定量CT测量青年人群腰椎骨密度与脂肪分布的关系

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.1207

中国组织工程研究 ›› 2019, Vol. 23 ›› Issue (16): 2506-2510.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.1207

• 骨与关节图像与影像 bone and joint imaging • 上一篇下一篇

定量CT测量青年人群腰椎骨密度与脂肪分布的关系

李佳录¹，程晓光²，蒋涛¹，赵会¹，张郡³

¹首都医科大学附属北京朝阳医院，北京市 100020；²北京积水潭医院，北京市 100035；³北京市顺义区医院，北京市 101300

出版日期:2019-06-08 发布日期:2019-06-08
通讯作者: 蒋涛，主任医师，首都医科大学附属北京朝阳医院，北京市 100020
作者简介:李佳录，女，1984年生，山东省临沂市人，2013年北京大学医学部毕业，硕士，医师，主要从事骨质疏松方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金(81202124)，项目负责人：赵会|北京市医院管理局“青苗”计划(QML20160302)，项目负责人：赵会

Relationship between bone mineral density of lumbar vertebrae and fat distribution in young adults assessed by quantitative CT

Li Jialu¹, Cheng Xiaoguang², Jiang Tao¹, Zhao Hui¹, Zhang Jun³

¹Beijing Chao-Yang Hospital, Capital Medical University, Beijing 100020, China; ²Beijing Jishuitan Hospital, Beijing 100035, China; ³the Hospital of Shunyi District Beijing, Beijing 101300, China

Online:2019-06-08 Published:2019-06-08
Contact: Jiang Tao, Chief physician, Beijing Chao-Yang Hospital, Capital Medical University, Beijing 100020, China
About author:Li Jialu, Master, Physician, Beijing Chao-Yang Hospital, Capital Medical University, Beijing 100020, China
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China, No. 81202124 (to ZH)| the “Young Talent” Program of Beijing Municipal Administration of Hospitals, No. QML20160302 (to ZH)

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

定量CT：即定量 X 射线计算机体层摄影技术，区别于传统CT的特点是体模的运用，校正CT值漂移，从而准确地测量出单位体积内的骨矿物质含量，弥补了CT值只能代表相对骨密度的缺点。

骨密度：全称是骨骼矿物质密度，是骨骼强度的一个重要指标，以g/cm³表示，是一个绝对值。在临床使用骨密度值时由于不同的骨密度检测仪的绝对值不同，通常使用T值判断骨密度是否正常。

摘要

背景：诊断骨质疏松症主要依靠骨密度测量，骨密度与遗传、环境、脂肪分布等多项因素有关。目前双能X射线骨密度仪和定量CT为测量骨密度的主要方法。

目的：探讨定量CT测量青年人群腰椎骨密度与脂肪分布的关系。

方法：严格按照筛选方案，选择北京市区、北京郊区20-40岁青年志愿者262名，所有志愿者对测量方案均知情同意。利用定量CT测量L₂-L₄椎体骨密度及L₄椎体中间层面腹内脂肪面积、皮下脂肪面积及腹部总脂肪面积，采用Pearson相关及多元线性回归分析法对骨密度及相关脂肪指标进行相关性分析。

结果与结论：①北京地区青年人群腹内脂肪面积与骨密度呈负相关(P < 0.05)；②而皮下脂肪面积、腹部总脂肪面积与骨密度无相关性；③建议测量青年人群腰椎松质骨骨密度，控制青年人群过度肥胖，以利于骨质疏松的预防和早期诊断工作。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程
ORCID: 0000-0001-9295-2129(李佳录)

关键词: 青年人群, 腰椎骨密度, 定量CT, 骨密度测量, 腹内脂肪面积, 腹部脂肪分布, 国家自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: Bone mineral density is used for the diagnosis of osteoporosis, and bone mineral density is related to genetic, environment and fat distribution factors. Dual energy X-ray absorptiometry and quantitative CT are main methods of measuring bone mineral density.

OBJECTIVE: To investigate the relationship between lumbar spine bone mineral density and fat distribution in young adults by quantitative CT.

METHODS: Totally 262young adults aged 20-40 years in Beijing urban and suburb areas were screened based on inclusion and exclusion criteria, and all volunteers provided written informed consents. Quantitative CT was used to measure the intra-abdominal fat area, subcutaneous fat area and total abdominal fat area of L₂-L₄ bone mineral density and L₄ vertebrae. The relationship between bone mineral density and fat distribution was analyzed by Pearson correlation analysis and multivariate linear regression.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) The area of intra-abdominal fat was negatively correlated with bone mineral density in young adults in Beijing (P < 0.05). (2) The area of subcutaneous fat and total abdominal fat were not correlated with bone mineral density. (3) Therefore, it is suggested to measure the bone mineral density of lumbar spondylous bone in young people and control obesity, so as to prevent osteoporosis and make early diagnosis.

