Лучевая диагностика остеопороза - современное состояние проблемы

Статья поступила в редакцию 19.12.2014 г.

ЛУЧЕВАЯ ДИАГНОСТИКА ОСТЕОПОРОЗА -СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

RADIAL DIAGNOSTICS OF OSTEOPOROSIS - CURRENT STATE OF THE PROBLEM

Захаров И.С. Zakharov I.S.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Kemerovo State

высшего профессионального образования Medical Academy,

«Кемеровская государственная медицинская академия»

Министерства здравоохранения Российской Федерации,

г. Кемерово, Россия Kemerovo, Russia

Цель - обзор литературы, посвященной методам костной денситометрии. В статье приведены результаты российских и зарубежных исследований. Выводы. Ведущее место в диагностике остеопороза занимают лучевые методы, основанные на определении уровня минеральной плотности кости (двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия и денситометрия, проведенная методом количественной компьютерной томографии). Метод костной ультрасонометрии, по мнению большинства авторов, должен носить характер скрининг-теста. Особого внимания заслуживает вопрос создания популяционных баз данных показателей минеральной плотности кости, учитывающих региональные особенности. В свою очередь, разработанные стандарты позволят повысить качество диагностики остеопороза. Ключевые слова: остеопороз; минеральная плотность кости; двухэнерге-тическая рентгеновская абсорбциометрия; количественная компьютерная томография; костная ультрасонометрия.

Objective - to review the literature devoted to the methods of bone densitometry.

The article presents the results of Russian and foreign researches. Conclusion. The leading place for osteoporosis diagnostics is related to the methods based on determining the level of bone mineral density (dual energy X-ray absorptiometry and densitometry conducted by means of quantitative computed tomography). The method of quantitative ultrasound, according to most authors, should have the character of a screening test. Special attention should be paid to the creation of population databases of indicators of bone mineral density, taking into account regional differences. In its turn, the developed standards allow improving the quality of osteoporosis diagnostics.

Key words: osteoporosis; bone mineral density; dual energy X-ray absorptiometry; quantitative computed tomography; bone ultrasound.

В современной цивилизации остеопороз приобрел черты эпидемического характера. Представители различных специальностей бьют тревогу в отношении распространенности данного заболевания, которое наносит значительный ущерб здоровью, снижает качество жизни и влечет высокие финансовые затраты.

Основной характеристикой осте-опении и остеопороза является снижение минеральной плотности кости (МПК), а уровень МПК, в свою очередь, коррелирует с риском остеопоротических переломов [9, 27]. Учитывая, что рентгенологические методы обладают невысокой чувствительностью, в диагностике остеопороза наибольшее распространение получила рентгеновская денситометрия. Большинство исследователей «золотым стандартом» диагностики остеопенического синдрома считают двухэнергетическую рентгеновскую абсорбциометрию — ДРА (dual-energy X-ray absorbtiometry — DXA). Такие методы как одно-, двухфотонная абсорбциометрия и моноэнергетическая абсорбциоме-

трия сейчас представляют больше исторический интерес, чем практическое значение.

Метод двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии основан на создании потока рентгеновского излучения, который системой фильтров делится на высоко- и низкоэнергетические составляющие. После сканирования тканей детектор фиксирует рентгеновские потоки. Затем происходит обработка полученной информации.

В развитии остеопоротических изменений важное значение имеет возрастной пик минеральной плотности костной ткани, а также динамика снижения показателей в последующие годы. Чем раньше костная масса достигает максимального уровня, тем больше вероятность развития остеопороза в старшем возрасте [13]. В связи с этим своевременное выявление снижения показателей минеральной плотности кости позволит проводить корреги-рующие мероприятия, направленные на уменьшение риска остеопо-ротических переломов.

Методом двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии

определяется двухмерная МПК, которая выражается в г/см2, при этом исследуется общая минеральная плотность трабекулярной и кортикальной кости.

