骨質(zhì)疏松癥影像學(xué)診斷的研究現(xiàn)狀

宋飛鵬　張進(jìn)　郜璐璐等

[摘要] 骨密度（BMD）的測量是骨質(zhì)疏松癥診斷的主要依據(jù)，現(xiàn)階段測量骨密度的影像學(xué)方法有雙能光子骨密度儀（DXA）、定量CT（QCT）、定量超聲（QUS）、MRI、能譜CT等。本文將就各種方法的優(yōu)勢與劣勢進(jìn)行綜述。

[關(guān)鍵詞] 骨密度；體層攝影術(shù)；X線計(jì)算機(jī)；能譜成像；光密度測量法；X線；磁共振成像；定量超聲測定法； 骨質(zhì)疏松

[中圖分類號(hào)] R817.4 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673-9701（2014）11-0158-03

[Abstract] The measurement of bone mineral density（BMD） is the main basis for the diagnosis of osteoporosis. Radiologic techniques for measuring bone mineral density（BMD） include dual X-ray absorptiometry （DXA）， quantitative computed tomography（QCT）， quantitative ultrasound（QUS）， MR imaging， spectral CT and so on. Advantages and disadvantages of radiologic techniques are reviewed in this paper.

[Key words] Bone mineral density； Tomography； X-ray computed； Spectral imaging； Densitometry； X-ray； Magnetic resonance imaging； Quantitative ultrasound technique；Osteoporosis

隨著人均壽命的提高，我國已提前進(jìn)入老齡化社會(huì)，且擁有龐大的老齡人口數(shù)。原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥是老年人、特別是絕經(jīng)后老年婦女的一種常見病、多發(fā)病，由骨質(zhì)疏松引起的骨折不僅給患者及其家庭帶來沉重的負(fù)擔(dān)，也對(duì)社會(huì)造成一定的負(fù)擔(dān)。因此，骨質(zhì)疏松癥（OP）的診斷及其預(yù)防和治療就顯得非常必要。骨礦物質(zhì)含量（bone mineral content，BMC）和骨礦物質(zhì)密度（bone mineral density，BMD）是評(píng)價(jià)骨量的兩項(xiàng)指標(biāo)，BMC和BMD的降低與骨質(zhì)疏松性骨折直接相關(guān)[1]，而BMD的減少是發(fā)生骨折的一個(gè)重要的決定性因素[2]。BMD的值可以準(zhǔn)確反映骨組織的數(shù)量，故BMD值可以用來反映早期骨質(zhì)疏松癥患者骨骼中骨量的變化情況。目前，常見的方法有雙能X線吸收測定儀（DXA）、定量CT（QCT）、定量超聲骨密度儀（QUS）、磁共振成像（MRI）、能譜CT等，但不同儀器對(duì)BMD測量的原理不同，且各有其優(yōu)缺點(diǎn)。

1 DXA對(duì)BMD測量的原理及其價(jià)值

DXA為骨密度測量的金標(biāo)準(zhǔn)[3]，因此在臨床中應(yīng)用最為廣泛。其原理為X射線透過人體組織，不同的組織對(duì)X 線吸收量不同，低密度的組織吸收的X線少，高密度的組織吸收的X線多。如果有高低兩種不同能量的射線穿過相同密度的組織，組織對(duì)這兩種能量射線的吸收是不同的，低能射線被組織吸收的少，高能射線被組織吸收的多。在低能量時(shí)，骨骼的衰減比軟組織的衰減程度更大，因此，可區(qū)分兩種組織：骨骼（羥基磷灰石）和軟組織。在高能量時(shí)，骨骼與軟組織的衰減是相等的。雙能X線就是利用兩種不同能量的X射線，得出兩種不同光子能量下的衰減曲線。再經(jīng)過一系列運(yùn)算和轉(zhuǎn)換，得出骨骼中羥基磷灰石的含量（g/cm2），即為BMD。

