可用于评估骨质疏松症导致老年股骨转子间骨折风险的新兴技术

陈学海，王伊思，崔 曦，丁 娜，陈昱橦

（1 永昌县人民医院骨科 甘肃 金昌 737200）

（2 兰州大学第二临床医学院 甘肃 兰州 730030）

骨质疏松症是一种骨量减少、骨结构退化，易发生脆性骨折的骨骼疾病。与骨质疏松症相关的骨折是一个主要的全球健康风险，50 岁以上的女性和男性中分别有1/3 和1/5 受到影响[1]。它在老年人群中更为普遍，尤其是绝经后妇女。随着人口老龄化的增加，骨折的发生率也会增加。

1 X 光片影像在骨质疏松症的诊断

骨质疏松症治疗的研究和治疗实践表明，如果在第一次脆性骨折发生之前诊断出来，这种骨病是可以治愈的[2]。这就迫切需要高精度、高灵敏度、低成本的骨质疏松症早期诊断和骨折风险预测技术。骨质疏松症的进展可以通过测量承重骨骼的不同性质来评估。人骨由两部分组成：第一部分是皮质骨，它紧密地覆盖在管状骨的外层；第二部分是松质骨或松质骨，外观呈海绵状，位于管状骨的内部。骨质疏松症导致皮质骨变薄，骨小梁网络恶化。为了诊断骨质疏松症和监测治疗干预，已经开发了定量成像技术来量化骨密度和骨结构。即使存在使用血和尿样测量的生化标记物(例如骨钙素、尿羟脯氨酸、骨特异性碱性磷酸酶、C 端胶原端肽、胶原交联物等)。

用于检测骨质疏松症的基于影像的诊断工具主要有四个阶段：（1）图像采集，（2）感兴趣区域(ROI)分割，（3）特征提取，（4）诊断。用于骨质疏松症诊断的定量成像技术。

2 双X 线吸收法（DXA）

诊断骨质疏松症的金标准是用DXA 测定骨密度。DXA 使用两种不同能量的X 射线，一种是高能束(＞70 keV)，另一种是低能束(30 ～50 keV)，用来扫描骨骼区域。软组织减影的方法是利用骨骼区域对两种X 射线能量的吸收差值来产生骨骼的DXA 图像。从DXA 图像中自动分割ROI，并测量ROI 的骨矿含量(BMC)。骨密度以骨密度(BMC)与ROI 总面积之比计算，以g/cm3为单位测量。将患者的测量值与具有峰值骨量的年轻健康、性别匹配的成年参考人群的参考值进行比较。T-Score以测量的骨密度与参考骨密度的标准差计算。根据世界卫生组织的建议，骨质疏松症的诊断依据是T 分数：T分数≥-1 表示骨密度正常，T 分数≤-2.5 表示骨质疏松，T 分数介于-1 和～2.5 之间表示骨量减少或骨量减少。≤评分为2.5 时伴有脆性骨折表示严重的骨质疏松症。

2.1 通常用于测量的骨骼部位是使用中心型DXA 的髋部和腰椎，以及使用外周型DXA 的前臂。不同骨骼部位的DXA 测量得出不同的BMD 值。诊断时会考虑所获得的最低骨密度值。中央DXA 评估的骨折风险比前臂更准确，因为这些骨骼部位更容易发生骨质疏松性骨折，因此中央DXA 是临床试验的首选。

2.2 DXA 具有高精度(最大可接受的精度误差为2%～2.5%)、低辐射暴露(1 ～50 MSv)和短扫描时间[3]。DXABMD 是准确的，可以解释70%的骨强度。DXA 在低经济体的主要限制是其成本高和可获得性有限。DXA 提供了骨密度的面积测量，并且对骨大小的变化很敏感。此外，骨密度本身并不是脆性骨折风险的良好决定因素。这一限制可以通过使用测量松质骨的体积量化技术来绕过。

3 定量CT(QCT)

