定量CT（QCT）骨密度测量体模软件检测方法肌肉密度的年龄变化趋势及其与骨密度的关系
成都华西华科研究所分析定量CT（QCT）骨密度测量体模软件检测方法肌肉密度的年龄变化趋势及其与骨密度的关系
【摘要】目的探讨肌肉密度随年龄的变化趋势及其与骨密度的关系。资料与 方法以2009-11~2010-丨0因各种原因来北京积水潭医院行QCT骨密度测埼的 685例20〜80岁之间的患者为测U：对象，女414例，中位年龄60.5岁，男271例， 中位年龄58.0岁，使用定景CT (QCT)软件在L3水平轴位图像上测量双侧S 脊肌密度，在l5水平轴位阁像h测量双侧腰火肌密度。以1〇岁为-个年龄段 分析肌肉密度变化趋势，并计算肌肉密度的年平均下降率。以骨密度为因变ft, 以年龄为申-自变量和加入肌肉密度作为fcl变tt分别进行冋归分析。结果男、 女竖脊肌密度分别从60〜70岁组、40〜50岁组开始有显著下降，年平均卜' 降率分別为0.5%、0.9%。男、女腰大肌密度卜'降速度较竖脊肌慢，年平均K 降率分别为0.3%、0.4%。加入肌肉密度作为自变量之后*与单独使用年龄作 为自变量相比，男、女性回归方程校决定系数分别由0.27、0.53升高至0.33、
I. 57,均具有统计学意义。结论肌肉密度随年龄增长而下降，且肌肉密度对 f骨密度饤除年龄以外的正性促进作用。
人体骨骼肌最自25岁开始，就会以越来越快 的速度减少，肌力也会明显下降，这种肌肉含麗和 力量随着年龄增长而减少的现象称为“肌肉减少症” (sarcopenia) [1]。肌肉减少症不仅会影响老年人的 体力活动水甲，还加速骨质疏松、骨件关节炎等疾 病的发展，是导致老年人行动障碍和残疾的重耍因
素之一 |2]。影像学方法是评价肌肉含量的重要手段, H前应川较多的有双能X线吸收测定法（DXA)、 CT、MRI等。DXA可以用来测量扫描范圃的瘦组 织总含量，在四肢即为肌肉含量，0前比较公认的 肌肉减少症的诊断标准是由Baumgartner等131丨998 年基于DXA对PTJ肢肌肉含量的测量而制定，四肢
骨骼肌质量（kg)与身高平方（m2)之比低于相应 族群青年人平均值两个标准差以上，即可诊断为骨 骼肌减少症。但DXA的测量是建立在将人体划分 为脂肪、瘦组织、骨骼的基础之上的，也就是将脏 器和肌肉组织同时归入瘦组织一类，用来评价四肢 的肌肉含量比较准确，用来评价躯干部分肌肉含量 却比较困难，另外，其测量值亦为所扫描层面之肌 肉总含量，无法有选择性的测量某块肌肉。CT与 MRI可以有选择性地对某一区域肌肉组织的维度进 行测量。但是，肌肉萎缩过程中，除维度减小外， 肌细胞内及肌细胞间脂肪的浸润也是一个非常重要 的方面[4~81,己有很多学者用肌肉CT值来反映肌 肉组织内脂肪浸润程度[7~14]。笔者采用了定量CT (QCT)软件对肌肉密度进行测量，探讨肌肉密度随 年龄的变化趋势及其与骨密度的关系。
1资料与方法
II. 一般材料测量对象为2009-11~2010-丨0因 各种原因来北京积水潭医院测量QCT腰椎骨密度 (QCT bone mineral density, QCTBMD)的患者，选
取年龄在20〜80岁之间患者共685例，其中女性
414例，中位年龄为60.5岁，男性271例，中位年 龄为58.0岁。
1.2扫描参数肌肉密度测量在已有的QCTBMD 扫描图像上进行。QCTBMD使用东芝64排CT机 加垫Mindways公司的5样本固体体模进行螺旋扫 描，扫描条件为120kV、125mAs,使用标准体部 重建为层厚为1mm的薄层Volume数据，DFOV 400mm,图像传至Mindways公司的QCT骨密度测 量分析软件（QCT PRO)工作站进行测量。
1.3测量方法选取竖脊肌和腰大肌作为测量对 象，分别使用不同的ROI放置方式。以正中矢状 位上L3后缘中点所在横轴面作为测量竖脊肌的 层面，左右竖脊肌分别测量，放置ROI在一侧竖 脊肌的中央，调整ROI大小和形状，使其面积在 590〜610mm2之间，边缘不超过竖脊肌外缘，避 免包含皮下脂肪（实际测量时，发现除少数由于某 些疾病导致竖脊肌明显萎缩的患者外，（600±10) mm2的ROI均不会超过竖脊肌外缘）（图1)。以正 中矢状位上L5后缘中点所在横轴面为测量腰大肌的 层面，调整RO丨形状，使其上下缘、左右缘距腰大 肌边缘约2mm,避免包含腹腔脂肪（图2)。
