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    骨质疏松与骨矿含量测量
    发布时间:[2013-01-07 14:47] 点击次数:

    一、不同骨矿含量测里方法   

     

    近年来用于骨矿含量测量的方法逐渐增多,其应用范围也不断扩大。骨矿含量测量的主要目的是骨质疏松症(osteoporosis)的诊断、骨折危险性的预测、治疗后的随访。骨质疏松症的诊断标准一直为学者们所关注,鉴于目前生化检查尚不能作为诊断指标,故骨矿含量(bone mineral content, BMC)测定或骨密度(bone mineral density, BMD)测定成为目前诊断骨质疏松的重要手段。现已有许多非创伤性测量方法可直接或间接地评估体内骨矿含量,但不同的方法所反映的测量部位、临床应用价值及对正常人群同骨质疏松症的鉴别能力有所不同。本文仅就目前国内、外普遍应用的测量方法和研究进展以及目前存在问题等作一简述。   

     (一)X线片(radiography)测量   

     常用评估的摄片部位是脊椎侧位片和手正位片。肉眼X线片评估骨质疏松症时,多选用脊椎侧位X线片检查。虽在骨质疏松症时可见椎体的透过度增加、椎体内水平横向的骨小梁消失、垂直纵向的骨小梁代偿增粗及椎体的骨皮质变薄等征象,但这些征象的评估常受X线投照条件的不同和观察者判定的主观因素影响,以致评估的差异较大。另外,出现上述阳性骨质疏松的X线征象时,其骨矿含量的丢失也已达30%以上,因此不适于早期骨质疏松症的评估,且也不宜于随访骨质疏松过程中骨矿含量的变化。

    因脊柱的压缩骨折是骨质疏松症诊断的重要参照指标,且不同于周围四肢骨骨折的是:四肢骨骨折可通过简单的询问病史或体检加以认定,而脊椎压缩骨折常不自觉地发生,如仅靠询问病史或体检而不行 X线检查常难以确认。因此,脊椎侧位(胸4至腰4)X线片(虽然其诊断早期骨质疏松的作用有限)便成为检测脊椎压缩骨折的重要手段。据此可将压缩骨折分为工、II,M度或称轻、中、重度。三种压缩程度(即椎体减少最明显之处的上下高度与同一椎体后高之比。若全椎体压缩时,则压缩最明显之处的上下高度与其邻近的上一椎体后高之比)分别为20%一25%,25%-40%及40%以上。这种基于椎体直接测量或肉眼大致评估(后者即半定量测定法)的分度与腰椎骨密度测定的结果显著相关。另外,也可通过椎体的直接测量,如椎体上下缘的前、中、后“6点数字”(6-point digitization)测量等,再由计算机辅助分析,将椎体高度减少超过正常椎体高度的2.5个或3个标准差视为压缩骨折,这种方法又称定量形态法(QM, quantitative morphome-try)。上述脊椎压缩骨折的判定方法目前已用于流行病学的普查研究和临床上药物治疗等随访性研究。诚然,这些骨折判定的标准不同,这也正是导致骨折检出的敏感性和特异性不同的主要原因。因这种方法是基于X线片的测量,故有时因投照因素如投照中心的差异、患者随访前后投照体位的差异等因素及患者本身因素的影响如脊柱侧弯等,都会造成测量结果误差较大或测量上的困难。

    手部X线片测量主要是用圆规或计算机辅助测量掌骨的皮质厚度,后者测量结果的精确性明显高于前者,分别为0.4%一2.4%和3%一11%。此法测量结果指数较多,有双侧皮质厚度、掌骨指数、皮质断面面积指数、皮质断面面积与总断面面积比较、皮质断面面积与掌骨表面面积比值等,这些测量结果所示的骨丢失情况均与年龄增长呈负相关。国内廉氏认为各种指数的结果比较相似,不能完全消除个体差异的影响,且认为最简易可行的方法是测第二掌骨双侧皮质厚度。Meema等认为掌骨的X线片测量在区分绝经后妇女的脊椎骨折能力方面优于腰椎双光子吸收测量。   

