骨密度测定方法的研究现状*

彭国庆　刘　峰

(1. 泰山医学院，山东 泰安　271016； 2. 泰山医学院附属泰山医院脊柱外科，山东 泰安　271000)



骨密度测定方法的研究现状*

彭国庆1,2刘峰2

(1. 泰山医学院，山东 泰安271016； 2. 泰山医学院附属泰山医院脊柱外科，山东 泰安271000)

关键词：骨密度;骨质疏松

骨密度(bone mineral density，BMD)的全称为骨骼矿物质密度，是一个绝对值，其在预测骨质疏松性骨折方面有显著的优越性，在临床药效观察和流行病学调查中也扮有重要的角色。当今社会，中老年人口不断增加，平均人口寿命也在连续延长，骨质疏松已然成为中老年人群中的退变性疾病，严重威胁着中老年人的身体健康。据统计，截至2013年，中国骨质疏松症患者已经超过8800万，并有年轻化趋势，居世界首位[1]。骨疼痛、身高降低、骨骼畸形、骨折、活动能力下降是几种常见的骨质疏松症(osteoporosis，OP)的临床表现。其中，骨折是最容易引起骨质疏松症患者重视的一种临床现象，它也被认为是骨质疏松症的直接后果和最严重的结果[2]。要做到对个体患骨质疏松症的危险性尽早评估，尽早采取防治措施，然后对OP进行早期诊断、早期治疗，这对预防骨质疏松性骨折的发生大有裨益[3]。因此，早期筛查高危人群以及早期确诊骨质疏松症患者都是非常有必要的。骨质疏松症是代谢性骨病的一种病理表现，主要特点是骨密度(或骨矿物量)下降、骨组织显微结构破坏、骨强度降低。徐少文等[4]通过大鼠骨质疏松性骨折实验研究证明：骨质疏松既能使全身的骨密度值下降，也能使骨折愈合过程中骨折部位的骨密度增加的速度减慢；同时骨质疏松性骨折在恢复愈合的进程中的骨量低下是骨折部位骨密度值降低的重要因素。吴玲等[5]对临床大量病例进行骨密度测定的调查研究显示：若研究对象存在骨质疏松骨折其骨密度值显著低于无骨折的研究对象，认为骨密度的下降是引起骨质疏松性骨折的主要因素之一。因此检测骨密度可以起到及时评估机体骨质疏松程度的作用。本文就近年来国内外测量骨密度的方法进行综述，旨在寻找更合理有效的方法来监测骨密度，从而及时发现骨质疏松疾病的发生发展，以便对其采取更有效的防治措施。

1通过双能X线吸收测定仪(dural X-ray absorptiometry，DXA)测定骨密度

双能X射线骨密度测量法最初是由Mazess等提出的[6]，其已经被广泛用于骨质疏松的评估、诊断及后续治疗[7-8]。不同于光子吸收法，它是用X射线管代替同位素产生双能量光子，然后获得在高低两种不同能量下的数据[9]，当低能X射线穿过人体时，骨骼与软组织这两种组成的微小变化都会使X射线产生明显的变化[10]。在这种原理的基础上，经过计算机特殊软件的处理，通过能量减影的方式[11-12]消除软组织对骨密度测量的影响。骨密度仪的辐射剂量为5～10 μsv，这个计量值仅约为一张胸片的1/30，且不存在放射源衰变的问题[13]，因此双能X射线被认为是安全的，还可以用于儿童的骨密度测量。目前，双能X射线骨密度仪是被美国FDA通过的唯一可以称为骨密度仪并允许用来测量骨密度和监控骨密度变化的仪器[14]，同时它也被世界卫生组织称为测量骨密度的“金标准”[15]。不可忽视的是双能X射线骨密度仪也存在一些缺陷及不足。目前能生产双能X射线骨密度测量仪的厂家日渐增多，虽然产品的基本原理相同，但由于标定校正方法不同，感兴趣区域不同等诸多原因，导致同一个体由不同的厂家仪器测量所得到的结果可能会不尽相同[16]。有学者[17]研究发现，即使是同一厂家的仪器所得出的结果也会存在一定的差异。当前，不同公司之间的校正标准还没有达成统一标准，为骨密度的测量标准进一步规范化、统一化，还需要各公司之间加强合作与沟通[16]。用DXA测量髋部BMD时需要患者下肢做出屈曲内旋的动作，但髋关节骨折的患者由于疼痛等原因难以完成这种摆位，因此限制了DXA在髋关节骨折患者的应用[18]。有学者提出DXA在反映骨强度方面有一定局限性[19-21]。此外，即使实际骨密度一样，用DXA测得的厚的骨比薄的骨的骨密度要高，所以DXA所测的骨密度明显受几何形状的影响[19]。有学者指出软组织会影响到DXA测量BMD的精确性[22]，如脂肪厚度变化会造成骨的伪像，进而使BMD 结果失真[23]。综上所述，虽然有一些学者提出DXA的不足，但作为国际公认的测量骨密度的金标准，DXA在测量骨密度的诸种方法中具有不可取代的地位。