图1腰3椎体水平右侧竖脊肌测量（圆圈位置）图2腰5椎体水平右侧腰大肌测量（圆圈位置）
测量方法的信度评价：4名测量者分别对图1.2 同一组24名患者进行测量，对竖脊肌和腰大肌的测 量结果分别进行分析。
1.4数据统计统计软件使用SPSS 17.0。测量者 两两之间致性检验使用Pearson相关系数，并计 算四名测量者的组内相关系数（ICC)。均值一律使 用来表示。使用配对样本/检验来分别比较 男性、女性的竖脊肌和腰大肌的双侧测量结果。以 双侧测量平均值作为患者的测量值》以10岁的间隔 划分年龄组，用独立样本（检验来比较同性别不同 年龄组、不同性别同年龄组的肌肉密度值。分别以
竖脊肌、腰大肌、骨密度作为因变量，年龄作为自 变量进行回归分析。之后将骨密度作为因变量，将 竖脊肌和腰大肌密度的和、年龄作为自变量进行回 归分析。
2结果
2.1测量方法的信度结果见表丨，2,竖脊肌和腰 大肌不论是任意两测量者之间的Pearson相关系数, 还是组内相关系数，都接近1,表示该测量法方法 在不同的测量者之间具有良好的可重复性。
表1 4名测量者竖脊肌的一致性检验
|
|
测量者a |
测量者b |
测量者c |
测量者d |
|
测量者a |
1.000 |
0.967* |
0.978* |
0.98 r |
|
测量者b |
0.967* |
1.000 |
0.980* |
0.975* |
|
测量者c |
0.978* |
0.980* |
1.000 |
0.990* |
|
测量者d |
0.981* |
0.975* |
0.990* |
1.000 |
|
ICC |
|
0.978 |
|
|
注：尸<0.05, ICC:组内相关系数
表2 4名测量者腰大肌的一致性检验
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测量者a |
测量者b |
测量者c |
测量者d |
|
测量者a |
1.000 |
0.957* |
0.958* |
0.978* |
|
测量者b |
0.957* |
1.000 |
0.964" |
0.956* |
|
测量者c |
0.958* |
0.964* |
1.000 |
0.952* |
|
测量者d |
0.978* |
0.956* |
02.952* |
1.000 |
|
ICC |
|
0.958 |
|
|
注：*.尸 <0.05
2.2左右测量结果比较从表3中可以看出，男性、 是右侧小于左侧。双侧相关系数均在0.8〜0.9之间,
女性竖脊肌、腰大肌均值的绝对差别都不大，但除 结合原始测量数据可知，部分患者双侧竖脊肌或者
男性腰大肌外，双侧差异均具有统计学意义，且都 双侧腰大肌之间可有较大差异。
表3男女竖脊肌和腰大肌左右测量结果比较（mg/cm3)
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组别 |
|
男性 |
|
|
|
女性 |
|
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|
右侧 |
左侧 |
R |
P |
右侧 |
左侧 |
R |
P |
|
|
竖脊肌 |
31.8 土 8.1 |
32.5 土 7.4 |
0.898 |
<0.01 |
24.9 土 10.6 |
25.8 土 10-2 |
0.903 |
< 0.01 |
|
腰大肌 |
36.5 土 5.1 |
36.8±4,9 |
0.804 |
> 0.05 |
33.8 土 6.0 |
34.3±5.9 |
0.841 |
< 0.01 |
2.3男性、女性竖脊肌、腰大肌测量结果从表 4中可看出，男性、女性竖脊肌密度均随年龄增长 而下降，但下降速率不同。男、女竖脊肌密度在 20〜40岁年龄段差异无统计学意义，女性在40岁 后开始明显下降，每10年的下降均具有统计学意
