作者：郭郡浩，施慧鹏，赵燕玲
【摘要】 目的 分析双能X线吸收测定术(dual-energy X-ray absorptiometry，DXA)测量骨密度(bone mineral density，BMD)的最小有意义变化(least significant change，LSC)。方法 测量30名受检者腰椎和髋部BMD，连续测量2次，计算其精确度误差、最小有意义变化，预计随访间隔时间。结果 L1-L4、L2-L4、左全髋部、右全髋部的精确度误差相对较低，标准差的均方根(RMS-SD)分别为0.006、0.007、0.006、0.007 g/cm2，最小有意义变化(LSC-SD)分别为0.016、0.018、0.018、0.019 g/cm2;变异系数的均方根(RMS-CV)分别为0.005、0.007、0.006、0.007，最小有意义变化(LSC-CV)分别为0.015、0.020、0.018、0.020。LSC-SD、LSC-CV的变异系数分别为0.238、0.356。预计随访间隔时间随着感兴趣区精确度误差的增加而延长。结论 DXA测量骨密度的精确度误差较小，感兴趣区首选L1-L4、L2-L4、全髋部为宜，感兴趣区的精确度误差越大则预计随访时间越长。
【关键词】 骨密度;骨质疏松症;精确度误差;最小有意义变化;预计随访间隔时间;双能X线吸收法
Abstract: Objective To analyze the least significant change (LSC) of bone mineral density (BMD) measurement with dual energy X-ray absorptiometry (DXA). Methods 30 subjects had their BMD in the lumbar vertebrae and hip measured twice consecutively. The precision error (PE)， LSC and monitoring time interval (MTI) were calculated. Results In the region of interest (ROI) of L1-L4， L2-L4， left-hip and right-hip， the root mean square standard deviation (RMS-SD) was 0.006， 0.007， 0.006 and 0.007 g/cm2， respectively; LSC-SD was 0.016， 0.018， 0.018 and 0.019 g/cm2， respectively; the root mean square coefficient of variation (RMS-CV) was 0.005， 0.007， 0.006 and 0.007， respectively; LSC-CV was 0.015， 0.020， 0.018 and 0.020， respectively. The CV of LSC-SD and LSC-CV was 0.238 and 0.356 respectively. The monitoring time interval was prolonged with the increase of the PE in homologous ROI. Conclusion PE of BMD measurements with DXA is relatively small. It is preferable to select the ROI of L1-L4， L2-L4 and total hip. The greater the PE in homologous ROI， the longer the monitoring time interval will be.
Key words: bone mineral density; osteoporosis; precision error; least significant change; monitoring time interval; dual-energy X-ray absorptiometry已换
