影像學(xué)指標評估老年髖關(guān)節(jié)脆性骨折風(fēng)險進展

史 婧，靳激揚*，芮云峰，李滎娟

(1.東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院放射科，2.老年髖部骨折多學(xué)科綜合診療協(xié)作組，3.骨科，4.老年科，江蘇 南京 210009)

脆性骨折(或稱骨質(zhì)疏松性骨折)指受到輕微創(chuàng)傷或日?；顒又屑窗l(fā)生的骨折，是骨質(zhì)疏松癥的嚴重后果[1]。老年髖關(guān)節(jié)骨折是最嚴重的脆性骨折之一，也是老年患者致殘和致死的主要原因之一[2-3]。目前用于診斷骨質(zhì)疏松癥的方法存在一定局限性[4]。本文從骨密度(bone mineral density, BMD)、骨結(jié)構(gòu)、材料屬性等方面對評估老年髖關(guān)節(jié)脆性骨折風(fēng)險的影像學(xué)指標進行綜述。

1 BMD

1.1 雙能X線吸收法(dual-energy X-ray absorptiometry, DXA)測量面積骨密度(areal BMD, aBMD) aBMD為DXA對感興趣面積范圍內(nèi)礦物質(zhì)量的估計值，被視為診斷骨質(zhì)疏松的“金標準”，以T評分表示。DXA有快速廉價、輻射劑量低(5～20 μSv)等優(yōu)點，但在評估骨折風(fēng)險和監(jiān)測治療反應(yīng)方面有局限性：被評定為非骨質(zhì)疏松的人群經(jīng)aBMD測量，發(fā)現(xiàn)約50%可發(fā)生骨折；此外，部分骨折高風(fēng)險人群經(jīng)藥物治療干預(yù)后骨折風(fēng)險減低，但aBMD值未發(fā)生明顯變化。

1.2 定量CT(quantitative CT, QCT)測量體積骨密度(volume BMD, vBMD) QCT骨密度測量技術(shù)采用CT圖像結(jié)合QCT體模(已知vBMD)的方法，經(jīng)分析軟件進行處理獲得vBMD(每像素體積的礦物質(zhì)量)[5]。與DXA相比，QCT利用3D容積數(shù)據(jù)可進行更詳細的區(qū)域分析，還可區(qū)分低vBMD的小梁骨和高vBMD的皮質(zhì)骨[6-7]。研究[8-9]發(fā)現(xiàn)局部皮質(zhì)骨變薄，皮質(zhì)骨vBMD減低，小梁骨vBMD的空間分布與髖關(guān)節(jié)骨折有關(guān)。QCT具有三維成像、空間分辨率高及無特殊體位要求等優(yōu)勢，但輻射劑量和費用均較高，且需特定的設(shè)備和分析軟件，使其臨床應(yīng)用受限。

2 骨結(jié)構(gòu)

2.1 股骨近端形態(tài)學(xué)(proximal femoral geometry, PFG)參數(shù)及髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)分析(hip structure analysis, HSA) 骨骼的幾何形狀是決定骨強度的重要因素之一。常用PFG參數(shù)包括髖軸長度(hip axis length, HAL)及頸干角(neck-shaft angle, NSA)等。HSA主要包括截面轉(zhuǎn)動慣量(cross-sectional moment of inertia, CSMI)和截面模量(section modulus, SM)等[3]。2015年國際臨床骨密度測量協(xié)會[10]指出，HAL可用于預(yù)測絕經(jīng)后婦女的髖部骨折風(fēng)險，而其他參數(shù)則不能；但同時指出，以上結(jié)論僅針對白種人群[1]。不同類型股骨近端骨折、不同地區(qū)及性別之間的股骨近端骨折風(fēng)險相關(guān)的PFG參數(shù)不盡相同。測量PFG參數(shù)及HSA對于國內(nèi)老年人髖關(guān)節(jié)骨折風(fēng)險的預(yù)測價值有限，缺乏特異性，不能充分反映骨強度。

