定量CT（QCT）骨密度测量体模软件检测方法评估1型糖尿病患者股骨骨密度和骨强度
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评估1型糖尿病患者股骨骨密度和骨强度
[摘要]【目的】采用定量CT评估1型糖尿病患者股骨骨密度和骨强度，并探讨其与胰岛素样生长因子-1 (IGF-1)的相关性。【方法】选择本院收治的25例1型糖尿病患者为观察组，选择同期在本院健康体检的25例健 康者为对照组。通过三维定量CT计算股骨不同部位体积骨密度(vBMD)和骨强度，检测血清IGF-1、骨特异性碱 性磷酸酶(&ALP)、骨钙素（sOC)、I型前胶原氨基端肽（PI NP),分析1型糖尿病患者股骨骨密度和骨强度与 IGF-1之间的相关性。【结果】与对照组比较，观察组股骨颈皮质vBMD明显降低[(582.5±27.7) mg/cm3 vs (558.1 士 31.9) mg/cm3, P <0.05];股骨粗隆总vBMD、皮质厚度和皮质横截面积显著降低[(258.4 士 42.9) mg/ cm3 vs(223.7士 27.3)mg/cm3;(3.3 士 0.7)mm vs(2.8 士 0.5)mm;(5.3 士 l_2)cm2 vs (4.3 ± 0.5)«112;均 P < 0.01]。与对照组比较，观察组屈曲比（BR)显著增加[(10.8 ±1.8) vs(12.9士 1.9), P <0.01〕。观察组和对照组血 清frALP、S〇C、PI NP水平比较，差异无统计学差异（P >0.05)。血清IGF-1与1型糖尿病患者股骨颈总vB- MD呈显著正相关性（r = 0.48;P <0.05)。【结论】定量CT发现1型糖尿病患者股骨粗隆间vBMD、皮质横截面 积和皮质厚度较低，血清IGF-1水平可昱著影响1型糖來病患者股骨颈总vBMD。
[关键词]股骨/放射摄影术；糖尿病，1型；体层摄影术，X线计算机；骨密度
双能X线骨密度仪是一种二维成像骨密度测 MD)及发育期间骨骼变化检测[1]。双能X线骨密
量仪器，但其准确性有限,且不适合体积骨密度（vB- 度仪也不能区分皮质和骨小梁骨密度，不能测量横截面几何形状或生物力学参数。而定量CT可以利 用三维独立测量皮质和骨小梁隔室vBMD，也能评 估横截面几何形状和生物力学参数[2]。临床工作者 把定量CT这些特点用于相关临床研究如药物对髋 关节结构的影响，近端股骨机械负荷，髋关节骨折与 股骨强度和结构的关系等[35]。定量CT检测表明， 儿童和青少年1型糖尿病患者桡骨或胫骨vBMD较 低[6]。但是定量CT尚未用于1型糖尿病患者股骨 vBMD、横截面几何形状和生物力学参数的研究。 胰岛素样生长因子-l(IGF-l)是一种促正常生长和 发育的多肽，临床和动物实验均证实，体内注射 IGF-1可增加骨代谢和骨密度[7]。1型糖尿病患者 IGF-1发生紊乱，1型糖尿病患者低血清IGF-1值可 能导致患者骨密度降低[8]。本研究通过定量CT来 测量股骨vBMD、评估横截面几何形状和生物力学 参数的临床意义，旨在探讨1型糖尿病患者股骨骨 密度和骨强度与IGF-1之间的相关性。
1材料和方法
I. 一般资料选择2015年2月至2016年2月北 京市通州区中西医结合医院收治的25例1型糖尿 病患者的临床资料，将其分为观察组，其中男13例， 女12例，年龄(38.1 士7.1)岁。入选标准：①糖尿病 病程>3个月；②无肾脏疾病[尿白蛋白/肌酐>300 mg/g;肾小球滤过率<60 mL/(min • 1.73 m2)]; ③无糖尿病性视网膜病变;④无慢性疾病;⑤无限制 的体力活动。排除标准:①服用钙制剂者;②服用影 响骨代谢的药物或激素。选择同期在本院健康体检 的25例健康者为对照组。本研究经研究对象友其 家属知情同意并均签署知情同意书。两组患者一般 资料比较，差异无统计学意义，具有可g性，见表1。
表1两组研究对象一般资料比较(S士
|
指标 |
观察组 (n =25) |
对照者 (« =25) |
P |
|
年龄（岁） |
38.1 士7.1 |
35.6 士 5.5 |
0.28 |
|
发病年龄（年） |
22.7 士9.8 |
— |
— |
|
体质量指数(kg/cm2) |
23.1 士 2.5 |
23.6 士 2.4 |
0.48 |
|
糖化血红蛋白（％> |
7.5 士 0.8 |
6•。土 0.5 |
0.17 |
|
胰岛索剂量(kg/d) |
0.84 士 0.18 |
— |
