇等因素造成的觀察者內(nèi)可重復(fù)性。計算第2次掃描的兩位研究者間獨立選擇ROI后兩組骨密度間的ICC，評價觀察者間可重復(fù)性。ICC 等于個體的變異度除以總的變異度，通常認(rèn)為ICC>0.80為一致性較好。

結(jié) 果

所有受試者均完成了第1次的伸、屈膝掃描及1周后的第2次屈膝位掃描。經(jīng)3種ROI分析顯示，膝關(guān)節(jié)伸屈對BMD測量結(jié)果在ROI A和B均有明顯影響，對C組影響不顯著,詳見表1。

表1 伸、屈膝對骨密度測定的影響

同一觀察者對屈膝位3種ROI的復(fù)測ICC，除ROI A組的內(nèi)側(cè)ICC值<0.8，其余組均>0.8，其中ROI C內(nèi)、外側(cè)的ICC均>0.9。說明ROI C的選取方法可重復(fù)性最高。觀察者間復(fù)測ICC，所有ICC值均>0.8，說明均具有較好的可重復(fù)性，其中ROI B組相關(guān)性稍差，ROI C組ICC值最高，詳見表2。

表2 觀察者內(nèi)、觀察者間復(fù)測重復(fù)性

討 論

通過膝關(guān)節(jié)BMD的測定能了解膝關(guān)節(jié)局部的骨質(zhì)疏松情況，最近文獻(xiàn)報道的二磷酸鹽治療一些老年患者的膝痛，該類患者可能是以膝關(guān)節(jié)骨密度減少為首要表現(xiàn)的骨質(zhì)疏松患者[14]。而BMD測定既能起到早期診斷作用，還能對治療效果起監(jiān)測作用。另外，膝關(guān)節(jié)骨密度測定經(jīng)常用于膝關(guān)節(jié)手術(shù)后的局部骨量變化，如膝關(guān)節(jié)置換、前交叉韌帶重建術(shù)后。而Akamatsu等[15]研究表明，內(nèi)側(cè)/外側(cè)髁BMD比值與內(nèi)外側(cè)骨贅、關(guān)節(jié)間隙狹窄程度、膝痛程度呈正比，因而他們認(rèn)為該BMD比值是監(jiān)測膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)OA患者嚴(yán)重程度的一個重要的潛在指標(biāo)。

目前，膝關(guān)節(jié)BMD測定沒有標(biāo)準(zhǔn)的測量方法，包括測量軟件、測量部位、ROI的選擇、正常人群的參考值、骨質(zhì)疏松的判定均無標(biāo)準(zhǔn)。同時，測量方法也受多方面影響。DXA是檢測診斷骨質(zhì)疏松的重要標(biāo)準(zhǔn)。其利用X線球管發(fā)射高、低兩種不同能量的X線穿透身體后，獲得兩種不同的線性衰減值，從而換算成相當(dāng)于羥基磷灰石的骨密度，即為骨礦密度克數(shù)，其與被測骨面積的比值即為每平方厘米的骨骼上羥基磷灰石的克數(shù)。此種檢測法可有效地評估被測者的骨密度，低于正常值2.5個標(biāo)準(zhǔn)值即可診斷為骨質(zhì)疏松[1,6,16]。DXA是目前臨床使用最廣泛的骨密度測量方法。具有放射劑量少、測量方便快捷、檢測數(shù)據(jù)精確、可重復(fù)性好等諸多優(yōu)點，因而被作為骨密度測量的金標(biāo)準(zhǔn)方法。因此，本研究也采用DXA方法進(jìn)行膝關(guān)節(jié)骨密度的測定。但鑒于目前還沒有商業(yè)化的膝關(guān)節(jié)BMD測量軟件，本研究使用小動物模型測量軟件，其具有可自定義ROI的優(yōu)點，也有研究者使用腰椎、前臂、髖關(guān)節(jié)假體測量軟件等測量軟件，但該類軟件無法完全自定義ROI，因而測量比較困難[4,9～11,13]。

對于膝關(guān)節(jié)BMD測量時屈膝角度目前尚存爭議，大多文獻(xiàn)不提測量時屈膝的角度問題。Stilling等[17]研究表明不同的屈膝角度對骨密度測量結(jié)果影響較大。這在本研究中也得到證實，但對ROI C影響不明顯。因此考慮伸屈膝影響B(tài)MD的主要原因可能與股骨的體位變化有關(guān)，在ROI C中，未涉及股骨側(cè)，因而影響不大。一些研究者采用完全伸膝位，也有研究者采用屈膝5°～30°不等。由于很多OA患者存在一定程度的屈曲攣縮，無法完全伸直[15]。而且脛骨平臺有一定后傾，屈膝一定角度后不僅能觀察和測量膝關(guān)節(jié)間隙，而且更能確保BMD測量的信度。因此筆者建議適當(dāng)屈膝10°左右，并且確保每次測量的屈膝角度相同。

ROI的選擇是BMD測量的核心問題[18]。對髖、腰椎來說，有現(xiàn)成的軟件進(jìn)行選擇測量。但對膝關(guān)節(jié)來說，必須要手動進(jìn)行選擇。確定一種簡單、重復(fù)性好而又能精確反映BMD變化的ROI選擇方法，顯得尤為重要。腓骨、髕骨以及一些內(nèi)植物如人工關(guān)節(jié)等的存在，又增加了ROI的選擇難度。目前，ROI的選擇的爭議主要集中在大小、是否包括關(guān)節(jié)間隙和關(guān)節(jié)軟骨、是否測量股骨、是否測量側(cè)位等方面。Murphy等[19]的ROI選擇不包括關(guān)節(jié)間隙，以脛骨近端和股骨遠(yuǎn)端開始分別向遠(yuǎn)、近端各7mm選取7個ROI，分別測定BMD，該選取方法簡便，但未分內(nèi)、外側(cè)分別測量而且股骨測量時未考慮髕骨的影響。Akamatsu等[15]將脛骨近端分成5個正方形區(qū)域，取內(nèi)側(cè)2個ROI代表脛骨內(nèi)側(cè)骨密度，外側(cè)2個ROI代表外側(cè)骨密度。緊貼股骨內(nèi)外側(cè)髁遠(yuǎn)端各取1個相同的ROI，分別代表股骨內(nèi)、外側(cè)髁骨密度。該方法雖然避開了髕骨，但存在著畫線困難，不能大批量測量的缺點。本研究僅測量脛骨側(cè)BMD，3種ROI選擇方法均具有畫線簡單、可重復(fù)性高的特點。但ROI C組受伸屈膝及股骨側(cè)影響小，在觀察者內(nèi)和觀察者間重復(fù)性更高，因而更適合臨床應(yīng)用。

當(dāng)然本研究也存在一定的缺點，首先受試者病例數(shù)不多，對年齡也未分層，因此無法確定出正常參考值?？紤]到臨床應(yīng)用的易推廣性，本研究僅選取脛骨側(cè)正位ROI，還不夠全面。而且DXA法不能測量體積骨密度。

由于DXA法測量膝關(guān)節(jié)骨密度具有廉價、快捷、重復(fù)性好等諸多優(yōu)點，如果能標(biāo)準(zhǔn)化操作流程及方法，制定出正常參考值，膝關(guān)節(jié)BMD測量方法有望進(jìn)入臨床。