在大型流行病学研究中对儿童人体测量学的评估

摘要

在儿童流行病学研究中，经过良好培训的研究人员能够准确且精确地测量体重、身高、坐高、皮褶厚度和身体围度。

摘要

在美国和其他国家，有相当高比例的儿童存在超重和肥胖问题。准确评估人体测量学指标对于理解儿童生长和体脂对健康的影响至关重要。测量体脂的金标准方法（如双能X射线吸收测定法，DXA）在大规模现场研究中可能难以实施。然而，研究人员可以使用价格低廉且便于携带的设备，完成诸如身体围度和皮褶厚度等人体测量。在本实验方案中，我们详细描述了如何对儿童进行手动人体测量，包括站立身高、坐高、体重、腰围、臀围、上臂中点围、肱三头肌皮褶厚度和肩胛下皮褶厚度，以及评估这些测量数据质量的流程。为了验证这些测量的准确性，我们在出生前队列项目“Project Viva”的1,110名学龄儿童中，计算了Spearman相关系数，以比较手动人体测量结果与体脂金标准指标——DXA测定的脂肪质量之间的相关性¹。为评估测量的可靠性，我们通过在成年女性志愿者中开展质量控制环节，评估了测量者的组内技术误差。

引言

超重和肥胖仍处于流行水平，根据2011年至2012年的估计，约有三分之一的美国儿童和三分之二的成年人存在超重或肥胖问题²。超重、肥胖及过多的体脂会增加不良心脑代谢结局的风险，包括2型糖尿病和心血管疾病，以及其他不良的躯体和心理健康的结局，如哮喘和抑郁症^3,4,5,6。

大多数研究肥胖与晚年健康结局之间关联的研究均假设体重和身长/身高测量值准确。成人和儿童的体重状态分类包括体重不足（体重指数（BMI） < 18.0 kg/m² 成人 < 5^th 儿童特定年龄性别百分位数），正常体重（BMI 18.0 至 < 25.0 kg/m² 成人和5^th 到 < 85^th 儿童百分位数）、超重（BMI 25.0 至 < 30.0 kg/m² 成人及85^th 到 < 95^th 儿童百分位数）以及肥胖（BMI ≥ 30 kg/m²）² 成人及 ≥ 95^th 儿童百分位数）。即使是微小的测量误差也可能影响这些分类，尤其是在儿童中，绝对数值上看似较小的误差，相对于儿童自身体型而言可能代表较大的误差⁷例如，在一项针对2岁以下儿童的既往研究中，将传统临床纸笔测量法与仰卧身长板法测得的身长进行比较，结果表明纸笔测量法系统性地高估了身长，平均偏差为1.3（1.5）cm——这一误差会导致显著的分类错误⁷.

使用体重指数（BMI）来估算体脂含量在研究中具有诸多优势，包括设备成本低、测量身高和体重的负担小，以及能够利用自我报告和临床测量数据。然而，即使身高和体重测量准确，BMI 的差异也并不一定反映体脂含量的差异，因为 BMI 同时包含了瘦体重和脂肪质量¹。因此，直接测量体脂含量的方法对于理解其与健康结局之间的关系同样重要。

体脂和身体成分测量的金标准方法通常依赖于技术手段，包括空气置换体积描记法（ADP）、水下称重法、磁共振成像（MRI）、计算机断层扫描（CT）以及双能X射线吸收测定法（DXA）^8,9,10。尽管这些方法能够提供最为精确的身体成分测量结果，但其中许多方法在儿科研究中并不实用，尤其是在现场进行的研究。例如，水下称重法要求受试者完全浸入水中；ADP设备直到最近仅可用于测量体重不超过8 kg的婴儿或6岁以上儿童及成人，而无法用于幼儿或学龄前儿童。与其它技术相比，CT扫描会产生大量辐射，而MRI的扫描时间较长，使其在许多研究中难以实施⁸。DXA的辐射剂量约为CT扫描的1/500，相当于一天的自然本底辐射水平¹¹，因此在涉及儿童的研究中具有较高的应用价值。然而，所有这些方法的设备购置成本高昂，且均不具备便携性，使得在经费有限的现场研究中难以采用。生物电阻抗分析（BIA）通过测量微弱电流在体内传导时的阻抗来估算身体成分，成本较低且更具便携性，但其用于计算体脂含量的假设条件并不适用于年幼儿童¹⁰。