После проведения сканирования полученные результаты МПК сравниваются с базой референтных значений, которые первоначально введены в денситометрическую систему. В большинстве денситометров заложены данные, сформированные по результатам Национального обзорного исследования по здоровью и питанию (США) - NHANES (National Health and Nutrition Examination Survey) [20]. В связи с этим оценка МПК на основании популяционных показателей, разработанных для другого региона, не всегда является корректной. Во многих субъектах Российской Федерации нет популяционных баз данных значений МПК, что снижает точность получаемых результатов. А работы, изучающие региональные особенности динамики минеральной плотности кости у женщин, немногочисленны [18, 26, 32].

Показаниями для проведения двухэнергетической рентгеновской

абсорбциометрии являются: пост-менопаузальный период; наличие факторов риска переломов либо остеопоротические переломы в анамнезе; патология, приводящая к остеопоротическим изменениям; использование медикаментозных препаратов, побочным действием которых является снижение костной массы; кроме того, рентгеновская денситометрия должна проводиться пациентам, планирующим проведение терапии остеопороза.

В настоящее время для оценки уровня минеральной плотности кости применяют Z- и Т-критерии. Z-критерий определяется количеством стандартных отклонений (SD) от среднего уровня (М) минеральной плотности кости для лиц данной возрастной группы. Т-кри-терий — количество стандартных отклонений от пика костной массы молодых людей. При этом у обследуемых до 50 лет МПК находится в пределах нормы, если Z-крите-рий находится выше -2,0. У пациентов, начиная с возраста 50 лет и старше заключение об остеопении делается при Т-критерии от -1,0 до -2,4, а остеопороз, если Т-критерий соответствует -2,5 и ниже.

При проведении рентгеновской денситометрии исследуется область поясничных позвонков, проксимального отдела или шейки бедренной кости и костей предплечья [23]. При денситометрии позвоночника поясничный отдел сканируется в связи с тем, что он содержит около 25 % от общей костной массы всего позвоночника.

Согласно проведенным исследованиям, пиковые значения МПК поясничных позвонков достигаются к возрасту 20-30 лет, после этого происходит неравномерное динамическое снижение костной массы. У женщин после наступления менопаузы происходит выраженное уменьшение показателей МПК [26, 34].

Некоторые производители оборудования модернизируют денсито-метрические системы программным обеспечением, позволяющим оценивать дополнительные параметры. Так, заслуживает внимания функция оценки состояния позвоночника (Vertebral Fracture Assessment, VFA), способствующая быстрому получению изображения данного

отдела скелета. VFA предназначается для оценки переломов позвонков [28].

Кроме денситометрии позвоночника проводится определение МПК бедренной кости и средней 1/3 лучевой кости, как правило, недоминирующей руки.

Определена корреляционная связь между показателями МПК поясничных позвонков и шейки бедренной кости (r = 0,57) [26].

Исследование костей предплечья в большинстве случаев носит характер скрининг-теста. Ряд авторов показали прогностическую значимость ДРА лучевой кости в отношении риска переломов на ближайшие 25 лет [10]. Рубин М.П. (2009) предлагает исследовать МПК ультрадистального отдела предплечья с целью прогнозирования вероятности повторно возникающих переломов, ориентируясь при этом на пороговое значение Т-критерия, равное -2,1 стандартных отклонения [24].

Проведение двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии возможно различными денсито-метрическими системами. Наиболее распространенными являются Lunar (Великобритания), Hologic (США), Norland (США). При сканировании скелета осуществляется стандартизация результатов исследования в зависимости от типа денситометра [15].

Для стандартизации показателей МПК была разработана компьютерная программа «Standart LS» (Россия), позволяющая проводить вычисление Z-критериев у женщин с учетом региональных особенностей в зависимости от типа денси-тометрической системы [33].

