基于髖部和脊柱定量CT有限元分析在成人骨質(zhì)疏松癥診治中的臨床應(yīng)用2015年國際臨床骨密度學(xué)會(ISCD)官方共識(第二部分)

查云飛

武漢大學(xué)人民醫(yī)院放射科，湖北 武漢 430060

引言

本文為定量CT(QCT)工作組報告的第二部分，陳述了QCT臨床應(yīng)用的演進(jìn)，并為國際臨床骨密度學(xué)會(ISCD)新的官方意見提供了相關(guān)證據(jù)。本部分重點(diǎn)闡述了基于定量CT有限元分析(FEA)骨強(qiáng)度評估的臨床價值，并介紹 ISCD對FEA新的官方立場。第一部分介紹了髖部QCT的臨床應(yīng)用價值，第三部分基于體素/張量的形態(tài)學(xué)分析、統(tǒng)計(jì)學(xué)參數(shù)圖等先進(jìn)方法。第三部分還論述了如何從獲得的CT掃描獲得可靠的骨密度(BMD)信息，以解決除了骨質(zhì)疏松癥之外的診斷問題(比如CT掃描通常不使用標(biāo)準(zhǔn)QCT應(yīng)用中使用的掃描內(nèi)標(biāo)定模型)?；贔EA的骨強(qiáng)度測量的臨床應(yīng)用已在之前的文章中簡要討論過，但自那時以來，又發(fā)表了大量的臨床研究，鞏固并進(jìn)一步證明了將整體幾何結(jié)構(gòu)和局部骨密度整合到脊柱、髖部或前臂骨強(qiáng)度計(jì)算中FEA的價值。

FEA方法學(xué)概述

有限元(FE)法常用于機(jī)械工程中，以計(jì)算剛度、強(qiáng)度以及受外力影響的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)變和應(yīng)力。常有人將骨骼比喻為老式的鋼橋，因?yàn)樗c骨小梁結(jié)構(gòu)有驚人的相似性。因此，F(xiàn)EA被用來模擬骨骼的力學(xué)行為、提高保真度已經(jīng)40余年。計(jì)算由最終可能導(dǎo)致骨折的外部載荷引起的骨內(nèi)應(yīng)變和應(yīng)力的復(fù)雜問題，可通過創(chuàng)建具有已知材料屬性的元素網(wǎng)格來解決，在局部和整體上均衡力和力矩。大多數(shù)用于骨骼分析的FEA軟件仍處于試驗(yàn)階段，但VirtuOst軟件(ON Diagnostics，Berkley，CA)最近獲得美國食品和藥物管理局(FDA)的批準(zhǔn)，用于鑒別骨折風(fēng)險患者和隨訪治療效果。

在骨骼方面，μFE模型不同于均勻FE模型，前者需要高空間分辨率圖像，以便顯示僅含有骨骼材料的網(wǎng)格元素。然而在脊柱和髖關(guān)節(jié)中，高分辨率在活體是無法實(shí)現(xiàn)的，為了說明這一點(diǎn)，圖1選用的是橈骨遠(yuǎn)端。從全身臨床CT掃描獲得的QCT圖像上應(yīng)用均勻的FE模型進(jìn)行后處理。在整個椎體或髖部應(yīng)用網(wǎng)格分析技術(shù)，使得其在單位毫米的圖像內(nèi)同時包含有礦化骨和骨髓。均勻化(homogenization)這一術(shù)語用于表示確定骨髓混合物特性的平均化過程，是FE分析的基本輸入?yún)?shù)。

