骨密度的测量方法

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骨密度的测定方法
骨矿物质的检查一开始即与放射线具有不解之缘，在早期阶段应用X线作为放射源，以后又采用了放射性核素作为放射源，并以计算机协助进行定量，它的检查体系与现行的核医学诊断体系极其相似，也可以说骨矿物质检查与核医学有着密切关系。

骨矿物质的定量检查是诊断骨质疏松最重要、最直接、最有价值的环节，同时对骨质疏松的预后及疗效评价也有重要意义，其测定原理是根据射线被骨矿物质吸收以后测定未吸收的射线量，如同核医学中穿透扫描（tra nsmission scan），骨矿物质愈多，经过组织吸收以后剩余的射线的量愈少。

测量骨矿物质根据不同的方法，可以对中轴骨骼（如脊柱）、体周骨骼（如桡骨）以及全身骨骼进行定量，现分述沿用的各种测定骨矿物质的有关方法。

常用X光吸收法（Radiograph，RA）
此法应用很早、简便、经济、易于实行，现在从普通X线骨骼片能观察
到患者是否有骨质疏松存在。

不过常用的X线摄片诊断骨质丢失是不敏感的，只有在骨矿物质丢失到30%~50%时方能发现有疾病存在，因此失去早期诊断价值。

应用光密度的原理测量X线片上所显示骨骼的透光度，并用一已知厚度的参考对照物质，在曝光时间同时曝光，作初步定量比较，其结果与骨灰化后的结果相似，现在又加用了计算机技术，增加了它的准确性。

另一种简便的方法是对第二指骨中段摄片后，分析中点部位骨宽度及皮质骨的宽度，如髓腔直径等于或大于皮质的总宽度，则说明有明显的骨质丢失。

单光子吸收仪（Single Photon Absorptiometry，SPA）
SPA是最先应用于骨质疏松诊断的具有定量数据的方法，最初应用的放射源为125I，T1/2为60天，γ射线能量为28KeV，连接一个闪烁探头，在感爱好的骨骼上进行通过测，因为125I的半衰期短，要经常更换放射源，以后改用半衰期为432年241Am（γ射线能量为59.3KeV），其测定部位取桡骨中段的远端，检查时射线通过桡骨及软组织，软组织对射线的衰减会影响测量的结果，为了准确，在测定部位应用水袋或将测定的手臂浸于水中以减少软组织的影响，这样所取得结果与骨矿物质的含量呈比例关系，如将这些结果与性别、年龄相匹配，确定正常值，便可作为诊断的依据。

前臂骨骼形态并不规则，其中皮质骨与松质骨在不同部位含量也不相同，可能由于先后检查放置部位不同而引起重复性不佳，这是取前臂中段作为测量部位（主要为皮质骨）的原因之一。

此外，SPA测定的准确性还可因脂肪使射线衰减而影响结果，脂肪与水、肌肉组织不同，呈不规则地包围在骨骼四周，为了克服脂肪对测定结果的影响，常需作一些校正。

现在以单一能量为40kVp的X射线为光源的X线吸收仪已经推广，它称为单能X线吸收仪（Single X-ray absorptiometry,SXA），它与SPA功能相同，仅是放射源不同。

双能射线吸收仪（dual enerny absorptiometry，DEA）
中轴骨骼以及近段股骨不能浸在水中进行测量，这些骨骼的四周含有不同的肌肉和脂肪，腹腔内的气体以及可能存在的动脉硬化，SPA或SXA由于射线性能以及仪器结构等因素不能测定这些部位，更重要的是这些部位含有的小梁骨比桡骨等长骨丰富，而骨质疏松首先表现为小梁骨的丢失，DEA具有测定小梁骨丰富的腰椎及近端髋骨的功能，更具有临床价值。

所谓DEA是指有两种能量的射线,且能在体表进行扫描的吸收仪，分为D PA及DXA（或DEXA）两种。

双光子吸收仪（dual photon absorptiometry，DPA）
DPA是放射性核素发射的两种能量的光子作为放射源，常用的放射性核素为153Gd（153钆），T1/2为242天，安装量为1.0-1.5居里，它能释放两种能量的光子，分别为44KeV及100KeV，应用两种能量的射线可将骨骼及软组织对射线的吸收量进行校正而计算出骨骼的吸收量，它在测量脊柱及股骨时约需15-20分钟。