К преимуществам двухэнергети-ческой рентгеновской абсорбциоме-трии стоит отнести относительную доступность исследования, низкую лучевую нагрузку (0,03 мЗв на 1 скан) и высокую диагностическую точность. Однако необходимо отметить, что при наличии костных деформаций, сколиотических изменений, обызвествления межпозвоночных дисков или аорты точность диагностики остеопороза значительно снижается [5, 25].

Помимо двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии

в диагностике остепоротических изменений используется количественная компьютерная томография, ККТ (Quantitative computed tomography, QCT). Достоинствами данного метода являются: возможность определения трабекулярной и кортикальной кости по отдельности; способность трехмерного исследования кости; метод ККТ позволяет избегать различных наложений окружающих тканей. В то же время, несмотря на имеющиеся преимущества КТ-денсито-метрии, исследования, касающиеся данного вопроса, немногочисленны [1, 3, 4, 8]. Недостатками денситометрии, проводимой методом ККТ, являются более высокая экономическая затратность при проведении исследования по сравнению с ДРА и большая лучевая нагрузка.

Минеральная плотность кости при проведении количественной компьютерной томографии, в зависимости от программного обеспечения, выражается в условных единицах Houndsfield (HU), в г/ см3 или в мг Са-На/мл (миллиграммах кальция гидроксиапатита на миллилитр).

При КТ-денситометрии используется калибровочный фантом, который содержит эквивалент ги-дроксиапатита кальция. После сканирования происходит компьютерная обработка полученных данных. Оценка результатов сканирования производится на основании показателей минеральной плотности тра-бекулярной кости. Это связано с тем, что метаболические изменения в трабекулярной кости происходят активнее, чем в кортикальной части. Поэтому наибольшее распространение получила КТ-денси-тометрия поясничного отдела позвоночника, в которой преобладает трабекулярная кость.

Для оценки минеральной плотности кости позвонков ряд компьютерных томографов снабжен специальными режимами. Так, томограф Somatom, Siemens (Германия) имеет режим «Osteo».

Оценка минеральной плотности кости при проведении КТ-денсито-метрии происходит на основании показателей трабекулярной кости [2]:

ПОЛИТРАВМА

- норма — МПК более 120 мг/см3;

- остеопения — МПК находится в

диапазоне 80-120 мг/см3;

- остеопороз — МПК находится

ниже уровня 80 мг/см3.

Полученные результаты сканирования оцениваются по шкале регрессии, которая представляет собой график зависимости между возрастом и количеством кальция гидроксиапатита на единицу объема. Шкала регрессии соответствует изначально заложенной референтной базе, соответствующей популяции страны производителя. В связи с этим для каждой популяции должна быть сформирована своя база данных, отражающая региональные особенности.

Группой исследователей [30] была создана база данных популя-ционных показателей трехмерной минеральной плотности кости для жителей центральных регионов России. В проведенном исследовании выявлены популяционные отличия от показателей МПК жителей Европы. Снижение минеральной плотности трабекулярной кости позвонков у женщин репродуктивного возраста в среднем составляет 1,9 мг/см3 (0,78 %), а в постменопаузальном периоде — 2,22 мг/см3 (0,93 %) в год [31].

Сравнительная оценка методов ККТ и ДРА в отношении диагностической ценности в выявлении остеопороза у исследователей не сформировала единого мнения. Ряд авторов считают, что точность диагностики ККТ не намного выше, чем при рентгеновской абсорбци-ометрии. В то же время имеются исследования, демонстрирующие преимущества ККТ в сравнении с ДРА [11, 31].

Помимо исследования аксиального отдела скелета количественная компьютерная томография способна проводить денситометрию периферических отделов (Peripheral quantitative computed tomography, pQCT), исследуя бедренную и лучевую кости [14, 19, 21, 29]. Для этого необходимо специальное аппаратурно-программное обеспе-

чение. Преимуществами pQCT являются небольшие размеры и вес оборудования. Однако диагностическая ценность периферической КТ-денситометрии у ряда исследователей вызывает сомнение.

