骨量和骨质量影像学测量技术

影像学测量方法在骨质疏松症研究中涉及骨量和骨质量两方面。前者即骨矿的定量测量，WHO以其为参数制定骨质疏松症的诊断标准已经得到广泛的应用。骨质量的影像学测量方法起步较晚，大多数还处于实验向临床过渡的阶段。下面就骨质疏松症临床应用、基础或临床研究中，有关骨量和骨质量的影像学测量技术作一简述。

一．骨量测定技术

骨量系指除去骨髓腔后骨组织的量。包括矿物质和有机物，临床上通常用骨矿含量（BMC）或者骨密度（BMD）测量来代替骨量检测。

骨密度测量是骨质疏松研究的一项突破性进展，对早期诊断骨质疏松症、预测骨折危险性和评价干预措施的效果等方面方面具有重要价值。

目前，测量骨密度的方法有多种。常用的有：放射吸收法RA、单光子吸收法、单能X线吸收法（SXA）、双能X线吸收法（DEXA）、定量CT（QCT）、定量超声（QUS）等。各种测量技术的评价见表1，表2。

目前国内主要以美国Norland、 Lunar、 Hologic三大设备为主，且诊断标准均以DEXA为基础。

骨密度测量的临床价值

根据WHO对骨质疏松症的诊断标准，检测骨量（即骨矿含量或骨密度）是判断骨量正常、骨量减少和骨质疏松的最重要依据。

1． 个体测量BMD——诊断骨量减少和骨质疏松

个体BMD的高低，与性别、年龄、种族等密切相关，判断其BMD是否正常，须以T值或/和Z值为依据。

T值：表示被测人的BMD与同性别的年轻人对照组的差别。即与人群骨峰值比较的标准差（或百分比）。

T值（标准差）= （P－M_Y）/ S_Y

T值（%）= P / M_Y100

Z值：表示被测人的BMD与同性别同年龄的平均BMD的差别。即与人群骨峰值比较的标准差（或百分比）。

Z值（标准差）= （P－M_AM）/ S_AM

Z值（%）= P / M_AM100

其中P是被测人的BMD，M_Y是同性别的年轻人对照组的平均BMD值，S_Y是同性别的年轻人对照组标准差；M_AM同性别同年龄对照组平均BMD值，S_AM是同性别同年龄对照组标准差。

国内以<40岁以Z值为诊断参考；>40岁以Z值为诊断参考。

2． 预测骨质疏松骨折的危险性

BMD与骨折发生率密切相关，大量研究表明，BMD每下降0.1g/cm2，骨折危险性增加1倍（见相关图表）。

3． 监测药物疗效

观察疗效的最佳监测部位是腰椎。腰椎对治疗反应的敏感性比周围骨骼高7倍。

测量部位

DEXA可测量全身各部位的骨密度。

常规测量全身骨、腰椎、股骨近端、前臂骨（尺桡骨远端1/3部位）。

此外，还可进行全身成分分析，包括骨矿含量、脂肪含量和非脂肪含量。

骨密度报告

BMD值、BMC值、T值或Z值，

一般仪器配带有区域性的正常对照人群的参考值。最好能参加全国多中心测量和研究，建立自己仪器的正常参考值范围。

辐射剂量

DEXA每个扫描部位约为1μSv，而常规X线胸片为60μSv，每个扫描部位辐射剂量仅为常规X线胸片的1/60~1/10。操作者离开扫描平台2M已非常安全。

DEXA测量中常见的干扰因素

①金属物件如纽扣、硬币、拉链等，检查前应除去；

②2~6天内服用了钡剂；

③近期进行了放射性核素检查，如48h内做了全身骨显像，肝胶体显像，肾显像等。

④后位腰椎测量时，因骨质增生、脊椎侧弯、椎间盘狭窄、骨移植物等可致测量结果增高。

二．骨松研究中骨质量的影像学测量

骨质量（bone quality）的影像学测量方法起步较晚，近年来虽取得一些成就，但大多数还处于实验向临床过渡的阶段。当骨质疏松时，除骨数量丢失外，还并存着骨转换率、疲劳性损伤修复率及骨结构异常等，以致骨脆性增加、骨折危险性加大。这些异常变化综合在一起，称之为骨质量变化。与骨质量相关的检查方法包括：影像学方法﹑形态计量学和生化检查等方法。以下就骨质疏松研究中，骨质量的影像学测量方法及应用作一简述。

1﹑定量超声（Quantitative Ultrasound, QUS）

超声在骨内衰减及传递速度不仅与BMD有关，还受骨结构（包括小梁数目、连接方式、小梁间隔及走向等）的影响。所以，QUS检查可以了解骨数量及质量两方面的变化。QUS测量是当前唯一无创伤﹑无辐射，同时能对骨骼的骨量﹑骨结构及骨质性能进行全面反映的诊断方法。

声速 （V）与弹性模量（E）﹑骨强度（ST）及骨密度（D）均成正比。骨强度（strength）、硬度（stiffness）和脆性（fragility）通常取决于骨形状大小﹑组成成分、内部结构和骨的力学特点。在评估骨质量的诸多参数中，包括有骨硬度（STI）、超声指数(USI)、弹性指数(EI)、骨面积比值(BAR)、骨超声指数(OSI)等都是由超声波衰减系数（BUA）、超声波传导速率（SOS）或几何学测量推导而得的。所以，以QUS诊断骨质疏松或预测骨折危险性体现了骨密度和强度两方面综合判断的结果。