— |
|
视网膜病变无视网膜病变 |
20 |
— |
— |
|
轻度视网膜病变 |
5 |
— |
— |
|
尿白蛋白/肌酐比值（mg/g) |
11.3 士13.7 |
10.5 土9.8 |
0.62 |
|
目前吸烟者(例） |
8 |
10 |
0.41 |
|
饮酒(g/d) |
21.4 士 9.2 |
21.3 土 8.5 |
0.95 |
1.2方法
1.2.1血液生化检测所有受试者在空腹状态下抽 取静脉血，并迅速储存在一80°C。通过全自动生化 分析仪(深圳迈瑞公司）检测血清总蛋白（TP)、碱性
磷酸酶(ALP)、白蛋白（ALB)、总胆固醇(TC)、髙密 度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白胆固醇 (LDL-C)等。通过ELISA试剂盒（上海邦奕生物科 技有限公司）检测血清甲状旁腺激素（PTH)和IGF- 1水平。通过全自动发光免疫分析仪（德国西门子 公司）及其配套试剂检测骨代谢标志物：骨特异性碱 性磷酸酶(B-ALP)、骨钙素（sOC)、I型前胶原氨基 端肽(PINP)。
2. CT数据采集采用定量CT(日本东芝公 司，Aquili〇nl6)对仰卧位受试者进行左侧股骨扫 描。扫描参数：12〇 kv，125 mAs，厚度1.0 mm，视 野40 cm，床高90 cm。在扫描过程中通过校准模 型(美国Mindways公司），把CT值转换成骨密度 比例。
3. 分析股骨vBMD、横截面几何形状采用定 量CT分析软件对数据进行分析，计算股骨近端vB- MD、几何形状。根据几何轴计算股骨颈横截面数 据。分别计算总vBMD、皮质vBMD、皮质周长、皮 质厚度、总横截面积和皮质总横截面积。
1.2.4股骨颈、粗隆间、股骨干力学参数检测股骨 颈、粗隆间和股骨干的横截面惯性矩（CMSI)、截面 模量(SM)和屈曲比（BR)。CMSI定义为横截面各 微元面积和各微元至截面轴线距离的二次方乘积积 分;SM定义为横截面绕其中性轴的惯性矩除以由 中性轴到截面最外边缘的距离。
1.3统计学分析所有数据采用SPSS 17.0统计软
件进行分析，计量资料采用均数士标准差(I士 s )表 示，组间比较采用《检验，相关性分析采用Pearson's 相关系数，P <0.05表示差异具有统计学意义。
2结果
2.1两组研究对象生化指标及骨代谢标志物水平
比较见表2。
表2 :两组研究对象血f生化指标和骨代谢
标志物水平比较(x士 s，《 =25)
|
指标 |
i型糖尿病患者 |
对照者 |
P |
|
TP (g/dL) |
7_2 士 0.5 |
7.4 士 0.6 |
<0.05 |
|
ALB (g/dL) |
4.5士 0.3 |
4_8 士 0_31 |
<0.01 |
|
ALP (U/L) |
265.5 士 92.6 |
225.8 士 58.7 |
0.16 |
|
TC(mg/dL) |
201.2 士 34.6 |
207.7 士 27.7 |
0.48 |
|
HDL-C(mg/dL) |
67.8 士 18.4 |
53.7 士 9.4 |
<0.01 |
|
LDL-C (mg/ dL) |
108.8 士 22.3 |
123.0 士 24.1 |
0.07 |
|
PTH(pg/mL) |
35.9 士 14.8 |
35.5 士 11.1 |
0.89 |
|
IGF-1 (ng/mL) |
130.4 士 34.2 |
158.0 士 35.03 |
<0.05 |
|
frALP(Mg/L) |
16.7 士 11.4 |
14.0 士 5.7 |
0.41 |
|
sOC( ng/mL) |
5.9 士 2.7 |
5.7 土 2.8 |
0.82 |
|
PINP (Mg/L) |
42.7 士 37.2 |
47_1 士 19.3 |
0.68 |
观察组患者血清TP、ALB、IGF-1水平显著低 于对照组，血清HDL-C水平显著高于对照组，差异 具有统计学意义(均P <〇.〇5);两组间其他生化指 标及血清骨代谢标志物水平比较，差异无统计学意 义（均 P >0.05)。
2.2两组股骨vBMD和横截面几何形状比较观
察组股骨颈相关指标与对照者比较，观察组皮质 vBMD较对照组低，差异具有统计学意义（P <
II. 05);观察组粗隆间相关指标与对照组比较，观察 组总vBMD、皮质厚度、皮质横截面积显著低于对照 组，差异均具有统计学意义(均P <〇.〇5);观察组股 骨干相关指标与对照组比较，观察组皮质周长、皮质 横截面积显著低于对照组，差异具有统计学意义(均 P <0.05)，见表 3。