义，男性在60岁之后才有比较明显的下降。40岁 之后每个年龄段男、女竖脊肌密度的差异均具有统 计学意义。男性、女性竖脊肌的年平均下降率分别 为0.5%、0.9%,女性明显快于男性。
表4男、女竖脊肌测量不同年龄段的结果（7±s, mg/cm3)
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|
男性 |
|
|
女性 |
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|
牛齡1夕） 一 |
例数 |
竖脊肌 |
10年下降率（％) |
例数 |
竖脊肌 |
10年卜降率（％) |
|
20 〜30 |
21 |
37.8 土 6.9 |
|
11 |
35.5±7.4 |
|
|
30 〜40 |
15 |
33.4±10.4 |
11.7 |
16 |
34.9 土 6.6 |
1.5 |
|
40 〜50 |
36 |
34.2±5.1 |
-2.3 |
47 |
30.4±5.8 |
12.8* |
|
50 〜60 |
83 |
33.9±5.3 |
0.8 |
133 |
28.0 土 7.5 |
7.8* |
|
60 〜70 |
61 |
30.1 ±7.5 |
11.2* |
127 |
22.8 土 10.2 |
18.7* |
|
70 〜80 |
55 |
27.8+8.5 |
7.6 |
80 |
18.7±11.3 |
18.2* |
|
年平均下降率（％) |
|
|
0.5 |
|
|
0.9 |
注：除20〜30组外，各年龄组男女对比均尸<0.05; *.P<0.05
表5为男、女腰大肌测量结果。腰大肌测量值 率较男性略快，50岁以前男、女差异无统计学意义,
也随年龄增长而下降，但下降速率较竖脊肌慢，男性、 但50岁以后其差别具有统计学意义，每个年龄段男
女性年平均下降率分别为0.3%、0.4%,女性下降速 性腰大肌密度均高于女性。
表6男性、女性竖脊肌、腰大肌、骨密度的回归方程
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回归方程 |
校正R2 |
户值 |
||||
|
男性 |
|||||||
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竖脊肌=—0.l914age+43.026 |
0.14 |
<0,05 |
||||
|
|
腰大肌=-0.133age+44.199 |
0.16 |
< 0.05 |
||||
|
|
骨密度 1 = -1.264age+170.797 |
0.27 |
<0.05 |
||||
|
|
骨密度 2 = —0.961age+0.934muscle+89.290 |
0.33 |
< 0.05 |
||||
|
女性 |
|
|
|
||||
|
|
竖脊肌=-0.386age+48.364 |
0.20 |
|
||||
|
|
腰大肌=-0.149age+42.950 |
0.09 |
<0.05 |
||||
|
骨密度1 = |
-2.555age+236.561 |
0.53 |
< 0.05 |
|
|||
|
骨密度2 = |
-2.186age+0.689muscle+173.629 |
0.57 |
< 0.05 |
|
|||
汗：muscle为竖脊肌和腰大肌密度的和
3讨论
肌肉含量的准确测定对于肌肉减少症的研究非 常重要。肌肉含量减少具体表现在两方面，一方面 是肌肉横截面积（CSA)的减小，主要是由于肌纤 维的减少和萎缩造成的另一方面是脂肪、 结缔组织等成分的增生浸润，以脂肪为主，包括肌 细胞内脂质沉积和肌细胞间的脂肪细胞增生，使得 肌肉组织的平均衮减系数（CT值）减低[M41。很多 研究结果显示，肌肉CSA减少和CT值降低均与肌 肉功能减退具有相关性另有一些研究 结果显示，同龄的肌肉减少症患者发生骨质疏松的 风险高于非肌肉减少症患者[1W8]。