通常认为BUA取决于骨密度及微结构 （骨小梁数目﹑连接方式和走向等） 。现已有用BUA代替BMD或BMC测量，而提出的骨质疏松诊断标准。即与同性别同年龄年轻人相比较，BUA均值减少1SD以内者为正常；减少1～2.5SD为骨减少；减少2.5或2.5SD以上为骨质疏松；减少2.5或2.5SD以上且合并骨折为严重骨质疏松。

众所周知，随年龄的增长BMD减少是引起骨折的重要因素。但近些年的研究表明：骨生物力学、骨小梁结构、胶原及骨有机成分等其他因素在骨折发生过程中的作用不容忽视。QUS预测骨折危险性具有高灵敏度，因为以往的骨密度诊断不能从内部以立体的观念去诊断，而QUS充分考虑骨质的微结构变化带来的骨折危险性。虽然QUS测量诸多参数的生物力学重要意义还不十分清楚，但已证实QUS测量对评估老年女性髋部骨折危险性有重要价值。

在我国骨质量临床无创评价目前仅能通过超声来衡量，超声骨骼测定（QUS）无创伤、无辐射，同时能对骨骼的骨量、骨结构及骨质性能进行全面反映。可准确地反映骨骼组织骨量和骨质量的病变，对骨质疏松症和骨性关节炎患者骨骼力学性能改变及骨质疏松性骨折危险性均有良好的提示。虽然腰椎双能X线骨密度测定在临床应用广泛，但由于受椎体皮质骨增生及组织钙化的影响，其结果的准确性已受到置疑。因此，对于退行性骨关节病等慢性骨质量病变，目前在中国临床诊断的病情评估、疗效评价，有专家建议建立DEXA和QUS联合应用。

2﹑超高分辨率CT(Ultra High-Resolution CT)

超高分辨率CT也称为显微CT（micro-CT、µ-CT）。高分辨CT（HRCT）通常应用1～1.5mm层厚进行薄扫描，虽可清楚显示骨结构信息，但将这些信息量化并提取是困难的。

Feldkamp等较早的以空间分辨率60～100µm的三维µ－CT系统作小块骨标本的实验性分析，可清楚分辨每个小梁，故认为可作小梁网络的三维分析。后来Ruegesgger等以超高分辨率CT在生物体做末梢骨测量，其空间分辨力达100～200µm，可显示尺、桡的小梁结构，得以进行影响骨强度的小梁骨网状结构及皮质骨壳厚度的测量。µ－CT对活体骨测得结构参数值与骨组织计量学测量的相关系数高于0.98，测量精度小于0.5%。

虽然目前已可以用µ-CT测量骨的细微结构，如对感兴趣区的骨小梁的形态﹑厚度和几何构架等因素的分析，从而有助于骨结构的进一步研究以衡量骨质量，但是这种测量方法的放射线剂量较大，故目前还多用于离体小块骨标本的测量，尚未能用于骨质疏松症的临床诊断。尽管如此，仍然可以相信µ－CT对骨质疏松的诊断、鉴别诊断及判断疗效上，有较大潜力。

3﹑定量MR及显微磁共振成像（Quantitative Magnetic Resonance and Micro Magnetic Resonance Imaging, QMRI及µ－MRI）

研究证实椎体骨密度和骨小梁的变化均与黄骨髓的变化成反比，故QMRI可通过其弛豫的参数对骨进行评估。均匀的骨髓内骨小梁越多，弛豫时间缩短得越明显，因此正常人骨髓内骨小梁T₂弛豫时间明显短于骨质疏松者。在QMRI上， 骨髓的T₂值的变化与小梁网状结构及空间几何形态特点相关，这是QMRI得以估计骨质量变化的理论基础。

µ－MRI是基于MRI基础上的影像学技术，对于离体和活体骨的骨小梁显微结构的定量研究具有重要价值。两种不同的成像序列，即自旋一回波（SE）及梯度回波（GRE）已应用于对小梁骨结构的研究。可依据小梁骨碎片面积、小梁骨厚度、小梁间隙、小梁数目等参数予以骨质量评估。

在离体骨标本的研究中，采用小射频线圈的µ－MRI其分辨力已足够，从而能清楚的对骨小梁的结构进行测量。在在体骨的研究中，µ－MRI在测量不同的部位时空间分辨力变化较大：指（趾）骨为78×78×300µm；桡骨远端为156×156×700µm；跟骨为200×234×1000µm。Chung等^【20】运用µ－MRI（磁通量为9.4特斯拉）对骨体积分数进行立体测量，其结果与用一般性测量法的测量结果具有较好的一致性。还有学者通过对去除卵巢的大白鼠进行研究，证实µ－MRI能够很好的测量卵巢切除术后引起的骨小梁结构变化情况 。一些离体骨标本的MRI测量与DXA测量BMD的比较性研究表明，随BMD增高则小梁密度、面积、数目均增加，而小梁间隙则减少，提示BMD与小梁结构密切相关。另一些研究表明，以小梁数目及间隙来预测弹性模量较单独依靠BMD来衡量更为优越。

三、结语

骨矿含量决定骨的主要力学性能，骨密度能解释60～80％的力学变化。除此之外，骨的显微结构也与骨的力学性能有关。现代影像学的发展不仅为评估骨的力学性能提供了越来越多，越来越精确的定量方法，而且在骨的显微结构研究中具有重要价值。影像学测量方法的合理应用及对测量结果的合理解释有益于骨质疏松症的诊治，并将更好地服务于临床。