通過雙能量X射線吸收測定法(DXA)測量面積骨密度(aBMD)，通過QCT測量體積骨密度(vBMD)和通過骨強(qiáng)度的FE分析預(yù)測衰竭的可行性已經(jīng)被許多體外研究在骨骼標(biāo)本中所證實(shí)。對于這些研究的闡述，骨強(qiáng)度在物理參數(shù)中被明確定義為一種施加在骨骼上導(dǎo)致其位移并最終骨折的力。力-位移曲線(force-displacement curve)的斜率被定義為剛度。曲線上能達(dá)到的最大力Fu表示破壞骨骼所需的極限力(也稱為極限載荷或破壞載荷)。最大力Fu點(diǎn)的曲線下的面積(AUC)表示產(chǎn)生骨折所需的能量。強(qiáng)度(Strength)是一個更常應(yīng)用于材料研究而非結(jié)構(gòu)研究的概念，但在后一種研究中，它是極限載荷的同義詞，并且是最常被報道的FE結(jié)果變量。極限載荷隨著骨骼體積的增加而增大，但較大的骨骼通常必須在生理和病理載荷條件下(例如跌倒)支持更大的重量。對于均勻材料(例如一處均勻變形的骨小梁)，力-位移曲線可以被轉(zhuǎn)換成應(yīng)力-應(yīng)變曲線(stress-strain curve)，其中應(yīng)力被定義為施加的力除以樣本的抵抗面積。應(yīng)力和應(yīng)變之間的線性關(guān)系的斜率表示楊氏模量(Young’s modulus)。破壞材料所需的最大應(yīng)力稱為極限強(qiáng)度。應(yīng)力應(yīng)變曲線下的面積具有單位體積能量密度的物理意義。楊氏模量、最大應(yīng)力和能量密度是材料的固有性質(zhì)，與形狀無關(guān)。而相反，極限力和剛度是與外形有關(guān)的結(jié)構(gòu)特性參數(shù)。

材料和結(jié)構(gòu)變量的不同對應(yīng)用于計(jì)算骨強(qiáng)度的成像技術(shù)有著重要的影響。例如，QCT或者DXA測量的骨礦物質(zhì)含量(BMC)像結(jié)構(gòu)特性一樣是一個外延變量，因?yàn)楣趋荔w積越大，包含的礦物質(zhì)就越多而且越堅(jiān)硬。相反，QCT測量的vBMD是一個與材料特性(如極限強(qiáng)度或極限模量)相一致的內(nèi)涵變量，因?yàn)関BMD本質(zhì)上是獨(dú)立于骨骼大小的。因此，當(dāng)與QCT所測得的vBMD相關(guān)聯(lián)時，極限載荷或剛度應(yīng)當(dāng)調(diào)整其大小。有趣的是，aBMD與結(jié)構(gòu)特性相關(guān)性更好，這很可能是因?yàn)镈XA能利用單投影并提供面積密度來部分調(diào)整大小?；旌献兞縜BMD的強(qiáng)度預(yù)測水平取決于解剖部位、載荷配置以及特定的樣品采集區(qū)域。

一些脊柱和股骨的體外研究結(jié)果顯示DXA、QCT、FE的結(jié)果與骨的結(jié)構(gòu)特性有著很好的相關(guān)性(r=0.6-0.9)。表1顯示的是胸腰椎和髖部在典型的骨折-負(fù)重狀態(tài)下FE研究的概述。在大多數(shù)研究與骨破壞性載荷相關(guān)或有預(yù)測作用的成像技術(shù)中，QCT的預(yù)測性較DXA略好。在椎體研究中，F(xiàn)E方法預(yù)測骨骼負(fù)載失效或表觀極限強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出最高的相關(guān)性和最低的誤差，但決定系數(shù)并不總是明顯高于QCT變量。

按尺寸校正的骨骼形態(tài)或本質(zhì)特性、按vBMD校正的骨質(zhì)量、按面積校正的外力(表觀應(yīng)力)以及按身高校正的位移(表觀拉伸)，吸引人們從關(guān)注骨強(qiáng)度轉(zhuǎn)移到關(guān)注依賴外加負(fù)荷和患者體重的骨折風(fēng)險?；诤唵蔚牧烤V分析，也有人認(rèn)為不同于最大受力，最大壓力基本獨(dú)立于骨的大小和重量，因此它可提供一個更為客觀的骨折危險因素。

體外實(shí)驗(yàn)的陽性結(jié)果為流行病學(xué)研究脊柱和髖部均一性FE分析的使用提供了堅(jiān)實(shí)的依據(jù)，用以確定骨強(qiáng)度或預(yù)測脊柱及髖部骨折或確定骨強(qiáng)度隨著年齡的變化以及相關(guān)治療。然而，現(xiàn)在被用于估算骨強(qiáng)度的FE技術(shù)方法仍然有一些限制，這些限制大致被分為3類。

幾何結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格

QCT評價骨結(jié)構(gòu)的分辨率有限。在這種情況下，脊柱和髖關(guān)節(jié)的致密骨往往比圖像體素尺寸要薄。雖然有效的算法可以分割髖關(guān)節(jié)骨皮質(zhì)，但同時評估皮質(zhì)厚度和孔隙度仍然是一個重大的挑戰(zhàn)。