С целью скрининговой диагностики остеопоротических изменений костей периферического скелета на практике нашла применение костная ультрасонометрия (КУС). Активное внедрение данного метода в практическую медицину началось в конце 80-х — начале 90-х годов ХХ века. Областями интереса при проведении КУС являются кости предплечья, пяточная, большеберцовая кости, фаланги пальцев. Метод основан на определении параметров распространения и поглощения ультразвука в кости. При прохождении ультразвука через кость его характеристики изменяются в зависимости от состояния костной ткани.

Основными параметрами костной ультрасонометрии являются скорость распространения (speed of sound, SOS) и показатели затухания ультразвука (broadband ultrasound attenuation, BUA) [16].

Под скоростью распространения ультразвуковой волны (V, м/сек) понимается время, которое проходит ультразвук через объект исследования от источника излучения до преобразователя. Данный параметр имеет зависимость от эластичности и минеральной плотности кости. Показатель затухания ультразвуковой волны характеризует прохождение ультразвука через костную ткань и зависит от костной массы, количества, размеров и пространственной ориентации костных тра-бекул. Данный параметр выражается в дБ/МГц.

На основании полученных результатов скорости распространения и показателя затухания ультразвука проводится расчет индекса прочности костной ткани.

В ряде исследований была продемонстрирована диагностическая значимость данного метода в выявлении остеопоротических изме-

нений. Определена обратная зависимость между индексом костной прочности ^Т1) и возрастом пациенток [22].

В ультрасонометрической системе имеется изначально встроенная база данных, с которой производится сравнение полученных показателей. Как правило, имеющиеся референтные значения разрабатывались для популяции того региона, где был произведен ультразвуковой аппарат, что неизбежно снижает качество диагностики у лиц, относящихся к другой популя-ционной группе.

Достоинством КУС является отсутствие ионизирующего излучения и доступная стоимость оборудования. Однако данный метод обладает меньшей чувствительностью и специфичностью в диагностике остеопороза по сравнению с двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрией и количественной компьютерной томографией [6, 7, 17, 23]. Необходимо отметить, что результаты сканирования костной ткани при проведении костной ультрасонометрии не стандартизированы, что неизбежно уменьшает качество диагностики [12].

Метод костной ультрасономе-трии должен быть использован лишь в качестве скрининг-диагностики, после чего для уточнения диагноза необходимо проведение денситометрии более высокоточными методами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время ведущее место в диагностике остеопоротиче-ских изменений занимает денси-тометрия, проводимая методами двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии и количественной компьютерной томографии. Для повышения точности диагностики необходима разработка популяци-онных стандартов, учитывающих региональные особенности, на основании которых будет строиться шкала регрессии при оценке минеральной плотности кости.

ЛИТЕРАТУРА REFERENCES: bodies as a risk factor of fractures. Cand. med. sci. abstracts diss.

1. Abdrakhmanova ZhS. Bone densitometry and computed tomogra- Tomsk, 2006. Russian. (Абдрахманова Ж.С. Костная денситоме-

phy for evaluating thresholds of mineral density of the vertebral трия и компьютерная томография в оценке пороговых значений

минеральной плотности тел позвонков как фактора риска их переломов : автореф. дисс. ... канд. мед. наук. Томск, 2006.)

2. ACR-SPR-SSR practice parameter for the performance of quantitative computed tomography (QCT) bone densitometry. PRACTICE GUIDELINE. 2013; Resolution No. 32. Available at: http://www.acr. org/~/media/ACR/Documents/PGTS/guidelines/QCT.pdf Res. 32 -2013, Amended 2014 (Res. 39).

3. Bansal SC, Khandelwal N, Rai DV, Sen R, Bhadada SK, Sharma KA, et al. Comparison between the QCT and the DEXA scanners in the evaluation of BMD in the lumbar spine. Journal of Clinical and Diagnostic Research. 2011; 5 (4): 694-699.