QCT 是一种广泛使用的技术，它提供了骨小梁密度的体积测量。在QCT 中，通过ROI 以不同角度捕捉组织的X 射线衰减。在采集过程中，一个不同骨密度的体模被放置在患者附近，将图像作为扫描区域的切片获得，并从切片重建三维(3-D)模型。由于皮质骨和松质骨的衰减系数不同，因此可以很容易地将它们分开。QCT 用于测量脊柱和髋部的骨小梁密度。使用校准标准对于在不同制造商的CT 扫描仪上产生一致的结果非常重要。

QCT 提供了与身体大小无关的真实的骨密度体积测量结果。骨小梁密度的测量比DXA-BMD 更灵敏然而，QCT扫描成本高，辐射剂量大(0.06 ～2.9 mSv)。QCT 还可以更好地诊断肥胖和退行性疾病患者。在老年男性和女性中，QCT 在全股骨测量的骨小梁密度可以和DXA-BMD一样好地预测髋部骨折。然而，QCT 扫描成本高，辐射剂量大(0.06 ～2.9 mSv)。图像采集过程中的伪影会对QCT 图像进行篡改，降低测量精度。

QCT 获得的T-得分低于DXA，因此不能用WHO 的骨质疏松分类进行分析。相反，体积骨密度值可以用来衡量骨折风险，110 ～80 mg/cm3表示轻度增加，80 ～50 mg/cm3表示中度增加，＜50 mg/cm3表示骨折风险严重增加[4]。

4 高分辨率外围QCT（HR-pQCT）

HR-pQCT 是一种QCT 技术，可获取身体外围部分的高分辨率体积图像。使用边缘检测来检测骨骼区域的边界，从而对ROI 进行半自动分段。使用高斯平滑滤波器和阈值化方法对皮质骨腔进行分段。小梁骨是通过从整个骨骼区域去除皮质骨而获得的。HR-pQCT 可以同时测量小梁和皮质骨的骨密度和骨结构。校准体模与QCT 相似，用于测量体积BMD。进行了不同的形态分析，以分析骨骼结构的连通性和各向异性。还可以对HR-pQCT 图像进行有限元分析，并可以测量小梁骨的生物力学性能。

4.1 定量超声（QUS）

QUS 是一种简单，经济高效的无辐射技术，用于测量小梁骨结构。QUS 使用脉冲声波在频率范围（500 kHz～1.25 MHz）中通过骨骼传播。它根据微分反射和声波衰减来测量骨骼属性。骨骼特性通过两个测量来表征，即宽带超声衰减（BUA）和声速（SOS）。随着骨质疏松症，BUA 升高而SOS 降低。从QUS 进行的其他测量，例如刚度指数，QUS 指数，幅度相关的SOS 和明显的背向散射，可以帮助识别高骨折风险的患者。QUS 的其他缺点是精度低且缺乏灵敏度。由于换能器放置不当以及温度变化，QUS 的可靠性和再现性很差。这限制了其作为骨质疏松症的临床诊断工具的用途，但可用作预筛查工具。

5 磁共振成像（MRI）

MRI 利用了小梁骨结构的多孔几何结构中存在的扩散水。从MRI 图像中，对小梁骨区域进行分割，并分析组织形态计量学特征，尽管MRI 有希望用于监测骨质疏松症，但在临床实践中仍不常用。人们正在探索高分辨率的微核磁共振成像，以研究骨小梁的结构[5]。HR-MRI 可能在1.5 或3.0T 下成像。1.5T 下成像的局限性是低SNR和空间分辨率。从HR-MRI 获得的骨小梁特征与pQCT 高度相关。皮质骨和小梁骨的强度也可以通过使用定量磁共振（QMR）量化相邻骨髓的弛豫特性和使用质子MR 光谱法（MRS）量化骨髓肥胖来评估。MRS 可以提供有关水分和脂肪含量以及骨髓中不同脂质区室的信息。骨髓脂肪与BMD 之间存在反比例关系，而骨髓灌注指数与BMD之间存在正比例关系[6-8]。

6 结语

尽管开发出的所有用于诊断骨质疏松症的定量成像技术都是精确且有希望的，放射线照相术因其低成本，广泛的使用范围和易于获取而受到关注。随着高处理计算机的发展，正在进行许多研究，以仅使用射线照相来采用先进的图像处理和机器学习技术来评估骨质疏松症和骨折风险。