影像学指标评估老年髋关节脆性骨折风险进展

史 婧，靳激扬*，芮云峰，李荥娟

(1.东南大学附属中大医院放射科，2.老年髋部骨折多学科综合诊疗协作组，3.骨科，4.老年科，江苏 南京 210009)

脆性骨折(或称骨质疏松性骨折)指受到轻微创伤或日常活动中即发生的骨折，是骨质疏松症的严重后果[1]。老年髋关节骨折是最严重的脆性骨折之一，也是老年患者致残和致死的主要原因之一[2-3]。目前用于诊断骨质疏松症的方法存在一定局限性[4]。本文从骨密度(bone mineral density, BMD)、骨结构、材料属性等方面对评估老年髋关节脆性骨折风险的影像学指标进行综述。

1 BMD

1.1 双能X线吸收法(dual-energy X-ray absorptiometry, DXA)测量面积骨密度(areal BMD, aBMD) aBMD为DXA对感兴趣面积范围内矿物质量的估计值，被视为诊断骨质疏松的“金标准”，以T评分表示。DXA有快速廉价、辐射剂量低(5～20 μSv)等优点，但在评估骨折风险和监测治疗反应方面有局限性：被评定为非骨质疏松的人群经aBMD测量，发现约50%可发生骨折；此外，部分骨折高风险人群经药物治疗干预后骨折风险减低，但aBMD值未发生明显变化。

1.2 定量CT(quantitative CT, QCT)测量体积骨密度(volume BMD, vBMD) QCT骨密度测量技术采用CT图像结合QCT体模(已知vBMD)的方法，经分析软件进行处理获得vBMD(每像素体积的矿物质量)[5]。与DXA相比，QCT利用3D容积数据可进行更详细的区域分析，还可区分低vBMD的小梁骨和高vBMD的皮质骨[6-7]。研究[8-9]发现局部皮质骨变薄，皮质骨vBMD减低，小梁骨vBMD的空间分布与髋关节骨折有关。QCT具有三维成像、空间分辨率高及无特殊体位要求等优势，但辐射剂量和费用均较高，且需特定的设备和分析软件，使其临床应用受限。

2 骨结构

2.1 股骨近端形态学(proximal femoral geometry, PFG)参数及髋关节结构分析(hip structure analysis, HSA) 骨骼的几何形状是决定骨强度的重要因素之一。常用PFG参数包括髋轴长度(hip axis length, HAL)及颈干角(neck-shaft angle, NSA)等。HSA主要包括截面转动惯量(cross-sectional moment of inertia, CSMI)和截面模量(section modulus, SM)等[3]。2015年国际临床骨密度测量协会[10]指出，HAL可用于预测绝经后妇女的髋部骨折风险，而其他参数则不能；但同时指出，以上结论仅针对白种人群[1]。不同类型股骨近端骨折、不同地区及性别之间的股骨近端骨折风险相关的PFG参数不尽相同。测量PFG参数及HSA对于国内老年人髋关节骨折风险的预测价值有限，缺乏特异性，不能充分反映骨强度。

2.2 股骨近端骨小梁类型指数(Singh指数)及骨皮质厚度测量 7度Singh指数为根据X线平片中股骨近端压力、张力骨小梁的分布及其在骨质疏松情况下先后消失的顺序进行分级，其主观性强，观察者间一致性差。国内研究[11]多倾向于将7度Singh分级与其他可测因素(如PFG参数)结合，以提高预测髋部脆性骨折的准确率。皮质骨和小梁骨的变化均会改变骨强度。研究[12]表明股骨近端皮质骨厚度的变化符合皮质微结构的消失和破坏规律，同时也符合骨质疏松时皮质骨的生物力学变化，且可通过多种影像学手段(X线、CT及QCT)获得的图像进行测量，对于预测老年髋部脆性骨折风险具有重要应用价值；但易受测量仪器、患者拍摄体位及观察者的主观因素影响，且缺乏大样本研究数据支持。目前对于预测髋部骨质疏松性骨折的准确率存在争议，故多将其与其他可预测指标(如BMD)结合，以提高预测的准确率。

2.3 高分辨率MRI 随着多元素线圈并行成像[13]等新技术的应用，MR成像时间缩短、图像信噪比增加，使得高分辨率MRI可评估股骨近端的几何形态和微体系结构。在使用糖皮质激素的骨折高风险患者，其股骨颈皮质厚度和股骨颈BMD-T评分无明显变化，但股骨颈骨小梁数目、板柱比及弹性模量小于正常人，股骨颈骨小梁分离度显著增高。MRI存在价格高、易受磁敏感伪影及运动伪影的影响等缺点，目前较多用于动物实验和离体骨组织研究。

