陳學海，王伊思，崔 曦，丁 娜，陳昱橦

（1 永昌縣人民醫(yī)院骨科 甘肅 金昌 737200）

（2 蘭州大學第二臨床醫(yī)學院 甘肅 蘭州 730030）

骨質(zhì)疏松癥是一種骨量減少、骨結(jié)構(gòu)退化，易發(fā)生脆性骨折的骨骼疾病。與骨質(zhì)疏松癥相關(guān)的骨折是一個主要的全球健康風險，50 歲以上的女性和男性中分別有1/3 和1/5 受到影響[1]。它在老年人群中更為普遍，尤其是絕經(jīng)后婦女。隨著人口老齡化的增加，骨折的發(fā)生率也會增加。

1 X 光片影像在骨質(zhì)疏松癥的診斷

骨質(zhì)疏松癥治療的研究和治療實踐表明，如果在第一次脆性骨折發(fā)生之前診斷出來，這種骨病是可以治愈的[2]。這就迫切需要高精度、高靈敏度、低成本的骨質(zhì)疏松癥早期診斷和骨折風險預測技術(shù)。骨質(zhì)疏松癥的進展可以通過測量承重骨骼的不同性質(zhì)來評估。人骨由兩部分組成：第一部分是皮質(zhì)骨，它緊密地覆蓋在管狀骨的外層；第二部分是松質(zhì)骨或松質(zhì)骨，外觀呈海綿狀，位于管狀骨的內(nèi)部。骨質(zhì)疏松癥導致皮質(zhì)骨變薄，骨小梁網(wǎng)絡惡化。為了診斷骨質(zhì)疏松癥和監(jiān)測治療干預，已經(jīng)開發(fā)了定量成像技術(shù)來量化骨密度和骨結(jié)構(gòu)。即使存在使用血和尿樣測量的生化標記物(例如骨鈣素、尿羥脯氨酸、骨特異性堿性磷酸酶、C 端膠原端肽、膠原交聯(lián)物等)。

用于檢測骨質(zhì)疏松癥的基于影像的診斷工具主要有四個階段：（1）圖像采集，（2）感興趣區(qū)域(ROI)分割，（3）特征提取，（4）診斷。用于骨質(zhì)疏松癥診斷的定量成像技術(shù)。

2 雙X 線吸收法（DXA）

診斷骨質(zhì)疏松癥的金標準是用DXA 測定骨密度。DXA 使用兩種不同能量的X 射線，一種是高能束(＞70 keV)，另一種是低能束(30 ～50 keV)，用來掃描骨骼區(qū)域。軟組織減影的方法是利用骨骼區(qū)域?qū)煞NX 射線能量的吸收差值來產(chǎn)生骨骼的DXA 圖像。從DXA 圖像中自動分割ROI，并測量ROI 的骨礦含量(BMC)。骨密度以骨密度(BMC)與ROI 總面積之比計算，以g/cm3為單位測量。將患者的測量值與具有峰值骨量的年輕健康、性別匹配的成年參考人群的參考值進行比較。T-Score以測量的骨密度與參考骨密度的標準差計算。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的建議，骨質(zhì)疏松癥的診斷依據(jù)是T 分數(shù)：T分數(shù)≥-1 表示骨密度正常，T 分數(shù)≤-2.5 表示骨質(zhì)疏松，T 分數(shù)介于-1 和～2.5 之間表示骨量減少或骨量減少?！茉u分為2.5 時伴有脆性骨折表示嚴重的骨質(zhì)疏松癥。

2.1 通常用于測量的骨骼部位是使用中心型DXA 的髖部和腰椎，以及使用外周型DXA 的前臂。不同骨骼部位的DXA 測量得出不同的BMD 值。診斷時會考慮所獲得的最低骨密度值。中央DXA 評估的骨折風險比前臂更準確，因為這些骨骼部位更容易發(fā)生骨質(zhì)疏松性骨折，因此中央DXA 是臨床試驗的首選。

2.2 DXA 具有高精度(最大可接受的精度誤差為2%～2.5%)、低輻射暴露(1 ～50 MSv)和短掃描時間[3]。DXABMD 是準確的，可以解釋70%的骨強度。DXA 在低經(jīng)濟體的主要限制是其成本高和可獲得性有限。DXA 提供了骨密度的面積測量，并且對骨大小的變化很敏感。此外，骨密度本身并不是脆性骨折風險的良好決定因素。這一限制可以通過使用測量松質(zhì)骨的體積量化技術(shù)來繞過。

3 定量CT(QCT)