由于153Gd的放射性逐日衰变，在计算骨密度时需加一校正因素，并需常更换放射源，这费用很昂贵，限制了它的推广应用，1988年应用了双能量X 线作为放射源的骨矿物质的测量仪器以后，DPA即渐被替代。

双能X线吸收仪(duel energy X-ray absoptiometr,DXA或DEXA) 它是以X线球管发射的X线作为放射源的骨密度仪，而X线是多能量的射线谱，要使多能X线成为需要的双能X线，可采用稀有元素作为K层边缘滤过器或采用脉冲高度分析仪（PHA）。

DXA的优点是应用市电产生X线不受放射源衰变的影响，而且是双能X线的光束强度高于153Gd，缩短了扫描时间，如采用扇形束（fan beam）光源扫描，腰椎股骨上端的扫描可在45-90秒或更短时间内完成，同时改善了空间分辨率，可使检查的精确性更高。

DXA检查通常以腰椎1、2、3、4的测定结果（更
常用的是腰椎2、3、4）及近端股骨的股骨颈（neck）、股骨粗隆（tr ochanter）、股骨粗隆内侧（interochanter）及Ward氏三角区的测定结果作为诊断依据，DPA及DXA均能作全身扫描，可以得到几组骨骼的骨密度的数据，如头颅、颈椎、左右上肢、左右肋骨、胸腰椎、骨盆等。

DXA的扫描可由设计的不同，分为单束光源（Single beam或pencil beam）及扇形光源（fan beam）两种，前者只有一个探测器，接受通过身体的一束光源；后者具有多个探测器，能同时接受通过身体不同部位的多束光源，因此后者具有一次通过腰椎或股骨检查部位的优点，提高了检查速度。

但由于扇形光束在被检查部位的双侧边缘可使图像变形，现今又应用了狭角的扇形光束prodigy fan beam，它也是应用多个探测器接受通过身体的多束光源，其范围较窄，不造成图像变形，辐射剂量也较低，但需作横向扫描。

定量CT（quantitative CT，QCT）
QCT通过全身横断面薄层断层显像，在适当软件支持下，可以进行三维检查对骨矿加以定量测出BMD（gm/cm3或gm/ml）的容量，其特点是能单独对小梁骨的BMD进行定量，通常CT并不只为测量骨密度而安装，测量骨密度只是其功能的一部分，但全世界有4000单位以上应用Q CT测定椎体的小梁骨。

它每次检查的费用要高于DXA，它有两个缺点：1.因为它是单能的X线，受到被检骨骼中骨髓脂肪含量的影响，其误差可达30%；另一缺点是通常QCT对病人的辐射量明显高于DXA（后者仅为脊柱X线摄片辐射量的1/50，约为2~3rem），但如应用非凡的软件,操作准确，可比常规X线或标准CT检查的曝光量低，此外现在提出采用两种不同的电位（potetial）进行扫描以减少这种误差，但这种方法复杂，不适应常规应用，现已有体周骨定量用的CT，称为pQCT ，是桡骨、胫骨等四周骨骨矿物质的精确的定量方法。

超声技术
超声检查骨矿物质含量是一种新技术，它有声衰减（attenuation），声反射（reflection）及声速（velocity）测量法。

超声检查的优点是不用电离辐射，可以得到骨组织结构（骨量、骨密度）的信息，超声仪器的另一优点是比较轻便，且可携带。

此系统中安装有一个水槽，含有两个宽带超声换能器（transducer），一个作为发送器（transmitter），另一个作为接受器（receiver），均与计算机接口与测量电子系统相联，这种方法常以足跟作为测量部位，当超声通过足跟时，其频率变化可以从200-1000KHZ，每一个频率的衰减是与水的衰减相比较的，所得衰减程度与超声有关，可以得出跟骨的骨密度，此外，也有应用超声耦合剂作为介质而不采用水作介质的超声骨密度仪，它们对病人检查的重复性为2.2%-3.5%，近年采用了显像系统，得到了很大的改进。

