DXA與QCT在骨質(zhì)疏松診斷及預(yù)后監(jiān)測中的應(yīng)用

李婷，李楠，李春霖

(解放軍總醫(yī)院第二醫(yī)學(xué)中心內(nèi)分泌科，北京 100853)

骨質(zhì)疏松癥是一種全身代謝性骨病，主要特征為骨量減少，骨組織顯微結(jié)構(gòu)退化。其患者一旦發(fā)生骨折，不僅醫(yī)療費用昂貴，生活質(zhì)量嚴重下降，且致殘、致死率高[1]。因此，骨質(zhì)疏松癥的早期診斷是治療和預(yù)防骨質(zhì)疏松相關(guān)性骨折的關(guān)鍵。骨質(zhì)疏松癥的診斷依據(jù)主要包括骨量減少、骨密度下降和(或)發(fā)生脆性骨折。其中，骨密度檢查對疾病的早期診斷比較重要。目前，臨床常用的骨密度測量方法主要包括雙能X線吸收法(dual-energy X-ray absorptiometry，DXA)和定量CT(quantitative computed tomography，QCT)。其他跟骨超聲及四肢骨骨密度測量僅適用于體檢篩查[2-4]。使用DXA測量出的骨密度可對骨面積進行更準確的評估[5-6]。其主要優(yōu)勢為DXA精確的三維解剖能力，能提供直接的密度測量，及其高度的空間分離能力能區(qū)分皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨[7-8]。由于DXA的輻射劑量較QCT更低，故世界衛(wèi)生組織將其定義為診斷骨質(zhì)疏松癥的標準[9]。DXA的缺陷為不能獨立預(yù)測骨折風險[10-12]。而高分辨率的QCT能同時測量骨小梁和皮質(zhì)骨的結(jié)構(gòu)。為了更好地評估骨質(zhì)量，在腰椎DXA圖像的基礎(chǔ)上，骨小梁評分提供了一個新的成像方式，用來描述骨骼微結(jié)構(gòu)。現(xiàn)就DXA與QCT在骨質(zhì)疏松診斷及預(yù)后監(jiān)測中的應(yīng)用予以綜述。

1 DXA與QCT在骨質(zhì)疏松癥診斷中的應(yīng)用

1.1DXA DXA測量骨密度是基于兩個不同能量的X線的發(fā)射，隨后的計算機分析消除了軟組織成分并產(chǎn)生骨密度結(jié)果。因此，使用雙能X線能將軟組織與骨組織區(qū)分開。應(yīng)用DXA測量骨密度是診斷骨質(zhì)疏松的“金標準”[9]。診斷主要依賴對脊柱區(qū)的測量，檢查脊柱時，DXA的感興趣區(qū)域為L1～4椎體。用DXA掃描時，檢查體位將直接影響測量的準確性，要求患者取仰臥位，臀部和膝蓋下方分別在特定位置塊上進行彎曲。該體位使腰椎充分前凸以獲取可重復(fù)性結(jié)果。X線束從后部進入身體并向前移動。DXA圖像能幫助臨床醫(yī)師判斷腰椎區(qū)域是否按檢查要求充分暴露，原則上DXA圖像必須投射出身體雙側(cè)等量的軟組織影，并要求T12椎體和L5椎體的中部必須獲得可見圖像。

DXA檢測髖關(guān)節(jié)的感興趣區(qū)域為股骨頸、股骨轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子和總髖關(guān)節(jié)。Ward三角區(qū)不是一個真正的解剖區(qū)域，而是一個DXA的掃描區(qū)域，它是股骨頭中骨密度最低處。因此，不應(yīng)使用Ward三角形的骨密度測量來診斷骨質(zhì)疏松癥，因為它會導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥診斷結(jié)果的假陽性[13]。應(yīng)該分別使用股骨頸、大轉(zhuǎn)子或全髖關(guān)節(jié)的骨密度測量。檢查時，同樣有嚴格的體位要求以保證測量的準確性，要求患者取仰臥位，髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)到小轉(zhuǎn)子只出現(xiàn)很少而又不至于消失的程度，此時DXA圖像能顯示股骨與掃描儀長軸。