     股骨指数和跟骨指数都是根据应力性骨小梁和压力性骨小梁的分布和存在进行分度的。因其诊断价值有限,故目前已少应用。

     (二)X线片光吸收法   

    X线片光吸收法(photon densitometry或radiographic absorptiometry, RA)测量参照物是铝梯,将手与一校正的铝梯同时摄在 X线片上,再通过光密度仪对X线片掌或指骨等其他部位进行分析测量。此方法主要是通过已知不同厚度铝梯对 X线吸收的结果来比较所测部位的X线吸收程度,进而推测其骨矿含量。计算机辅助测量活体结果的精确度介于0.3%一2.4%。此法亦可反映年龄性骨质丢失情况,但许多影响X线片投照的因素,同样影响其光密度吸收的结果,且这种测量主要是反映骨皮质和骨小梁的共同变化。   

    另有报道可不用铝梯,仅通过计算机辅助仪器扫描已有的手(包括前臂远端)X线片即可评估其骨量状况。这种方法评估的参照物不是用铝梯而是选择正常人骨皮质厚度等数据作为参照信息,在计算机辅助下比较测量部位的骨皮质厚度等参数与已知正常人数据的异同程度,进而推测其骨矿含量。正是由于这种测量方法是以正常人骨皮质厚度等数据作为参照信息,所以正常人骨皮质厚度等数据库的建立和确认对该方法的测量结果至关重要。

     (三)单光子和单能X线吸收测量法
     

    1963年Cameron和Sorensen首先使用单光子吸收法(single photon absorptiometry,SPA)测量骨密度,因其测量方法简单、精确性好,目前一直是国内、外最为常用的骨矿测量方法之一。其测定方法是通过放射性同位素‘2s 1放出的光子对前臂骨进行扫描,为避免个体软组织差异造成的影响,测量时前臂通常置于一水袋或水槽中,光子经过被测骨衰减后,再经已知参照模的衰减率换算成相应的骨密度值,以g/cm表示,即通常所说的线密度。此法虽可同时测量前臂远端的尺挠骨,但主要是测量挠骨远端 1/3的骨密度。此处的骨组织 95%是由皮质骨构成的,且结构均匀,故测量的精确性好。但因测量的结果是反映皮质和骨小梁的总和,故不能反映代谢较快的小梁骨的变化,因此对骨代谢改变早期的监测尚有局限性。虽挠骨超远端含骨小梁的比例(达40 )与腰椎椎体所含的骨小梁比例相似,但此部位骨结构不均,以致测量挠骨超远端时准确定位较难,从而导致测量的精确性明显减低。   

    因放射性同位素衰减和其放射源相对不稳定,为克服这方面的局限性,近年来又研制出单能X线吸收测量仪(single X-ray absorp-tiomertry, SXA ),主要以X线为放射源取代SPA的同位素光子放射源,使测量结果的精确性明显地得到改善。   

