骨质疏松症评估方法的研究进展△

2024-03-31欧宇轩李根朱立新郑欣

中国矫形外科杂志 2024年5期

欧宇轩，李根，朱立新，郑欣

（南方医科大学珠江医院，广东广州 510280）

随着人口老龄化日益严峻，许多高危群体对骨质疏松症的认识和预防不足，导致骨质疏松症的患病率快速增加，并且已经成为了一个不可忽视的全球性的健康挑战。骨质疏松症在早期并没有明显的症状，不易察觉，而后期容易发生骨折，导致生活质量下降。管理骨质疏松症的主要目标是预防这些骨折，称为脆性或低创伤性骨折，因为它们是疾病发病率和死亡率的主要来源。尽管在骨折风险评估方面取得了重大进展，并且有一系列降低骨折风险的药物选择，但许多高危个体没有得到充分的检查和治疗［1］。因此及早进行骨密度（bone mineral density,BMD）监测，对预防和早期诊断骨质疏松具有十分重要的意义。

1 评估方法

1.1 双能X 线吸收法（dual energy X-ray absorptiom-etry,DXA）

DXA 经济、简便，辐射量小，准确度高，是目前临床诊断骨质疏松症的“金标准”［2］。进行全身骨密度检查时，只需十多分钟，而且抗干扰能力强，稳定性好，所得到的影像精度及分辨率高。低剂量的辐射让DXA 重复检测变为可能，从而能够验证所得到的数据。它通过两个部位、3 个感兴趣区测定股骨颈、转子间、髋关节3 个区域及第1～4 腰椎（L1～4）的BMD，采用T 值评估，如果T 值为-2.5～-1.0，为骨量减少；T≥-1.0，则为正常，T≤-2.5，为骨质疏松症［3］。然而，DXA 的T 值不适合作为诊断骨质疏松的唯一因素，因为双能X 线吸收法很容易受到外部环境和自身条件的影响。Xu 等［4］发现脊柱侧凸及后凸畸形、脊柱退行性改变、主动脉钙化和轻度骨折都会引起DXA 所测得的BMD 增加，从而导致结果的不准确。Yeh 等［5］认为在骨质疏松早期，最先出现丢失的是小梁骨而不是皮质骨，而DXA 无法把皮质骨和松质骨区分开来，而且容易受到周围其他组织的影响，降低了DXA 的敏感性。由于它是一种二维技术，无法测量骨深度，因此使用DXA 测量的面积BMD 会受到骨骼大小变化的影响，且骨微组织对骨强度有一定的影响，却不影响BMD，这可能会导致误诊［6］。同时人体的厚度或体重也会对DXA 测得的BMD 产生一定的影响，对于肥胖患者诊断的准确性会降低。其次，由于DXA 诊断标准采用的是T 值，它依赖于DXA 仪器设置的正常参考资料库，而各设备制造商所设置的T 值基准资料库是不一样的，而且T 评分是达到峰值骨量后骨质流失的量度。所以对于儿童、50 岁以下的男性、绝经期前阶段的女性需要参考Z 值［7］，通过缩放原始测量（以g/cm3为单位）来实现，以便描述远离总体均值的标准差。Z 值是把相同年龄段的人群所测得的BMD 值进行比较，Z-score≤-2.0 被认为是骨质疏松症，而Z-score＞-2.0被认为正常［8］，随着年龄的增长，可能会发生大量的骨质流失，导致老年人的平均BMD 值较低。因此，成人Z 值应大于或等于他们各自的T 值，随着时间的推移，个人的T 值会随着骨量丢失而下降，而他们的Z 值可能不会改变［9］。Z 评分表示测量的BMD结果与年龄、性别、种族和体重匹配的规范数据库不同的标准差数。由于Z 评分反映了人口统计学上相似人群的差异，因此它比T 评分更加准确［10］。DXA是一种多功能技术，在骨质疏松症和其他骨骼疾病的临床实践中被广泛使用。这是一种安全且廉价的程序，可测量骨矿物质密度以诊断骨质疏松症、评估骨折风险和监测骨质疏松症治疗。然而，大部分人声称它被过度利用，对患者管理没有帮助。近年来，尽管人口老龄化，骨折风险增加，但基于办公室的DXA设施数量有所下降，进行的BMD 测试减少，被诊断和治疗骨质疏松症的女性也减少了［11］。随着各种新兴的影像学检测技术的崛起，DXA 的地位受到了挑战，从而对良好的患者护理构成威胁。需要尽快恢复DXA 在骨质疏松症管理中的适当作用。