双能X线吸收测定术(dual energy X-ray absorptiometry，DXA)检查作为诊断骨质疏松症的金标准，在临床被广泛应用，因此，其准确度及精确度值得关注。前期研究分析了DXA测量骨密度(bone mineral density，BMD)的准确性[1]，本研究旨在分析DXA的精确度误差(precision error，PE)，通过PE计算95%可信区间的最小有意义变化(least significant change，LSC)，为临床监测骨密度、预计随访间隔时间以及选择感兴趣区提供可靠依据。
1 资料和方法
1.1 临床资料 受检者均随机选自南京军区南京总医院门诊健康体检者，自2009年5月25日起至2009年6月5日结束，共计30例，男性14例，女性16例，年龄22.4～76.9岁，平均(50.9±14.4)岁。全部患者均重复测量2次，第2次测量时，需要患者下床再上床重新定位，2次测量间隔时间均未超过5 min。
1.2 质控方法 DXA采用GE Lunar Prodigy型双能X线骨密度仪。执行每日质量保证(quality assurance，QA)程序，每天上午开始对患者进行测量前都完整地执行一次质量保证测试[2]，用厂方提供的标准校准模块来完成QA测试。该校准模块由软组织模拟材料组成，该材料有3个充满骨矿物填料的仿真骨腔。校准方法：把校准模块放在扫描床的垫子上，调整位置，让激光灯照亮校准模块上的十字标签中心，选择开始，设备自动进行扫描，直至完成。确定质量保证屏幕上已经显示过探测器状态和系统状态，如果QA测试没有通过，则重新定位校准模块并重复该步骤。如果第2次测试失败，则通知Lunar支持部门给予帮助。本研究期间，每日QA均为一次性通过测试。
1.3 腰椎BMD测量方法 采用腰椎后前位法，受检者仰卧于扫描床正中，屈髋屈膝约90°，小腿下方放置海绵垫块支撑，腰带及松紧带等金属及高密度物体远离腰椎扫描区域，自第5腰椎(L5)椎体中部开始向上扫描，扫描区域包含完整的第1～4腰椎(L1-L4)，若发现有异物则去除异物后再重新扫描[2]。扫描期间应监视图像以保证其正确。
1.4 髋部BMD测量方法 确保从测量区域中移除了所有的衰减材料(带子、金属钮扣等)，帮助患者上到扫描仪检查床并按如下方式定位患者：患者身体处于扫描检查床中心——使用检查床上的中心线作为参考来对准患者;患者手臂交叉放置在胸部上，远离髋部两侧;把检查床上的中线作为参考来确保脚支架置中，用脚支架基部上的导向器定准中心线，向内旋转患者双腿，并把患者的脚固定在脚支架上。选择定位按钮时，出现激光灯，调整激光灯的位置到股骨大转子之下7～8 cm处，约股骨内侧缘，点击开始进行扫描。监视图像以保证其正确。正确的髋部扫描图像应显示有大转子、股骨颈和坐骨。如果图像不正确，则选择放弃，重新定位激光灯，然后重新开始测量。检查双股骨时，先定位左侧，左侧检查完毕，激光灯自动转到右侧，重复与左侧检查相同的步骤。扫描完成后，检查图像质量，若符合要求则使扫描臂回静泊位，放松患者，结束检查。
1.5 纳入标准 男女不限，年龄20～80岁，无影响DXA骨密度测量的严重腰椎解剖结构异常，如严重脊柱侧弯等。
1.6 排除标准 ①有严重心脏疾病，如心肌梗死、不稳定心绞痛、心功能衰竭、严重心律失常;②有严重的胃肠道疾病，如反流性食道炎、消化性溃疡;③有糖尿病史;④严重的器质性内分泌、精神、神经系统疾病和活动性骨关节病以及其他需长期治疗的慢性疾病。