用于脊柱和髖關(guān)節(jié)的FEA網(wǎng)格技術(shù)主要有兩種，一是忽略皮質(zhì)和骨小梁區(qū)別的體素網(wǎng)格技術(shù)，二是包括可變或恒定厚度致密層的平滑網(wǎng)格技術(shù)。前者使用相同的關(guān)系將材料屬性分配給致密骨和骨小梁，而后者則為每個分隔間使用不同的關(guān)系。固定骨皮層厚度的建模方法提高了椎體內(nèi)FE預(yù)測的準(zhǔn)確性。令人驚訝的是，在髖關(guān)節(jié)中加入骨皮質(zhì)似乎并沒有對椎體的強(qiáng)度預(yù)測產(chǎn)生同樣的影響。這很可能歸因于部分容積偽影、圖像分割質(zhì)量以及每個分隔所使用的材料模型。總的來說，當(dāng)單元尺寸縮小時，F(xiàn)E分析解決邊界值問題必須集中在一種分析解法

材料特性

骨骼是一種具有多維度、非均質(zhì)、各向異性和彈性特征的材料，能承受即時的塑性變形和損傷。然而，在基于QCT的有限元模型中，只有vBMD用來決定密質(zhì)骨和骨小梁的物質(zhì)特性，受很多因素的影響：

1. 縱向研究中，在細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)水平，骨組織的成分與解剖部位、性別、年齡、時間無關(guān)。定量背散射電子成像研究也證實(shí)這一觀點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)在同一解剖部位的健康骨組織具有相似的鈣含量分布。另外一項(xiàng)壓痕實(shí)驗(yàn)也提示成人椎體ECM的平均楊氏模量與年齡和性別無關(guān)。然而，隨著年齡增加，骨的微損傷增加，骨的韌性相應(yīng)地減低。某些特殊疾病如成骨不全等，會改變ECM的物質(zhì)特性，這種情況應(yīng)該在FEA中加以考慮。

2. 在骨小梁結(jié)構(gòu)水平，骨的機(jī)械性能完全由骨的體積分?jǐn)?shù)決定。所謂的結(jié)構(gòu)是指骨小梁的各向異性及方向。假設(shè)結(jié)構(gòu)相似的骨組織具有相同的平均鈣含量分布，那么我們就可以從vBMD中估測出骨體積分?jǐn)?shù)。一些研究利用QCT圖像估測骨小梁結(jié)構(gòu)，但收效甚微，其原因與臨床CT圖像的空間分辨率不高有關(guān)。

3. 在FE分析中，骨骼vBMD和機(jī)械性能之間的關(guān)系，與解剖結(jié)構(gòu)、性別、年齡、疾病無關(guān)。由于骨構(gòu)造的不同，vBMD單獨(dú)使用時常需要區(qū)別不同載荷情況下的不同參數(shù)。顯然，骨質(zhì)疏松并不改變體積分?jǐn)?shù)、結(jié)構(gòu)和性能間的關(guān)系，但其他骨骼疾病的影響不能排除在外，還需要進(jìn)行調(diào)查研究。

4. 皮質(zhì)骨的性能通常由松質(zhì)骨推斷得來，這使得椎體或髖關(guān)節(jié)的測量值不能準(zhǔn)確匹配。

5. 利用線性FE分析，骨結(jié)構(gòu)的剛度常與強(qiáng)度具有良好的相關(guān)性。但是，總的來說，非線性分析可提供更好的強(qiáng)度結(jié)果。

總之，骨的物質(zhì)特征對載荷率及周期數(shù)敏感。如：髖關(guān)節(jié)骨折好發(fā)于碰撞，而椎體骨折常源于疲勞。大多數(shù)FEA專注于準(zhǔn)靜態(tài)單調(diào)加載，而載荷率和周期數(shù)的參數(shù)校正將結(jié)果進(jìn)行標(biāo)化，并保存于不同個體間的相對骨強(qiáng)度。