与这些基于技术的测量方法相比，人工人体测量法可在大多数现场环境中由经过培训的观察者实施，且设备成本显著更低。人工人体测量包括身高、体重、围度以及皮褶厚度的测量⁸。人工人体测量的其他优势在于不会造成不必要的辐射暴露，且熟练的操作人员可高效完成测量。然而，人们对人工人体测量法普遍存在一种担忧，即其测量结果可能既不准确也不精确¹²。

通过标准化操作流程、充分的培训以及严格的质量控制（QC）程序，可以获得准确且精确的测量数据。Project Viva 团队已开发出一套标准化的人体测量培训方案，能够高质量、可重复地测量身高、围度和皮褶厚度。十余年来，我们在 Project Viva 项目——一项纵向的出生前队列研究¹³中，持续应用该培训与质量控制方案，对母亲和儿童进行测量。Project Viva 工作人员在出生时（0–3 天）对儿童进行人体测量，并在以下时间点对母亲和儿童同时进行测量：婴儿期（4.9–10.6 个月）、幼儿期（2.8–6.3 岁）、童年中期（6.6–10.9 岁）以及青少年早期（11.5–16.5 岁） ¹³。

本文介绍了我们在“Viva 项目”（Project Viva）中开发并优化的测量方案，包括身高、体重、皮褶厚度（肱三头肌和肩胛下皮褶）以及身体围度（腰围、臀围和上臂中点围[MUAC]）的测量方法。此外，我们还描述了如何通过技术测量误差（TEM）计算评估人工人体测量的精密度，并通过与金标准DXA测量结果进行比较来评估其准确性。

方案

所有操作程序均已获得哈佛朝圣者医疗保健机构审查委员会的批准。

1. 训练步骤

1. 让受训人员（研究助理）完成一个为期数天、持续数小时的培训项目，学习正确的测量体位，观看培训视频，并接受经验丰富的生长发育学专家的现场指导。
   1. 指导受训人员相互练习测量操作，同时由生长发育学专家或资深人体测量学专家评估每位受训者的操作技术，并进行必要的调整。
   2. 组织一次面向外部志愿者的工作坊，志愿者应尽可能涵盖不同年龄和体型，理想情况下应为代表性的研究人群样本。要求每位受训人员对每名志愿者的每项测量至少重复两次。
2. 完成培训项目后，让受训人员再额外花费约40–50小时，继续在彼此及志愿者身上练习手动人体测量技术。在此期间，应观察受训人员的操作，监督其对标准操作流程的遵守情况和技术的规范性，并根据每位受训人员的天赋水平和既往经验提供相应程度的培训。

2. 受试者的准备

1. 指导受试者穿着轻便的衣物，以便于暴露四肢和躯干，同时保持得体，最好穿着由研究人员提供的标准服装。

3. 身高

1. 使用结构良好的身高计测量身高，身高计可为壁挂式或便携式。无论何种类型，均应确保身高计安装在坚硬、平坦的地面上并紧靠墙壁进行测量。
   注意：对于2岁以下儿童，应测量卧位身长而非站立身高。卧位身长的测量需采用不同方法⁸，本方案中未作详细说明。
2. 在受试者踏上身高计前，要求其取下可能影响测量结果的物品，例如鞋子、厚袜子、帽子以及头发装饰物（如 帽子、发带、头顶上的发圈等）。
3. 引导受试者背部靠向测量板，直至其臀部、肩胛骨或头部后侧与测量板接触。
4. 面对受试者时，指导其双脚分开约两脚宽的距离站立于测量板上。然后要求受试者缓慢将双腿向内并拢，直至双腿、大腿中部、膝盖或双脚相互接触。
5. 指导受试者尽可能保持身体直立，避免弯腰或倾斜。确保双脚完全平放在测量板或地面底部，双臂自然下垂于身体两侧，并确认身体左右两侧的体重分布均匀。
6. 目视确认腋中线与地面垂直。如有必要，指导受试者将双脚从身高计背板处稍作移动，以达到此体位。
   注意：腋中线是一条假想的冠状面垂直线，位于前腋线与后腋线之间的中点，自腋窝中心向下延伸，穿过髂嵴最上部（图1）。