Key words: young adults, lumbar bone mineral density, quantitative CT, bone mineral density measurement, intra-abdominal fat area, intra-abdominal fat distribution, the National Natural Science Foundation of China

中图分类号:

R459.9|R445

李佳录，程晓光，蒋涛，赵会，张郡. 定量CT测量青年人群腰椎骨密度与脂肪分布的关系[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(16): 2506-2510.

Li Jialu, Cheng Xiaoguang, Jiang Tao, Zhao Hui, Zhang Jun. Relationship between bone mineral density of lumbar vertebrae and fat distribution in young adults assessed by quantitative CT[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2019, 23(16): 2506-2510.

图/表（结果） 7

2.1 受试者数量分析 纳入262名青年志愿者，全部进入结果分析，无脱落。

2.2 试验流程图 见图4。

2.3 脂肪分布对此次研究纳入北京市区青年人群骨密度的影响 因数据均符合正态分布，采用Pearson相关及多元线性回归分析北京市区青年人群腹内脂肪、皮下脂肪及腹部总脂肪面积与骨密度的关系，P < 0.1为相关性有统计学意义。结果显示，腹内脂肪面积与骨密度呈负相关(r=-0.478，决定系数r²=0.22，直线回归方程：y=177.654- 0.308x)；皮下脂肪与腹部总脂肪面积与骨密度无相关性(P=0.795 > 0.1)，见表1。

2.4 脂肪分布对此次研究纳入北京郊区青年人群骨密度的影响 因数据均符合正态分布，采用Pearson相关及多元线性回归分析北京市区青年人群腹内脂肪、皮下脂肪及腹部总脂肪面积与骨密度的关系，P < 0.1为相关性有统计学意义，结果显示，腹内脂肪面积与骨密度呈负相关(r=-0.329，决定系数r²=0.11，直线回归方程：y=172.573-0.201x)；皮下脂肪与腹部总脂肪面积与骨密度无相关性(P > 0.1)，见表2。

2.5 脂肪分布对此次研究纳入北京市男性青年人群骨密度的影响 因数据均符合正态分布，采用Pearson相关及多元线性回归分析北京市男性青年人群腹内脂肪、皮下脂肪及腹部总脂肪面积与骨密度的关系，P < 0.1为相关性有统计学意义，结果显示，腹内脂肪面积与骨密度呈负相关(r=-0.337，决定系数r²=0.11，直线回归方程：y=169.978-0.197x)；皮下脂肪与腹部总脂肪面积与骨密度无相关性(P > 0.1)，见表3。

2.6 脂肪分布对此次研究纳入北京市女性青年人群骨密度的影响 因数据均符合正态分布，采用Pearson相关及多元线性回归分析北京市女性青年人群腹内脂肪、皮下脂肪及腹部总脂肪面积与骨密度的关系，P < 0.1为相关性有统计学意义，结果显示，腹内脂肪面积与骨密度呈负相关(r=-0.457，决定系数r²=0.21，直线回归方程：y=178.563-0.362x)；皮下脂肪与腹部总脂肪面积与骨密度无相关性(P ≥0.1)，见表4。

2.7 脂肪分布对此次研究纳入北京市肥胖青年人群骨密度的影响 因数据均符合正态分布，采用Pearson相关及多元线性回归分析北京市肥胖青年(根据世界卫生组织定义，体质量指数≥30 kg/m²为肥胖)腹内脂肪、皮下脂肪及腹部总脂肪面积与骨密度的关系，P < 0.1为相关性有统计学意义，结果显示，腹内脂肪面积与骨密度呈负相关(r=-0.422，决定系数r²=0.178，直线回归方程：y=163.356-0.273x)；皮下脂肪与腹部总脂肪面积与骨密度无相关性(P > 0.1)，见表5。

2.8 脂肪分布对此次研究纳入总体北京市青年人群骨密度的影响 因数据均符合正态分布，采用Pearson相关及多元线性回归分析北京市青年人群腹内脂肪、皮下脂肪及腹部总脂肪面积与骨密度的关系，P < 0.1为相关性有统计学意义，结果显示，腹内脂肪面积与骨密度呈负相关(r=-0.375，决定系数r²=0.141，直线回归方程：y=175.248- 0.212x)；皮下脂肪与腹部总脂肪面积与骨密度无相关性(P=0.898> 0.1)，见表6及图5。