載荷情況

對有限元模型進(jìn)行驗(yàn)證的體外實(shí)驗(yàn)經(jīng)常受到的質(zhì)疑是，它們并不代表真實(shí)的患者在現(xiàn)實(shí)生活中的載荷情況。在活體內(nèi)受到外力的大小和方向，特別是在特定的跌倒中，只能進(jìn)行粗略估計(jì)，從而影響骨強(qiáng)度結(jié)果的計(jì)算。這個問題是真實(shí)存在的，但是這些體外實(shí)驗(yàn)的目的并不是完全符合個體的實(shí)際情況，而是要對具有代表性的解剖學(xué)和負(fù)荷模式進(jìn)行基于QCT的FEA驗(yàn)證。為了解決這一問題，有研究在多種載荷條件下進(jìn)行FEA，如脊柱軸向壓縮、前屈和扭轉(zhuǎn)，以及臀部的不同姿勢和墜落場景的模擬，初步結(jié)果表明，負(fù)荷與椎體剛度值高度相關(guān)。最近發(fā)表的一項(xiàng)針對步行和爬樓梯的髖關(guān)節(jié)個體化載荷情況首次進(jìn)行了FEA研究。這種有限元模型的精化對骨折風(fēng)險預(yù)測的收益還不清楚，仍需要進(jìn)一步調(diào)查。受到其他力學(xué)領(lǐng)域的啟發(fā)，工程師們也開始研究骨骼和關(guān)節(jié)的隨機(jī)載荷，以解釋骨骼力和力矩的意外變化，這樣可能有助于制定更好的統(tǒng)計(jì)學(xué)策略來評估未來的骨折風(fēng)險。

綜上所述，QCT的FEA是基于力學(xué)的基本原理，結(jié)合患者的個體情況和通用特性，計(jì)算出臨床相關(guān)負(fù)荷下的骨力學(xué)性能。準(zhǔn)靜態(tài)骨強(qiáng)度是關(guān)鍵的結(jié)果變量，不應(yīng)與已經(jīng)包含在有限元模型精化中的形態(tài)學(xué)性質(zhì)相結(jié)合。體外實(shí)驗(yàn)是未來在皮質(zhì)厚度和材料性能方面進(jìn)行改進(jìn)測試的金標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)報道，使用體素模型對椎體和髖關(guān)節(jié)的準(zhǔn)確性約為15%(均方根誤差)。參考更多臨床病例的具體負(fù)荷情況將有助于提高FEA的準(zhǔn)確性，以達(dá)到預(yù)測骨折風(fēng)險目標(biāo)。盡管同質(zhì)FEA的精度主要依賴于QCT圖像采集、校準(zhǔn)和處理的精度。然而，骨強(qiáng)度的變異系數(shù)可能會被vBMD與材料特性的非線性關(guān)系所放大。由于體素有限元模型的生成可以完全自動化，只有更復(fù)雜的四面體或六面體網(wǎng)格與皮質(zhì)的識別可能會適度影響FEA的精度。

以下部分，我們將陳述對FEA的ISCD官方共識。

ISCD官方共識

對髖部和腰椎FEA的官方共識

在以下各節(jié)中，脊柱和髖關(guān)節(jié)的FEA分別指椎體或股骨強(qiáng)度。

FEA可以用于骨折風(fēng)險評估嗎？

ISCD官方共識

基于QCT的FEA可評估骨強(qiáng)度來預(yù)測絕經(jīng)后婦女椎體骨折。

等級：Fair-B-W

基于QCT的FEA評估椎體強(qiáng)度，與脊柱DXA一樣，可預(yù)測老年男性椎體骨折。

等級：Fair-B-W

基于QCT的FEA評估股骨強(qiáng)度，與髖部 DXA一樣，可預(yù)測絕經(jīng)后婦女和老年男性髖部骨折。

等級：Fair-B-W

理由：在男性中，腰2椎體強(qiáng)度的標(biāo)化風(fēng)險比(standardized hazard ratio，HR)要高于腰1-腰4椎體的雙能X線吸收測定法(DXA)aBMD值。在女性中，腰2椎體強(qiáng)度的比值比(odds ratio，OR)要高于腰2椎體的vBMD。與脊柱aBMD相似，其他兩項(xiàng)女性研究亦顯示，區(qū)分椎體骨折時，AUC值較大或強(qiáng)度參數(shù)相關(guān)性較高。

在男性中，MrOs研究中髖部強(qiáng)度的HR要高于DXA的aBMD值。大部分研究表明，在女性中，F(xiàn)EA對髖部骨折的鑒別能力與股骨總 aBMD 或 vBMD 測量結(jié)果一致。從體外生物力學(xué)測試來看，相較于DXA 的aBMD，F(xiàn)EA對于脊椎和髖關(guān)節(jié)破壞載荷是一個比較好的替代方法。除了相關(guān)性之外，F(xiàn)EA可以為任何載荷情況提供定量估算。