图 1： 中腋线的位置。 位于前腋线与后腋线之间的冠状面中线¹⁵。 请点击此处查看此图的放大版本。

7. 要求受试者站直，确保以下一个或多个身体部位与身高计背部接触：脚、头部、肩部或臀部。
8. 将受试者的头部置于法兰克福平面（图2）。
   1. 通过以下方式确定法兰克福平面：从受试者头部侧面观察，从眼眶下缘最低点到耳道口上缘最高点画一条假想线。调整头部位置，使该假想线与地面平行，并与身高计垂直。

图2： 法兰克福平面。 通过眼眶下缘与耳屏切迹（耳屏上方的切迹）的水平面 ¹⁶. 请点击此处以查看此图的放大版本。

9. 提醒受试者站直，将头具牢固地放置在其头顶，施加足够的压力以压紧头发并接触颅骨。当头具处于眼睛水平位置时，测量至最接近的十分之一厘米。

4. 坐高

1. 将测高仪放置在足够高的稳固凳子上，使受试者的腿部能与地面形成90°角。或者，若测高仪为壁挂式，则在测高仪前方放置一个已知高度的凳子。
2. 请受试者坐在测高仪上或凳子上，使臀部紧贴背板。
3. 让受试者尽可能保持直立坐姿，使臀部、肩部和/或头部紧贴背板。确保腋中线（如3.6所述）与凳子垂直，并与测高仪平行。
4. 引导受试者的膝盖正对身体前方，并将双手置于大腿上。
5. 将受试者的头部调整至弗兰克福平面。参见3.8。
6. 将头板牢固地压在受试者头顶，施加足够压力以压平头发并接触颅骨。
7. 正对测量指针，使视线与头板保持水平，读取最接近0.1厘米的测量值。

5. 体重

1. 指导受试者在开始人体测量时穿着轻便服装或使用提供的标准服装，排空膀胱，并在进行体重测量前脱掉鞋子。
2. 请受试者站上体重秤，将测量结果记录至最接近的0.1千克。

6. 腰围

1. 指导受试者直立、静止地站在椅子侧面，最好面对镜子。实验者坐在镜子前，使受试者右侧或左侧髋骨处于眼睛水平位置。指导受试者双臂交叉抱于胸前，同时将上衣提起。
2. 实验者坐在受试者一侧，触诊髋骨的前部，该部位通常是通过较厚的脂肪组织仍可较易辨认的髋骨部分。沿髋骨向上触诊，找到髂嵴，即髋骨上方的骨性隆起。继续沿髂嵴触诊，直至到达髂嵴最高点与腋中线相交处（参见第3.6节以确定腋中线位置）。用自粘贴纸标记该位置。
3. 在受试者身体的另一侧重复步骤6.2。
4. 当受试者垂直站立于镜子前时，将软尺绕过腰部，使其经过两个贴纸标记处，软尺的零端（或底端）置于下方。以镜子为参考，调整软尺位置，使其在身体前、后及两侧均处于同一水平、水平面。
5. 拉紧软尺，但不要牵拉皮肤。由于此操作需精细平衡，可先使软尺轻微夹住皮肤，然后缓慢放松软尺，使其在皮肤表面形成平滑的线条，不再压迫或收紧皮肤。将软尺稳固地贴合于皮肤表面，但不得勒紧腰部，确保软尺与皮肤之间无间隙，也无皮肤被夹住。
6. 在受试者自然呼气末，读取软尺数值，精确至0.1厘米。
   注意：该测量在有镜子或两名研究助理协助的情况下最为有效。单名研究人员无法同时观察软尺在身体各侧面的正确位置。镜子和/或额外工作人员可弥补视野遮挡区域，确保软尺放置准确。

7. 髋围

1. 指导受试者直立于椅子旁，身体与镜子垂直。要求受试者双臂交叉置于胸前，双脚并拢紧贴。
2. 坐在受试者侧方，面向镜子，使视线与受试者的髋部保持水平。
3. 将软尺环绕髋部，测量时应覆盖轻质紧身衣物。将软尺固定于臀部最突出的位置，并调整软尺使其在身体周围处于水平平面。牢固握住软尺。类似于腰围测量，收紧软尺直至皮肤被轻微夹起，然后缓慢放松软尺，直至软尺周围形成平滑的线条。
4. 牢固且平整地握住软尺，读取测量值，精确到最接近的0.1 cm。