     (四)双能光子和双能X线吸收侧量法   

     因上述单能放射源的测量方法受被测物周围软组织影响,故其测量部位主要限于前臂等周围骨。四肢骨周围的软组织仅为肌肉等与水吸收值相似的软组织,而中轴骨周围的软组织含大量的脂肪和气体。因此,若测量中轴骨的骨密度,不可能简单地同SPA或SXA所示,将人躯体置于水槽中以解决上述软组织的影响。70年代出现的双能光子测量仪(dual photonabsorptiometry, DPA)则通过高低两种不同能量的放射性核素同时扫描被测部位以校正软组织因素的影响。因骨和软组织对低能量的射线吸收均高于对高能量的吸收,且这种能量在骨内的吸收明显多于软组织,所以,骨和软组织对低能量吸收的差异明显地高于对高能量吸收的差异。通过计算减去受测部位的软组织,得出相应的骨矿含量值。所测结果是皮质骨和小梁骨的骨密度总和,单位以g/cm2来表示,即通常所说的面密度。但DPA依赖于同位素,其结果受放射性同位素衰变等因素的影响,且扫描时间长,故目前已被 1987年后出现的双能 X线测量仪(dual X-ray absorptiometry, DXA)所取代。DXA主要不同于DPA之处在于通过X线源放射两种不同能量的射线。因X线管球的辐射量明显多于同位素的辐射量,且 X线的散射量也较少,所以DXA可明显地缩短扫描时间和改善测量的精确性和准确性。DXA现已成为目前国内、外骨密度测定的常用方法之一,并广泛地应用在临床药物研究和流行病学的调研中。常见的测量部位是腰椎和髓关节。正位腰椎测量感兴趣区包括椎体及其后方的附件结构。但其测量结果受腰椎的退行性改变(如椎体和椎小关节的骨质增生硬化等)和腹主动脉钙化影响。侧位腰椎测量感兴趣区仅限于椎体,故一定程度上消除了上述影响因素,但因侧位全椎体测量感兴趣区仍不可避免地包括椎体周围的骨质增生及硬化,故受其影响。椎体中部的测量其感兴趣区仅限于椎体的中部,这样可避免因发生在椎体上下缘的骨质增生和硬化等退行性改变的影响;又因其测量结构主要是推体的松质骨,故其结果与定量CT结果显著相关。但无论是侧位全椎体测量和椎体中部测量,其精确性均不如正位椎体测量,这主要是由于受测者侧卧位时,测量定位的准确性较差所致。近年来生产的C形臂DXA通过转动X线管球进行侧位扫描,这样受测者在仰卧位时即可测量腰椎侧位椎体的骨密度,测量的精确性明显地得到改善(达2%);且这种 C形臂的DXA也可同时摄取全脊柱侧位图像,图像的分辨率较高,可用于各椎体前、中、后的高度测量,这不仅有助于脊椎骨折的判定,而且大大减低被测者因摄X线片所接受的放射剂量。然而,C形臂DXA的X线束为扇形,常规DXA的X线束则为直线形,因此C形臂DXA虽扫描速度较快,但其通过扇形线束扫描出的面积不如常规DXA所测的面积准确。DXA的舰关节测量可分别测出股骨颈、大粗隆和Ward's三角区的骨密度。除Ward's三角区外,其测量的结果均为小梁骨和皮质骨的总和。尽管Ward's三角区的感兴趣区包括骨表面的骨皮质,但感兴趣区内的大部分是小梁骨,故测量结果主要反映的是小梁骨的情况。目前的研究结果表明股骨颈测量的精确性较高,而Ward' s三角区的测量对骨折的鉴别的敏感性较强,但测量的精确性较股骨颈差。   

    因脊椎椎体骨折是骨质疏松症的常见并发症,且是诊断的重要依据,故在DXA测量骨密度的同时又增测评估椎体压缩状况的机型改进也日趋受到关注。随DXA扇形线扫描速度加快和图像分辨率的改善,目前已有许多DXA机型可通过一次检查同时测量骨密度和评估胸腰椎侧位椎体形态和椎体压缩骨折的程度。因图像质量的明显改善,这种方法既可通过目视半定量判断椎体压缩骨折的程度,又能通过计算机定位进行椎体形态和椎体压缩的定量评估,因此可代替射线剂量相对较大的胸腰椎侧位X线片评估方法。