討論：體外研究表明，F(xiàn)EA的使用可預(yù)測脊柱和髖骨骨折。當(dāng)判斷脊椎的破壞載荷時，脊柱的FEA優(yōu)于DXA的脊柱aBMD且優(yōu)于或相當(dāng)于QCT脊柱vBMD。當(dāng)預(yù)測髖關(guān)節(jié)的破壞載荷時，髖關(guān)節(jié)FEA優(yōu)于或相當(dāng)于DXA的髖關(guān)節(jié)aBMD，優(yōu)于QCT髖關(guān)節(jié)vBMD或骨礦含量。FEA和QCT測量方法必須具有可比性，即整個髖關(guān)節(jié)測量而不是僅測量股骨頸部，整個椎體測量而不是僅測量中央小梁部分。

與體外研究結(jié)果相同，在體研究中DXA和FEA預(yù)測或鑒別脊椎骨折，再次強(qiáng)調(diào)了DXA投影成像的局限性。一項(xiàng)對老年男性的隊(duì)列研究中，整個椎體極限載荷和BMD積分的HR和AUC要明顯高于DXA的aBMD。日本女性的脊柱研究中也得出相似的結(jié)論，但并未給出具體的AUC值。FEA計(jì)算的危險值或OR的置信區(qū)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于DXA的置信區(qū)間，因此，這兩種技術(shù)間點(diǎn)估計(jì)值差異可能無法達(dá)到顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

在髖部兩者的數(shù)值差異是非常小的，但這種差異是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義卻鮮有報道。在回顧性分析中，髖部FEA的極限載荷提高了骨折預(yù)測的準(zhǔn)確性，但與DXA相比略有差異。有趣的是，在研究中，發(fā)現(xiàn)髖部骨折和股骨近端骨折之間的關(guān)聯(lián)存在性別差異，但DXA測量的髖部aBMD預(yù)測髖部骨折并無性別差異。在一項(xiàng)流行病學(xué)研究中，比較了髖部骨折的DXA、QCT和FEA在男性和女性中的OR值，該值不依賴于脊柱、髖部、橈骨或肱骨等各種骨質(zhì)疏松骨折類型，OR值在vBMD最高而在aBMD則最低，但兩者的置信區(qū)間大部分重疊。目前，支持FEA用于骨折預(yù)測的體內(nèi)研究數(shù)量太少，仍存在爭論，但離體的生物力學(xué)研究卻強(qiáng)烈支持這一證據(jù)。雖然骨強(qiáng)度(或BMD)與體外測量的破壞載荷的相關(guān)性高于體內(nèi)骨折的相關(guān)性，但實(shí)際的跌倒情況并不能夠被完全模擬?；隗w外數(shù)據(jù)表明，有限元模擬的極限骨強(qiáng)度可能優(yōu)于DXA測量的aBMD。

FEA可以用于診斷骨質(zhì)疏松癥嗎?

ISCD官方共識

如果應(yīng)用當(dāng)前WHO推薦的T值，F(xiàn)EA并不能用于診斷骨質(zhì)疏松癥。

等級：Good-A-W

理由：WHO對于DXA的診斷分類定義具有排他性。因此，除DXA以外的技術(shù)缺乏等效分類，并不是這些技術(shù)的問題，而是WHO分類缺陷所致。由于少量流行病學(xué)數(shù)據(jù)被DXA所采用，這種歷史局限性在當(dāng)時是可以理解的。

討論：其他非DXA技術(shù)都存在相同的問題，如脊柱或髖部的QCT。WHO診斷標(biāo)準(zhǔn)的具有一定的局限性，例如確定骨折風(fēng)險高的受試者卻未被診斷為骨質(zhì)疏松癥或骨質(zhì)減少癥?；谄渌敲芏葴y量技術(shù)的診斷標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被討論過。我們重點(diǎn)關(guān)注用于脊椎和髖部的QCT或FEA。