表3两组研究对象定量CT检测相关数据比较(S士 s)
|
指标 |
1型糖尿病 患者（n =25) |
对照者 (n =25) |
P |
|
股骨颈总vBMD (mg/cm3) |
266.4 士 33.6 |
292.1 士 51.2 |
0.08 |
|
皮质 vBMD (mg/cm3) |
558.1± 31.9 |
582.5 士 27.7 |
<0.05 |
|
皮质周长(cm) |
10.4 士 1.3 |
10.8± 1.5 |
0.31 |
|
皮质厚度（mm) |
3.1 士 0.6 |
3.5 士 0_8 |
0.15 |
|
总横截面积（cm2) |
9.9 士 1.3 |
9.7 士 1.2 |
0.58 |
|
皮质横截面积(cm2) |
2.7 土 0.4 |
3-1 士 0.7 |
0.12 |
|
粗隆间总vBMD (mg/cmM |
223.7 土 27.3 |
258.4 士 42.9 |
<0.01 |
|
皮质 vBMD (mg/cm3) |
653.9 土 32.7 |
667.3 士 23.6 |
0.19 |
|
皮质周长(cm) |
16.0 士 0.65 |
16.5 士 1.0 |
0.24 |
|
皮质厚度(mm) |
2.8 士 0.5 |
3.3 士 0.7 |
<0.01 |
|
总横截面积（on2) |
19.7 士 1.6 |
20.5 ± 2.0 |
0.26 |
|
皮质横截面积(cm2) |
4.3 士 0.5 |
5.3 士 1.2 |
<0.01 |
|
股骨干总vBMD (mg/cm3) |
583.9 士邱.3 |
629.4 士 82.4 |
0.15 |
|
皮质 vBMD (mg/cm3) |
965.2 士 65.5 |
982.0 士 57.2 |
0.56 |
|
皮质周长（cm) |
9.8 士 0.5 |
10.3 土 0.4 |
<0.05 |
|
皮质厚度(mm) |
5.8 士 0.4 |
6.5 士 1.2 |
0.07 |
|
总横截面积(cm2) |
8.9 士 3.3 |
8.8 士 0.7 |
0.88 |
|
皮质横截面积(cm2) |
4.6 士 0.5 |
5.4 士 0.8 |
<0.05 |
2.3两组生物力学参数比较如图1所示，在股骨
颈及股骨干，两组间CMSI、SM和BR无统计学差 异。在粗隆间，与对照者比较，1型糖尿病患者BR 显著增髙[(10.8 士 1.8) vs(12.9± 1.9)]，差异具有 统计学意义（P<〇.〇l),但是两组间CMSI和SM 比较，差异无统计学意义(P>〇.〇5)。
数比较
2.4血清IGF-1与定量CT检测的相关指标的相关
性分析如表4所示，1型糖尿病患者血清IGF-1 值与股骨颈总vBMD呈显著正相关性（r =0.48，P <〇.〇5);与股骨颈和粗隆间皮质横截面积正相关， 但无统计学意义（P >0.05);与股骨颈和粗隆间BR 呈负相关，但无统计学意义（P >〇.〇5)。
表4血清IGF-1和定量CT检测相关性分析（„=25)
|
指标 |
1型糖尿病患者 |
对照组 |
|
|
|
r |
P |
r |
P |
|
|
股骨颈 |
|
|
|
|
|
总 vBMD (mg/cm3) |
0.48 |
<0.05 |
0.14 |
0.58 |
|
皮质 vBMD (mg/cm3) |
-0.12 |
0.64 |
0.31 |
0.18 |
|
皮质周长(cm) |
0.07 |
0.83 |
一0.39 |
0.13 |
|
皮质厚度（mm) |
0.38 |
0.13 |
0.04 |
0.93 |
|
总横截面积（cm2) |
0.09 |
0.78 |
-0.08 |
0.73 |
|
皮质横截面积(cm2) |
0.45 |
0.06 |
0.02 |
0.97 |
|
CMSI (cm4) |
—0.05 |
0.88 |
— 0,14 |
0.63 |
|
SM (cm3) |
— 0.02 |
0.91 |
~0.05 ；( |
0.87 |
|
BR |
-0.45 |
0.07 |
-0.12 |
0.67 |
|
粗隆间 |
|
|
|
|
|
总 vBMD ( mg/cm3) |
0.29 |
0.27 |
0.25 |
0.31 |
|
皮质 vBMD (mg/cm3) |
