骨密度检测方法的演变及其进展

1 X 线摄片法
20 世纪 60 年代以前, 骨骼 X 线平片 就已用 于判 断 骨密度。在骨密度仪尚 未普及 之前, X 线是我 国临床 诊 断最为常用 的 方 法。国 内 学 者就 观 测 方法、 内容的不 同, 共总结出以下 3 种。 1. 1 直接观测法 肉眼观察 X 线片上的皮质厚度、 骨小梁形态、 数 量、 分布特点来判定有无骨质疏松, 可 粗略分 为轻、 中、 重度 三型骨质疏松[ 2] 。此 法方 便快 捷, 无需 测量 仪器, 但 对 医师要求较高, 需要有丰 富的临 床经验。但该 方法也 存 在着严重不足, 即只有当 矿物质丢 失 30% ~ 50% 时, 肉 眼才能识别出 X 线片上的密度改变, 因此 不能用于观 测 早期的 骨密度 变化, 且该方 法受主 观因 素影响 较大, 目 前临床已停止使用。 1. 2 测量骨皮质厚度 摄取第二掌骨的 X 线正位 片, 用尺在 X 线 片上 测 出骨骼外侧横径( D) 、 髓腔 宽度( d) , 利用公 式[ ( D- d) / D% ] 计算出皮质骨厚度的百分数, 从而判 断出皮质骨 的
2 单光子吸收骨密度仪 ( Single Photon Absorp tionmetry, SPA)
基本介绍 该方法利用单 一能量 的 射线 穿过 骨组 织时 的 吸 [8] 收量来测 定骨 密 度, 称 为 单 光子 吸 收 法 。美 国 Nor land 公司最早推出了 数字式骨 密度 测量装 置( S PA) , 先 使用 153Gd( 钆) , 后用 241A m( 镅 ) 作 为同 位素 放射 源, 在人体桡骨远端测量该源产生的单 色光束 辐射吸收 率。 20 世纪 80 年代中 期, 我国单光 子骨密度仪 ( SPA ) 在 成 都研制成功, 运用的放射源是同位素 125I。 2. 2 SPA 的优缺点 SPA 具有重复精度好、 方法简便、 辐射 量小、 廉价 等 优点, 在骨密度定量测量 的问题 上有了巨 大的飞 跃。但 它测量的结果只是反映皮质和骨小 梁的总 和, 并不能 单 独反映代谢较快的 小梁骨 的变 化, 因 此, SPA 对 骨代 谢 改变早期的监测尚有局限性, 在有效 解决软组 织衰减 的 问题上也存在不足, 特别是软 组织密 度变化较 大的部 位 ( 如脊柱、 髋关 节) 。 为消 除 软 组织 对 骨 密 度测 定 的 影 响, 就必须使用水袋等软组 织等效物, 因 此, SPA 仅适 用 于测定周围软组织较少的骨骼( 主 要指四肢 骨) , 这些 部 位主要为皮质骨, 而骨质疏松 的早期 改变主要 为富含 松 质骨的区域, 如髋骨、 锥体等, 故 SPA 并非早期诊断骨质 [ 9] 疏松的敏感方法 。也有学 者认为, 放射性同 位素衰 减 及其放射源的相对不稳定, 可能会影响结果的精确性。 2. 3 新的研究 针对上述 不足, 诸 多 学 者对 其 进 行了 多 方 面 的 改 良。胡兆燕等[ 10] 选 择跟 骨作为 放射 对象, 从传 动、 控制 两大系 统入手, 研制 出跟骨 骨密度 仪, 并 认为结 果的 精 [ 11] 确度令人满意。夏丰年等 采用二维 扫描, 将放射性 转 为图像, 使仪器的准确度偏差不超过 1. 5% 。 2. 1
骨密度检测方法的演变及其进展
庄子颖1 , 陈长青2
( 1. 福建中医药大学, 福建 福州 350108; 2. 解放军 175 医院, 福建 漳州 363000)