    (五)定量CT   

    上述方法的测量结果几乎均为松质骨和皮质骨的总和,且不是真正的体积密度。定量CT(quantitative computed tomography,QCT)可分别测量椎体的松质骨和皮质骨,也可测量二者总和的骨密度,但常见的是松质骨测量。此测量方法通过对腰椎(通常为Ll-4或L24)和其下方的参照体模(phantom)同时或分别扫描,然后在CT图像上将感兴趣区定在每个椎体中部层面的松质骨区小梁骨,经计算机处理分析可得出每个椎体松质骨的骨密度值,然后再进一步算出被测腰椎骨密度的平均值,单位以mg/cm 3表示。此结果反映的是真实的体积骨密度。因松质骨的表面和体积比值(surface-to-volume ratio)高,故其代谢转化率比皮质骨高8倍。因而选择性地测量松质骨的骨密度不仅可较早地反应体内骨矿含量变化,并可提高其鉴别脊椎骨折的敏感性。QCT测量又可分为单能QCT和双能QCT,单能QCT测量的准确性受椎体内脂肪含量等因素的影响,其测量结果常低于实际体内的骨矿含量。双能QCT虽可减少椎体内脂肪含量所带来的测量误差,但精确性不如单能QCT,且增加被测者的放射剂量,故目前仍处于研究试用阶段。近来也有作者用体内椎旁的肌肉和皮下脂肪作为参照物来测量椎体骨密度,试图以此取代QCT所用的参照体模,但其临床的实用性仍有待于进一步的研究。总之,虽然腰椎 QCT目前已被国内、外广泛地采用,且其松质骨的测量可较早地反映体内骨矿含量的变化,但因其设备庞大,费用高昂及被测者所受放射剂量较大,其测量上的应用受到一定程度的限制。   

    目前已有QCT体模厂家研制出新的软件用以测量股骨近端骨密度和类似DXA测量的腰椎的二维骨密度,其临床应用价值有待于证实。   

    周围骨QCT (peripheral quantitative com-puted tomography,pQCT)是近来发展出的又一骨密度测量仪,可分别测量挠骨远端皮质骨和松质骨及皮质骨和松质骨的总密度。其精确性分别可达0.9%,1.7%、和0. 8 %. pQCT测量的BMD与灰重高度相关(r = 0. 82) . Rico等研究表明挠骨皮质骨的BMD与总 BMD(即皮质骨和松质骨BMD之和)的相关性(r=0.95)明显高于小梁骨和总 BMD的相关性(r二0.62)。也有研究表明:pQCT所示的年龄性骨量丢失以挠骨皮质的丢失最为显著,这可能提示该部位的骨皮质BMD比小梁骨BMD更具有代表意义。目前pQCT仍处于研究试用阶段,其鉴别骨折能力的敏感性方面还有争议。

    (六)显微CT   
     

    骨质疏松所致的骨折与其骨结构的形态改变和几何分布密切相关,虽然组织学活检可观察并测量骨结构的状况,但活检测量毕竟是有创测量。随近年来C'I,技术的迅速发展和图像分辨率的提高,目前已可用显微CT (micro-CT)测量骨的细微结构,如对感兴趣区的骨小梁形态、厚度和几何构架等因素的分析等,使骨密度测定的研究更具形态化。虽然这种测量有助于骨结构的进一步研究,但这种测量的放射线剂量较大,故目前还多用于标本的测量。   
     

     (七)定量磁共振   

     目前国外也有关于应用定量磁共振(quan-titative magnetic resonance, QMR)进行骨质疏松测量方面的研究。因椎体是由骨组织和红、黄骨髓共同构成的,随年龄增长,不仅是椎体内骨矿含量减少,而且红骨髓也相应地减少,但黄骨髓相应地增加,以充填因骨小梁减少后所剩下的空间。正是由于骨密度和骨小梁的变化均与黄骨髓的变化呈反比,故QMR可通过其弛豫的参数来评估骨密度。骨小梁和骨髓的磁性明显不同,其磁力线的差异可导致组织内局部磁场的不均,并改变组织的弛豫时间。理论上讲,T2‘的变化直接与骨小梁的密度和其空间(立体)网状结构有关,骨髓内均匀的骨小梁越多,弛豫时间缩短得越明显。因此,正常人骨髓内骨小梁的T2‘弛豫时间明显短于骨质疏松者。另外,T2’的衰减在梯度回波序列上较自旋回波序列更为敏感。初步研究结果表明:T2’的倒数与骨密度和年龄相关。   

    另外,因显微CT放射线剂量较大,且MR影像分辨率明显改善,故许多学者还试图通过高分辨 MR影像进行骨结构上的定量分析。但目前MR在骨质疏松方面的研究仍处于研究阶段,其实用性还有待于进一步地评估。

