Vergleich verschiedener osteodensitometrischer Methoden bei Seniorinnen : eine Untersuchung im Rahmen der Gießener Senioren Langzeitstudie

Abstract

Die vorliegende Untersuchung wurde im Rahmen der GISELA-Studie durchgeführt. Die GISELA-Studie ist eine prospektive Kohortenstudie, die seit 1994 den Ernährungs- und Gesundheitsstatus von Gießener Senioren untersucht. Ziel der GISELA-Studie ist die Dokumentation der altersbedingten Veränderungen des Ernährungs- und Gesundheitsstatus unter der Berücksichtigung möglicher Einflussfaktoren. Im Erhebungsjahr 2004 wurde erstmalig die Knochendichte der Senioren mittels QUS bestimmt.Zudem wurden an einem Teilkollektiv der GISELA-Seniorinnen verschiedene osteodensitometrische Methoden durchgeführt und deren Messergebnisse miteinander verglichen: Mittels der DXA wurde die BMD der Frauen an der LWS (ROI: L1-L3) und am Femur (ROI: Neck) gemessen. Am Calcaneus wurden die SOS, die BUA und der SI mittels QUS ermittelt. Ebenfalls an der LWS (ROI: L1-L3) erfolgte die Bestimmung der BMD mittels QCT.Für den Vergleich der Messergebnisse der verschiedenen osteodensitometrischen Methoden wurden die Daten von 43 Probandinnen herangezogen, die zwischen 62 und 87 Jahren alt waren, wobei die jeweiligen T-Scores berücksichtigt wurden. Der T-Score gibt die Abweichung des Messwertes einer Person von dem Mittelwert der Messwerte eines jungen, geschlechtsgleichen, gesunden Referenzkollektivs, geteilt durch die SD der Messwerte dieses Referenzkollektivs, an. In der GISELA-Studie wurden die T-Scores jeweils mittels der gerätespezifischen Software und des gerätespezifischen Referenzkollektivs berechnet.Der T-Score der Seniorinnen beträgt im Mittel -1,45 mittels DXA (Neck), -1,20 mittels DXA (LWS), -1,25 mittels QUS und -3,65 mittels QCT. Die Rangvarianzanalyse von Friedman zeigt globale Unterschiede (p < 0,0001) zwischen den Ergebnissen der T-Scores mittels der verschiedenen Methoden, wobei der im Anschluss durchgeführte Wilcoxon-Wilcox-Test für multiple Vergleiche einen signifikanten Unterschied zwischen dem T-ScoreDXA (Neck) und dem T-ScoreQCT sowie zwischen dem T-ScoreDXA (LWS) und dem T-ScoreQCT ermittelt. Bei allen anderen Vergleichen wurden keine signifikanten Unterschiede nachgewiesen.In Anlehnung an die WHO-Klassifikation der Osteoporose (s. Kap. 2.3.2 Tab. 2.2) werden die Seniorinnen in Frauen mit einer normalen Knochendichte, Frauen mit Osteopenie und Frauen mit Osteoporose eingeteilt, wobei die Einteilung für jede der durchgeführten Messungen erfolgte. Abhängig von der Messmethode bzw. dem Messort variiert die Anzahl der Frauen in den drei Gruppen. So beträgt der Anteil der Seniorinnen mit Osteoporose mittels DXA (Neck)- bzw. DXA (LWS)-Messung 18,6 % bzw. 23,3 %; dagegen haben 46,5 % bzw. 76,7 % der Frauen eine Osteoporose, wenn die Einteilung mittels der QUS- bzw. der QCT-Messung vorgenommen wird.Zwischen den Ergebnissen der vier verschiedenen Messungen können positive Zusammenhänge beobachtet werden. Diesbezüglich reichen die ermittelten Korrelationskoeffizienten nach Spearman von 0,67 - 0,79, wobei die stärkste Korrelation zwischen dem T-ScoreDXA (Neck) und dem T-ScoreDXA (LWS) und die schwächste zwischen dem T-ScoreDXA (Neck) und dem T-ScoreQCT beobachtet werden konnte.Zur