超声声速及声反射法
超声反射也可提供骨骼本质的一些参数，但尚未广泛研究，检查部位可在足跟、指骨及胫骨，声速法是被测物质的坚硬度与骨密度的平方根成正比关系。

BMD测定的误差
DXA检查腰椎，X线来自背部，检查不仅包括椎体本身，还包括椎突及椎弓，老年患者这些部位易发生钙化，即骨质增生，主动脉钙化等也会使骨密度增高，此外放射性造影剂，滞留在肠道的钡剂，放射性核素检查后（腹腔、盆腔滞留放射性核素，或骨骼扫描后）、腰椎或髋关节炎等均会影响检查的结果，由于椎骨退变，骨质增生而造成检查结果不可靠时，可采用腰椎侧位扫描，至少它能排除后椎弓，后脊突以及主动脉硬化的影响，椎体采用侧位扫描，所得结果较前后位检查有明显差别，这可能是侧位检
查时探头见到的软组织量增加，以及肋骨、髋骨和椎体重叠的影响，最好取以前的侧位检查作对比
骨量的影像学估计方法
鉴于目前临床、生化学检查尚不能做为重要的诊断指标，故骨矿影像学定量检查内容之一的骨密度测量备受瞩目，现已成为评估骨质疏松的重要手段。

一）、X线检查：为最早的检测骨密度的方法。

普通X线片可观察到骨矿物质丢失到一定后，骨密度的减低，并可观察到骨小梁细微结构的形态学表现，为骨质疏松症的诊断提供依据。

X线平片检查价廉又具有良好的空间分辨率，使用方便，且能为诊断骨质疏松症提供基本的骨骼信息资料，是推荐诊断骨质疏松症首选的基本检查手段之一。

一般进行正侧位摄片。

一张优质的X线平片能呈现良好的黑白对比，清楚显示骨关节结构、关节囊和关节四周软组织，X线放大摄影还可以观察骨结构的微细改变，尤其对骨质疏松症并发症的诊断和鉴别，如骨折、骨肿瘤等提供重要的依据，故目前在我国骨质疏松症的诊断中仍具有相当重要的地位。

二）、光子吸收法
利用放射性同位素产生的γ射线在穿透人体不同组织时被吸收，使其强度不同程度下降的原理，由计算机将从检测器测得的衰减强度转换成骨羟磷灰石骨密度。

1963年，美国的Cameron首创单光子仪（SPA），开创了骨密度由肉眼粗判转为定量评判的历史。

后又发明了双光子仪（DPA），利用能发射两种不同能量光子的152Gd作发射源，高能射线及低能射线通过被测部
位时有不同的衰减，再由计算机换算得到测量结果。

本方法费用低廉，使用方便，辐射量小（﹤Lusr当量），安全，桡骨前1/3交界处95%为皮质骨结构，成分较恒定，不受老年退行性骨增生改变的影响，故重复精度高，误差率为1%～2%；准确度高，误差率为3%。