一般來說，大多數(shù)的替代標(biāo)準(zhǔn)都是基于骨折預(yù)測相關(guān)的受檢者特征曲線(ROC)。具體診斷的標(biāo)準(zhǔn)要求在ROC上選擇一個確定的點(diǎn)，或者是一個明確的敏感性-特異性或AUC閾值。在密度測量技術(shù)中，不基于ROC分析這種方法是諸技術(shù)之間風(fēng)險梯度差異的原因之一。在ROC分析的情況下，例如，對于給定的技術(shù)，AUC閾值可以定義為導(dǎo)致DXA等價診斷，然而，風(fēng)險預(yù)測只能針對某個特定的DXA進(jìn)行匹配vBMD或強(qiáng)度值。

因此，潛在的問題是診斷和風(fēng)險預(yù)測的二元性，其兩者的結(jié)合具有技術(shù)特異性，目前需要通過WHO定義與DXA相關(guān)聯(lián)。而為其他技術(shù)定義診斷標(biāo)準(zhǔn)并不能解決這個問題，因?yàn)檫@些不能等同于DXA。只有在診斷和風(fēng)險預(yù)測一致時，才能避免對單一技術(shù)的依賴。在這種情況下，年齡依賴的T值或Z值的任何技術(shù)才可以通用。

髖部FEA的骨強(qiáng)度閾值，等同于aBMD 的T值。對于aBMD而言，T值為-1時，相當(dāng)于女性股骨強(qiáng)度值4000牛，男性股骨強(qiáng)度值5000牛。對于脊柱而言，抗壓強(qiáng)度值120 mg/cm3相當(dāng)于女性骨強(qiáng)度6000牛，相當(dāng)于男性骨強(qiáng)度8500牛。盡管骨小梁vBMD值并不能完全等同于WHO定義的aBMD值，但骨小梁vBMD值120 mg/cm3和 80 mg/cm3常被定義為骨量減少和骨質(zhì)疏松的臨界值。需要注意的是，上述強(qiáng)度臨界值 與CT掃描設(shè)備無關(guān)。

FEA能夠用于決策治療嗎？

ISCD官方共識

基于QCT的FEA評估脊椎或股骨強(qiáng)度，需要結(jié)合臨界值和相關(guān)臨床風(fēng)險因素，可以用于決策藥物治療。

等級：Fair-B-W

理由：如果條件允許，脊柱和股骨DXA測量可以作為制定臨床治療決策的優(yōu)選方案。

如前所述，脊柱和股骨的FEA可分別用于預(yù)測脊柱骨折和髖部骨折。如果骨強(qiáng)度足夠低，并且存在額外的危險因素，初始化治療方案就存在合理性。FEA椎體骨強(qiáng)度對應(yīng)vBMD值(80 -120)mg/cm3以及股骨強(qiáng)度值對應(yīng)aBMD T值(-1 ～ -2.5)的相關(guān)研究已有發(fā)表，這些研究可以指導(dǎo)骨強(qiáng)度測量對骨折風(fēng)險評估的影響，從而指導(dǎo)干預(yù)決策。

討論：該患者是否需要治療，取決于患者骨折風(fēng)險是否超過特殊界值。類似于FRAX評分，BMD評估骨折風(fēng)險是系統(tǒng)評分的一部分。因此，治療決策并不僅僅是基于BMD或T值閾值，同時也考慮到其他骨折風(fēng)險。盡管如此，BMD起著重要作用，但與許多其他危險因素相反，它可以通過治療增加(即相關(guān)的骨折風(fēng)險可以降低)。 如前所述，已經(jīng)描述了與aBMD髖關(guān)節(jié)T值和QCT脊柱vBMD值相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度閾值。 羅徹斯特隊(duì)列研究發(fā)表了男性和女性股骨強(qiáng)度在(30-80)歲之間的年齡相關(guān)變化，但椎體抗壓強(qiáng)度的正常數(shù)據(jù)仍然缺失。

FEA可用于監(jiān)測治療效果嗎？

ISCD官方共識

基于QCT的FEA評估椎體或股骨骨強(qiáng)度可以用于監(jiān)測年齡和治療相關(guān)的改變。

等級：Fair-B-W

理由：FEA用于監(jiān)測年齡相關(guān)的改變，相關(guān)的研究已有許多。在體的FEA研究已公布了精確數(shù)據(jù)。

女性脊柱骨強(qiáng)度的FEA已成功地用于監(jiān)測多種藥物治療效果的前瞻性研究，例如阿侖膦酸鈉、伊班膦酸鹽、雷洛昔芬、特立帕肽、狄諾塞麥以及奧當(dāng)卡替。在男性研究中有特立帕肽以及利塞膦酸鹽。