4. Bauer JS, Virmani S, Mueller DK. Quantitative CT to assess BMD as a diagnostic tool for osteoporosis and related fractures. Medica Mundi 2010; 54 (2): 31-37.

5. Beloselsky NI. Osteoporosis of the spine

6. Bauer DC, Gluer CC, Cauley JA, Vogt TM, Ensrud KE, Genant HK, et al. Broadband ultrasound attenuation predicts fractures strongly and independently of densitometry in older women. Archiv Int. Med. 1997; 157 (24): 629-634.

7. Chechurin RE, Akhmetov AS, Rubin MP. Comparative evaluation of X-ray densitometry of skeleton and ultrasonic densitometry of the calcaneus. Osteoporosis and Osteopathy. 1999;

8. Churilov SL. Quantitative computed tomography in diagnosing and monitoring the treatment of osteopenia and osteoporosis in patients with rheumatic diseases. Cand. med. sci. abstracts diss. St. Petersburg, 2007. 24 p. Russian.

9. De Laet CE, van Hout BA, Burger H, Hofman A, Pols HA. Bone density and risk fracture in men and women: cross sectional analysis. BMJ. 1997; 315 (7102): 221-225.

10. Duppe HR, Gardsell P, Nilsson B, Johnell O. A single bone density measurement can predict fractures over 25 years. Calcif. Tissue Int. 1997; 60: 171-174.

11. Dyachkova GV, Reutov AI, Eydlina EM, Stepanov RV, Kovaleva AV. Possibilities and benefits of quantitative computed tomography in detection of osteoporosis of the spine. Radiology Practitioner. 2006;

12. Gluer CC1, Eastell R, Reid DM, Felsenberg D, Roux C, Barkmann R, et al. Association of five quantitative ultrasound devices and bone densitometry with osteoporotic vertebral fractures in a population-based sample: the OPUS Study. J. Bone Miner. Res. 2004; 19 (5): 782-793.

13. Guidelines for osteoporosis. Benevolenskaya LM, editor. Moscow : BINOM. Knowledge Laboratory Publ., 2003. 524 p. Russian.

14. Hasegawa Y, Schneider P, Reiners C, Kushida K, Yamazaki K, Hase-gawa K, et al. Estimation of the architectural properties of cortical bone using peripheral quantitative computed tomography. Osteo-poros. Int. 2000; 11: 36-42.

15. Hui SL1, Gao S, Zhou XH, Johnston CC Jr, Lu Y, Glüer CC, et al. Universal standardization of bone density measurements: a method with optimal properties for calibration among several instruments. J. Bone Miner Res. 1997; (12): 1463-1470.

16. Kotelnikov GP, Bulgakova SV. Osteoporosis : a guide. Moscow : GEOTAR-Media Publ., 2010. 512 p. Russian.

17. Krieg MA, Cornuz J, Hartl F, Kraenzlin M, Tyndall A, Häuselmann HJ, et al. Quality controls for two heel bone ultrasounds used in the Swiss Evaluation of the Methods of Measurement of Osteoporotic Fracture Risk Study. J. Clin. Densitom. 2002. 5 (4): 335-341.

18. Krivova AV. Optimizing the diagnosis of osteoporosis and the prevention of low-energy fractures at the regional level

19. Lesnyak YuF. Bulk mineral density and geometric properties of radial bone in women of older age groups and the influence of the major risk factors for osteoporosis. Cand. med. sci. abstracts diss. Orenburg, 2001. 25 p. Russian.

20. Looker AC, Borrud LG, Hughes JP, Fan B, Shepherd JA, Melton LJ. Lumbar spine and proximal femur bone mineral density, bone mineral content, and bone area: United States, 2005-2008. National Center for Health Statistics. Vital Health Stat. 2012; 11(251): 1-132.

21. JC, Reid DM. Radial bone mineral density and estimated rates of changes in normal Scottish Women: assessment by peripheral quantitative computed tomography. Calcif. Tissue Int. 1999; 64: 126-132.