摘 要: 骨质疏松症是以骨量减少、 骨的微观结构退化为特征, 致使骨的脆性增加而易 于发生骨折的 一 种全身性骨骼疾病, 对人们健康的危害越来越 大。骨密度 检测是 早期评价 骨质丢 失、 诊断 骨质疏松 症 [ 1] 的重要手段之一 。目前, 随着科学技术的发 展, 骨密 度检测方 法逐渐 增多, 但不 同方法 的测量部 位、 临床应用价值均有所不同。就比较有代表性的骨密度检测方法的演变、 研究进展以及 目前存在的问 题 等作一概述。 关键词: 骨密度; 检测方法; 研究进展; 存在问题 中图分类号: R336 文献标识码: A 文章编号: 1673 2197( 2010) 12 0176 03 骨质疏松症是以骨量减少、 骨的 微观结构 退化为 特 征, 致使骨的脆性增加而易于 发生骨 折的一种 全身性 骨 骼疾病。据 2000 年国 家人 口统 计 局的 数据 表明, 我 国 60 岁以上的老人有 1 亿 2 千万人, 我国骨 质疏松患者 有 8 700 万人, 约 占总 人 口数 的 7% 。骨 密度 ( BM D) 测 定 作为诊断骨质疏松的重要手段之一, 越来越受 到人们 的 广泛关注。其中, 比较有代表 性的骨 密度检测 方法主 要 有 X 线、 单光子吸收骨密度仪、 双光子 吸收骨密度仪、 双 能骨密度仪、 定量 CT 和 PET CT 等。笔 者在此 作一 简 要概述。 减少程度[ 3] 。目前 有些 基层 医疗 机 构仍 采用 此方 法 来 诊断骨质疏松。该 方法 的优 点是 费用 低廉、 辐 射量 小, 尤其适用于团体普查, 但其存 在的不 足之处也 在于主 观 因素影响较大, 且 该方 法无 法定 量地 判断 出流 失骨 量, 不利于早期诊断。 1. 3 X 线光吸收法( RA) 该方法也称为 X 线片光密度测量法或经典骨密度法。 1. 3. 1 基本原理 此方法将原子序数与骨矿物质几 乎相等 的铝( 早 期 用象牙) , 做 成一 定长、 宽, 但 厚度 不同 的 标准 体。根 据 纯铝等效值[4] ( 即 1mm 厚度 的铝 等于 130mg/ cm2 的 骨 矿物质) , 比较 已知不 同厚 度的铝 梯对 X 线吸收 的结 果 和所测部位的 X 线 吸收 程度, 进而推 测其 骨矿 含量[ 3] 。 一般选 用尺骨 下段进 行测 定, 因该 处皮 质骨较 多, 测 出 数值较稳定。该方法以测定皮质骨为主。 1. 3. 2 改良方法 近年来, 随着研究的深入, 国内外专家提出 了改良的 RA 法。大量研究表明, 外周骨骼尤其是非优势手第 3 指 骨骨密度也可用于骨质疏松的 诊断, 并 能预测脊柱、 髋关 [ 5] 节和跟骨的骨折危险性 , 因指骨不负 重、 周围 组织干扰 少, 是优先选择的部位。人们还将计算机成像技术与 RA 相结合, 从而大大 减少了人为 误差、 提高了测 量精度, 即 对非优势手指骨摄 X 线片后, 经过数 码处理技术分 析给 出骨密度, 对骨折的危险性 进行预测。有研究认为, 该方 法与 DXA 或 SXA 方法在测量骨密度和预测骨 折危险性 的准确性、 精确性 上是基本相 当的, 且具有价 廉、 便 捷等 优势。在美国, 经过改 良 RA 法所 测得 的骨质 疏松患 者 已有十几万[6] 。目前, 应用于临床的 RA 法有美国的( 2-
4 双光子 吸收骨密 度仪 ( Dual Photon Absorp tionmetry, DPA)
20 世纪 70 年代出现的双光子吸收骨密度仪是使用 高能、 低能两种不同的放射性 核素或 发射两种 不同能 量 射线的放射性核素( 一般是 153Gd, T 1/ 2 = 242 天) 作为放 射源, 通过单独测量这两种能 量光子 过骨骼和 软组织 的 吸收情 况, 经过 处理 及计算, 得出骨 组织 等量吸 收的 部 分, 从而 消除软 组织 的影响, 因而它 适用 于软组 织较 厚 或差异较大的 部位, 如腰椎、 股 骨等。但 此方 法扫 描 时
3 单 能 X 线吸 收测 量仪 ( Single Energy X ray Absorptionmetry, SXA)
为克服 SPA 放射性 同位素 衰减及其 放射源 相对 不 稳定 的 问 题, 有 关 专 家 研 制 出 单 能 X 线 吸 收 测 量 仪 ( SXA) , 主要以 X 线 为放 射源 取代 SPA 的同 位素 光 子 放射源, 使测量 结果 的精确 性明显 改善, 但该方 法并 没 有得到广泛推广, 临床报道有限。