2通过CT技术测定骨密度

2.1定量CT测量法(quantitative CT，QCT) 测定骨密度QCT出现于20世纪80年代，它是一种利用常规CT机测量骨密度的方法，基本原理是使用常规CT加上体模，在扫面的同时通过特殊软件转换将CT值换算成骨密度值。QCT是一种三维的体积骨密度测量技术，与其它密度测量技术相比具有许多优越性：首先，测量时松质骨和皮质骨能够被分离出来，而且松质骨感兴趣容积(VOI)很大程度上不受脊柱退行性变的影响；其次，在测量骨密度时可以应用3D几何测量参数[24]。应用QCT技术时，首先进行CT校准，与DXA不同，所有的CT扫描仪都执行统一的参数标准，这是QCT一大优势。然后行CT数据采集，首先获取定位像(topogram)，用来确定扫描范围和定位。然后行CT图像重建，CT图像生成分为两个步骤：第一个步骤是原始图像的数据采集，第二个步骤是体层重建。QCT骨密度测量系统由体模和分析软件组成，其优势在于可以用于几乎所有的临床CT机，主要测量的部位为脊柱和髋部。腰椎QCT常用于骨密度测量，因为腰椎是骨质疏松最早受累和最常见的部位，其骨量变化出现较早[25]。以往的扫描方式大多选择T12到L4中的数个椎体进行扫描，在每个椎体的中间只扫描一层，层厚8～10 mm。现在由于螺旋CT的引进，扫描方案倾向于扫描T12～L3中的两个完整椎体，这是为了最大限度减少患者的辐射量。此外，螺旋CT扫描厚度也由8～10 mm大幅减少到1～3 mm，从而提高了断层图像的空间分辨率。当测量脊柱单层QCT时，主要的测量结果集中在椎体中间层面松质骨中被选取的椭圆形或头盔形的感兴趣区[24]。李葆青等[26]对206例受检者进行腰椎检查，获取扫描数据后通过Mindways QCT PRO工作站进行分析处理，使用软件的3D测量模式进行测量，ROI分别放在每个椎体的上、中、下1/3部位，分别测量L1～L3椎体上、中、下3个部位松质骨的骨密度。结果L1～L3椎体上、中、下平均BMD分别为(116.75±47.73)mg/cm3、(126.37±47.63)mg/cm3和(123.77±52.67)mg/cm3，椎体内BMD差异有统计学意义(P<0.01)，椎体内各部分骨密度相差<8%，说明腰椎椎体内BMD存在区域性差异。在全身CT扫描仪上可行髋部QCT扫描，扫描的范围通常是股骨头上1～2 cm到股骨小转子下几厘米。感兴趣容积区原则上应在股骨颈、股骨粗隆和粗隆间区域选择，但是不同的分析方法之间会存在很大的差别，而且相关标准也有待于进一步规范与完善。李娜等[27]通过腰椎CT对腰椎退行性变和腹主动脉钙化进行半定量分析，比较过短期内曾做过腰椎DXA和腰椎QCT检查的108例老年人骨质疏松的检出率后，得出腰椎正位DXA对骨质疏松的检出率为17.6%，腰椎QCT为44.4%的结论，此检出率差异有统计学意义(P<0.01)。有学者[28]研究了双能CT(DECT)测量容积CT值评估骨密度的可信度，表明DECT所测腰椎容积CT值与DXA所测BMD值密切相关，可定量反映腰椎BMD变化。QCT与DXA相比具有某些优势。比如，DXA的BMD测量容易受髋关节或脊柱严重退变、口服对比剂及含钙食物、血管钙化的影响，且DXA测量容易受体位的影响。有学者指出在测量肥胖或低体重指数的患者时，QCT测量结果更准确[27]。但QCT本身也存在比如设备大、费用高、操作复杂、所受幅射量大等缺陷，故目前难以在临床上普及使用。