光子吸收法目前在我国应用仍较为普遍，但因其不能测躯干骨和分辨皮质骨、松质骨、软组织等限制，故在国外已被淘汰，在我国也日趋冷落。

三）、X线吸收法（见汪P146）
常用的有单能X线骨密度仪(SXA)，双能X线骨密度仪（DEXA,DXA）、定量CT（QCT ）和四周骨定量CT（PQCT）。

X线吸收法的原理基于X线在穿透人体骨组织时，由于骨矿含量不同，对X线产生不同的吸收，使其强度有不同程度的下降。

与单光子吸收相同，X线吸收也遵循Lamberf-Bear定律，然后由计算机将穿透骨组织的X线强度转换为骨矿含量数值。

1987年，Hologic公司生产的产品问世，使DXA成为DPA的延续，克服了DPA不能测量软组织厚度和密度不均部位的缺点。

我国自已研制的DXA仪在上海诞生。

近年来采用高能发生器，扇形X线束代替笔形X线束。

新一代DXA可使扫描时间缩短到1分钟甚至几秒钟即可成像，能测量全身和任何部位。

DXA不能分别测量骨转换率不同的密质骨和松质骨的骨密度。

如腰椎测量包含了密质骨多的附件、增生钙化的退行性变及主动脉壁钙化，以致测量值偏高，出现假阳性。

尤其对70岁以上者，最好测四周骨密度或测腰椎侧位骨密度（腰脊椎侧位不用上、下终板ROI区的骨密度值，而用中间的ROI 区的骨密度值），以避免这一伪差。

目前，国内许多大医院常规骨密度测量均用双能X线骨密度仪测试，常用测量部位为腰椎和双髋关节。

定量CT（QCT）我国20世纪80年代中后期引进，定量CT能较好地显
示骨内外，骨髓腔和关节四周结构，易于发现普通X线检查难以发现的病变，了解病变与邻近组织的解剖空间关系。

双能定量CT扫描还可将骨组织中软组织成分（骨髓）区分出来，对确定病变性质有一定的帮助。

通过灰度分析，QCT可以分析在骨骼横截面上任意一个区域的骨密度。

假如需要分析某一空间区域的骨密度，还可进行多片扫描及三维重建。

QCT是目前惟一可分别测量骨转换率不同的皮质骨及小梁骨的真实骨密度的仪器，其对比分辨率优于普照通X线检查，准确性高，对松质骨测量的灵敏度高，但其空间分辨率稍差，性价比较低，放射剂量大，数据处理也繁琐，因此目前仅适用于准确性要求较高的研究工作，尚未能在临床上广泛应用。

目前的QCT方法有单能定量CT（SECT）、双能定量CT（DECT）、容积定量CT（VQCT）和四周骨定量CT（PQCT）等。

四）定量超声检测（QUS）（见李恩P146）
单光子吸收法（SPA）、双能X线吸收法（DEXA）、定量CT（QCT）等，反映的都是骨矿含量，却不能反映与骨质量有关的骨微细结构和骨材料特征。

众所周知骨质疏松性骨折不仅取决于骨矿含量的减低，还要受骨微细结构的破坏、骨脆性增加的影响。

而前述各种骨矿含量测定方法却不能完全反映骨弹性和骨小梁结构，故不能很好地猜测骨折危险程度。

定量超声（quantitative ultrasound ,QUS）测定，不同于其他基于骨矿盐对射线吸收原理的检查方法，它不但可以反映骨矿密度（BMD），而且可以反映骨的弹性、结构和脆性，还具有无创、无辐射、便携、廉价等优点，被认为具有良好的发展前景。

定量超声用于骨密度测量的原理是：利用超声波在不同介质中传导速度不同的特点，超声换能器从跟骨的一侧向另一侧发射超声波，再根据接收的超声波通过骨组织和其他软组织的幅度衰减，分别计算出声速(SOS)和超
声振幅衰减(BUA)。

能反映骨量多少和骨结构及骨强度的情况，诊断骨折较敏感，但目前的技术还不能排除脂肪和肌肉的影响而准确计算骨量或反映骨结构。

另外，目前仍未建立起声速/强度与骨矿含量、骨密度及骨结构之间的物理数学模型；超声波仪所输出的参数仍然只是声波和吸收率，而不是骨矿含量和（或）骨密度指标。

因此，仍不能完全取代骨密度测定的其他方法。

定量超声骨密度检测与传统SPA、DXA和QCT比较具有以下优点：(1)除了可检测骨密度外，还能测量骨强度和骨结构，可以猜测骨折危险性；
(2)无幅射损伤，价格相对便宜，可用于大量普查和儿童及孕妇的检查；
(3)运行速度快，简单易行；便于对病人长期跟踪和开展药物疗效跟踪。

另外，光子散射法、中子活化分析法尚未应用于临床，高分辨CT、微C T、高分辨MR微MR等方法可以观察到类似骨形态计量学的微细指标，又无创，是其优点，但是目前仅在实验室应用，有待进一步开发和标准化，再一方面该类CT和MR的放射剂量大，价格太贵，不易被病人接受。