Beurteilung der Übereinstimmung der Ergebnisse der DXA (LWS)-, der QUS- und der QCT-Messung mit den Ergebnissen der DXA (Neck)-Messung wurden die jeweiligen Zusammenhänge als Bland-Altman-Plot dargestellt. Der T-ScoreDXA (LWS) ist im Mittel um 0,03 größer als der T-ScoreDXA (Neck), während der T-ScoreQUS um 0,49 bzw. der T-ScoreQCT um 2,03 kleiner ist. Eine Abhängigkeit der Streuung der Differenzen von der Höhe der T-Scores kann nicht beobachtet werden. Die Übereinstimmungsgrenzen reichen von -2,24 - 2,18 für die DXA (LWS)-Messung, von -1,98 - 2,96 für die QUS-Messung und von 0,11 - 3,95 für die QCT-Messung.Weiterhin wurde geprüft, ob sich die DXA- und die QCT-Messung der LWS sowie die QUS-Messung des Calcaneus zur Identifizierung von Seniorinnen mit und ohne Osteoporose eignen, die anhand der DXA (Neck)-Messung in Seniorinnen mit und ohne Osteoporose eingeteilt werden. Als Gütekriterien dienten die Sensitivität, die Spezifität und die AUC der ROC-Analyse. Während die Sensitivität der DXA (LWS)-Messung 75 % beträgt, werden mittels QUS- und QCT-Messung alle Probandinnen mit Osteoporose erkannt (beide: Sensitivität = 100 %). Der Anteil der falsch positiv klassifizierten Frauen ist bei der DXA (LWS)-Messung am geringsten, bei der QCT-Messung am größten (DXA (LWS): Spezifität = 89 %; QUS: Spezifität = 66 %; QCT: Spezifität = 29 %). Die ROC-Analyse ergab, dass alle drei Methoden gut geeignet sind, um Seniorinnen mit und ohne Osteoporose zu identifizieren, wobei die AUCs der DXA (LWS)- und der QUS-Messung etwas größer sind als die der QCT-Messung.Mittels der ROC-Kurve für den T-ScoreQUS wurde ermittelt, dass der T-ScoreQUS -2,94 am besten zur Identifizierung der GISELA-Probandinnen mit und ohne Osteoporose, die anhand der DXA (Neck)-Messung definiert wird, geeignet ist. In Anlehnung an die Herleitung der Osteoporose-Definition der WHO-Arbeitsgruppe aus dem Jahr 1994 (s. Kap. 2.3.1 S 29) wird ebenfalls ein optimaler Grenzwert für die QUS-Messung bestimmt, indem der T-ScoreQUS ermittelt wird, der erforderlich ist, um den gleichen Anteil der Probandinnen als Frauen mit Osteoporose zu klassifizieren, der bei der Einteilung anhand der DXA (Neck)-Messung vorliegt. Dies erfolgt bei dem T-ScoreQUS -3,68. Mit der Abnahme des Grenzwertes sinkt die Sensitivität und steigt die Spezifität (Grenzwert -2,5: Sensitivität = 100 %, Spezifität = 66 %; Grenzwert -2,94: Sensitivität = 100 %, Spezifität = 77 %; Grenzwert -3,68: Sensitivität = 63 %, Spezifität = 91 %) der QUS-Messung bezüglich der Fähigkeit, Seniorinnen mit und ohne Osteoporose, die mittels DXA (Neck)-Messung definiert wird, zu identifizieren.Des Weiteren wurde die Präzision des QUS-Gerätes an zehn Probanden, die zwischen 25 und 52 Jahren alt und nicht Teilnehmer der GISELA-Studie waren, untersucht. Bei jedem der Probanden wurden jeweils 20 Messungen an 20 aufeinanderfolgenden Tagen unter gleichen Untersuchungsbedingungen durchgeführt, so dass die Wiederholbarkeit der QUS-Messung bestimmt werden konnte.Der ermittelte absolute Präzisionsfehler der QUS-Messung, berechnet als RMS-SD, beträgt 7 m / s für die SOS, 3 dB / MHz für die BUA und 2 für den SI. Die jeweiligen CVs, berechnet als RMS-CVs, belaufen sich auf 0,5 % für die SOS, 2,4 % für die BUA und 2,3 % für den SI.