2.2 股骨近端骨小梁類型指數(shù)(Singh指數(shù))及骨皮質(zhì)厚度測量 7度Singh指數(shù)為根據(jù)X線平片中股骨近端壓力、張力骨小梁的分布及其在骨質(zhì)疏松情況下先后消失的順序進行分級，其主觀性強，觀察者間一致性差。國內(nèi)研究[11]多傾向于將7度Singh分級與其他可測因素(如PFG參數(shù))結(jié)合，以提高預(yù)測髖部脆性骨折的準確率。皮質(zhì)骨和小梁骨的變化均會改變骨強度。研究[12]表明股骨近端皮質(zhì)骨厚度的變化符合皮質(zhì)微結(jié)構(gòu)的消失和破壞規(guī)律，同時也符合骨質(zhì)疏松時皮質(zhì)骨的生物力學(xué)變化，且可通過多種影像學(xué)手段(X線、CT及QCT)獲得的圖像進行測量，對于預(yù)測老年髖部脆性骨折風(fēng)險具有重要應(yīng)用價值；但易受測量儀器、患者拍攝體位及觀察者的主觀因素影響，且缺乏大樣本研究數(shù)據(jù)支持。目前對于預(yù)測髖部骨質(zhì)疏松性骨折的準確率存在爭議，故多將其與其他可預(yù)測指標(如BMD)結(jié)合，以提高預(yù)測的準確率。

2.3 高分辨率MRI 隨著多元素線圈并行成像[13]等新技術(shù)的應(yīng)用，MR成像時間縮短、圖像信噪比增加，使得高分辨率MRI可評估股骨近端的幾何形態(tài)和微體系結(jié)構(gòu)。在使用糖皮質(zhì)激素的骨折高風(fēng)險患者，其股骨頸皮質(zhì)厚度和股骨頸BMD-T評分無明顯變化，但股骨頸骨小梁數(shù)目、板柱比及彈性模量小于正常人，股骨頸骨小梁分離度顯著增高。MRI存在價格高、易受磁敏感偽影及運動偽影的影響等缺點，目前較多用于動物實驗和離體骨組織研究。

2.4 有限元分析 有限元分析是一種非侵入性評估骨強度的方法，在站立位和側(cè)臥位測量股骨近端硬度、屈服應(yīng)變、極限荷載、彈性和韌性等，結(jié)果可信度高，可重復(fù)性強[14]。與單獨的結(jié)構(gòu)測量相比，有限元分析可獲取更多關(guān)于骨強度的信息，如骨折患者全部近段股骨區(qū)域彈性模量低于正常受試者[14]。有限元分析是目前臨床用于評估骨強度和骨折風(fēng)險的最有前景的工具之一，但由于模型建立耗時長、且需要專業(yè)的研究人員，使其不能廣泛應(yīng)用于臨床。

3 骨成分

3.1 骨髓脂肪(bone marrow far, BMF)含量測定 骨質(zhì)量包括骨量和骨結(jié)構(gòu)。由于成骨細胞和脂肪細胞兩者分化呈負相關(guān)，故BMF增加可間接反映骨量減少。研究[15]發(fā)現(xiàn)，隨著BMF增加，BMD呈下降趨勢，骨脆性的形態(tài)學(xué)特征明顯增加，故BMF可為預(yù)測老年髖關(guān)節(jié)骨折提供參考信息。

常用1H-MRS和mDixon-Quant序列測量BMF。MRS能夠從細胞層面揭示骨髓脂肪含量，通過獲得的脂峰峰高、水峰峰高來計算脂水比、脂肪分數(shù)等MRS相關(guān)定量指標，從而量化脂肪和水[16]。此外，計算不飽和脂肪的相對含量，是評估老年髖關(guān)節(jié)骨折風(fēng)險的指標。有學(xué)者[17]提出，股骨頸BMF是獨立于BMD的決定髖部骨強度的預(yù)測因子。mDIXON-Quant序列利用水脂分離技術(shù)測量脂肪分數(shù)，可重復(fù)性高，且與MRS測量結(jié)果的一致性較強[18]，掃描時間短、操作簡便，在預(yù)測老年女性髖關(guān)節(jié)骨質(zhì)疏松和監(jiān)測藥物療效方面具有潛力。