1.2 定量超声法（quantitative ultrasound,QUS）

QUS 是一种廉价、便携式的技术，无创无辐射，在筛查骨质疏松方面的潜力较大［12］。早在1984年Langton 等就首次将QUS 用于骨质疏松症和骨折风险评估。QUS 有多种模式，包括横向传输、轴向传输、反向散射和脉冲回波。所有这些模式将超声在骨骼中的传播路径简化为一个简单的物理模型，然后计算某些参数以评估骨矿物质密度。在QUS 的所有参数中，声速是最常用的参数之一，通过考虑骨骼微观结构与QUS 参数之间的关系，骨质疏松症骨的QUS参数变化可能大于健康骨。然而，目前的QUS 方法不能为骨质疏松症提供令人满意的诊断准确性，主要原因之一是声音在其表面的骨骼和软组织中的传播比简化的物理模型要复杂得多［13］。其次，当前QUS 分析采用的有限参数会丢失超声信号中与BMD 相关的大量其他信息。Luo 等［14］建立了一种提高QUS 诊断精度的新方法，即多通道卷积神经网络处理QUS 的原始射频信号，这种方式的精确性和诊断性都高于传统的声速测量。Yen 等［15］认为，虽然QUS 不是诊断骨质疏松症的金标准，但QUS 和DXA 之间存在明显的相关性，QUS 可作为代替DXA 的预筛选工具。QUS 设备在其站点和制造商方面的可变性也会导致其测量的可变性。这种异质性反映在现有证据中，并阻碍了其在临床实践中的广泛应用。人们普遍认为，跟骨QUS 可用于骨质疏松症筛查和骨折风险评估，其临床用途已经相当成熟。跟骨QUS 作为骨质疏松症的筛查方法，具有良好的特异性，当跟骨的QUS T评分为-1.8 时，对骨质疏松症的诊断效率最高；当跟骨的QUS T 评分为≤-2.35 时，可诊断为骨质疏松症［16］。Minniti 等［17］研究表明，由于经DXA 诊断的每例真阳性病例的成本比QUS+DXA 诊断高出两倍，所以合理的把QUS 运用在评估骨质疏松中，可以起到事半功倍的效果。今后还需要继续进一步研究足跟以外部位的QUS 参数，使其更为广泛的应用于骨质疏松症的评估。

1.3 常规CT

常规CT 扫描可同时评估容量骨矿物质密度和骨质疏松症筛查，无需额外设备、患者时间或辐射暴露，且无需大量额外费用［18］。在常规的胸部、腹部和骨盆CT 扫描中，CT 能清晰地看到脊椎部位，从而为骨质疏松症的诊断提供了充足的可能。Löffler等［19］发现在脊柱常规CT 检查中进行骨质疏松筛查是可行的。与DXA 相比，CT 测量可以更好地识别患有脊椎骨折骨量减少的个体。骨质疏松患者的CT 检查可以见到骨小梁变细、减少、间隙增宽、皮质骨变薄、周围骨质退变等现象。CT 测量受脊柱退行性疾病、血管钙化、脊柱侧弯和脊柱后凸等畸形、肥胖误差、患者定位错误以及各种内部和外部伪影的影响较小［20］。DXA 易受脊柱周围解剖结构和椎体退行性变的影响，此外，虽然骨小梁是椎体代谢最活跃的部分，但在使用DXA 时不能区分骨皮质和骨小梁，均可导致测量数据不准确。而常规CT 可以很好地弥补DXA 的这两个缺点［21］。通过CT 扫描直接进行HU测量可用于骨质疏松症筛查，有文献表明椎体的CT值与BMD 和T 值存在较好的相关性，CT 值的改变能反映出骨量的改变，可作为早期的BMD 筛选指标［22］。然而，各研究得出的腰椎CT 值诊断骨质疏松症的界值有所不同，仍需要进一步更大样本量的研究来获得更明确的骨质疏松诊断标准。CT 同样可以测量出皮质骨的厚度，不仅可以用来评估骨质疏松还能评估骨质疏松骨折的风险。陈华芳等［23］研究发现，股骨颈、转子间皮质骨厚度值及CT 值均可较好地评估髋部骨折的风险，其中外侧皮质厚度的变化具有重要意义。