1.7 统计学处理 标准差(standard deviation，SD)、标准差的均方根(the root mean square standard deviation，RMS-SD)、变异系数(coefficient of variation，CV)、变异系数的均方根(the root mean square coefficient of variation，RMS-CV)的计算方法分别见公式1～4。精确度误差(precision error，PE)用RMS-SD和RMS-CV表示，95%可信区间的最小有意义变化(least significant change，LSC)分别用LSC-SD、LSC-CV表示，其计算方法见公式5。预计随访间隔时间(monitoring time interval，MTI)的计算方法见公式6。各计算公式见表1。表1 计算公式列表 图表制作使用Excel2003软件，统计分析使用SPSS15.0软件，相关性分析采用Pearson方法，P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 感兴趣区PE与LSC评估结果 腰椎及双髋部各感兴趣区的RMS-SD、RMS-CV、LSC-SD、LSC-CV的评估结果见表2～4，分布情况见图1。由表2～4和图1可见，腰椎感兴趣区中L1-L4和L2-L4的PE较低，双髋部感兴趣区中，均以全髋部的PE较低。在上述感兴趣区中，RMS-SD和RMS-CV表示精确度误差，或者用LSC-SD和LSC-CV表示最小有意义变化，这2种表达方式的结果基本吻合。表2 腰椎感兴趣区的精确度误差情况 注：为求结果更精确，表中各数据计算过程中均未截取小数，下表同。表3 左髋部感兴趣区的精确度误差情况表4 右髋部感兴趣区的精确度误差情况图1 不同感兴趣区的精确误差和最小有意义变化情况2.2 感兴趣区PE与LSC的CV 不同感兴趣区的精确度误差和最小有意义变化情况见图1。不同感兴趣区，RMS-SD、LSC-SD、RMS-CV、LSC-CV的变异系数有所不同，分别为0.234、0.238、0.371、0.356，即变异系数的变异系数高于标准差的变异系数。由图1也可看出，SD和CV这两种表示精确度误差和最小有意义变化的曲线在不同感兴趣区的波动幅度不同，前者较稳定，后者波动幅度较大。
2.3 预计随访间隔时间 上述结果表明，L1-L4、L2-L4、全髋部的结果较稳定，精确度误差较小，因此，预计随访间隔时间以该3个感兴趣区进行计算较为准确，详见表5。由表5可见，当预计BMD年变化为0.020 g/cm2时，预计随访间隔时间约为1年，且MTI随着感兴趣区精确度误差的增加而延长，随着预计BMD年变化的增加而缩短。表5 预计随访间隔时间
2.4 标准差、变异系数与均值的相关性分析 主要感兴趣区的标准差、变异系数与均值的相关性分析结果分别见表6、7。由表6、7可见，各感兴趣区的标准差与均值之间无相关关系，表明骨密度均值的高低对于标准差无明显影响;而在L2-L4感兴趣区，变异系数与标准差呈负相关，即随着骨密度均值的下降，变异系数相应增大。表6 标准差与均值的相关性分析表7 变异系数与均值的相关性分析
3 讨 论
测量误差包括准确度误差和精确度误差，准确度误差是指设备测量真值的能力，在不同时间点测量同一个标准模块，其标准差及变异系数越小表明准确度误差越小，结果越接近真值。精确度误差可由短期和长期精确度试验进行评估，由于长期精确度试验难以实施，通常进行短期精确度试验。国际临床骨密度测量学会(The International Society for Slinical Densitometry，ISCD)推荐2种短期精确度试验方法，即30例患者重复测量2次，或者15例患者重复测量3次，每次测量均重新摆位[3]。本研究采用了前种方法。
3.1 DXA测量骨密度的精确度误差较小 结果表明，GE Lunar Prodigy机型DXA精确度误差较小，L1-L4、L2-L4、左右全髋部的精确度误差分别为0.006 g/cm2、0.007 g/cm2、0.006 g/cm2、0.007 g/cm2。前期研究结果表明，该设备测量真值的误差较小，变异系数低，具有较好的稳定性和准确性[1]。因此，GE Lunar Prodigy机型DXA测量骨密度具有较好的准确度和精确度。