The present investigation is part of the GISELA study, a prospective cohort study, in which the nutritional and health status of elderly people from Gießen has been observed since 1994. The aim of the GISELA study is the documentation of age-related changes of the nutritional and health status, considering potential influencing factors. In the course of the GISELA study bone density was determined for the first time in 2004 using QUS. Furthermore different bone densitometry methods were performed on a subgroup of the females, and the results were compared: BMD was measured at the lumbar spine (ROI: L1-L3) and femur (ROI: neck) using DXA. SOS, BUA and SI were measured with calcaneal QUS. BMD was determined at the lumbar spine (ROI: L1-L3) by QCT.For comparing the respective T-scores of 43 women, aged 62 to 87 years, were used. The T-score indicates the difference in numbers of SDs between the value of an individual and the mean value of a young, healthy and sex-matched reference population. In the GISELA study T-scores were calculated using device-specific software and manufacturer s reference database. The median T-score of the women was -1.45 using DXA (neck), -1.20 using DXA (spine), -1.25 using QUS and -3.65 using QCT. T-Scores are statistically different (Friedman test: p < 0.0001), subsequent application of the Wilcoxon-Wilcox test for multiple comparisons shows a significant difference between T-score from DXA (neck) and QCT as well as between T-score from DXA (spine) and QCT. For all other comparisons no significant differences were determined. According to the WHO-classification of osteoporosis (s. chapter 2.3.2 table 2.2), the women are classified in those having a normal bone density, osteopenia or osteoporosis; the classification was done for every conducted measurement. Depending on measurement method and site respectively, the number of the women in the three groups varies. The percentage of women with osteoporosis measured with DXA (neck) and DXA (spine) is 18.6 % respectively 23.3 %, whereas the percentage is 46.5 % measured with QUS and 76.7 % measured with QCT.Between the results of the four methods positive correlations were observed. In this regard Spearman correlation coefficients range from 0.67 to 0.79, while the strongest correlation occurs between the T-score from DXA (neck) and DXA (spine) and the weakest between the T-Score from DXA (neck) and QCT.To evaluate the agreement of the measurement results of DXA (spine), QUS and QCT with those of DXA (neck), Bland-Altman plots were created. The mean difference is -0.03 for T-score from DXA (spine), 0.49 for T-Score from QUS and 2.03 for T-score from QCT, respectively. Variability of the differences is not dependent on the magnitude of the measurement results. Limits of agreement range from -2.24 to 2.18 for DXA (spine), from -1.98 to 2.96 for QUS and from 0.11 to 3.95 for QCT.Furthermore the ability of spinal DXA, spinal QCT, and calcaneal QUS to identify women classified as osteoporotic on the basis of DXA scans of femoral neck were evaluated. For determining the performance sensitivity, specificity and AUC (by means of ROC analysis) were calculated. While DXA (spine) identifies about 75 % of women with osteoporosis, QUS and QCT identify all women with osteoporosis (both: sensitivity = 100 %). DXA (spine) indicates the lowest fraction of false-positive classified women, QCT the highest (DXA (spine): specificity = 89 %; QUS: specificity = 66 %; QCT: specificity = 29 %). ROC analysis shows that all three methods are qualified for identifying women with osteoporosis, whereas AUCs for DXA (spine) and QUS were marginal superior to AUC for QCT.ROC analysis reveals that the optimal T-Score threshold for QUS is -2.94 for identification of female GISELA-participants with osteoporosis on the basis of DXA scans of femoral neck. According to the derivation of the definition of osteoporosis by a WHO study group in 1994 (s. chapter 2.3.1 page 29), another optimal T-Score threshold for QUS is evaluated by estimating the T-Score for QUS required to detect the same percentage of women classified as osteoporotic as identified by DXA (neck). The estimated threshold is -3.68. With a decreasing threshold for QUS sensitivity decreases and specifity increases (threshold -2.5: sensitivity = 100 %, specificity = 66 %; threshold -2.94: sensitivity = 100 %, specificity = 77 %; threshold -3.68: sensitivity = 63 %, specificity = 91 %).Furthermore precision of the QUS device was assessed in ten volunteers, aged 25 to 52 years, who have not been participants of the GISELA study. Each volunteer was measured twenty times on consecutive days on the same measurement conditions, so that repeatability of calcaneal QUS was determined. Precision error, calculated as RMS SD, was 7 m / s for SOS, 3 dB / MHz for BUA and 2 for SI. Respective CVs, calculated as RMS CVs, were 0.5 % for SOS, 2.4 % for BUA and 2.3 % for SI.