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摘要：老年人群的髋部脆性骨折不仅与骨密度下降有关，也与髋部几何结构重构相关。DXA不仅可以得到髋部骨密度，同时可得到髋部几何结构参数如骨横截面积、横截面惯性矩、屈曲比、截面模量等。许多回顾性研究及前瞻性研究表明：髋部几何结构参数与髋部骨折相关。基于此，本文对髋部几何结构参数作为预测髋部骨折风险、抗骨质疏松治疗疗效评估的相关研究进展做一综述。
关键词：老年；骨质疏松；髋部骨折；髋部骨几何结构
本文引用格式：李颖，周波.髋部几何结构分析参数预测髋部骨折的应用进展[J].世界最新医学信息文摘,2019,19(98):119-120.
Advances in the Application of Geometric Structure Analysis Parameters in Predicting of Hip Fracture
LI Ying,ZHOU Bo*
(Endocrine Department,The First Affiliated Hospital of Chongqing Medical University,Chongqing)
ABSTRACT:Hip fragility fractures in the elderly are not only associated with decreased bone density,but also with hip geometry reconstruction.DXA can obtain hip bone density and hip geometric parameters such as bone cross-sectional area,cross-section moment of inertia,buckling ratio,section modulus and so on.Many retrospective studies and prospective studies have shown that hip geometric analysis parameters are associated with hip fractures.Based on this,this paper reviews the research progress of hip geometry parameters as a predictor of hip fracture risk and evaluation of anti-osteoporosis treatment.
KEY WORDS:Elderly;Osteoporosis;Hip fracture;Hip bone geometry
0引言
随着社会人口老龄化，老年人群的骨质疏松、跌倒等所致的髋部骨折由于其住院周期长、花费高、护理困难、预后差等诸多现实难题，已造成社会的沉重负担。因此，髋部骨折的预测和相关危险因素的判断变得至关重要。作为评判骨骼健康的终极指标的骨强度，主要由骨密度和骨质量共同决定。作为目前评估骨强度的最佳方法的骨密度，却仅能反映50-70%的骨强度[1-2]。随着研究的深入，有学者发现，独立于骨密度的骨质量（如骨微结构、骨几何形态、骨转换、微骨折累积及其修复能力等方面），同样对骨强度产生重要影响[3]。而Beck等[4]所采用的DXA图像分析所得髋部骨几何结构分析参数（HSA），因其无创性，以及无需重复扫描，已通过验证可用于髋部几何结构评估，且被有效用于成人的大型研究[5-6]。本文就近年来髋部几何结构分析参数与骨质疏松及骨折相关性的研究作一综述。
1髋部几何结构分析参数的测量方法
骨的载荷力在骨材料上呈横截面分布，而载荷力（应力）的集中是弯矩和截面几何形状的函数。根据Martin和Burr[7]描述的原理所开发的髋关节结构分析（HSA），即是在双能X线骨密度仪（DXA）扫描的基础图像上，根据横贯骨轴的矿物质量分布来测量横截面几何形状，并由HSA软件自动分析提取感兴趣区横断面几何数据得到主要5类髋部几何结构分析参数[4,6,8-10]，而不需要进一步影像学检查。感兴趣区主要包括股骨颈、转子间区和股骨干。
1.1骨横截面积（CSA，cm2）是抗轴向力的一个指标，数值越大，代表骨骼的机械强度越大，即骨骼抵抗轴向压缩力越强。在排除软组织间隙后，发现CSA与感兴趣区横截面的整体骨表面积相等，且与相应横截面常规骨矿物质含量成正比。