    (八)定量超声

     Gilsanz等强调骨折的危险因素取决于两个方面:即骨的强度(strength)和骨的应力(stress),但主要是取决于骨的强度。骨的强度取决于骨的质和量(包括骨组织的密度、分布和大小),而骨的应力则取决于骨结构的几何分布和承重因素。上述介绍的各种骨矿含量测定方法都是通过骨组织对不同射线吸收或衰减后所换算的骨矿含量值。近年来又出现定量超声测量(quantitative ultrasound, QUS),其测量结果不仅与骨密度有不同程度的相关,更主要的是提供了反映骨应力方面的信息。此测量法是通过被测物体对超声波的吸收(或衰减),以及超声波的反射来反映被测物体的几何结构。   

    超声速度(speed of sound, SOS)是指超声波通过被测骨的直径或长度所经过的时间,单位是米/秒。SOS可反映骨的密度和骨的弹性因素,且与骨密度和骨弹性因素显著相关。Antich等提出超声反射速度(ultra-sound reflec-tion velocity),是指在某种角度测量其从骨表面反射回的最大振幅(amplitude)。尸体测量结果证明超声反射速度与 SOS之间的相关性较高。活体测量也已显示绝经前妇女尺骨头和尺骨干反射速度显著高于正常的绝经后妇女。超声波的衰减明显地取决于所选择的超声波频率,一般用于定量超声测量的为低频率,范围在200一600KH,其波宽衰减(broadband ultra-sound attenuation, BUA)的单位为 dB/MH,BUA是由骨密度和骨小梁的数目及其排列决定的。临床上常见的定量超声测量部位是跟骨,也可测量胫骨和骸骨等其他部位。目前国外有许多家公司生产定量超声仪,其不同公司仪器产品的SOS和 BUA精确性也明显不同,多数仪器跟骨测量的精确性SOS为0.3%一1.5%,BUA为0.9%一6.3%。虽超声测量无辐射、仪器价格较低,而且可获得除骨密度外影响骨折危险因素的其他信息,颇具研究潜力,但目前定量超声测量还不能取代已有的骨密度测量方法。   

    上述主要从骨质疏松症的诊断角度介绍了骨矿含量的测量方法,不同骨密度测量方法的主要参数见附表。诚然,许多部位骨矿含量测量也均有助于骨折危险性的评估和治疗的随访。在骨密度测量的疗效监测方面,如何合理地应用和评估其对疗效监测的作用将是未来的研究课题。生化指标可有助于危险性的评估,但其临床疗效观察的可行性尚需进一步研究。

    二、目前存在的主要问题

    (一)诊断标准问题   

    1994年世界卫生组织制定了白人女性骨质疏松症骨密度测量的诊断标准即:BMD或BMC在青年成人平均值的 1个标准差(stan-dard deviation, SD)之内者为正常;若在平均值的一1SD和一2.5SD之间者为骨量减少(os-teopenia) ;若低于一2.5SD者为骨质疏松;若低于一2.5SD、且伴有 1个部位以上的骨折者为严重骨质疏松。虽然男性骨质疏松症的骨密度测量的诊断标准尚未确立,但在目前的临床研究工作中,男性骨矿含量的测量在骨质疏松症诊断中也占有重要地位,并可参照上述女性的诊断标准。   

    虽然WHO已制定了上述标准,但实际工作中,国内、外均有报道依据上述标准判断时,骨质疏松组和正常组仍有一定程度的重叠,这也说明上述标准仍有待于完善。另扩外,在诊断中不能将骨密度钡」量绝对化,目前任何骨矿测量方法均有其局限性。可能因骨密度测量结果在骨质疏松症的众多危险因素中权重作用较大,故WHO选此作为诊断标准。如80岁妇女,仅从年龄和绝经史而不需作骨密度测量即可判断为骨质疏松,此时骨密度的测量可能不是用于诊断,而是为了进一步了解骨质疏松的程度和监测治疗后的变化。另外,个体骨密度的差异较大,许多的研究结论也多来自于群体的观察,故就某组群体来说骨密度值的测量意义较大,仅就个体来说,其骨密度值的测量意义仍有一定限度。   