3.2 感兴趣区的选择 不同感兴趣区有着不同的精确度，感兴趣区应当首选精确度误差较低的部位。本研究表明，腰椎感兴趣区精确度误差由低到高依次为：L1-L4、L2-L4、L3-L4、L1-L3、L2-L3、L1-L2;可见，感兴趣区精确度误差以4个椎体最低，3个椎体次之，2个椎体较高。ISCD建议感兴趣区选择所有能被分析的椎体，仅除外结构改变或有伪影的椎体，能分析几个就选择几个，不能只根据一个椎体BMD值来诊断[3]。髋部感兴趣区的精确度误差以全髋部最低，股骨颈、股骨干、大转子次之，股骨颈上部较高，Ward′s区最高，因此，髋部感兴趣区应首选全髋部，Ward′s区通常不用于诊断。总之，若选择精确度误差较低的感兴趣区，应当首选L1-L4、L2-L4、全髋部。
3.3 标准差、变异系数与标准误的应用 标准差和变异系数都是反映数据变异程度的指标，当观测值同时增加或减少一个不为零的常数时，标准差仍保持不变[4]，本研究中标准差与均值之间无相关性，提示该研究结果可以用于测量高、中、低不同程度骨密度时的精确度评估。变异系数与标准差有所不同，从变异系数的计算公式可以看出，变异系数与均值有关，均值越小则变异系数越大，本研究结果也表明，在某感兴趣区变异系数与均值呈负相关，这与前期研究结果一致，利用标准模块对DXA的准确性进行了研究，结果表明其变异系数较低，可靠性较好，但其变异系数随着骨密度的降低有增加趋势[1]。
样本均数的标准差即为均数的标准误(standard error of mean，SEM)，标准误反映样本均数与总体均数之间的离散程度，常用以说明均数抽样误差的大小，标准误的计算公式是s=s/n，式中s为样本标准差。从前述精确度误差PE的计算公式可以看出，PE其实就是标准误。标准误是反映样本均数的变异程度的指标，标准误越小，样本均数抽样误差小，其对总体均数的代表性好，此外，标准误还可以用于计算总体均数的可信区间，同时也是进行假设检验的基础[4]。绝对精确度用标准差表示，相对精确度用变异系数表示[5]。标准差与变异系数，二者在反映数据的变异程度的同时，本身也成了反映不同感兴趣区变异程度的数据，该数据也有自己的变异系数。二者的变异系数比较，标准差的变异系数明显低于变异系数的变异系数。这可能与变异系数受到均数的影响有关。RMS-SD表示绝对精确度，单位是g/cm2，RMS-CV表示相对精确度，通常用CV%表示。ISCD对精确度(CV%)提出了要求，腰椎、全髋、股骨颈的CV%分别为1.9%、1.8%、2.5%，95%可信区间分别为5.3%、5.0%、6.9%，如果技术员的精确度不能满足上述最低标准，应该接受再培训[3]。本研究全部感兴趣区的相对精确度均远远低于上限。
3.4 预计随访间隔时间的确定 预计随访间隔时间由精确度误差和预计BMD年变化的大小决定，当预计BMD年变化一定时，MTI则由精确度误差或者最小有意义变化决定。精确度误差越小，MTI越短，精确度误差越大，MTI越长。在不同感兴趣区，其精确度误差各异，因此，应当选择具有代表性的感兴趣区来计算MTI。本研究结果表明，选择L1-L4、L2-L4、左右全髋部预计随访间隔时间较为理想，MTI(年)分别为0.80、0.90、0.90、0.95，均接近1年。因此，可以将1年作为1个随访周期。当预计BMD年变化较大时，则MTI相应缩短。
3.5 本研究结果的应用价值 本研究结果评估了GE Lunar Prodigy机型DXA测量骨密度的精确度误差、最小有意义变化、预计随访间隔时间，为进一步临床骨密度监测、疗效评估、确定随访间隔时间等提供了量化指标与参考依据。
3.6 本研究存在的局限性和下一步研究计划 本研究通过重复测量30人评估精确度，为短期精确度评估，且为单个技术员操作的结果。多个技术员操作的平均精确度误差有待于进一步研究。
参考文献
[1] 郭郡浩，杨路昕，赵智明，等. Prodigy型骨密度仪测量骨密度的变异系数研究[J]. 徐州医学院学报，2009，29(6):399-400.
[2] 郭郡浩，姚茹冰，赵智明，等. 南京市女性腰椎后前位骨密度与绝经的关联性分析[J]. 河北中医，2009，31(3):313-339.
[3] 程晓光.国际临床骨密度学会共识文件(2005年版)[J]. 中国骨质疏松杂志，2006，12(2):205-209.
[4] 刘桂芬.卫生统计学[M]. 北京:中国协和医科大学出版社，2003：18-30.
[5] 杨定焯，尚家芸. 骨密度测量中质量控制的意义和方法[J]. 国外医学·内分泌学分册，2003，23(2):95-97.