1.2横截面惯性矩（CSMI，cm4）是反映骨刚度的几何参数，是与股骨颈长轴垂直横截面的转动惯量，由横截面积增量乘积的积分与距截面中性轴的距离的平方决定，与骨受力时的弯曲变形密切相关。
1.3屈曲比（BR）是受压时局部皮质屈曲敏感性的指标，是骨骼几何结构的不稳定性的体现，由骨半径与皮质平均厚度的比值决定，数值越大，表明骨骼受压后越易折断，骨质量越差。
1.4截面模量（SM，cm）是反映骨抵抗弯曲载荷的指标，SM=CSMI／y。SM数值越大，骨强度越高。
1.5骨外径（OD，cm）是假设皮层是圆形对称的情况下所测量到的膜下宽度，数值越大，骨强度越大。
2髋部几何结构分析参数的研究进展
2.1HSA预测髋部骨折风险
多项研究显示，髋部几何结构分析参数与老年人髋部骨折风险增加有相关性，同无髋部骨折者相比，髋部骨折人群的髋部几何结构分析参数存在差异。Yang[11]等对比了年龄在55岁以上的51名髋部骨折女性与500名对照组女性，发现股骨颈区BR、OD和SM均与髋部骨折显著相关。瑞典Tenne等[12]在75岁117例髋部骨折女性与633例对照组间进行对比，研究显示骨折组股骨颈SM明显低于对照组。来自中国的一项大型研究[13]，共纳入254例（216例女性，38例男性）为股骨颈骨折组与254名对照组（男女比同前），年龄在41-95岁之间，男女性骨折组的股骨颈与转子间区所得CSA均明显低于对照组。加拿大的回顾性队列研究[14]，纳入包括270名髋部骨折的女性和30683名对照者，年龄均在50岁及以上，平均3.7年观察期间，结果显示髋部骨折者调整年龄后的股骨颈区CSMI、CSA均与髋部骨折有关。近来一项中国研究[15]纳入95例平均年龄76岁的脆性髋部骨折绝经后妇女与63例对照组，测定股骨颈的髋部结构参数，表明骨折组的CS较对照组明显下降，BR明显增高。由此可见，骨折组的CSA、CSMI、SM、OD下降，BR增高，表明老年人群骨质疏松性骨折的发生不单单因骨量降低所致，也与髋部几何结构分析参数的变化有关，同时解释了临床工作中骨密度提示为非骨质疏松者为什么依然出现髋部脆性骨折，例如绝经后妇女、糖尿病患者[16-19]。髋部几何结构分析参数作为骨密度以外的骨折危险因素发挥着重要作用。
美国一项前瞻性研究[20]纳入非黑人绝经后妇女7474名，其中共有635名在平均随访10年间发生了髋部骨折，与6839例无髋部骨折的妇女进行比较，髋部骨折者在股骨颈、转子间区和股骨干三个感兴趣区，均有较高的BR，和较低的CSA、CSMI、SM、OD，且BR、OD和SM与髋部骨折风险增加的相关性独立于BDM。LaCroix[21]等人的一项队列研究中，纳入了白人、黑人、亚裔、非洲裔美国人、西班牙人等多个种族，11年随访间，对比147名发生髋部骨折的妇女和8843名未发生骨折的妇女，骨折者在股骨颈、转子间区和股骨干任一感兴趣区所得OD和BR的测量值与髋部骨折风险的增加均呈显著相关，且独立于身高、种族、临床相关危险因素和BMD，BR每增加一个标准差，骨折风险相应增加1.24-1.43倍。韩国[22]一项纳入84例65岁及以上女性股骨颈骨折患者，551名对照者，对于股骨颈骨折组，无论骨密度如何，骨折组的CSA均明显下降，比值比为1.97倍。澳大利亚[23]一项前瞻性病例对照队列研究表明，男女性髋部骨折患者的股骨颈区BMD、CSMI、CSA均显著低于无骨折患者，且女性低CSMI或低SM经BMD调整后仍是髋部骨折的独立危险因素。法国EPIDOS队列[24]的232名社区老年妇女，对比65名髋部骨折的妇女和167名无髋部骨折的妇女，研究显示骨折组股骨颈区的BR增加、CSMI降低，但经BMD校正后不再具有预测髋部骨折的优势。荷兰[25]一项包括男性2066名和女性2740名的大型前瞻性研究表明，在平均随访时间8.6年中，共有106名女性和47名男性发生髋部骨折，比较骨折组与非骨折组，无论男性还是女性，骨折者的BR均较高，而OD、CSA、SM均较低，然而BR联合BMD比起单独的BMD或BR均提高预测骨折风险。意大利一项研究[26]共纳入429名髋部骨折的绝经后妇女与1646名对照组，与对照组相比，髋部骨折组的股骨颈区CSA、SM较低，BR较高，股骨颈区BMD与CSA、SM、CSMI呈正相关，而与BR呈负相关，在经过身高、体重、年龄调整后，BR单独预测髋部骨折的能力不如BR联合股骨颈BMD的预测能力。
综上所述，HSA中BR、SM与髋部骨折的相关性最强，但目前尚无足够证据表明这些HSA可以独立且优于骨密度预测髋部骨折，且几乎没有证据表明其可以预测男性的髋部骨折，对于非白种人群的HAS和髋部骨折也了解甚少。