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引言

材料方法

1.1 设计 Pearson相关性分析，多元线性回归分析。

1.2 时间及地点 于2012年6月至2018年11月在北京积水潭医院放射科、北京顺义区医院放射科完成。

1.3 对象 参考人群由分布在北京市区、北京郊区的262名青年志愿者(20-40岁)组成，男123名，女139名；平均年龄(31.1±5.8)岁，男女之比为0.88∶1。其中北京市区136名，男64名，女72名；北京郊区126名，男59名，女67名。志愿者均为来医院检查且无相关疾病者，采用问卷方式进行筛查。

纳入标准：①年龄20-40岁，汉族；②北京市区、北京郊区出生并在该地生活；③参加研究的志愿者均知情同意，且得到医院伦理委员会批准。

排除标准^[13]：①相关骨代谢性疾病：强直性脊柱炎、类风湿性关节炎、风湿性关节炎、骨软化症、胶原性疾病、糖尿病、肾上腺疾病、Cushing综合征、甲状旁腺功能亢进症、甲状腺功能异常、小儿麻痹症、严重肝肾疾病、骨肿瘤、长期营养不良、先天性骨骼畸形、发生过椎体骨折、椎体退行性改变、椎间盘突出者；②服用过影响骨代谢药物：服用过维生素D、钙片、降钙素、糖皮质激素、雌激素、双膦酸盐、抗惊厥药物、氟化物、避孕药、甲状腺素、利尿药者。

1.4 材料

仪器设备：全部参考人群均采用美国Mindways公司的定量CT骨密度测量系统，测量志愿者L₂-L₄椎体的骨密度。2台CT扫描仪分别为Aquilion东芝64排CT扫描仪(北京积水潭医院)、Siemens西门子64排CT扫描仪(北京市顺义区医院)；扫描条件及重建方式均为电压120 kV，电流125 mA，扫描时间为0.5 s，螺距0.938，重建视野(field of view, FOV)40cm。因仪器型号不同，据校正检验体模(QA体模)检测，设定CT扫描床高分别为78 cm(北京积水潭医院)、 159 cm(北京顺义区医院)。

1.5 方法

1.5.1 扫描方法^[14] 志愿者仰卧于CT扫描床上，将标准体模与蓝色软垫置于腰椎之下，并与人体长抽平行。使腰椎紧贴蓝色软垫，期间不要有间隙，选择腰椎定量CT进行扫描。

1.5.2 测量方法^[14]

(1)对志愿者进行骨密度测量之前，2家医院(北京积水潭医院、北京市顺义区医院)均使用上述扫描条件对同一个欧洲腰椎体模各扫描10次，所测得定量CT数据到数据处理中心进行质量控制。2家医院的欧洲腰椎体模平均骨密度值差异无显著性意义(P > 0.05)，故数据可以不用校正而直接分析。2家医院CT扫描仪每周都要用QA体模进行检测，以校正机器，保证数据的准确性，见图1。

(2)骨密度测量方法：将扫描数据传至Mindways公司的QCT PRO工作站进行数据分析，定量CT工作站通过多平面重组的方式，出现三维图像，利用定量CT可以三维观察测量的特点，选择腰椎中心层面的轴位图像进行测量，厚度选择为9 mm，系统将自动设置感兴趣区，感兴趣区一般都会尽可能大的包括松质骨。遇到特殊情况，可适当的手动调节，以避免皮质骨、椎体后中央静脉沟及骨岛等，只测量松质骨的骨密度，得出L₂-L₄椎体的骨密度值及平均值，见图2。

(3)脂肪分布的测量方法：将上述骨密度扫描数据传至Mindways公司的QCT PRO工作站上(不用重复扫描数据，避免辐射)，利用“软组织构成”功能，在定位像上选择L₄椎体中央平面进行腹部脂肪分布情况的分析(脐水平面)。在“软组织构成分析”中，跟据自动阈值设定的方法，脂肪的阈值为脂肪CT值的一半，软组织的阈值为软组织CT值的一半，软组织的上界为骨的阈值。软件对不同的阈值自动着色，以区分出脂肪、软组织和骨。以腹壁肌肉为界，自动圈定出腹内脂肪和皮下脂肪。然后通过软件自动计算出腹内脂肪面积、皮下脂肪面积及腹部总脂肪面积，见图3。