22. Nigmatova ESh. Ultrasonic osteometry in the assessment of bone strength in the female population of Tomsk. Cand. med. sci. abstracts diss. Tomsk, 2005. 19 p. Russian.

23. Osteoporosis. Lesnyak OM, Benevolenskaya LI, editors. 2nd ed., rev. and add. Moscow: GEOTAR-Media Publ., 2009. 272 p. Russian.

24. Rubin MP. Whether the measurement of bone mineral density (BMD) of the forearm is promising in addition to densitometry central skeleton for the timely diagnosis of postmenopausal osteoporosis and senile? Osteoporosis and Osteopathy. 2009; (2): 36-40. Russian. (Рубин М.П. Перспективно ли измерение минеральной плотности костей (МПК) предплечья в дополнение к денсито-метрии центрального скелета для своевременной диагностики

ПОЛИТРАВМА

постменопаузального и сенильного остеопороза? // Остеопороз и остеопатии. 2009. № 2. С. 36-40.)

25. Smirnov AV. Atlas of radial diagnosis of primary osteoporosis. Moscow, 2011. 70 p. Russian.

26. Smolev DM. Features of densitometric diagnosis of osteoporosis in elderly patients. Cand. med. sci. abstracts diss. Moscow, 2005. 21 p. Russian.

27. Siris ES, Miller PD, Barrett-Connor E, Faulkner KG, Wehren LE, Abbott TA, et al. Identification and fracture outcomes of undiagnosed low bone mineral density in postmenopausal women: results from the National Osteoporosis Risk Assessment. Journal of the American Medical Association. 2001; 286 (22): 2815-2822.

28. These are the Official Positions of the ISCD as updated in 2013. Available at: http://www.iscd.org/official-positions/2013-iscd-offi-cial-positions-adult (accessed April 24, 2014).

29. Tsurusaki K, Ito M, Hayashi K. Differential effects of menopause and metabolic disease on trabecular and cortical bone assessed by peripheral quantitative computed tomography (pQCT). Br. J. Radiol. 2000; 73 (865): 14-22.

30. Vlasova IS, Ternovoy SK, Sorokin AD. Mineral density of vertebrae in Russian population based on the results of quantitative computed tomography. Medical Radiology and Radiation Safety. 1998; 43

31. Vlasova IS. Quantitative computed tomography in clinical practice. Dr. med. sci. abstracts diss. Moscow, 1999. 48 p. Russian.

32. Zakharov IS, Kolpinskiy GI, Ushakova GA. Reference rates of two-dimensional bone mineral density of the lumbar vertebrae in residents of Kuzbass. Polytrauma. 2014;

33. Zakharov IS, Kolpinskiy GI, Ivanov VI. Standardization of bone mineral density values in the lumbar vertebrae

34. Zakharov IS, Kolpinskiy GI. The values of two-dimensional bone mineral density in the women of Kemerovo city : the certificate of state registration of the database : RU 2014621556 № 2014621080 ; the statement from 01.08.2014 ; published on 20.12.2014 ; registered on 18.11.2014. Russian.

Сведения об авторе:

Захаров И.С., к.м.н., доцент кафедры акушерства и гинекологии № 1, ГБОУ ВПО КемГМА Минздрава России, г. Кемерово, Россия.

Адрес для переписки:

Захаров И.С., ул. Ворошилова, 22а, г. Кемерово, Россия, 650029 Тел: +7 (3842) 46-51-62 E-mail: isza@mail.ru

Information about author:

Zakharov I.S., candidate of medical science, docent, chair of obstetrics and gynecology #1, Kemerovo State Medical Academy, Kemerovo, Russia.

Address for correspondence:

Zakharov I.S., Voroshilova St., 22a, Kemerovo, Russia, 650029 Tel: +7 (3842) 46-51-62. E-mail: isza@mail.ru