影像學(xué)指標(biāo)評(píng)估老年髖關(guān)節(jié)脆性骨折風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)展

史 婧，靳激揚(yáng)*，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(chēng)骨質(zhì)疏松性骨折)指受到輕微創(chuàng)傷或日常活動(dòng)中即發(fā)生的骨折，是骨質(zhì)疏松癥的嚴(yán)重后果[1]。老年髖關(guān)節(jié)骨折是最嚴(yán)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(duì)評(píng)估老年髖關(guān)節(jié)脆性骨折風(fēng)險(xiǎn)的影像學(xué)指標(biāo)進(jìn)行綜述。

1 BMD

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

1.2 定量CT(quantitative CT, QCT)測(cè)量體積骨密度(volume BMD, vBMD) QCT骨密度測(cè)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(jìn)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(jìn)行更詳細(xì)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(wú)特殊體位要求等優(yōu)勢(shì)，但輻射劑量和費(fèi)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(qiáng)度的重要因素之一。常用PFG參數(shù)包括髖軸長(zhǎng)度(hip axis length, HAL)及頸干角(neck-shaft angle, NSA)等。HSA主要包括截面轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(cross-sectional moment of inertia, CSMI)和截面模量(section modulus, SM)等[3]。2015年國(guó)際臨床骨密度測(cè)量協(xié)會(huì)[10]指出，HAL可用于預(yù)測(cè)絕經(jīng)后婦女的髖部骨折風(fēng)險(xiǎn)，而其他參數(shù)則不能；但同時(shí)指出，以上結(jié)論僅針對(duì)白種人群[1]。不同類(lèi)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(xiǎn)相關(guān)的PFG參數(shù)不盡相同。測(cè)量PFG參數(shù)及HSA對(duì)于國(guó)內(nèi)老年人髖關(guān)節(jié)骨折風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)價(jià)值有限，缺乏特異性，不能充分反映骨強(qiáng)度。

2.2 股骨近端骨小梁類(lèi)型指數(shù)(Singh指數(shù))及骨皮質(zhì)厚度測(cè)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(jìn)行分級(jí)，其主觀性強(qiáng)，觀察者間一致性差。國(guó)內(nèi)研究[11]多傾向于將7度Singh分級(jí)與其他可測(cè)因素(如PFG參數(shù))結(jié)合，以提高預(yù)測(cè)髖部脆性骨折的準(zhǔn)確率。皮質(zhì)骨和小梁骨的變化均會(huì)改變骨強(qiáng)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(shí)也符合骨質(zhì)疏松時(shí)皮質(zhì)骨的生物力學(xué)變化，且可通過(guò)多種影像學(xué)手段(X線、CT及QCT)獲得的圖像進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于預(yù)測(cè)老年髖部脆性骨折風(fēng)險(xiǎn)具有重要應(yīng)用價(jià)值；但易受測(cè)量?jī)x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(duì)于預(yù)測(cè)髖部骨質(zhì)疏松性骨折的準(zhǔn)確率存在爭(zhēng)議，故多將其與其他可預(yù)測(cè)指標(biāo)(如BMD)結(jié)合，以提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)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(shí)間縮短、圖像信噪比增加，使得高分辨率MRI可評(píng)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(xiǎn)患者，其股骨頸皮質(zhì)厚度和股骨頸BMD-T評(píng)分無(wú)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(jià)格高、易受磁敏感偽影及運(yùn)動(dòng)偽影的影響等缺點(diǎn)，目前較多用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)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(píng)估骨強(qiáng)度的方法，在站立位和側(cè)臥位測(cè)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(qiáng)[14]。與單獨(dú)的結(jié)構(gòu)測(cè)量相比，有限元分析可獲取更多關(guān)于骨強(qiáng)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(píng)估骨強(qiáng)度和骨折風(fēng)險(xiǎn)的最有前景的工具之一，但由于模型建立耗時(shí)長(zhǎng)、且需要專(zhuān)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(cè)定 骨質(zhì)量包括骨量和骨結(jié)構(gòu)。由于成骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞兩者分化呈負(fù)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B(niǎo)MF增加，BMD呈下降趨勢(shì)，骨脆性的形態(tài)學(xué)特征明顯增加，故BMF可為預(yù)測(cè)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(cè)量BMF。MRS能夠從細(xì)胞層面揭示骨髓脂肪含量，通過(guò)獲得的脂峰峰高、水峰峰高來(lái)計(jì)算脂水比、脂肪分?jǐn)?shù)等MRS相關(guān)定量指標(biāo)，從而量化脂肪和水[16]。此外，計(jì)算不飽和脂肪的相對(duì)含量，是評(píng)估老年髖關(guān)節(jié)骨折風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)。有學(xué)者[17]提出，股骨頸BMF是獨(dú)立于BMD的決定髖部骨強(qiáng)度的預(yù)測(cè)因子。mDIXON-Quant序列利用水脂分離技術(shù)測(cè)量脂肪分?jǐn)?shù)，可重復(fù)性高，且與MRS測(cè)量結(jié)果的一致性較強(qiáng)[18]，掃描時(shí)間短、操作簡(jiǎn)便，在預(yù)測(cè)老年女性髖關(guān)節(jié)骨質(zhì)疏松和監(jiān)測(cè)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(guò)注射對(duì)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?jǐn)?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(yùn)動(dòng)角度反映骨髓成分的動(dòng)態(tài)變化，如老年人BMF增多會(huì)引起相應(yīng)細(xì)胞外間隙降低，水分子擴(kuò)散受限，ADC值減低。

3.3 超短回波時(shí)間(ultra-short echo time, UTE)MRI 骨組織有礦物質(zhì)、有機(jī)基質(zhì)和水3種主要成分，其中可被DXA和QCT測(cè)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(jī)基質(zhì)，約占30%和25%，可被MR測(cè)量評(píng)估。國(guó)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(jī)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(zhǎng)，Cbw和Cpw逐漸減少。研究[22]認(rèn)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(cè)指標(biāo)。相較于BMD，Cbw、Cpw具有預(yù)測(cè)與性別無(wú)關(guān)的材料強(qiáng)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(guò)定量測(cè)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(dòng)態(tài)增強(qiáng)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(píng)價(jià)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(xiǎn)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(xiǎn)因素。目前研究[24-25]多應(yīng)用CT或MRI測(cè)量大腿肌肉密度、橫截面積及體積等，通過(guò)DXA檢測(cè)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(jì)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(píng)估髖部脆性骨折風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)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(cè)量法尚不能運(yùn)用于評(píng)估活體髖關(guān)節(jié)脆性骨折風(fēng)險(xiǎn)。未來(lái)仍需繼續(xù)探尋對(duì)影響骨強(qiáng)度決定因素敏感的影像學(xué)標(biāo)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。