1.6 主要观察指标 采用Pearson相关及多元线性回归分析，对骨密度与腹内脂肪、皮下脂肪及腹部总脂肪面积的关系进行相关性分析。

1.7 统计学分析 采用SPSS 17.0统计软件进行分析，采用Pearson相关及多元线性回归分析，对骨密度与腹内脂肪、皮下脂肪及腹部总脂肪面积的关系进行统计学分析，P < 0.1为相关性有统计学意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

讨论

大部分骨密度的变化是由内因(遗传、种族、民族、性别、内分泌)等因素决定的，外因(身高、体质量、脂肪分布、体质量指数、环境因素、生活习惯、膳食状况、运动情况)等也影响着骨量的变化，关于身高、体质量、体质量指数等与骨密度的关系已有大量报道^[15-17]，文章主要就北京市区与北京郊区脂肪分布对青年人群骨密度的影响、男性与女性脂肪分布对青年人群骨密度的影响以及青年人群腹部脂肪分布情况与骨密度的关系做一分析，为骨质疏松症的防治工作提供参考资料。

此次研究结果显示，青年人群腹内脂肪面积与骨密度呈负相关，皮下脂肪面积与腹部总脂肪面积与骨密度无相关性。预示着青年人群腹部内脂肪越多时，其骨密度值会越低，而脂肪集中在腹内所引起骨密度减低的风险要远高于脂肪集中在皮下组织。此次研究结果与已往研究的体质量与骨密度呈正相关的结论并不矛盾，目前认为体质量引起骨量增加的主要原因可能为机械的负荷、肌肉的收缩力及其对激素分泌的调解。有研究表明，与体质量相关性最高的是骨矿含量，而不是骨密度^[18]。因为骨矿含量的大小与骨骼的大小有关，而骨骼的大小又与体质量有着密切的关系。而已往研究表明，骨密度与体质量的相关性最高^[19]。作者认为产生其结果的原因很大程度上是由于其骨密度的测量是基于双能X射线骨密度仪所测得的骨密度值，双能X射线骨密度仪所测骨密度为面密度，其值与骨骼的大小有着密切的关系，故其体质量才与骨密度的关系如此密切。有关于应用定量CT测量骨密度与体质量关系的研究结果表明，体质量与骨密度呈弱正相关。作者认为其原因是定量CT测量的骨密度是体积骨密度，其值与骨骼的大小无关^[20]。体质量与骨密度的复杂关系，还有待进一步的研究。

有学者认为体质量与骨密度呈正相关的主要因素是骨骼肌，而不是脂肪，骨骼肌对骨骼发挥重要的生物力学作用，进而对骨量起到保护作用^[21]。而有研究表明，脂肪含量的增加，可能会减弱骨骼肌对骨量的保护作用。Ambrose等^[22]研究亦表明腹部脂肪与骨密度呈负相关。因此作者认为若青年人过于肥胖，特别是当脂肪分布在腹内时，体质量即使很高其骨密度也有可能较低。

随着国内生活水平的不断提高，肥胖越发成为一个影响身体健康的重要因素。近年来，青年人群高血脂、糖尿病等的比例明显提高，肥胖是其重要的原因，青年人群的肥胖问题更应受到关注^[23]。此文研究结果提示，北京市肥胖组腹内脂肪、皮下脂肪及腹部总脂肪面积与青年人群骨密度的关系，腹内脂肪与骨密度呈中度负相关。有大量研究显示，脂肪的分布情况在预测肥胖的相关疾病中比脂肪总量更具有意义，腹内脂肪含量越高其危险性越大，若肥胖主要集中在皮下脂肪，其危险性则相当低些^[24]。此文的脂肪分布与骨密度关系的研究亦是同样的结果。因此，准确测量腹内脂肪有着重要的意义。目前测量腹内脂肪的方法较多，但是其要么主观性较大，要么方法过于繁琐，定量CT作为一种新方法，其重复性良好，可快速、局部、直观反映腹内脂肪与皮下脂肪分布情况，理论上会有广泛的应用前景，已有应用定量CT测量的研究表明，腹部脂肪分布与高血压关系密切^[25]。

此次研究尚有不足之处，样本量不足或许不能反映健康人群骨密度的整体情况，故在数据分析上或许存在一定程度的误差。此文通过应用定量CT测量骨密度的方法，对青年人群的骨密度状况有了一定的了解，为今后骨质疏松症的防治工作提供了一定程度的依据。通过脂肪分布情况对青年人群骨密度影响的研究得知，青年人群应该加强运动，避免过度肥胖，特别是防止腹内脂肪积聚过多，以便维持较高的峰值骨量，预防骨质疏松症的发生。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

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