2.2HSA用于抗骨质疏松的疗效评估及监测
多项研究探索了HSA用于不同抗骨质疏松治疗效果的评估。Beck[27]等进行的随机对照临床试验中，随访3年，研究发现，接受治疗者（25%阿仑膦酸盐，25%激素替代，25%二者联合）中，联合治疗者股骨转子间和股骨颈SM分别增加10.6%和10.3%，阿仑膦酸钠组分别增加9.1%和7.3%，激素替代治疗组分别增加5.8%和6.9%，而安慰剂组仅增加3.4%和3.2%，并且研究发现，联合治疗组CSA、SM优于单一治疗组。WHI[28]研究中，通过6年维D钙治疗的女性（n=991）与安慰剂治疗的女性（n=979），治疗组股骨颈区CSA增加1.7%，骨密度增加0.8%。
另一项日本研究[29]中，与安慰剂相比，地诺单抗疗法显著改善三个区域（窄颈、转子间和股骨干）的BMD、CSA、CSMI、SM和BR。新加坡[30]一项研究发现，使用双磷酸盐治疗者BMD、CSA、SM值明显高于对照组。综上，髋部几何结构参数在骨质疏松症的疗效评估及监测方面的作用尚不明确，仍需进一步的相关研究来确定髋部几何结构是否可成为骨质疏松症治疗效果评价的指标。
3 总结
髋部几何结构参数不能完全反映三维骨结构的特点，因此单独的髋部几何参数并不比骨密度优越。然而随着年龄增长，骨量的丢失通常伴随着骨几何结构的重构，老年人群髋部骨强度的改变与骨量丢失及几何结构的改变均有相关性。且髋部几何结构是基于DXA所得的指标，因DXA应用广泛而易于获取，同时可得到骨密度。因此骨密度结合髋几何结构作为评估骨折风险及监测抗骨质疏松症疗效的指标还有待进一步的研究。
参考文献
[1]Gregory,J.S.,R.M.Aspden.Femoral geometry as a risk factor for osteoporotic hip fracture in men and women[J].Med Eng Phys,2008,30(10):1275-86.
[2]Hernandez,C.J.,T.M.Keaveny.A biomechanical perspective on bone quali-ty[J].Bone,2006,39(6):1173-81.
[3]Bouxsein,M.L.,E.Seeman.Quantifying the material and structural determi-nants of bone strength[J].Best Pract Res Clin Rheumatol,2009,23(6):741-53.
[4]Beck,T.J.,et al.Predicting femoral neck strength from bone mineral data.A structural approach[J].Invest Radiol,1990,25(1):6-18.
[5]Alwis,G.,et al.Femoral neck bone strength estimated by hip structural analy-sis(HSA)in Swedish Caucasians aged 6-90 years[J].Calcif Tissue Int,2012,90(3):174-85.
[6]Misra,M.,et al.Hip structural analysis in adolescent boys with anorexia ner-vosa and controls[J].J Clin Endocrinol Metab,2013,98(7):2952-8.
[7]Danielson,M.E.,et al.A comparison of DXA and CT based methods for estimating the strength of the femoral neck in post-menopausal wom-en[J].Osteoporos Int,2013,24(4):1379-88.
[8]徐铮,孙君雷,许忠,等.DXA髋结构分析参数预测髋部脆性骨折的价值[J].中国骨质疏松杂志,2014(4).
[9]Ito,M.,Recent progress in bone imaging for osteoporosis research[J].J Bone Miner Metab,2011,29(2):131-40.