1.4 定量计算机断层扫描法（quantitative computed tomography,QCT）

QCT 是一种新兴的BMD 测量技术，它将临床CT 扫描数据通过体模校正，从而获得人体三维骨骼密度和体积的定量评估。相比于DXA 检测的二维骨骼密度，QCT 很大程度上避免了脊柱压缩性骨折以及动脉硬化等因素对骨质疏松检测的影响，受退行性脊柱变化的干扰较小，对骨量变化的敏感性很高［24］。同时，身高、体重等因素对于QCT 测量BMD的影响较小，可以更精确地诊断骨质疏松症。QCT能较精确地测定皮质骨和松质骨的密度，根据其密度判断是否存在骨量损失，从而对骨质疏松进行早期诊断［25］。QCT 衍生的体积BMD 也被证明可以区分椎体骨折患者和没有骨折的患者［26］，除了体积BMD 之外，还可以确定横截面惯性矩和皮质骨厚度等。对于使用椎体CT 值直接进行筛检，目前还没有公认的标准，一般认为腰椎QCT 诊断阈值：BMD＜80 mg/cm3是骨质疏松，80 mg/cm3≤BMD≤120 mg/cm3是低骨量，BMD＞120 mg/cm3则是骨量正常［27］。然而，相关阈值随人群患骨质疏松风险的不同而变化，对于那些患有基础疾病的高危人群，应采用较高的敏感性阈值，以将假阴性的可能性降到最低。QCT 不受受试者体型大小和骨骼大小的影响，而且可以提供更详细的骨骼几何结构参数，例如骨小梁微结构的测量，总体优于DXA，但由于其高辐射量，一般不作为首选［28］。QCT 测量又分为双能QCT 和单能QCT，Cataño 等［29］将54 例椎体，分别用单能QCT （120 kVp）和双能QCT （80/140 kVp）进行扫描，然后用DXA 扫描椎骨并进行力学测试，以获得骨骼特性。结果显示，与单能QCT 比较，双能QCT 测量的体积BMD 与椎体骨质疏松程度有较好的相关性，可以更精确地评估骨丢失量，随时间的变化，能更精确地诊断出骨质疏松症。Cheng 等［30］调查显示，50 岁以上的妇女有29.0%患有骨质疏松，与DXA 所报道的29.1%相近。但是，对于50 岁以上的男性，QCT 检测出的骨质疏松发生率比DXA 高出1 倍以上（13.5%vs6.5%）。基于以上的研究，他们认为QCT对骨质疏松症的检测要比DXA 更灵敏。QCT 在最近几年也成为一种常见的诊断骨质疏松的手段。然而，它的费用很高，而且大部分医院都没有专门的QCT。

1.5 高分辨率外周计算机断层扫描（high-resolution peripheral quantitative computed tomography,HR-PQCT）

HR-PQCT 与QCT 的区别在于其高分辨率图像，能够定性、定量测量体内骨小梁的厚度、数量和分布，以及胫骨和桡骨的皮质孔隙率，因此类似于外周骨的虚拟骨活检［31］。HR-PQCT 与QCT 相比，骨质疏松患者的皮质区域，可更清晰地显示其明显的骨量丢失。它也可以测量外周部位的三维容积BMD 以及皮质和骨小梁微结构，从而弥补了DXA 不能将皮质骨和松质骨的BMD 区分开来的局限性。但是骨组织矿化的变化会影响HR-pQCT 获得的形态学测量。骨结构的提取使用固定阈值技术，因此可能无法捕获低于阈值的矿化不足的骨组织［32］，使得测量结果不准确。HR-pQCT 越来越多地用于评估继发性骨质疏松症和代谢性骨疾病的骨微结构和骨强度，以探索这些疾病背后的病理生理学机制。HR-pQCT 在临床实践中的前景有待从药物作用、代谢性骨病、罕见骨病以及手关节成像和骨折愈合等其他应用等方面进一步研究［33］。

1.6 磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）

早在上世纪九十年代，MRIT2 加权和高分辨率骨小梁成像就被用于评价骨质疏松的骨显微组织。MRI 主要通过量化脂肪含量来评估骨质疏松症，随着年龄的增长，椎体骨髓内水含量会持续下降，而脂肪含量会增加。当骨量降低和骨微结构被破坏时，骨小梁变稀疏甚至缺失。小梁间的空隙主要被脂肪组织所填充，因此能够通过提取骨髓脂肪部分来定量评估非矿化骨室［34］。骨骼和肌肉中的脂肪是相关的，在骨质疏松症的患者中，有更多的脂肪倾向于在骨与肌肉组织中聚集。通过MRI 扫描，测量双侧椎旁肌肉横截面积、肌肉间隙脂肪组织，并计算标准化肌间隙脂肪组织评估各测量值之间的相关性，可以得出椎旁肌肉肌间脂肪变性程度与BMD 呈负相关［35］。MR 光谱（MRS）可提供有关组织分子组成的信息。氢质子磁共振波谱常被用于研究体内骨髓的甘油三酯化学成分，骨质疏松症和骨质减少症患者中骨髓脂质含量升高。由于骨髓中的脂质峰值通常在氢质子磁共振波谱，在光谱分析中可以可靠地评估重叠的脂质峰。如果可以识别和测量来自单个脂质峰的信号贡献，氢质子磁共振波谱还可以评估骨质疏松症中发生的脂质成分变化［36］。随着年龄的增长和骨质疏松症的进展，骨骼会出现结构和生理上的变化，从而导致骨髓中的脂肪含量升高，骨髓灌注减少，骨髓密度下降，小梁微结构变差，而皮质骨的含水率也随之下降。由于这些变化会影响骨组织中的扩散过程，因此弥散MRI是识别表征衰老和骨质疏松症中骨质的有效工具。与定性传统核磁共振成像不同，它提供定量指标，与MRS 相比，它具有更好的空间分辨率，因此具有更高的信噪比，可快速采集。通过获取内部磁场梯度的扩散，可以实现小梁骨微结构的结构可视化［37］。磁共振成像能诊断骨质疏松，但是存在一定的局限性，检查费用也比较昂贵，因此，在临床应用中不作为主要的检查手段。通常作为一种鉴别诊断的手段，用来排除骨折、BMD 降低等表现不是由肿瘤造成的。