DXA与QCT在骨质疏松诊断及预后监测中的应用

李婷，李楠，李春霖

(解放军总医院第二医学中心内分泌科，北京 100853)

骨质疏松症是一种全身代谢性骨病，主要特征为骨量减少，骨组织显微结构退化。其患者一旦发生骨折，不仅医疗费用昂贵，生活质量严重下降，且致残、致死率高[1]。因此，骨质疏松症的早期诊断是治疗和预防骨质疏松相关性骨折的关键。骨质疏松症的诊断依据主要包括骨量减少、骨密度下降和(或)发生脆性骨折。其中，骨密度检查对疾病的早期诊断比较重要。目前，临床常用的骨密度测量方法主要包括双能X线吸收法(dual-energy X-ray absorptiometry，DXA)和定量CT(quantitative computed tomography，QCT)。其他跟骨超声及四肢骨骨密度测量仅适用于体检筛查[2-4]。使用DXA测量出的骨密度可对骨面积进行更准确的评估[5-6]。其主要优势为DXA精确的三维解剖能力，能提供直接的密度测量，及其高度的空间分离能力能区分皮质骨与松质骨[7-8]。由于DXA的辐射剂量较QCT更低，故世界卫生组织将其定义为诊断骨质疏松症的标准[9]。DXA的缺陷为不能独立预测骨折风险[10-12]。而高分辨率的QCT能同时测量骨小梁和皮质骨的结构。为了更好地评估骨质量，在腰椎DXA图像的基础上，骨小梁评分提供了一个新的成像方式，用来描述骨骼微结构。现就DXA与QCT在骨质疏松诊断及预后监测中的应用予以综述。

1 DXA与QCT在骨质疏松症诊断中的应用

1.1DXA DXA测量骨密度是基于两个不同能量的X线的发射，随后的计算机分析消除了软组织成分并产生骨密度结果。因此，使用双能X线能将软组织与骨组织区分开。应用DXA测量骨密度是诊断骨质疏松的“金标准”[9]。诊断主要依赖对脊柱区的测量，检查脊柱时，DXA的感兴趣区域为L1～4椎体。用DXA扫描时，检查体位将直接影响测量的准确性，要求患者取仰卧位，臀部和膝盖下方分别在特定位置块上进行弯曲。该体位使腰椎充分前凸以获取可重复性结果。X线束从后部进入身体并向前移动。DXA图像能帮助临床医师判断腰椎区域是否按检查要求充分暴露，原则上DXA图像必须投射出身体双侧等量的软组织影，并要求T12椎体和L5椎体的中部必须获得可见图像。

DXA检测髋关节的感兴趣区域为股骨颈、股骨转子间、转子和总髋关节。Ward三角区不是一个真正的解剖区域，而是一个DXA的扫描区域，它是股骨头中骨密度最低处。因此，不应使用Ward三角形的骨密度测量来诊断骨质疏松症，因为它会导致骨质疏松症诊断结果的假阳性[13]。应该分别使用股骨颈、大转子或全髋关节的骨密度测量。检查时，同样有严格的体位要求以保证测量的准确性，要求患者取仰卧位，髋关节旋转到小转子只出现很少而又不至于消失的程度，此时DXA图像能显示股骨与扫描仪长轴。

DXA测量前臂区域时，原本应用于脊柱或髋关节的诊断标准已不适用。但其仍有一定的临床应用价值，如用于估骨随着时间推移的变化[14]。DXA的主要优点为通用性、低辐射、低成本。然而，这是一种计算每克骨矿物质含量和二维投影每平方厘米面积的测量方法。骨密度的单位为g/cm2，因此DXA测量得到的是单位面积的密度，而不能像QCT测量得到单位体积的密度。DXA测量的骨密度受骨面积大小的影响，小体型个体的单位面积骨密度低于正常体型的个体，从而导致DXA用于诊断小体型骨质疏松症人群出现假阳性。同时，DXA测量结果也会受到退行性改变的影响，尤其是测量脊柱时。此外，所有覆盖在脊柱上的结构(主动脉钙化)或形态学异常(脊柱椎板切除术后)均将影响骨密度测量[15]。