雙能X 線骨密度儀可測定脊椎、股骨以及全身骨量，具有掃描時(shí)間短、精密度與準(zhǔn)確度高、患者受照劑量低等優(yōu)勢， 是目前臨床工作中測量骨密度、預(yù)測骨質(zhì)疏松癥患者骨折發(fā)生概率的準(zhǔn)確而有效的放射學(xué)技術(shù)手段， 已在很多地區(qū)的綜合醫(yī)院中廣泛使用。盡管擁有以上優(yōu)點(diǎn)，但其不足之處仍然不容忽視。DXA是面密度測量，所測量的骨密度是區(qū)域骨礦密度（BMDa），所得數(shù)值是皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的總和，并不能將二者區(qū)分開來，而大部分老年骨質(zhì)疏松癥患者中出現(xiàn)骨質(zhì)增生、骨贅形成、小關(guān)節(jié)退變或硬化、終板硬化等退行性改變都會(huì)影響DXA測量的BMD值[4]，使其值偏高，影響了對(duì)患者骨質(zhì)疏松癥的診斷，反而可能延誤了病情，錯(cuò)過治療時(shí)間，造成病理骨折的后果。并且骨質(zhì)疏松的早期骨量變化首先發(fā)生在松質(zhì)骨，松質(zhì)骨代謝轉(zhuǎn)換率是皮質(zhì)骨的8倍，對(duì)各種刺激反應(yīng)更為敏感，因此可反映骨質(zhì)疏松癥治療過程中的變化[5]，很顯然DXA并不能真實(shí)反映此變化。

2 QCT對(duì)BMD測量的原理及其價(jià)值

1982年Genant和Cann研制出QCT測量骨密度這一方法。QCT可以將椎體的松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨的BMD分別測量，也可以測量二者之和，但對(duì)松質(zhì)骨BMD測量最為常見和廣泛。此測量方法需要預(yù)先在掃描床上放置一參照體模，體模一般選用羥基磷灰石（HAP）體模，然后對(duì)病人腰椎（通常為L1～4）和其背部下方的體模（phantom）按事先設(shè)定好的骨密度測量模式同時(shí)進(jìn)行掃描[6]，然后在工作站進(jìn)行進(jìn)入骨密度測量軟件行后處理時(shí)，選擇每個(gè)椎體中部層面的松質(zhì)骨區(qū)域作為感興趣區(qū)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理分析就可得出每個(gè)椎體松質(zhì)骨的骨密度值（單位為mg/cm3），然后在四個(gè)椎體骨密度值均測量得出的時(shí)候求平均值即進(jìn)一步得出被測腰椎骨密度的平均值，此測量結(jié)果反映的是病人腰椎體真實(shí)的體積骨密度。因椎體中松質(zhì)骨的骨骼代謝轉(zhuǎn)化率高于皮質(zhì)骨，因此選擇性地測量松質(zhì)骨的骨密度不僅可以早期及時(shí)地反映椎體內(nèi)骨礦含量變化，也可提高其鑒別脊椎骨析的敏感性。需要指出的是，QCT又有單能QCT（SEQCT）和雙能QCT（DEQCT）兩種。單能QCT測量骨密度的準(zhǔn)確性容易受椎體內(nèi)脂肪成分等因素的影響，導(dǎo)致其測量結(jié)果常低于實(shí)際體內(nèi)的骨礦含量。雙能QCT雖然可以減少椎體內(nèi)脂肪成分所帶來的測量誤差，但在精確性方面不如單能QCT高，且被測者受照射劑量較高，故目前仍處在研究試用階段。綜上所述，腰椎QCT作為骨密度的一種測量技術(shù)也已被國內(nèi)、外廣泛地采用，其對(duì)BMD測量的準(zhǔn)確性已經(jīng)得到了很多學(xué)者的共識(shí)，但因其設(shè)備體積大，不方便搬運(yùn)，檢測費(fèi)用昂貴，患者受照射劑量較大[7]以及為維護(hù)儀器準(zhǔn)確性所需的頻繁校正[8]，使其對(duì)BMD測量的臨床應(yīng)用受到一定程度的制約。而且在計(jì)算機(jī)后處理時(shí)需人工繪制感興趣區(qū)，這就會(huì)不可避免地造成一定的誤差，對(duì)測量結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。endprint

