基于DXA髋部形态统计建模：英国生物银行38,123人纵向研究揭示髋部形状独立预测骨折风险

《Journal of Bone and Mineral Research》：DXA-derived hip shape is associated with hip fracture: a longitudinal study of 38,123 UK Biobank participants

本研究针对现有骨折风险评估工具敏感性不足的瓶颈，利用英国生物银行大规模前瞻性队列的髋部DXA影像数据，首次采用统计形状建模(SSM)技术提取髋部形态整体特征。研究发现表征股骨颈较窄、颈干角较大且髋臼覆盖减少的髋部形状模式(HSM2)与髋骨折风险显著相关(HR=1.30)，该关联独立于骨密度(BMD)和传统几何参数(GMs)。这项发表于JBMR的成果为将髋部形态学指标纳入临床骨折风险评估体系提供了重要证据。

　　

髋部骨折是骨质疏松症最严重的并发症之一，患者一年内死亡率高达22%。随着人口老龄化加剧，英国髋部骨折患者数量预计在未来四年内将增长32%，这为公共卫生系统带来严峻挑战。目前临床上广泛使用的FRAX^?和Qfracture等骨折风险评估工具，主要依赖骨密度(BMD)和临床风险因素，但其预测准确性仍有提升空间。

传统上，研究人员通过测量髋部几何参数(GMs)来评估髋部形态，包括股骨颈宽度(FNW)、髋轴长度(HAL)和股骨头直径(FHD)等。虽然这些指标与骨折风险存在关联，但它们之间高度相关，很难区分各自独立的贡献。此外，国际临床骨密度学会(ISCD)目前仅推荐将HAL用于女性骨折风险评估，而不建议使用GMs指导治疗决策。

统计形状建模(SSM)作为一种先进的计算机辅助技术，为全面评估髋部形态提供了新思路。SSM通过分析髋部影像轮廓点，采用主成分分析(PCA)提取相互独立的髋部形状模式(HSMs)，能够捕捉髋部形态的整体变异，而非孤立地测量单个参数。

在这项发表于《Journal of Bone and Mineral Research》的研究中，研究团队利用英国生物银行(UK Biobank)这一大规模前瞻性队列资源，旨在探讨SSM衍生的髋部形状是否能够独立预测髋部骨折风险。该研究纳入了38,123名参与者的左侧髋部DXA影像，平均年龄63.7岁，52%为女性，平均随访5年期间共观察到133例(0.35%)髋部骨折事件。

研究人员采用机器学习算法(BoneFinder^?)自动在DXA影像上放置85个轮廓点，覆盖股骨头、髋臼以及大小转子等关键解剖结构。通过PCA分析生成10个主要HSMs，这些模式共同解释了86%的形状变异。同时，利用定制Python脚本从DXA影像中提取了FNW、FHD和HAL等传统几何参数。

Cox比例风险模型分析显示，HSM2与髋部骨折风险显著相关。HSM2代表的髋部形状特征包括：较窄的股骨颈、较大的颈干角(NSA)以及减少的髋臼覆盖。在完全调整了年龄、性别、身高、体重、BMD以及三个GMs后，HSM2每增加1个标准差，骨折风险增加30%(HR=1.30, 95% CI 1.09-1.55, P=3.27×10^-3)。这意味着，HSM2值高于1个标准差的人群(约占总人群15.4%)骨折风险显著升高。

值得注意的是，虽然单个GMs(FNW、FHD、HAL)在调整BMD后也显示与骨折风险相关，但当这些GMs相互调整时，关联性减弱，表明它们之间存在共线性。相比之下，HSM2在调整GMs后仍保持显著关联，说明SSM捕获了超越传统几何测量的额外形态学信息。

性别分层分析显示，HSM2在男性和女性中的效应大小相似，但未达到Bonferroni校正后的显著性阈值，可能是由于样本量不足。此外，在男性中发现HSM9(特征为较大的小转子和较窄的股骨颈)与骨折风险呈负相关，提示男性特有的髋部形态特征可能对骨折有保护作用。

复合模型分析进一步证实，整体骨折风险相关的髋部形状与HSM2高度一致，均表现为较窄的FNW、减少的髋臼覆盖、较小的大转子和较小的FHD。

主要技术方法

研究基于英国生物银行队列的左侧髋部DXA影像，采用随机森林机器学习算法自动定位髋部轮廓点，通过主成分分析提取髋部形状模式。骨折终点数据通过关联医院统计数据库获取，使用Cox比例风险模型评估形状模式与骨折风险的关联，并针对多个比较进行Bonferroni校正。

HSM2与髋部骨折风险

HSM2是唯一在完全调整模型中仍与髋部骨折显著相关的形状模式。该模式代表的形态学特征包括较窄的股骨颈、较大的颈干角和减少的髋臼覆盖，这些特征共同构成了骨折风险的独立预测因子。

几何参数的相互关联性

传统几何参数(FNW、FHD、HAL)高度相关(r=0.81-0.89)，且与身高强相关。在相互调整后，单个GMs与骨折风险的关联减弱，突显了SSM在捕捉整体形态信息方面的优势。

性别差异在髋部形态与骨折风险中的作用

虽然HSM2在两性中效应大小相似，但HSM9在男性中显示保护性关联，提示髋部形态对骨折风险的影响可能存在性别特异性，这为个性化风险评估提供了依据。

骨密度的预测价值

作为对比，BMD显示出强大的骨折预测能力(HR=0.36)，证实了其在当前风险评估体系中的核心地位。然而，HSM2的独立关联表明形态学指标可提供互补信息。

本研究首次在大规模前瞻性队列中证实，DXA衍生的髋部整体形状是髋部骨折的独立风险因素。HSM2所代表的特定髋部形态特征——较窄的股骨颈、较大的颈干角和减少的髋臼覆盖——能够提供超越传统BMD和GMs的预测价值。这一发现具有重要的临床意义，鉴于DXA扫描已在骨质疏松症评估中广泛应用，将SSM衍生的髋部形状指标整合入现有骨折风险评估工具(如FRAX^?)具有可行性，有望提高风险预测准确性，实现更精准的预防干预。

研究的优势包括大规模人群基础、前瞻性设计、自动化的形状测量方法以及同时评估SSM和GMs的能力。局限性在于观察性研究设计无法确立因果关系，以及主要基于白人人群的结果可能限制其普适性。未来研究需要验证这些发现在其他人群中的适用性，并探索将髋部形状指标整合入临床实践的具体路径。

这项研究为理解髋部形态在骨折风险中的作用提供了新视角，强调了整体形状评估相较于孤立参数测量的优势，为开发更精准的骨折预防策略奠定了坚实基础。