[10]Ulivieri,F.M.,et al.Assessment of Bone Quality in Osteoporosis Treatment with Bone Anabolic Agents:Really Something New?[J].Curr Rheumatol Rev,2018,14(1):53-61.
[11]Yang,L.,et al.Use of DXA-based structural engineering models of the prox-imal femur to discriminate hip fracture[J].J Bone Miner Res,2009,24(1):33-42.
[12]Tenne,M.,et al.Variation in the PTH gene,hip fracture,and femoral neck geometry in elderly women[J].Calcif Tissue Int,2010,86(5):359-66.
[13]Zhang,H.,Y.Q.Hu,Z.L.Zhang.Age trends for hip geometry in Chinese men and women and the association with femoral neck fracture[J].Osteoporos Int,2011,22(9):2513-22.
[14]Leslie,W.D.,et al.Prediction of hip and other osteoporotic fractures from hip geometry in a large clinical cohort[J].Osteoporos Int,2009,20(10):1767-74.
[15]Li,Y.,et al.Influence of bone mineral density and hip geometry on the dif-ferent types of hip fracture[J].Bosn J Basic Med Sci,2016,16(1):35-8.
[16]de,L.,II,et al.Bone mineral density and fracture risk in type-2 diabetes melli-tus:the Rotterdam Study[J].Osteoporos Int,2005,16(12):1713-20.
[17]Koh,J.M.,et al.Microphthalmia-associated transcription factor polymor-phisms and association with bone mineral density of the proximal femur in postmenopausal women[J].Mol Cells,2007,23(2):246-51.
[18]Lipscombe,L.L.,et al.The risk of hip fractures in older individuals with di-abetes:a population-based study[J].Diabetes Care,2007,30(4):835-41.
[19]Vestergaard,P.Discrepancies in bone mineral density and fracture risk in patients with type 1 and type 2 diabetes--a meta-analysis[J].Osteoporos Int,2007,18(4):427-44.
[20]Kaptoge,S.,et al.Prediction of incident hip fracture risk by femur geometry variables measured by hip structural analysis in the study of osteoporotic fractures[J].J Bone Miner Res,2008,23(12):1892-904.
[21]LaCroix,A.Z.,et al.Hip structural geometry and incidence of hip fracture in postmenopausal women:what does it add to conventional bone mineral den-sity?[J].Osteoporos Int,2010,21(6):919-29.
[22]Han,J.,M.H.Hahn.Proximal Femoral Geometry as Fracture Risk Factor in Female Patients with Osteoporotic Hip Fracture[J].J Bone Metab,2016,23(3):175-82.
[23]Ahlborg,H.G.,et al.Contribution of hip strength indices to hip fracture risk in elderly men and women[J].J Bone Miner Res,2005,20(10):1820-7.
[24]Szulc,P.,et al.Structural determinants of hip fracture in elderly wom-en:re-analysis of the data from the EPIDOS study[J].Osteoporos Int,2006,17(2):231-6.
[25]Rivadeneira,F.,et al.Femoral neck BMD is a strong predictor of hip fracture susceptibility in elderly men and women because it detects cortical bone in-stability:the Rotterdam Study[J].J Bone Miner Res,2007,22(11):1781-90.
[26]Gnudi,S.,E.Sitta,and N.Fiumi,Bone density and geometry in assessing hip fracture risk in post-menopausal women[J].British Journal of Radiolo-gy,2007,80(959):893.
[27]Greenspan,S.L.,et al.Effect of hormone replacement,alendronate,or combi-nation therapy on hip structural geometry:a 3-year,double-blind,place-bo-controlled clinical trial[J].J Bone Miner Res,2005,20(9):1525-32.
[28]Jackson,R.D.,et al.Calcium plus vitamin D supplementation has limited effects on femoral geometric strength in older postmenopausal women:the Women's Health Initiative[J].Calcif Tissue Int,2011,88(3):198-208.
[29]Sone,T.,et al.Effects of 3-year denosumab treatment on hip structure in Japanese postmenopausal women and men with osteoporosis[J].Bone Rep,2017,7:164-171.
[30]Chou,A.C.,et al.Bone cross-sectional geometry is not associated with atypical femoral fractures in Asian female chronic bisphosphonate users[J].Bone,2015,79:170-5.
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