交流骨质疏松症的防治对象——会议讨论的共识
中华内分泌代谢杂志1998年第3期第0卷国际学术
为了加强对医师和公众关于骨质疏松症处理的教育，由欧洲骨质疏松症和骨疾病基金会及美国国家骨质疏松症基金会连同1996年全球骨质疏松症会议举办的发展共识会议(Consensus Development Conferenc e)，于1996年5月22日召开。

一个由11人组成的国际小组和来自代表医学专业、药厂、新闻界和卫生部长的2500名参加者听取了专家的报告。

然后按小组讨论报告。

一、定义
目前为人们所接受的骨质疏松症的定义是：它是一种以低骨量(Osteo penia)，骨组织的微结构破坏为特征，导致骨胳脆性增加和易骨折的全身性骨胳疾病，骨矿物质可用精密和准确的方法来测量，并据此为骨质疏松症的定义形成了有较好临床实用性的基础，世界卫生组织的一个研究小组已经提出了关于白人妇女骨量测定的诊断标准。

1.严重的骨质疏松症：骨矿盐密度(Bone mineral density, BMD)低于正常年轻妇女骨量峰值均值超过
2.5个标准差，并伴发骨折。

2.骨质疏松症：骨矿盐密度低于正常年轻妇女骨量峰值均值超过2.5
个标准差。

3.低骨量(骨量减少)：骨矿盐密度在正常年轻妇女骨量峰值均值以下1至2.5个标准差
4.正常：骨矿盐密度低于正常年轻妇女骨量峰值均值在1个标准差以内。

这一诊断标准有其实用性，但也存在不足，理应在诊断和治疗中考虑到病史、体检及生化检查所获的有关资料。

二、病因及危险因素
形成脆性骨折的危险性取决于个体在一生中所获得的最大骨量和骨强度及随后的骨丢失率。

1.骨峰值
骨峰值一般是在青春期后成人期的早期几年内达到，决定骨峰量的因素极受重视，一些对双胞胎和家系的研究已经表明了遗传因素在骨峰量和随后的骨质疏松症的形成中的重要性。

骨质疏松症可能是多基因的疾病，多种基因可能同时涉及骨量获得和骨转换(Bone turnover)的调控。

这些可能的基因包括维生素D受体基因，骨钙素基因的维生素D启动区基因，
以及I型胶原基因，雌激素受体基因，同时，参与骨转换的还有一些细胞因子。

骨峰值的获得还取决于激素，营养及其他环境因素等。

雌激素缺乏期间(如神经性厌食或运动性闭经)，因疾病或骨折长期限制活动，或年轻时钙缺乏均可造成较低的骨量峰值。

足够的体力活动与骨量峰值的形成有关。

2.骨丢失
骨量峰值获得以后，可能伴有髋部的稍微骨丢失，但在卵巢功能减退以前脊柱骨量似乎保持稳定。

绝经后妇女每年骨丢失率一般为1%至2%，但在绝经后的开始5～8年内可高达3%～5%。

有些人骨丢失可能持续许多年，有些人在70岁以后也可能再次增加。

男性的骨丢失率较低，平均每年为0.2%～0.5%。

女性骨量丢失和骨质疏松症的主要原因是雌激素的撤减，多伴有绝经，但任何原因引起的雌激素缺乏均可致骨量丢失，只要雌激素充足就可维持骨量。

虽然雄激素的缺乏可能在男性骨质疏松症的发病中起一定的作用，但对其发病机制还缺乏深入研究。

对男性病人的预防和治疗了解的也不多。

在男性明显的、进行性的骨量丢失可能开始于30～39岁以后并持续终生。

除雌激素和雄激素缺乏以外，引起骨丢失的其他情况包括恶性肿瘤(如多发性骨髓瘤)，代谢异常(如甲状腺功能亢进症)，胃肠疾病(如腹腔内疾病)及使用某些药物(如糖皮质激素)。