8. 上臂中点围度（MUAC）

1. 指导受试者将衣袖卷至肩部高度，以确保测量直接在皮肤上进行。受试者站立时，将其右臂置于肘关节弯曲90°的位置，手掌朝上，指尖正向前方伸直。
2. 站在受试者身后，找到连接肩胛骨与锁骨的肩后外侧骨骼结构（图3）。这一骨性突起称为肩峰，将作为卷尺的零起点。

图3： 肩部解剖结构。 肩部解剖结构包括红色标识的肩峰突¹⁷。 请点击此处查看该图的放大版本。

3. 将软尺沿上臂背部正中线向下延伸，经过肘部骨性突起（即鹰嘴）。使用软尺测量肩峰突起与鹰嘴之间的距离，精确至最接近的十分之一厘米，并在鹰嘴与肩峰突起之间的中点位置、肱骨后侧正中处贴上自粘式标签。
4. 将受试者的手臂轻轻外展离开身体，以确保肌肉处于放松状态。
5. 站在受试者右侧稍后方，将上臂围度测量带（小型翻转测量带）绕上臂一周，使其覆盖自粘式标签。确保测量带与上臂长轴垂直。
6. 拉紧测量带，确保测量带无褶皱或皮肤皱缩现象。与臀围和上臂围测量类似，需掌握适当张力。施加稍大张力后缓慢放松测量带，直至皮肤无任何受压皱褶区域。
7. 读取测量数值，并记录至最接近的十分之一厘米。

9. 三头肌皮褶厚度

1. 根据步骤 8.1 - 8.3 确定的贴纸位置，将其贴于受试者上臂后侧中点。指导受试者直立站立，双肩放松，手臂自然下垂。
2. 站在受试者身后，确定上臂中点贴纸上方约 2 cm 处的位置。用拇指和食指夹起一块较大的皮肤褶皱，深入皮肤约 1 - 2 cm。在手指间轻轻滚动皮肤褶皱。
   注意：如果皮肤褶皱在手指间容易滚动，说明其可能仅包含皮肤和皮下脂肪。如果皮肤褶皱不易滚动，或受试者感到明显疼痛，可能夹取到了肌肉组织。
3. 轻轻抖动皮肤或缓慢滚动手指，调整褶皱位置，确保仅包含皮肤和皮下脂肪，不包含肌肉。测量所有位于肌肉上方的皮下脂肪。
4. 保持皮肤褶皱与手臂平行。将皮脂厚度计的测量钳口垂直于褶皱长度方向，并置于标记中点两侧。
5. 在捏紧皮肤褶皱的同时，完全松开皮脂厚度计的杠杆。此时，皮脂厚度计的刻度盘读数会因钳口对皮肤的压缩而持续下降。保持皮肤在钳口间压缩 4 秒，以确保皮肤完全压缩。4 秒后，记录刻度盘读数，精确至最接近的 0.2 cm。
   注意：若夹取的皮肤和皮下组织量合适，刻度盘读数在 4 秒后下降速度会减缓或不再下降。若刻度盘读数仍快速下降，说明夹取的皮下脂肪不足。此时，应等待两分钟，使受压皮肤恢复原状，然后重新尝试，夹取更厚的皮肤褶皱进行测量。

10. 肩胛下皮肤褶皱厚度

1. 指导受试者直立站立，双肩放松，双臂自然下垂。
2. 站在受试者身后，触诊肩胛骨的最下端。在肩胛骨下端下方约2厘米处确定测量位置，并将卡尺置于该位置。
3. 用拇指和食指在测量点左上方约2厘米处对角方向捏起一块明显的皮肤皱褶。若仅包含皮肤和皮下脂肪，则皮肤应能在手指间轻松滚动。调整皮肤皱褶，确保测量部位仅包含皮肤和皮下脂肪。
4. 将卡尺钳口垂直于测量部位放置，使测量方向与肩胛骨内下方的骨缘平行。在捏紧皮肤皱褶的同时，完全松开卡尺的杠杆。4秒后记录测量值，精确至0.2厘米。
5. 确保4秒后卡尺刻度盘读数保持稳定或仅有轻微下降。若刻度盘读数迅速下降，表明所夹取的皮下脂肪不足。此时应等待2分钟，使受压的皮肤恢复常态，然后捏取更厚的皮肤皱褶重新测量。