2.2能谱CT定量钙(水)密度技术测定骨密度能谱CT技术是以瞬时双KVp切换的能谱成像(GSI)技术为核心，它不仅可以获得测量个体的单能量图像，还可以获得反映各种基物质(如钙、水、碘、脂肪等)的图像[29]。由于能谱CT具有物质定量分析的功能，所起其为测量骨钙含量提供了依据。人体骨矿的主要成分为羟基磷灰石(HAP)，根据测定出的钙含量通过公式BMDGSI=ρCa-H2O×1004/400，即得出骨密度值。应用能谱CT机测量骨密度时，首先选用GSI(Gemstone Spectral Imaging)扫描模式进行扫描，扫描完成后，进入工作站GSI Viewer进行分析，测得待测区域同等范围感兴趣区内骨松质钙(水)基物质密度。陈靖等[30]利用CT能谱定量分析腰椎中钙的含量，并证明了此方法与骨密度测量的“金标准”——双能X线骨密度仪具有高度的一致性。通过测量钙(水) 密度值，然后获得骨小梁中钙的含量，间接评估骨密度。作为一种新型的方法，其对骨密度的测定尚在研究阶段。

3通过定量超声(QUS)技术测定骨密度

QUS技术检测BMD的原理是通过被测物体对超声波的吸收或衰减及反射来反映被测物体的几何结构。应用了传感器及双向变速器的技术后，大大提高了该技术的可重复性，并减少了由软组织所引起的误差[31]。其测量结果不但反映了BMD的相关情况，还可以反应骨骼力学方面的情况。QUS常见的测量部位是髌骨和跟骨，但也可以通过测量桡骨、指骨干骺端、胫骨等其他部位来采集受检者的骨密度信息。QUS最大优点是无放射损伤而且经济负担小[32]，并能从骨组织的质与量两个方面来反映骨组织的密度、结构与弹性。有研究[33-34]表明在预测腰椎、髋部等大关节OP性骨折风险方面，跟骨超声BMD测量结果与双能X线测量髋关节、股骨颈、腰椎所得的结果相似。虽然定量超声法具有诸多优点，但其测量的骨密度并不是真正的骨矿含量，而是利用不同的参数来间接反映被测部位骨量的变化情况。现阶段超声仪器种类较多，尚没有统一的行业标准，因此定量超声在临床中的应用并不广泛[35]。