-0.24 |
0.32 |
0.35 |
0.17 |
|
皮质周长(cm) |
-0.05 |
0.89 |
-0.15 |
0.54 |
|
皮质厚度(mm) |
0.38 |
0.13 |
0.18 |
0.45 |
|
总横截面积(cm2) |
0.05 |
0.89 |
-0.14 |
0.57 |
|
皮质横截面积(cm2) |
0.37 |
0.17 |
0.04 |
0,84 |
|
CMSI (cm4) |
-0.08 |
0,79 |
-0.21 |
0.42 |
|
SM ( cm3 ) |
— 0.05 |
0.88 |
-0.18 |
0.52 |
|
BR |
-0.43 |
0.08 |
-0.22 |
0.38 |
|
股骨干 |
|
|
|
|
|
总 vBMD (mg/cm3) |
0.25 |
0.35 |
-0.07 |
0.83 |
|
皮质 vBMD (mg/cm3) |
0.14 |
0.65 |
-0.18 |
0.62 |
|
皮质周长(cm) |
-0.05 |
0.88 |
0.36 |
0.33 |
|
皮质厚度(mm) |
0.34 |
0.21 |
0.03 |
0.95 |
|
总横截面积(cm2) |
0.38 |
0.14 |
0.35 |
0.47 |
|
皮质横截面积(ctn2) |
0.17 |
0.53 |
0.14 |
0.69 |
|
CMSI(cm4) |
-0.18 |
0.52 |
0.35 |
0.34 |
|
SM (cm3) |
-0.18 |
0.52 |
0.35 |
0.33 |
|
BR |
-0.27 |
0.35 |
0.03 |
0.96 |
3讨论
本研究结果表明，定量CT证实1型糖尿病患 者股骨皮质不稳定，与健康对照组比较，股骨粗隆 间、皮质厚度和皮质横截面积较低。研究显示，定量 CT是评估1型糖尿病患者vBMD的主要方法 本研究通过定量CT对1型糖尿病患者股骨近端进 行相关指标检测，旨在探讨1型糖尿病患者股骨骨 密度和骨强度与IGF-1之间的相关性。
研究显示，定量CT检测绝经后女性或老年女 性股骨近端的vBMD可以预测髋部骨折[1°]。定量 CT检测的股骨近端骨几何形态与骨强度密切相关。 Ito等[11]研究显示，定量CT检测的股骨近端的皮质 横截面积，可以预测老年女性股骨粗隆间骨折。研 究已证实，横截面积可用来评估骨的压缩强度[11]。
一些研究显示，股骨颈骨折与股骨近端低CMSI、 SM和髙BR相关[n’12]。一个较长的髋轴长和颈轴 宽与绝经后女性骨密度降低导致的髋部骨折相 关[13]。关于股骨近端结构特征是否是骨折最重要 的危险因素仍未达成共识。研究显示，股骨近端的 壁较薄部位容易弯曲，与骨密度无关[11]。以上研究 提示定量CT检测股骨近端vBMD、皮质横截面积、 髋轴长和颈轴宽等对预测骨折有重要的临床意义， 而本研究结果表明，1型糖尿病患者股骨粗隆间vB- MD、皮质横截面积和皮质厚度较低，BR较高，其将 来可能会面临高风险的股骨粗隆间骨折，提示1型 糖尿病患者需定期检测股骨骨密度及骨强度，若指 标异常需给予相关的临床干预措施。1型糖尿病患 者股骨粗隆间BR高于对照者，可能是由于不同组 间粗隆间皮质厚度不同，与股骨颈或股骨干无关。
观察组与对照组骨代谢标志物B-ALP、sOC、 PINP水平比较，差异无统计学意义，可能与本研究 研究对象样本量不大结果存在偏畸有关，尚需增大 样本量进一步研究。1型糖尿病患者骨密度缺陷的 相关作用机制目前仍不清楚，但患者均存在肝门静 脉胰岛素循环缺乏[14]。1型糖尿病患者IGF-1紊乱 容易发生骨密度缺失。在1型糖尿病动物模型中， 补充IGF-1水平可使骨愈合显著改善[15]。特定的 IGF-1基因失活的转基因小鼠模型，表现为皮质横 截面积减少，骨膜周长减少[16]。与此同时，Jiang等 人在成骨细胞靶向IGF-1转基因小鼠中观察到更长 的皮质宽度和增加的皮质横截面积[17]。本研究结 果显示，1型糖尿病患者血清IGF-1水平明显低于 对照组，差异具有统计学意义，且血清IGF-1水平与 1型糖尿病患者股骨颈总vBMD呈正相关，提示血 清IGF-1对维持1型糖尿病患者股骨总vBMD有重 要意义。
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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