抽烟及过量饮酒也可导致骨丢失。

由于低骨量是一种非特异性状态，就必须在骨质疏松症的病人中排除引起低骨量的一些疾病，如骨软化症和甲状旁腺功能亢进症等。

三、流行病学及其社会意义
骨质疏松症是一个世界范围的、主要的、不断增长的健康问题。

据估计在美国，欧洲和日本大约有7500万人受累，包括1/3的绝经后妇女和
多数老年人，以及一定数量的男性患者。

仅在美国和欧洲，每年大约有230万由骨质疏松症引起骨折的病人，此项医疗费用大约每年230亿美元。

髋部骨折造成了主要的社会和经济负担。

每年有髋部骨折病人650000，死亡率增加达10%～20%，同时，其中有1/3致残(19%的病人需长期护理)。

髋部骨折的发病率和死亡率随年龄增长而急剧上升。

椎体骨折可能是最常见的骨质疏松性骨折，可引起驼背和身材变矮，有相当的发病率，长期随访死亡率超过4%，妇女在一生中发生髋部骨折的危险性大于乳房、子宫内膜和卵巢癌的危险性的总和。

男性一生中髋部骨折的危险性高于前列腺癌。

随着预期寿命延长和人口结构改变，骨质疏松症将成为更加严重的公共健康问题。

预计下半个世纪，由骨质疏松症引起的骨折将增加一倍，并可致费用惊人的增长。

同时，男性骨质疏松症的发病率也将增加，来自欧洲的一些研究资料表明用年龄校正的骨质疏松性骨折也有增加，但其他地区是否亦如此，尚待认真地研究。

四、临床表现
骨折是骨质疏松症的并发症，它有一个长的临床前期，髋部骨折在致病程度，死亡率和医疗费用上都是最严重的。

脊椎和桡骨骨折也很常见，可引起骨质疏松症病人的疼痛，畸形和残废。

然而患者任何部位的骨胳都有骨折的危险。

在50岁以后任何非剧烈创伤所致的骨折，必须考虑骨质疏松症(如Colle's骨折)。

一次骨折发生后，再次骨折的危险性就增加，因此须防止第一次骨折。

五、骨量的测定
有许多方法来测定外周，躯干或全身的，以及松质骨或皮质骨的骨密度，包括放射图象吸收法(Radiographic Absorptiometry, RA)，单能X
线吸收法(Single X-ray Absorptiometry, SXA)，双能X线吸收法(D
ual X-ray Absorptiometry,DXA)，脊柱和外周的定量CT(Quantitat ive Computed Tomograph/peripheral Quantitative Computed Tomograph QCT/pQCT)和定量骨超声(Quantitative UltraSound, QUS)。

那些依靠X线吸收来测定的方法作用原理是相同的，而唯有超声有别于以上方法。

以上技术在临床和研究应用中有所不同。

这些方法需精密、准确、迅速、价廉、可靠和辐射量少，并有足够的人群资料供临床参考，才能很好地被应用。

最为广泛应用的骨密度测量方法是外周(前臂，足跟)或躯干(髋部，脊柱)的单能或双能X线吸收法，已有研究表明这些方法测量的骨密度可猜测骨折的发生。

并有证据说明测量身体任何部位的骨密度(BMD)均能很好地猜测骨折。

然而最新的研究认为测量髋部BMD能更好猜测髋部骨折。

定量超声因其无辐射，费用低，而被认为可能会作为一种诊断工具而应用于临床。

多数仪器所采用的测量部位是跟骨，但其他部位如髌骨，胫骨和指骨尚处于研究中。

找到一个特定的部位和了解骨胳的大小对提高测量的准确性是很重要的。

超声亦能猜测骨折的危险性，但尚不清楚它是否能取代现存的骨密度测量或补充这些方法所得到的信息。

在骨质疏松的预后中所采用的超声的临床标准可能与骨密度测量标准类似。

尚无足够的资料支持将超声用于病情和治疗的监测中。

为保证获得最为可靠的结果，测量方法必须保证质量、标准化、对操作者和分析者进行培训。

由于社会费用，并不推荐所有的绝经期妇女都查BMD，但应对那些具有骨质疏松症危险因素者行BMD检查。

筛查时应选用价廉而又敏感的方法。

一些临床资料可不依靠骨量猜测骨折的危险性，在人群中这些危险因素不同，骨折的危险性随每一个危险因素而加倍，这些临床的危险因素用来。