QCT 是一種廣泛使用的技術(shù)，它提供了骨小梁密度的體積測量。在QCT 中，通過ROI 以不同角度捕捉組織的X 射線衰減。在采集過程中，一個不同骨密度的體模被放置在患者附近，將圖像作為掃描區(qū)域的切片獲得，并從切片重建三維(3-D)模型。由于皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的衰減系數(shù)不同，因此可以很容易地將它們分開。QCT 用于測量脊柱和髖部的骨小梁密度。使用校準標準對于在不同制造商的CT 掃描儀上產(chǎn)生一致的結(jié)果非常重要。

QCT 提供了與身體大小無關(guān)的真實的骨密度體積測量結(jié)果。骨小梁密度的測量比DXA-BMD 更靈敏然而，QCT掃描成本高，輻射劑量大(0.06 ～2.9 mSv)。QCT 還可以更好地診斷肥胖和退行性疾病患者。在老年男性和女性中，QCT 在全股骨測量的骨小梁密度可以和DXA-BMD一樣好地預測髖部骨折。然而，QCT 掃描成本高，輻射劑量大(0.06 ～2.9 mSv)。圖像采集過程中的偽影會對QCT 圖像進行篡改，降低測量精度。

QCT 獲得的T-得分低于DXA，因此不能用WHO 的骨質(zhì)疏松分類進行分析。相反，體積骨密度值可以用來衡量骨折風險，110 ～80 mg/cm3表示輕度增加，80 ～50 mg/cm3表示中度增加，＜50 mg/cm3表示骨折風險嚴重增加[4]。

4 高分辨率外圍QCT（HR-pQCT）

HR-pQCT 是一種QCT 技術(shù)，可獲取身體外圍部分的高分辨率體積圖像。使用邊緣檢測來檢測骨骼區(qū)域的邊界，從而對ROI 進行半自動分段。使用高斯平滑濾波器和閾值化方法對皮質(zhì)骨腔進行分段。小梁骨是通過從整個骨骼區(qū)域去除皮質(zhì)骨而獲得的。HR-pQCT 可以同時測量小梁和皮質(zhì)骨的骨密度和骨結(jié)構(gòu)。校準體模與QCT 相似，用于測量體積BMD。進行了不同的形態(tài)分析，以分析骨骼結(jié)構(gòu)的連通性和各向異性。還可以對HR-pQCT 圖像進行有限元分析，并可以測量小梁骨的生物力學性能。

4.1 定量超聲（QUS）

QUS 是一種簡單，經(jīng)濟高效的無輻射技術(shù)，用于測量小梁骨結(jié)構(gòu)。QUS 使用脈沖聲波在頻率范圍（500 kHz～1.25 MHz）中通過骨骼傳播。它根據(jù)微分反射和聲波衰減來測量骨骼屬性。骨骼特性通過兩個測量來表征，即寬帶超聲衰減（BUA）和聲速（SOS）。隨著骨質(zhì)疏松癥，BUA 升高而SOS 降低。從QUS 進行的其他測量，例如剛度指數(shù)，QUS 指數(shù)，幅度相關(guān)的SOS 和明顯的背向散射，可以幫助識別高骨折風險的患者。QUS 的其他缺點是精度低且缺乏靈敏度。由于換能器放置不當以及溫度變化，QUS 的可靠性和再現(xiàn)性很差。這限制了其作為骨質(zhì)疏松癥的臨床診斷工具的用途，但可用作預篩查工具。

5 磁共振成像（MRI）

MRI 利用了小梁骨結(jié)構(gòu)的多孔幾何結(jié)構(gòu)中存在的擴散水。從MRI 圖像中，對小梁骨區(qū)域進行分割，并分析組織形態(tài)計量學特征，盡管MRI 有希望用于監(jiān)測骨質(zhì)疏松癥，但在臨床實踐中仍不常用。人們正在探索高分辨率的微核磁共振成像，以研究骨小梁的結(jié)構(gòu)[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和空間分辨率。從HR-MRI 獲得的骨小梁特征與pQCT 高度相關(guān)。皮質(zhì)骨和小梁骨的強度也可以通過使用定量磁共振（QMR）量化相鄰骨髓的弛豫特性和使用質(zhì)子MR 光譜法（MRS）量化骨髓肥胖來評估。MRS 可以提供有關(guān)水分和脂肪含量以及骨髓中不同脂質(zhì)區(qū)室的信息。骨髓脂肪與BMD 之間存在反比例關(guān)系，而骨髓灌注指數(shù)與BMD之間存在正比例關(guān)系[6-8]。

6 結(jié)語

盡管開發(fā)出的所有用于診斷骨質(zhì)疏松癥的定量成像技術(shù)都是精確且有希望的，放射線照相術(shù)因其低成本，廣泛的使用范圍和易于獲取而受到關(guān)注。隨著高處理計算機的發(fā)展，正在進行許多研究，以僅使用射線照相來采用先進的圖像處理和機器學習技術(shù)來評估骨質(zhì)疏松癥和骨折風險。