收稿日期: 2010 09 20 作者简介: 庄子颖( 1986- ) , 福建中医药大学硕士研究生, 研究方向为四肢创伤学 。
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4) 指中节指节 BM D 测量、 日本的 第二掌骨 BMD 测 量以 [ 7] 及欧洲的第二指骨中节指节、 近侧干骺段的测量等 。
间较长, 辐射量较大, 并需 经常更换 放射源, 现 已基分别 评估 皮质骨 及松质 骨密 度
5 双能 X 线吸收测量仪 ( Dual Energy X ray Ab sorptionmetry, DEXA, DXA)
5. 1 基本介绍 DXA 原 理与 DPA 相 同, 但 采用 X 管 代替 放射 源, 应用开关脉冲技术 产生双 能 X 线, 使有效 强度 增加, 减 少系统误差, 免除放射源 更换与 校准。它 的特 点是: 测量时间短, 全身扫描仅需 10~ 15min, 腰椎或髋关节 测 量只需几分钟; ! 精密度高, 图像的 分辨率 高, 其图像 空 间分辨率为 115mm, 几乎 是 DPA 的 10 倍; ∀ 放 射性 剂 量低, 对操作者比较安全。应 用 DXA 可测 量腰椎、 股骨 近端、 全 身骨的 骨密 度及脂 肪组织 含量, 尤其是 侧位 评 价脊椎 BM D 的能力甚至可与 QCT 相比拟, 它可将椎 体 与后突分开检查, 提高了骨质 疏松诊 断的灵敏 度及准 确 性, 因此, 侧位 检查 的临 床价 值极 大。有 研 究表 明[12] , 腰椎侧位 DEXA 测量值与 Q CT 测量值的相关性大于 正 位 DEXA 值 与 Q CT 值 的 相 关 性。 现 又 出 现 C 型 臂 DEXA 扫描机, 做侧 位检查 时, 患 者保持 前后位 检查 时 的体位, 转动 C 臂即可进行侧位检查。将 前后位及侧 位 检查的结果加以分析, 可使椎 体 BM D 测量的 精密度 提 高到 1% 。目前, 双能 X 线骨密 度仪在 骨密度测 定中 已 成为事实上的标准, 并广泛应 用于药 物研究和 流行病 学 的调查中, 同时 DXA 也 是评 价其 它骨 密度 测定 仪器 的 基准和参考, 但它仍不能分别 测量出 骨转换率 不同的 皮 质骨和松质骨, 更因骨赘、 主动脉钙 化或骨 折等原因, 可 能会导致测量值偏高。 5. 2 相关研究 自从 1987 年第一台 DXA 投入临床使用、 1990 年 北 京引进第一台 DXA 骨密度 仪、 2000 年我 国自行 成功 研 发了首台 DXA 起, 国内 学者 就开 始对 其展 开各 方面 的 [ 13] [ 14] 研究。邢小 平等 、 弓 健等 分 别利 用大 鼠 的在 体 骨 与离体骨进行研究, 肯定 了 DXA 对大 鼠骨 密度 及软 组 [ 15] 织测量的精确性。康后生等 归纳了影响 DXA 测量 值 的技术因素, 为临床医师 的使用 提供了很 好的参 考。张 [ 16] 智海等 总结了周围型 DXA 的 诊断技 术, 并认 为应 在 [ 17] 基层普遍推广。刘继 洪等 对 骨质 疏松与 全身 成分 分 析指标进行了相关性研究, 提 供了骨 质疏松的 预防性 指 [ 18] 标。杨乃龙等 运用 DXA 技术分析了骨质疏松测量 部 位的选择。马立新等[ 19] 将 DXA 用于骨质疏松的普查 筛 [20] [ 21] 选。刘辉文 等 、 朱 晓 颖等 则对 Hologic 和 N orland [ 22] 生产的不同型号 DXA 进行了比较研究。陈新文等 对 传统 DXA 进行了改良, 应用碲锌镉( CdZnT e 或 CZT ) 晶 体探测器取代了传 统的 N aI 闪烁晶 体。随 着计 算机 技 术的发展, 不同软件 的运 用又 再次 提高 了 DXA 的精 确 度[23, 24] 。