DXA測量前臂區(qū)域時，原本應(yīng)用于脊柱或髖關(guān)節(jié)的診斷標準已不適用。但其仍有一定的臨床應(yīng)用價值，如用于估骨隨著時間推移的變化[14]。DXA的主要優(yōu)點為通用性、低輻射、低成本。然而，這是一種計算每克骨礦物質(zhì)含量和二維投影每平方厘米面積的測量方法。骨密度的單位為g/cm2，因此DXA測量得到的是單位面積的密度，而不能像QCT測量得到單位體積的密度。DXA測量的骨密度受骨面積大小的影響，小體型個體的單位面積骨密度低于正常體型的個體，從而導(dǎo)致DXA用于診斷小體型骨質(zhì)疏松癥人群出現(xiàn)假陽性。同時，DXA測量結(jié)果也會受到退行性改變的影響，尤其是測量脊柱時。此外，所有覆蓋在脊柱上的結(jié)構(gòu)(主動脈鈣化)或形態(tài)學(xué)異常(脊柱椎板切除術(shù)后)均將影響骨密度測量[15]。

世界衛(wèi)生組織根據(jù)DXA測量得到的骨密度與成年人骨密度平均值之間的差異提出了骨質(zhì)疏松癥的定義，并用標準差來描述相同性別和種族正常人群的波動范圍。將已測得的骨密度平均值與正常人群的骨密度平均值相比得到的標準差稱為T值。基于DXA結(jié)果，絕經(jīng)后婦女和50歲以上男性的骨密度根據(jù)T值結(jié)果進行劃分：T>-1.0為骨密度正常；T值-2.5～-1.0為骨質(zhì)疏松；T<-2.5為骨質(zhì)疏松癥。以上定義是基于流行病學(xué)對骨質(zhì)疏松癥患病率的計算，截取值為30%。但這個定義不包括絕經(jīng)前婦女、青年男子和兒童。除T值外，DXA報告還提供Z值，其計算方式與T值類似。Z值沒有被正式納入骨質(zhì)疏松癥的定義，但在絕經(jīng)前婦女、青年男子和兒童中，低Z值(Z<-2.0)可能表明骨密度較預(yù)期低，應(yīng)積極尋找其潛在原因。在T>-2.5的情況下，一個或多個低沖擊力作用下的脆性骨折被視為嚴重骨質(zhì)疏松癥的標志[16]。鑒于DXA骨密度測量的局限性，骨折風險評估工具能更好地評估患者的骨折風險。在存在臨床危險因素和DXA測量出股骨頸骨密度的基礎(chǔ)上，骨折風險評估工具可用于計算10年內(nèi)髖部骨折和主要骨質(zhì)疏松性骨折(脊柱、前臂、髖部或肩部骨折)的概率[17]。

1.2QCT QCT是基于X線進行，測量不同組織的吸收率(同水比較)。其結(jié)果用菲爾德單位表示。QCT可以在任何一臺CT掃描儀上進行，只需加用校準幻象和專用軟件。雖然有不同的幻影存在，但它們可以通過校準來互相轉(zhuǎn)換。患者取仰臥位行QCT掃描，骨骼被投射到幻象上，校準幻象將得到的菲爾德單位轉(zhuǎn)換成骨密度測量用的單位體積鎂羥基磷灰石重量(g/L)。相對于DXA測量的單位面積骨密度，QCT測量出的是真正意義上的單位體積骨密度，而不僅僅是一個投影測量值。當感興趣區(qū)域出現(xiàn)難以用DXA區(qū)分的脊柱退變時，如很小或很大體型的患者，無法單獨使用骨密度測量結(jié)果時，QCT為臨床醫(yī)師提供了純粹的骨小梁測量，其較DXA能更敏感地監(jiān)測疾病變化和治療效果。但因為QCT的輻射劑量較高(50～100因子)，所以不推薦將其作為診斷標準，而是作為一種必要時替代DXA的工具。在體外臨床研究中，由于其需要高輻射劑量，所以很難核實所獲得的數(shù)據(jù)。相較DXA測量時0.01～0.05 mSv的放射劑量，二維QCT測量腰椎時需0.06～0.3 mSv的放射劑量；而高分辨率的多排螺旋CT用于檢查脊椎骨組織微結(jié)構(gòu)需3 mSv的放射劑量，相當于約1.5年內(nèi)接受的自然背景輻射總量[18-19]。因此，目前臨床使用QCT測量骨質(zhì)量參數(shù)來預(yù)測骨折風險并不適用。