2.4 有限元分析 有限元分析是一种非侵入性评估骨强度的方法，在站立位和侧卧位测量股骨近端硬度、屈服应变、极限荷载、弹性和韧性等，结果可信度高，可重复性强[14]。与单独的结构测量相比，有限元分析可获取更多关于骨强度的信息，如骨折患者全部近段股骨区域弹性模量低于正常受试者[14]。有限元分析是目前临床用于评估骨强度和骨折风险的最有前景的工具之一，但由于模型建立耗时长、且需要专业的研究人员，使其不能广泛应用于临床。

3 骨成分

3.1 骨髓脂肪(bone marrow far, BMF)含量测定 骨质量包括骨量和骨结构。由于成骨细胞和脂肪细胞两者分化呈负相关，故BMF增加可间接反映骨量减少。研究[15]发现，随着BMF增加，BMD呈下降趋势，骨脆性的形态学特征明显增加，故BMF可为预测老年髋关节骨折提供参考信息。

常用1H-MRS和mDixon-Quant序列测量BMF。MRS能够从细胞层面揭示骨髓脂肪含量，通过获得的脂峰峰高、水峰峰高来计算脂水比、脂肪分数等MRS相关定量指标，从而量化脂肪和水[16]。此外，计算不饱和脂肪的相对含量，是评估老年髋关节骨折风险的指标。有学者[17]提出，股骨颈BMF是独立于BMD的决定髋部骨强度的预测因子。mDIXON-Quant序列利用水脂分离技术测量脂肪分数，可重复性高，且与MRS测量结果的一致性较强[18]，扫描时间短、操作简便，在预测老年女性髋关节骨质疏松和监测药物疗效方面具有潜力。

3.2 其他功能MRI技术 PWI和DCE-MRI通过注射对比剂观察骨骼的血流灌注和血液供应情况，发现两者可反映骨髓微环境[19]。Wang等[20]发现双侧卵巢切除术后患者腰椎BMD降低，骨髓脂肪分数升高，血流灌注明显减低。此外，骨质疏松患者股骨颈的血流灌注显著下降，可能与其股骨颈骨折后难以愈合有关。Manenti等[21]发现DTI联合MRS鉴别正常、骨量减少及骨质疏松人群的敏感度和特异度较高。此外，DWI可从水分子微观运动角度反映骨髓成分的动态变化，如老年人BMF增多会引起相应细胞外间隙降低，水分子扩散受限，ADC值减低。

3.3 超短回波时间(ultra-short echo time, UTE)MRI 骨组织有矿物质、有机基质和水3种主要成分，其中可被DXA和QCT测量的矿物成分决定骨骼刚度和硬度，约占骨皮质体积的45%；而骨的可塑性或延展性取决于水和有机基质，约占30%和25%，可被MR测量评估。国内外关于骨皮质结合水含量(Cbw)和自由水含量(Cpw)与骨的力学相关性研究[22-23]表明，Cbw与有机质含量呈正相关，能很好地反映骨的韧性；Cpw是骨皮质孔隙度较好的替代物，随着年龄增长，Cbw和Cpw逐渐减少。研究[22]认为 UTE MR成像中骨皮质Cpw和pwT1值与年龄呈显著正相关，是骨皮质结构退行性改变的良好预测指标。相较于BMD，Cbw、Cpw具有预测与性别无关的材料强度的能力[23]，但分辨率有限，目前较多应用于观察外周骨如桡骨和胫骨，还可用于股骨颈。此外，UTE技术还可通过定量测定骨皮质的T1、T2*值、皮质孔隙度指数(porosity index, PI)以及骨皮质动态增强相关参数等反映不同年龄以及不同疾病状态下骨皮质代谢变化情况、评价骨的微观结构[24]。

4 骨骼肌量

跌倒是髋部脆性骨折的重要危险因素。骨骼肌在维持人体平衡中起关键作用，肌量减少可导致肌力下降及其功能减弱，是跌倒的重要危险因素。目前研究[24-25]多应用CT或MRI测量大腿肌肉密度、横截面积及体积等，通过DXA检测获得各部位脂肪组织量、肌肉组织量和各部位骨密度，从而计算四肢骨骼肌量(appendicular-skeletal muscle mass, ASMM)和骨骼肌指数(relative skeletal muscle index, RSMI)，为评估髋部脆性骨折风险提供了新方法和思路。

综上所述，影像学检查可提供骨结构、骨材料属性以及骨骼肌状态等与老年髋关节脆性骨折风险的相关信息，但受限于影像学设备、技术和髋关节成像条件，部分分辨率较高、能更好辨别骨小梁微结构的成像方法以及低成本、可提供骨骼质量信息的定量超声测量法尚不能运用于评估活体髋关节脆性骨折风险。未来仍需继续探寻对影响骨强度决定因素敏感的影像学标志物，为临床制定合理的治疗方案提供帮助，以期减少老年髋关节脆性骨折的发生率和致残率。