本研究中使用QCT软件来对腰部肌肉密度进 行测M，由于患者与标准体模同时扫描，计算时得 到校正，则可排除CT值不稳定造成的影响，得到 结果单位与骨密度单位相同，为mg/Cm\笔者选择 f竖脊肌和腰大肌作为测量对象，一来是为了分析 腰部肌肉减少与腰椎骨密度的关系，二来也是因为 患者有大量QCT腰椎骨密度的图像资料可以进行测 量，用来做研究不会增加受试者的射线剂量。竖脊 肌和腰人肌性质不同。竖脊肌为多条起止点不同的 肌束组成，在肌束萎缩变细的过程中，肌束之间会 有大量脂肪渗入，在测量过程中无法回避，所以， 测量结果除反映肌细胞内及肌细胞间的脂肪外，还 部分包含了肌肉CSA减小的因素。而腰大肌为单一 的肌束，在退化过程中基本不会见到大块的脂肪渗 入，测量值减低反映的主要是肌细胞内及肌细胞间 的肉眼不可见的脂肪浸润。患者放置ROI的方法由 于是手动放置，难免会因为ROI大小和位置不同而 造成测量结果不稳定，但经过培训，竖脊肌和腰大
肌的密度在不同测量者之间均得到了很好的一致性。
本研究结果显示，竖脊肌和腰大肌的密度均为 左侧比右侧略高，这可能和绝大多数人为右利手有 关，但是为何是左侧比右侧高却不得而知。竖脊肌、 腰大肌和骨密度均从20岁起，就随着年龄的增加 而下降，下降趋势近似为线性，但下降的速率不同， 从各自的回归方程来看，女性骨密度和竖脊肌密度 的下降速率均约为男性的2倍，腰大肌密度的下降 速率男女性之间差别不大。而无论男性女性，竖脊 肌密度下降速率又明显高于腰大肌，这是由于本方 法所测量之竖脊肌密度结果除含有脂肪浸润成分， 还有肌束萎缩变细、周围脂肪渗入的成分在内，而 腰大肌密度仅代表了其内部的脂肪浸润。
在本研究中，虽然可从散点图上看出骨密度、 肌肉密度均与年龄呈线性相关，但回归方程的决定 系数均不高，尤其是肌肉密度，除女性竖脊肌密度 与年龄回归后决定系数为0.20外，其余均在0.1左右， 这提示年龄虽是一个确定的负相关的因素，但在肌 肉减少的过程中其所占比重并不大，另有多种因素 可能会对肌肉密度造成影响，如不同人的身体状况、 饮食习惯、活动水平、遗传等。另外，在本研究中 还可能由基础疾病本身及其相关治疗引起，因本研 究测量对象均为因各种适应化而测量QCT骨密度的 患者，而不是健康人群。对除年龄之外的造成肌肉 含量减少的因素进行研究，有助于发现延缓这一过 程的方法。另外，由于测量的肌肉和骨骼密度均为 腰部，为了分析肌肉密度与骨密度的关系，笔者比 较了使用年龄作为单一自变量和同时使用竖脊肌与 腰大肌密度和年龄作为自变量，使用骨密度作为因 变量进行回归之后的校正决定系数，前者男、女决 定系数分别为0.27、0.53,而加入了肌肉密度之后，
男、女性决定系数分别变为0.33、0.57，而肌肉密 度的系数分别为0.699和0.636，均对骨密度起到了 正向的作用，这与Macro等[17]的结果相符，即排除 年龄因素影响之后，肌肉减少症患者发生骨质疏松 的风险仍高于非肌肉减少症患者，但决定系数增加 幅度并不大，可能由于本研究中测量的肌肉密度并 没有全面的评价肌肉含量的减少。
本研究中提供了一种新的评价局部肌肉含量减 少的方法。由于肌肉含量减少不仅包括肌束CSA减 少，还包含了肌细胞内及细胞间的脂肪浸润，单纯 测量CSA,无法对其全面反映。不仅如此，对于像 竖脊肌这样由多个细小肌束组成的肌肉群，形态亦 不规则，所以很难直接测量其CSA。这时候使用选 定面积的ROI对其进行测量，不仅可以反映脂肪浸 润，还可反映出CSA的减少，而对于像腰大肌这样 单一肌束的肌肉，则可通过同时测量其密度和CSA 来全面的反映其萎缩程度。
本研究最大的不足之处在于测量的对象是行 QCTBMD检查的患者，而不是正常人群，因而影响 骨密度和肌肉密度的因素过多，可能会部分掩盖肌 肉密度和骨密度的关系。另外，仅测量肌肉密度不 能全面的反映肌肉萎缩程度，所以笔者将在下一步 的研究中改良测量方法，同时测量肌肉的CSA和密 度，以达到全面评价肌肉减少症的目的。
成都华西华科研究所研发生产QCT骨密度测量体模软件系统
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