11. 质量控制（QC）程序

1. 要求所有工作人员（包括经验丰富的和新进研究人员）在质量控制（QC）环节对志愿者进行测量。志愿者与工作人员数量应相等，以提高效率。若研究团队仅有1至3名成员，应至少招募四名志愿者，以确保可靠性得到充分评估。
2. 指定一名人员作为QC环节的金标准测量员，可从研究团队中经验丰富的测量员或外部专家中选择。确保该人员具备可靠的测量记录（包括自身重复测量的一致性，以及与熟练的人体测量专家或金标准方法如双能X线吸收测定法（DXA）相比的测量一致性）。
3. 要求所有研究团队成员对每位志愿者的每一项人工人体测量指标进行两次或更多次测量。
4. 在QC环节结束后，使用测量技术误差（TEM）计算组内（intra-rater）和组间（inter-rater）测量的一致性。
   注意：TEM用于评估两次测量之间由测量误差引起的差异¹²。TEM为测量误差方差的平方根：TEM= ，其中d² 表示每位研究助理重复测量值之间的差值（用于评估组内一致性），或人体测量专家重复测量值之和与研究助理重复测量值之和之间的差值（用于评估组间一致性）¹²。
5. 识别其组间或组内TEM值超出预设可接受范围的工作人员¹⁴。在允许其参与现场受试者数据采集前，应对人体测量结果超出可接受范围的工作人员提供额外培训。

结果

本分析利用质量控制（QC）程序生成的数据，评估人工人体测量的精确性，并通过测量技术误差（Technical Error of Measurement, TEM） ¹²评价测量者内部的测量误差。可接受的TEM范围基于重复性测量者内部人体测量值的计算结果，其中95%的测量差异归因于非测量者不精确性以外的因素^12,14。较高的TEM值表明测量值之间的变异性更大。根据与可接受TEM范围的比较，可接受的测量结果应低于或处于可接受的TEM范围内。较大的TEM值，即超出该范围的TEM值，表明测量结果不可靠，提示需要进一步培训。在本分析中，我们以原始单位和百分比TEM两种形式呈现TEM值，其中百分比TEM的计算公式为（平均TEM/测量均值）×100，以便对具有不同单位的多种人体测量指标进行比较。

讨论

准确的身体成分测量对于在科研中正确评估儿童生长发育至关重要。研究人员普遍将双能X线吸收法（DXA）视为金标准方法，同时许多人批评人工人体测量法不够精确和准确。然而，本项关于利用人体测量技术估算体脂的分析表明，经过良好培训的研究人员若遵循标准化操作流程，可实现极高准确度的人工人体测量，所得脂肪含量估算值与DXA结果高度相关¹。除单个测量指标外，多种人工人体测量指标的组合（如皮褶厚度之和及体重身高比）与DXA测得的体脂量也表现出高度相关性。本操作规程的目的是对八种常用的人体测量指标进行流程标准化，以提高测量准确性，并促进不同研究之间的结果比较与数据整合。

方案中的关键步骤

通过人工人体测量法准确评估身体成分需要充足的培训时间，并实施质量控制程序，以确保测量的精确性和准确性。鉴于所需准备时间较长，研究助理 ideally 应至少可工作24个月。测量设备应坚固耐用，并定期进行校准检查。为达到高可靠性，测量人员必须严格遵循人体测量方案的每一步骤，因为即使微小的偏差也会影响准确性。经验表明，解剖测...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
身高测量仪	Weigh and Measure, LLC	SSWM-1	也可使用基本款Shorr测量板（无平滑滑动装置）。为适应儿童坐高时髋部的宽度，身高测量仪的底座宽度应约为60 cm或更大。
生物电阻抗秤	Tanita Corporation of America	TBF 300A（该型号已停产），DC-430U性能相当	该秤用于体重和生物电阻抗测量。若仅用于体重测量，任何经过标准化的数字秤均可使用。
皮褶厚度卡尺	Holtain Limited	n/a	该型号采用表盘式刻度，最小分度为0.2 mm。使用线性刻度的型号也可接受。
臀围/腰围测量卷尺	Gulick II Plus Measuring Tape	67019	该型号带有压缩带，便于判断卷尺拉紧的力度。压缩带并非必需，但强烈推荐使用。
上臂围测量卷尺（ShorrTape© Measuring Tape）	Weigh and Measure, LLC	STape	卷尺应具有柔韧性，并配备单槽或双槽插入口。