3 QUS對(duì)BMD測量的原理及其價(jià)值

定量超聲是利用被測量骨骼對(duì)超聲波的衰減以及反射來反映骨質(zhì)密度的變化，其測量結(jié)果不僅和BMD相關(guān)，還可以反映骨骼力學(xué)方面的情況。在日常臨床實(shí)踐中，QUS常見的測量部位是跟骨和髕骨，也可以測量橈骨等其他部位來反映受檢者骨密度信息。聲速（SOS）和寬帶超聲衰減（BUA）是QUS測量最常用的的兩個(gè)參數(shù)，以此二者為基礎(chǔ)還可以計(jì)算出其他的參數(shù)來進(jìn)一步完善對(duì)骨密度測量的評(píng)估。有研究表明，SOS主要與跟骨松質(zhì)骨BMD有顯著相關(guān)性，BUA與跟骨骨強(qiáng)度之間有較強(qiáng)的相關(guān)性[9]。因此，QUS可以在一定程度評(píng)估患者的骨質(zhì)疏松情況，為患者的診斷及治療提供幫助。雖然定量超聲法具有攜帶方便、價(jià)格便宜、無創(chuàng)傷、無輻射損害、短期精準(zhǔn)度良好[10]等優(yōu)點(diǎn)，但其測量的骨密度不是真正的骨礦含量，而是利用不同參數(shù)來間接反映被測部位骨量的變化情況，而且現(xiàn)階段超聲儀器種類較多、質(zhì)控不完善，尚未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化程度，沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此定量超聲在臨床中的應(yīng)用并不廣泛。

4 MRI對(duì)BMD測定的原理及其價(jià)值

骨質(zhì)疏松癥患者椎體中骨礦含量和紅骨髓含量會(huì)降低，而含脂肪成分較多的黃骨髓會(huì)相應(yīng)增加，即骨礦含量與黃骨髓含量是成反比的。MRI作為一種多序列多參數(shù)成像，其對(duì)脂肪的高度敏感性使其可以通過測定椎體內(nèi)黃骨髓的含量來間接反映椎體內(nèi)骨密度的變化情況，已有文獻(xiàn)報(bào)道[11]，高分辨MR T2弛豫時(shí)間對(duì)骨質(zhì)疏松癥的診斷具有較高價(jià)值，也有學(xué)者[12]通過MRS評(píng)估椎體骨髓情況來間接評(píng)估骨髓的變化對(duì)骨密度的影響。MRI對(duì)鈣化及骨皮質(zhì)不敏感，有學(xué)者[13]通過超短回波磁共振成像對(duì)骨皮質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，取得了一定的成果。由上得知，MRI可以作為骨質(zhì)疏松癥診斷的一個(gè)有效補(bǔ)充，但其對(duì)OP的研究仍然處在實(shí)驗(yàn)階段，部分理論并不成熟，部分序列和參數(shù)還需要進(jìn)一步的評(píng)估與論證，同時(shí)MRI檢查的較多禁忌證及昂貴的費(fèi)用也限制了其在骨質(zhì)疏松癥診斷中的應(yīng)用。