脊柱的單片QCT檢測需至少3～4脊椎(T12～L4)，使用8～10 mm厚片，脊椎中線部分平行于終板。它所需輻射劑量高于DXA使用劑量，但其精度較低。脊柱QCT掃描脊柱時需要使用T12～L3區(qū)域內(nèi)兩個完整的脊椎(通常L1～2)進行分析。雖然脊柱QCT較單排QCT需要較高的輻射劑量，但其空間分辨率優(yōu)于超薄掃描(1～3 mm)。而使用多排螺旋 CT，其骨密度測量值準確度較DXA高1%～2.5%[20-21]。相較髖關(guān)節(jié)，脊柱有較大比例的骨小梁。由于骨小梁的骨代謝活性較高，故QCT能將皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨區(qū)分開。與DXA相比，應(yīng)用QCT測量脊柱骨密度能監(jiān)測到更明顯的下降趨勢，因為DXA測量的只是整體骨[22]。因此，美國放射學(xué)學(xué)院指南建議將QCT掃描脊柱的結(jié)果分為：骨密度在120～80 g/L為骨量減少，骨密度<80 g/L為骨質(zhì)疏松癥[22]。

髖關(guān)節(jié)由于解剖結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，單片技術(shù)不能應(yīng)用。髖關(guān)節(jié)的QCT掃描從股骨頭上方幾厘米到小轉(zhuǎn)子下方幾厘米，對股骨頸、全髖關(guān)節(jié)和股骨的骨密度進行容積圖像處理。其與通過脊柱QCT或DXA測量的脊柱骨密度存在差異；然而，脊柱QCT或DXA測量的脊柱整體骨密度與骨折發(fā)生具有更強的相關(guān)性[23]。類似于應(yīng)用QCT測量脊柱骨密度，髖關(guān)節(jié)的骨密度測量也不將QCT作為常規(guī)推薦，只作為必要時DXA的替代工具。多排螺旋CT掃描對脊柱和髖部的容積骨密度測定被認為缺乏專業(yè)標準。當使用明確區(qū)域的具體方程時，多排螺旋CT掃描分別制訂了脊柱(r=0.98)和髖關(guān)節(jié)(r=0.99)的相關(guān)系數(shù)，這能提高診斷效能[24]。QCT-DXA與DXA測量出的髖關(guān)節(jié)骨密度有很高的相關(guān)性，將結(jié)果與參考數(shù)據(jù)庫進行比較，世界衛(wèi)生組織認為可將DXA檢測結(jié)果中的T<-2.5定義為骨質(zhì)疏松癥[25]。此外，QCT可以通過有限元分析提供關(guān)于髖關(guān)節(jié)幾何形狀的一定附加信息。體外實驗證明，有限元分析結(jié)果與DXA檢測結(jié)果具有高度的相關(guān)性，再結(jié)合骨密度和幾何形狀，其在臨床對骨強度和骨折風險有很強的預(yù)測性[26]。

2 DXA與QCT在骨質(zhì)疏松癥預(yù)后監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1DXA 除了評價骨狀態(tài)和診斷骨質(zhì)疏松外，影像學(xué)還能監(jiān)測骨隨著時間推移而發(fā)生的變化。DXA可用于評價年齡、疾病和醫(yī)學(xué)的抗骨質(zhì)疏松治療，同時預(yù)測一部分的骨折風險。由于骨密度變化與骨折風險相關(guān)，故其將作為骨質(zhì)疏松癥預(yù)后監(jiān)測的基本原則[27-29]。在使用相同的掃描儀和軟件時，應(yīng)隨時評估患者情況，并應(yīng)注意定位使患者獲得相同的掃描圖像。隨訪應(yīng)使用骨密度的絕對值，而不是T值。骨密度的變化值大于最小顯著變化值時才是有意義的變化結(jié)果。掃描隨訪的間隔時間取決于年齡、疾病、藥物等臨床因素的干預(yù)，臨床醫(yī)師應(yīng)通過預(yù)計骨密度變化超過機器最小顯著變化值所需時間來決定患者的隨訪間隔時間。對于健康的絕經(jīng)后婦女，應(yīng)每兩年用DXA測量一次骨密度。腰椎椎骨主要由骨小梁構(gòu)成，骨小梁的骨轉(zhuǎn)化相對較快，因此選擇腰椎區(qū)域作為檢測骨密度變化的掃描區(qū)域是理想選擇。然而，當存在退行性病變時，DXA結(jié)果可能很難應(yīng)用，且髖關(guān)節(jié)區(qū)域應(yīng)成為首選。