女性髖關(guān)節(jié)骨強(qiáng)度的FEA也用于監(jiān)測多種藥物治療效果的前瞻性研究，例如阿侖膦酸鈉、伊班膦酸鹽、甲狀旁腺素(PTH)、狄諾塞麥以及奧當(dāng)卡替。大多數(shù)研究對絕經(jīng)后婦女進(jìn)行了評估。這些研究中的一部分也采用了脊柱以及髖關(guān)節(jié)DXA。在男性中，F(xiàn)EA僅被用于脊柱的特立帕肽及利塞膦酸鈉治療評估。

討論：關(guān)于年齡和治療相關(guān)的vBMD變化FEA研究已有報道。這些研究表明FEA測得的改變高于aBMD所測得變化。目前為止，在體的FEA研究的準(zhǔn)確性僅有一篇文獻(xiàn)報道。在相同的CT掃描方案下，1.9%CVrms與0.9%全股骨vBMD積分相符合，而使用3 mm層厚的QCT誤差要好于1 mm。KV和mAs參數(shù)在3個研究中也存在差異，但有研究報告基于體素的FEA準(zhǔn)確度與QCT結(jié)果非常相近，主要是因?yàn)镕EA過程高度自動化，且QCT精度誤差來源于掃描和圖像分割過程。對于非體素FEA、網(wǎng)格劃分、材料特性和邊界分割定義都需要額外操作和干預(yù)，因此QCT的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)并不能簡單地由在沒有更深層次證據(jù)的FEA中所得出。

未來研究的其他問題

對于骨強(qiáng)度的測量，F(xiàn)EA是可以選擇的方法之一。 在控制良好的體外實(shí)驗(yàn)中，CT分辨率、圖像處理和骨本質(zhì)模型構(gòu)建方面的進(jìn)展導(dǎo)致FEA影響髖部和脊柱骨強(qiáng)度的程度，而這些都是通過密度測量法所無法得到的。然而，由于不良載荷相關(guān)的隨機(jī)因素的影響，這種體外FEA的優(yōu)異性不一定會轉(zhuǎn)化為骨折風(fēng)險預(yù)測的改善，除非對大規(guī)模的隊(duì)列研究所證實(shí)。盡管如此，F(xiàn)EA有可能成為骨強(qiáng)度測量的金標(biāo)準(zhǔn)，它不僅可用于評估治療效果，而且也可用于確定合成代謝策略的靶向區(qū)域。在臨床實(shí)踐中，來自QCT分析的密度和幾何參數(shù)的組合是否能夠提高FEA的準(zhǔn)確性，仍需要進(jìn)一步調(diào)查。

FEA的更深層次提高，將包括小梁結(jié)構(gòu)、多孔皮質(zhì)和患者特定邊界的自動光滑網(wǎng)格形成和更精確建模。尤其，肌肉骨骼生物力學(xué)將為生理活動、跌倒和可適應(yīng)個體解剖學(xué)的其他創(chuàng)傷提供載荷情況的概率分布。微裂紋、骨密度、膠原交聯(lián)和/或礦物結(jié)晶度相關(guān)的老化組織材料性質(zhì)，都是將來需要考慮的因素，以獲得更高的骨折預(yù)測準(zhǔn)確度。

未來的任務(wù)還包括：在國際層面上不斷改進(jìn)QCT和FEA方法，并將所提出的介入閾值與其他前瞻性研究進(jìn)行整合，從而保證FEA的準(zhǔn)確性。為了提高QCT和其他基于CT分析方法的可接受性，應(yīng)通過改進(jìn)硬件設(shè)備和采用低劑量掃描方法進(jìn)一步減少輻射劑量。

總結(jié)

ISCD的官方共識闡述了基于QCT的髖關(guān)節(jié)和脊柱FEA在診斷骨折風(fēng)險評估和骨質(zhì)疏松癥臨床評估中的應(yīng)用。文章在2007版的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了脊柱QCT的描述。在廣泛回顧的基礎(chǔ)上，介紹了支持ISCD官方共識的證據(jù)。從過去的幾年來看，F(xiàn)EA仍然是一個快速發(fā)展的領(lǐng)域。因此，建議在不久的將來再次進(jìn)行回顧性證據(jù)收集，以便在新形勢下及時更新ISCD證據(jù)。