5能譜CT的原理及在BMD測量中的應(yīng)用

2009 年出現(xiàn)的以瞬時(shí)雙kVp 為核心技術(shù)的CT能譜成像（GSI），為現(xiàn)今其廣闊的臨床應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)研究創(chuàng)造了可能。其原理是人體組織對(duì)X線的吸收會(huì)依據(jù)受照X 線的能量變化而變化，即不同能量的X線在人體會(huì)有不同的吸收和衰減，而任何組織和物質(zhì)都有其對(duì)X線衰減的特征吸收曲線，并且任何組織和物質(zhì)對(duì)X 線的吸收系數(shù)可由其他任意兩種基物質(zhì)的X 線吸收系數(shù)來表現(xiàn)，常見的基物質(zhì)有鈣、水、碘、血、骨、脂肪等，這些基物質(zhì)的衰減系數(shù)是相互不一致的[14]，在臨床或科研工作中，可根據(jù)實(shí)際遇到的不同情況，采用不同的基物質(zhì)進(jìn)行分析和測量。能譜CT的能譜成像技術(shù)已在去硬化偽影、腫瘤診斷及鑒別診斷、物質(zhì)分離和定量分析[15-17]等方面取得一定成果。其中物質(zhì)分離可以生成新的基物質(zhì)密度圖像如水、鈣、碘等。能譜CT的這一能力為其在骨密度測量中的作用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在能譜CT的GSI掃描模式下，采用鈣-水這一基物質(zhì)對(duì)，可以得到掃描范圍內(nèi)椎體的任意層面任意區(qū)域的鈣（水）密度值。國內(nèi)陳靖等[18]研究表明，能譜CT基物質(zhì)成像技術(shù)采用鈣（水）密度時(shí)，該密度與年齡相關(guān)，并且與DXA測量所得BMD值呈正相關(guān)（r=0.835， P<0.05）。該測量方法準(zhǔn)確，可以避免其他組織及骨皮質(zhì)的干擾，而且計(jì)算機(jī)后處理時(shí)可以保證每一椎體感興趣區(qū)大小的絕對(duì)一致，減少不必要的誤差。

雖然由于寶石能譜CT設(shè)備的普及率不高以及存在患者受照射劑量較高等不足，該方法尚不能像DXA那樣適用于大規(guī)模的人群骨質(zhì)疏松的篩查，但是可以在患者行胸部或腹部GSI掃描的同時(shí)進(jìn)行骨密度的測量，有相關(guān)研究表明[19]，胸椎體的BMD值與腰椎體的BMD值存在顯著的正相關(guān)性，在一定程度上可以評(píng)估腰椎骨密度情況，因此在行胸部GSI掃描時(shí)可以同時(shí)進(jìn)行胸椎體BMD測定。也可以對(duì)單一椎體進(jìn)行分析測量，以減少患者接受的輻射劑量。在臨床上有很多疾病需要通過準(zhǔn)確的BMD值來進(jìn)行診斷及療效的觀察，在這些領(lǐng)域?qū)毷茏VCT就會(huì)展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢。例如，相關(guān)一些研究表明，對(duì)全關(guān)節(jié)置換術(shù)患者假體鄰近骨骨密度變化盡早監(jiān)測并給予及時(shí)的干預(yù)，對(duì)術(shù)后延長人工關(guān)節(jié)的使用壽命、預(yù)防松動(dòng)是十分重要的[20，21]。在口腔醫(yī)學(xué)中，對(duì)頜骨骨密度進(jìn)行測量評(píng)估不僅有利于早期骨代謝性疾病、牙周疾病的診斷和治療，而且對(duì)于口腔種植手術(shù)治療計(jì)劃的擬定和術(shù)后成功率的估計(jì)也是十分重要的[22]。相信隨著寶石能譜CT的普及和廣泛應(yīng)用以及未來大樣本的實(shí)驗(yàn)研究論證，該方法會(huì)受到臨床越來越多的重視。

總之，上述介紹的影像學(xué)方法均各有其優(yōu)勢及不足，我們在臨床工作中還需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)室檢查來輔助完善骨質(zhì)疏松癥的診斷，例如檢測血生化指標(biāo)、骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物、骨腫瘤標(biāo)志物、骨代謝激素等，這些實(shí)驗(yàn)室檢查對(duì)于早期骨質(zhì)疏松癥的診斷同樣是不可或缺的，相信隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展，骨質(zhì)疏松癥的診斷會(huì)得到進(jìn)一步的完善。

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（收稿日期：2014-02-13）endprint