    虽然目前均认为测量骨密度值评估骨折的意义与测量血压评估脑卒中的意义和测量血脂评估心肌梗死的意义相似,但正常人体的骨密度远不如正常体内血压那样稳定,人体骨密度因不同密度测量结果时,不宜将其过分地简单化。

    (二)质控问题   

    同血压相比,人体的骨密度差异较大,而众多厂家生产的骨密度仪也不尽相同,且各种骨密度仪均不如血压计那样稳定。因此,作者认为目前骨密度仪诊断骨质疏松还不能等同于血压计诊断高血压。人体的变异难以控制,测量仪的差异或漂移可以通过质控加以校正。个体自身骨密度仪的纵向质控也可依照生产厂家的说明书进行。目前,许多机构在做多中心或多地区的骨矿测量用于诊断和治疗随访的研究,但不同地区、不同厂家的骨密度仪如何参照对比是一直存在的问题,现还不能用一个固定的模式来解决这类问题,只有在做多中心研究同时进行横向质控才可在一定程度上解决。诚然,质控的研究无疑要增添费用和时间,这也是有些研究机构或厂家不愿投人的原因,但若要在目前骨密度仪繁多、差异较大的情况下,比较多中心或多地区的骨矿测量的诊治结果,质控势在必行。

    (三)骨密度仪的选择和应用问题

    应当指出的是,目前骨密度测量方法较多,所反映的骨内组织也不尽相同,而且受各种仪器本身测量的参数影响。尽管各种测量存在着相关性,但目前仍不能互相取代。WHO诊断骨质疏松的标准是以双能X线作为“金标准”,双能X线骨密度仪测量的首选部位是髓关节,特别是老年人意义更大,这主要是因为此部位骨密度值和骨质强度与影响骨折危险性的因素密切相关。另外,此部位骨折的临床意义也较大。然而,无论什么部位的骨密度减低均可增加其骨折的危险性,骨密度值每减少 1个标准差其骨折的危险性可增加5%。测量髓部骨密度预测骨折危险性可等同于测量血压预测卒中危险性。目前,因各厂家双能X线骨密度仪的差异及正常值范围不同等因素,所测的骨密度值尚不一致。诊断上应选用髓部骨密度的T值。定量超声和定量 CT有助于骨折危险性的评估,周围的双能X线骨密度测量和定量超声测量仅应用于评估其骨折的危险性,但不应选择T值用于诊断。   

    其他种类的骨矿测量方法也各有其特点,不宜将一种方法的结果去取代另一种方法的结果,如不能用腰椎正位 DXA的测量值去预估QCT值,或用QCT值去预估腰椎正位的DXA值。虽目前尚无一致定论哪种方法最好,但适当的方法选择和相应的解剖部位测量及评估仍很重要。如绝经后妇女因其骨质疏松是以代谢敏感的松质骨为主,故腰椎 QCT测量可更早地反映其骨丢失的变化;’肾性骨病主要是以四肢皮质骨丢失为主,其腰椎骨密度值可为低、正常甚至增高,这样选择前臂皮质骨的测量方法可能更有助于肾性骨病的骨量丢失的分析。总之,应仔细考虑所用测量方法和受测部位的特点加以分析。

     (四)骨密度报告的解释问题

    影响骨密度仪测量结果的主要因素有:扫描位置是否合适和感兴趣区的定位是否准确;诊断标准还有不完善之处,个体单次测量结果仍有限度;测量方法的局限性(如DXA腰椎测量结果受骨质增生等退行性病变的影响);骨密度仪可能不定期漂移等。   

    另外,也应结合其他非骨密度仪测量因素,如年龄、性别、绝经史、种族等因素。除直接分析所测骨密度值外,还可通过Z分数和T分数进一步评估骨折的危险性。总之,无论是从测量方法和测量部位的选择,还是从测量结果的分析等方面,都应考虑到每一步骤的特点及局限性,结合具体情况作出相应的判断。(表24一1)

     


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