4其它测量骨密度方法

除以上几种测量骨密度方法外，尚有通过放射吸收法(RA)测量骨密度，利用单光子(SPA)法、单能X线(SXA)法、双光子(DPA)法测量骨密度，及通过MRI测定骨密度。RA是较早的测量骨密度(BMD)的方法， 1939年首次被报道，20世纪60年代后逐渐受到重视并被更多地研究。为减少软组织对检测结果的影响，RA只能测量前臂、手掌指骨[36]。随着计算机技术的迅速发展和数字成像技术的不断成熟，目前出现了改良的RA法，即将计算机成像技术与RA相结合应用于临床，采用计算机辅助自动控制测量，利用放射性吸收的原理，经过对非优势侧手(一般是左手)指骨和铝梯同时摄正位X线片后，利用铝梯作为参照物，对第2～4指中节指骨进行BMD测量，然后将得到的数值与根据该受检者的性别、年龄、人种与数据库中得到的正常人群数据进行比较，以得到定量的T值，从而对骨折危险性进行预测[37]。苏楠等[38]总结国内外对RA研究成果认为：RA 对第3指骨BMD的测定与DXA检查结果具有高度的一致性，对骨折风险的预测也具有极高的参考价值，其相关性高达87 %。RA法检测费用为DXA费用的1/5，是一种快捷、简便且经济的BMD测量技术。SXA法测定骨密度改良于单光子(SPA)法，SPA是20世纪60年代发明的BMD测量方法并得到广泛应用。SPA 使用同位素，因同位素衰减而放射源不稳定，导致精密度差，另外同位素不易保存，因此后来经过技术改良后多采用X线球管取代同位素。SXA利用X射线吸收技术测定含90%～95%松质骨的跟骨骨密度，并以简单手段消除了软组织的影响，其优点是仪器小、使用方便、价格低廉、所受辐射剂量极低[39]。但随着DPA和DXA的出现，SPA和SXA已经很少应用。DPA技术出现于20世纪70年代，其特点是采用两种不同能量的射线校准软组织厚度及脂肪含量，以减少软组织对骨密度测量的影响。但其很快被DXA所取代并广泛应用至今，成为测量骨密度的“金标准”。近年来有关研究[40]表明骨量减少及骨质疏松伴有骨髓内脂肪组织增加，因此研究骨髓内脂肪组织含量的变化对评估骨质疏松及骨折风险具有重要意义。磁共振化学位移成像(CSI)可以无创的测定组织内的脂肪含量。雷立存等[41]通过研究证实MR化学位移成像通过测量椎体信号下降指数能够反映椎体骨髓脂肪含量变化，在骨质疏松的诊断中可能具有较高的临床价值。刘进辉等[42]通过比较常规磁共振成像和弥散成像对骨质疏松症的定量诊断功能。证实常规MRI，特别是T1WI，有潜力应用于骨质疏松的评估。总之，目前MRI技术更像是一个辅助手段作为骨质疏松症诊断的一个有效补充，还需要广大学者进一步对其利用价值加以发掘，同时MRI检查的较多禁忌症及昂贵的费用也限制了其在骨质疏松症诊断的应用。

5结语

以上介绍的一些测量骨密度的方法各有利弊，怎样更合理地应用医疗资源去解决医疗活动过程中遇到的问题，需要广大学者继续努力找出更优化的方案。但考虑到对OP的诊断问题，仅仅依靠BMD一个指标是不够的，我们在临床工作中还需要结合实验室检查来辅助完善OP的诊断，例如检测血生化指标、骨转换标志物、骨肿瘤标志物、骨代谢激素、体重、身高及体重指数等。目前测量骨密度的方法、器材多种多样，不同的方法及仪器有不同的应用软件及数据测量算法和校准方法，这给临床医生的工作带来不小的麻烦。怎样建立统一、可靠、准确的参数系统，也是未来亟需解决的问题。

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*作者简介：彭国庆(1990—)，男，山东泰安人，住院医师，在读研究生，主要从事脊柱关节外科工作。

通讯作者：刘峰，(电话) 13375388000，(电子信箱)proliu1997@163.com。

中图分类号：R684

文献标识码：A

文章编号：1004-7115(2016)06-0717-04

doi:10.3969/j.issn.1004-7115.2016.06.058

(收稿日期：2016-1-8)