世界卫生组织根据DXA测量得到的骨密度与成年人骨密度平均值之间的差异提出了骨质疏松症的定义，并用标准差来描述相同性别和种族正常人群的波动范围。将已测得的骨密度平均值与正常人群的骨密度平均值相比得到的标准差称为T值。基于DXA结果，绝经后妇女和50岁以上男性的骨密度根据T值结果进行划分：T>-1.0为骨密度正常；T值-2.5～-1.0为骨质疏松；T<-2.5为骨质疏松症。以上定义是基于流行病学对骨质疏松症患病率的计算，截取值为30%。但这个定义不包括绝经前妇女、青年男子和儿童。除T值外，DXA报告还提供Z值，其计算方式与T值类似。Z值没有被正式纳入骨质疏松症的定义，但在绝经前妇女、青年男子和儿童中，低Z值(Z<-2.0)可能表明骨密度较预期低，应积极寻找其潜在原因。在T>-2.5的情况下，一个或多个低冲击力作用下的脆性骨折被视为严重骨质疏松症的标志[16]。鉴于DXA骨密度测量的局限性，骨折风险评估工具能更好地评估患者的骨折风险。在存在临床危险因素和DXA测量出股骨颈骨密度的基础上，骨折风险评估工具可用于计算10年内髋部骨折和主要骨质疏松性骨折(脊柱、前臂、髋部或肩部骨折)的概率[17]。

1.2QCT QCT是基于X线进行，测量不同组织的吸收率(同水比较)。其结果用菲尔德单位表示。QCT可以在任何一台CT扫描仪上进行，只需加用校准幻象和专用软件。虽然有不同的幻影存在，但它们可以通过校准来互相转换。患者取仰卧位行QCT扫描，骨骼被投射到幻象上，校准幻象将得到的菲尔德单位转换成骨密度测量用的单位体积镁羟基磷灰石重量(g/L)。相对于DXA测量的单位面积骨密度，QCT测量出的是真正意义上的单位体积骨密度，而不仅仅是一个投影测量值。当感兴趣区域出现难以用DXA区分的脊柱退变时，如很小或很大体型的患者，无法单独使用骨密度测量结果时，QCT为临床医师提供了纯粹的骨小梁测量，其较DXA能更敏感地监测疾病变化和治疗效果。但因为QCT的辐射剂量较高(50～100因子)，所以不推荐将其作为诊断标准，而是作为一种必要时替代DXA的工具。在体外临床研究中，由于其需要高辐射剂量，所以很难核实所获得的数据。相较DXA测量时0.01～0.05 mSv的放射剂量，二维QCT测量腰椎时需0.06～0.3 mSv的放射剂量；而高分辨率的多排螺旋CT用于检查脊椎骨组织微结构需3 mSv的放射剂量，相当于约1.5年内接受的自然背景辐射总量[18-19]。因此，目前临床使用QCT测量骨质量参数来预测骨折风险并不适用。

脊柱的单片QCT检测需至少3～4脊椎(T12～L4)，使用8～10 mm厚片，脊椎中线部分平行于终板。它所需辐射剂量高于DXA使用剂量，但其精度较低。脊柱QCT扫描脊柱时需要使用T12～L3区域内两个完整的脊椎(通常L1～2)进行分析。虽然脊柱QCT较单排QCT需要较高的辐射剂量，但其空间分辨率优于超薄扫描(1～3 mm)。而使用多排螺旋 CT，其骨密度测量值准确度较DXA高1%～2.5%[20-21]。相较髋关节，脊柱有较大比例的骨小梁。由于骨小梁的骨代谢活性较高，故QCT能将皮质骨和松质骨区分开。与DXA相比，应用QCT测量脊柱骨密度能监测到更明显的下降趋势，因为DXA测量的只是整体骨[22]。因此，美国放射学学院指南建议将QCT扫描脊柱的结果分为：骨密度在120～80 g/L为骨量减少，骨密度<80 g/L为骨质疏松症[22]。

髋关节由于解剖结构比较复杂，单片技术不能应用。髋关节的QCT扫描从股骨头上方几厘米到小转子下方几厘米，对股骨颈、全髋关节和股骨的骨密度进行容积图像处理。其与通过脊柱QCT或DXA测量的脊柱骨密度存在差异；然而，脊柱QCT或DXA测量的脊柱整体骨密度与骨折发生具有更强的相关性[23]。类似于应用QCT测量脊柱骨密度，髋关节的骨密度测量也不将QCT作为常规推荐，只作为必要时DXA的替代工具。多排螺旋CT扫描对脊柱和髋部的容积骨密度测定被认为缺乏专业标准。当使用明确区域的具体方程时，多排螺旋CT扫描分别制订了脊柱(r=0.98)和髋关节(r=0.99)的相关系数，这能提高诊断效能[24]。QCT-DXA与DXA测量出的髋关节骨密度有很高的相关性，将结果与参考数据库进行比较，世界卫生组织认为可将DXA检测结果中的T<-2.5定义为骨质疏松症[25]。此外，QCT可以通过有限元分析提供关于髋关节几何形状的一定附加信息。体外实验证明，有限元分析结果与DXA检测结果具有高度的相关性，再结合骨密度和几何形状，其在临床对骨强度和骨折风险有很强的预测性[26]。