3.2 其他功能MRI技術(shù) PWI和DCE-MRI通過注射對比劑觀察骨骼的血流灌注和血液供應(yīng)情況，發(fā)現(xiàn)兩者可反映骨髓微環(huán)境[19]。Wang等[20]發(fā)現(xiàn)雙側(cè)卵巢切除術(shù)后患者腰椎BMD降低，骨髓脂肪分數(shù)升高，血流灌注明顯減低。此外，骨質(zhì)疏松患者股骨頸的血流灌注顯著下降，可能與其股骨頸骨折后難以愈合有關(guān)。Manenti等[21]發(fā)現(xiàn)DTI聯(lián)合MRS鑒別正常、骨量減少及骨質(zhì)疏松人群的敏感度和特異度較高。此外，DWI可從水分子微觀運動角度反映骨髓成分的動態(tài)變化，如老年人BMF增多會引起相應(yīng)細胞外間隙降低，水分子擴散受限，ADC值減低。

3.3 超短回波時間(ultra-short echo time, UTE)MRI 骨組織有礦物質(zhì)、有機基質(zhì)和水3種主要成分，其中可被DXA和QCT測量的礦物成分決定骨骼剛度和硬度，約占骨皮質(zhì)體積的45%；而骨的可塑性或延展性取決于水和有機基質(zhì)，約占30%和25%，可被MR測量評估。國內(nèi)外關(guān)于骨皮質(zhì)結(jié)合水含量(Cbw)和自由水含量(Cpw)與骨的力學(xué)相關(guān)性研究[22-23]表明，Cbw與有機質(zhì)含量呈正相關(guān)，能很好地反映骨的韌性；Cpw是骨皮質(zhì)孔隙度較好的替代物，隨著年齡增長，Cbw和Cpw逐漸減少。研究[22]認為 UTE MR成像中骨皮質(zhì)Cpw和pwT1值與年齡呈顯著正相關(guān)，是骨皮質(zhì)結(jié)構(gòu)退行性改變的良好預(yù)測指標。相較于BMD，Cbw、Cpw具有預(yù)測與性別無關(guān)的材料強度的能力[23]，但分辨率有限，目前較多應(yīng)用于觀察外周骨如橈骨和脛骨，還可用于股骨頸。此外，UTE技術(shù)還可通過定量測定骨皮質(zhì)的T1、T2*值、皮質(zhì)孔隙度指數(shù)(porosity index, PI)以及骨皮質(zhì)動態(tài)增強相關(guān)參數(shù)等反映不同年齡以及不同疾病狀態(tài)下骨皮質(zhì)代謝變化情況、評價骨的微觀結(jié)構(gòu)[24]。

4 骨骼肌量

跌倒是髖部脆性骨折的重要危險因素。骨骼肌在維持人體平衡中起關(guān)鍵作用，肌量減少可導(dǎo)致肌力下降及其功能減弱，是跌倒的重要危險因素。目前研究[24-25]多應(yīng)用CT或MRI測量大腿肌肉密度、橫截面積及體積等，通過DXA檢測獲得各部位脂肪組織量、肌肉組織量和各部位骨密度，從而計算四肢骨骼肌量(appendicular-skeletal muscle mass, ASMM)和骨骼肌指數(shù)(relative skeletal muscle index, RSMI)，為評估髖部脆性骨折風(fēng)險提供了新方法和思路。

綜上所述，影像學(xué)檢查可提供骨結(jié)構(gòu)、骨材料屬性以及骨骼肌狀態(tài)等與老年髖關(guān)節(jié)脆性骨折風(fēng)險的相關(guān)信息，但受限于影像學(xué)設(shè)備、技術(shù)和髖關(guān)節(jié)成像條件，部分分辨率較高、能更好辨別骨小梁微結(jié)構(gòu)的成像方法以及低成本、可提供骨骼質(zhì)量信息的定量超聲測量法尚不能運用于評估活體髖關(guān)節(jié)脆性骨折風(fēng)險。未來仍需繼續(xù)探尋對影響骨強度決定因素敏感的影像學(xué)標志物，為臨床制定合理的治療方案提供幫助，以期減少老年髖關(guān)節(jié)脆性骨折的發(fā)生率和致殘率。