骨小梁評分是一種從DXA圖像中描述腰椎骨骼微結(jié)構(gòu)的新方法。該方法是基于DXA圖像提供骨小梁結(jié)構(gòu)像素級變化的間接映射評價。骨小梁結(jié)構(gòu)通過二維投影產(chǎn)生一個高像素且變化小的圖像進行評估。而連通性較低的骨會產(chǎn)生少量的像素值變化。臨床研究證實，骨小梁評分與男女骨折風險均存在相關(guān)性[30]。它可以作為骨折風險評估工具和骨密度檢測的補充，能提高骨折風險的預(yù)測能力，且被證明是一個獨立于骨折風險評估工具骨折風險的重要預(yù)測因子[30]。有研究評價了應(yīng)用骨小梁評分監(jiān)測抗骨吸收藥物治療后的相關(guān)變化，但結(jié)果均低于最小顯著變化值，表明此方法仍很難用于監(jiān)測骨質(zhì)疏松的治療效果。且DXA是根據(jù)投影圖像計算每平方厘米投影面積的骨礦含量，并沒有測量真正的骨密度，也沒有區(qū)分骨小梁和皮質(zhì)骨成分。而小梁的形狀、大小、方向和連接性會影響小梁骨的骨強度，對衰老、各種疾病和治療表現(xiàn)出不同的反應(yīng)。因此，僅使用DXA可能掩蓋或誤診某些治療對骨強度的影響。

2.2QCT QCT不僅能測量真實體積骨礦物密度，還能區(qū)分骨小梁和皮質(zhì)骨。脊柱QCT在檢測骨丟失方面具有較高的敏感性[7]，并能更好地預(yù)測椎體骨折風險[8-9]。然而，脊柱QCT方法臨床使用仍存在局限性，因為QCT儀器的成本和技術(shù)要求高，患者的輻射風險大[6]。有研究證明，外周QCT可用來評估絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥激素替代治療的效果[31]。激素替代治療能有效減少總骨量的丟失，減少圓形骨骨量，并降低橈骨遠端骨小梁的連通性[31]。Muller等[31]提出，激素替代治療能降低骨折風險的原因在于能逆轉(zhuǎn)皮質(zhì)骨吸收。然而，當激素替代治療抑制骨吸收時，其也會抑制骨轉(zhuǎn)化。但激素替代療法能降低早期絕經(jīng)后婦女的骨折風險，而通過DXA測量的骨密度增加卻比較小。Dempster[32]提出抗骨吸收療法通過許多機制來發(fā)揮作用，如骨密度之間的非線性關(guān)系,壓縮強度，抑制橫向骨小梁丟失速率，減慢啟動新的再吸收腔，減小礦化增加的皮質(zhì)孔隙度。在抗骨吸收療法中，可能還涉及其他因素能降低骨折風險。此外，由于增加骨強度和降低骨折風險的需求有時相反，故不能僅通過減少骨強度損害因素來預(yù)防骨質(zhì)疏松骨折[31-32]。研究發(fā)現(xiàn)，QCT可以單獨檢查皮質(zhì)骨和骨小梁對激素替代治療的影響[20]。但應(yīng)用QCT測量骨密度進行治療效果監(jiān)測的使用限制為其較高的輻射劑量[20-21]。有臨床研究顯示，高分辨率外周骨QCT能較好地監(jiān)測治療效果[33]。

3 小 結(jié)

骨質(zhì)疏松癥已成為威脅中老年人健康的重要疾病，防治不當將嚴重影響患者的生活質(zhì)量和自理能力。因此骨質(zhì)疏松癥的診斷治療及預(yù)后判斷在臨床工作中顯得尤為重要，不僅引起了臨床醫(yī)師的廣泛重視，其診療手段也在不斷進步。目前，DXA和QCT的應(yīng)用相對成熟和廣泛，其技術(shù)正在進一步發(fā)展，以擴大從這些模式獲得的數(shù)據(jù)的豐富性。超聲、CT、磁共振成像和正電子發(fā)射計算機斷層顯像等定量參數(shù)的潛在新應(yīng)用正在臨床和研究環(huán)境中進行，相信未來這些檢測手段將為骨質(zhì)疏松癥的診療提供更多、更全面的臨床數(shù)據(jù)。