2 DXA与QCT在骨质疏松症预后监测中的应用

2.1DXA 除了评价骨状态和诊断骨质疏松外，影像学还能监测骨随着时间推移而发生的变化。DXA可用于评价年龄、疾病和医学的抗骨质疏松治疗，同时预测一部分的骨折风险。由于骨密度变化与骨折风险相关，故其将作为骨质疏松症预后监测的基本原则[27-29]。在使用相同的扫描仪和软件时，应随时评估患者情况，并应注意定位使患者获得相同的扫描图像。随访应使用骨密度的绝对值，而不是T值。骨密度的变化值大于最小显著变化值时才是有意义的变化结果。扫描随访的间隔时间取决于年龄、疾病、药物等临床因素的干预，临床医师应通过预计骨密度变化超过机器最小显著变化值所需时间来决定患者的随访间隔时间。对于健康的绝经后妇女，应每两年用DXA测量一次骨密度。腰椎椎骨主要由骨小梁构成，骨小梁的骨转化相对较快，因此选择腰椎区域作为检测骨密度变化的扫描区域是理想选择。然而，当存在退行性病变时，DXA结果可能很难应用，且髋关节区域应成为首选。

骨小梁评分是一种从DXA图像中描述腰椎骨骼微结构的新方法。该方法是基于DXA图像提供骨小梁结构像素级变化的间接映射评价。骨小梁结构通过二维投影产生一个高像素且变化小的图像进行评估。而连通性较低的骨会产生少量的像素值变化。临床研究证实，骨小梁评分与男女骨折风险均存在相关性[30]。它可以作为骨折风险评估工具和骨密度检测的补充，能提高骨折风险的预测能力，且被证明是一个独立于骨折风险评估工具骨折风险的重要预测因子[30]。有研究评价了应用骨小梁评分监测抗骨吸收药物治疗后的相关变化，但结果均低于最小显著变化值，表明此方法仍很难用于监测骨质疏松的治疗效果。且DXA是根据投影图像计算每平方厘米投影面积的骨矿含量，并没有测量真正的骨密度，也没有区分骨小梁和皮质骨成分。而小梁的形状、大小、方向和连接性会影响小梁骨的骨强度，对衰老、各种疾病和治疗表现出不同的反应。因此，仅使用DXA可能掩盖或误诊某些治疗对骨强度的影响。

2.2QCT QCT不仅能测量真实体积骨矿物密度，还能区分骨小梁和皮质骨。脊柱QCT在检测骨丢失方面具有较高的敏感性[7]，并能更好地预测椎体骨折风险[8-9]。然而，脊柱QCT方法临床使用仍存在局限性，因为QCT仪器的成本和技术要求高，患者的辐射风险大[6]。有研究证明，外周QCT可用来评估绝经后骨质疏松症激素替代治疗的效果[31]。激素替代治疗能有效减少总骨量的丢失，减少圆形骨骨量，并降低桡骨远端骨小梁的连通性[31]。Muller等[31]提出，激素替代治疗能降低骨折风险的原因在于能逆转皮质骨吸收。然而，当激素替代治疗抑制骨吸收时，其也会抑制骨转化。但激素替代疗法能降低早期绝经后妇女的骨折风险，而通过DXA测量的骨密度增加却比较小。Dempster[32]提出抗骨吸收疗法通过许多机制来发挥作用，如骨密度之间的非线性关系,压缩强度，抑制横向骨小梁丢失速率，减慢启动新的再吸收腔，减小矿化增加的皮质孔隙度。在抗骨吸收疗法中，可能还涉及其他因素能降低骨折风险。此外，由于增加骨强度和降低骨折风险的需求有时相反，故不能仅通过减少骨强度损害因素来预防骨质疏松骨折[31-32]。研究发现，QCT可以单独检查皮质骨和骨小梁对激素替代治疗的影响[20]。但应用QCT测量骨密度进行治疗效果监测的使用限制为其较高的辐射剂量[20-21]。有临床研究显示，高分辨率外周骨QCT能较好地监测治疗效果[33]。

3 小 结

骨质疏松症已成为威胁中老年人健康的重要疾病，防治不当将严重影响患者的生活质量和自理能力。因此骨质疏松症的诊断治疗及预后判断在临床工作中显得尤为重要，不仅引起了临床医师的广泛重视，其诊疗手段也在不断进步。目前，DXA和QCT的应用相对成熟和广泛，其技术正在进一步发展，以扩大从这些模式获得的数据的丰富性。超声、CT、磁共振成像和正电子发射计算机断层显像等定量参数的潜在新应用正在临床和研究环境中进行，相信未来这些检测手段将为骨质疏松症的诊疗提供更多、更全面的临床数据。