Instrumental methods of osteoporosis diagnosis

Full Text

Длительное время единственным методом диагностики остеопороза (ОП) было рентгенографическое исследование. Рентгенологические признаки ОП хорошо известны [6, 15, 16]. Заключение о нормальной или повышенной прозрачности кости можно сделать по 5 снимкам осевого скелета (грудного, поясничного отделов позвоночника в двух проекциях, костей таза с обоими вертелами бедер, черепа в боковой проекции, кистей рук в прямой проекции) [16]. Но достоверно поставить диагноз ОП при помощи рентгенографического исследования одной какой-либо локализации можно лишь при потере 20 — 40%, а по некоторым данным — до 50% костной массы [1, 13, 15]. Причиной диагностических трудностей является вариабельность врачебной оценки рентгенограмм, толщины мягких тканей и укладки, особенностей проявления, качества и чувствительности пленки, экспозиции и пр. [16]. Поэтому при описании снимка рекомендуют избегать радиологического диагноза ОП и использовать такие характеристики, как “уменьшенная плотность тени”, “повышенная рентгенопрозрачность”, “атрофия костного рисунка”.

Для более точной диагностики применяются полуколичественные рентгеноморфометрические методы оценки рентгенограммы с использованием геометрических отношений кортикальных и трабекулярных участков и деформации кости [16]: кортикального индекса по Barnett & Nordin [16, 20], индексов ключицы [33] и ребра IV или V [16], индексов Singh [16, 41], Dambaher, Saville [25, 40] и балльной оценки [3].

Использование различных индексов может быть полезно для динамического наблюдения у конкретного пациента и в популяционных исследованиях из-за доступности и простоты выполнения [16]. Однако точность и воспроизводимость результатов значительно уступает таковым при фотонной и рентгеновской абсорбциометрии.

Одним из наиболее точных рентгеновских методов диагностики ОП является микрорадиоскопия. Принцип этого метода основан на распознавании различных форм костной резорбции в пястных костях. Рентгенографию кистей исследуемого проводят в прямой проекции на мелкозернистой (технической) пленке, при этом применяют рентгеновские лучи несколько повышенной жесткости (10 мГр). После проявления снимка рассматривают с помощью лупы (6—8-кратное увеличение) пястье. Таким образом, можно разграничить эндостальную, интракортикальную и периостальную резорбции и выявить тем самым генез имеющейся остеопатии [16]. Микрорадиоскопия считается более совершенным методом, нежели рентгеноморфометрический, хотя также не лишена субъективизма [16]. Однако она не получила широкого распространения, очевидно, из-за технических трудностей (необходимость использования мелкозернистых пленок, острофокусных рентгеновских трубок).

В настоящее время определение плотности кости (денситометрия) является краеугольным камнем диагностики ОП и оценки риска костной травмы [14, 17]. Общепризнан тот факт, что низкая минеральная плотность кости (МПК) — такой же важный фактор риска остеопоротических переломов, как, например, уровень холестерина и гипертония — важные факторы риска коронарной болезни [34].

Существуют следующие основные методы денситометрии.

Радиографическая абсорбциометрия (РА) является, по сути, компьютеризированной модификацией рентгеновской денситометрии, описанной еще в 1939 г. Она может быть произведена на обычном рентгеновском аппарате. Для этого пальцы левой руки пациента помещают на кассету с пленкой, а рядом располагается алюминиевый эталон минеральной плотности [12]. После стандартной обработки снимок оцифровывают, то есть переводят в графический формат посредством просвечивающего сканирования и подвергают полуавтоматическому анализу с помощью прикладной компьютерной программы [45]. Этот этап осуществляют обычно в специализированно центре, куда поступают снимки, сделанные в других учреждениях [31]. Минеральную плотность обычно измеряют в средней фаланге среднего пальца левой кисти, где метод показывает наибольшую точность и высоко коррелирует с весом золы измеренных костей [45]. Метод интересен своей дешевизной и возможностью использования стандартной рентгеновской аппаратуры. Но он, к сожалению, непригоден для исследования более проксимальных отделов скелета по причине резкого снижения точности, вызванного влиянием мягких тканей и рядом других физико-технических факторов [16]. Однако использование появившихся в последние несколько лет цифровых рентгеновских аппаратов и современных средств вычислительной техники может позволить преодолеть многие недостатки, присущие классической РА. Нами предложен новый способ костной денситометрии с применением цифрового рентгеновского аппарата, водной среды и эталона минеральной плотности [5, 9, 39].

Однофотонная абсорбциометрия (SPA— Single Photon Absorptiometry) была представлена Cameron et al. [24]. Метод преодолел недостатки, присущие рентгенографическим, фотоденсито-метрическим методам, вызванные неоднородностью чувствительности пленки и излучения по полю, широкополосностью излучения рентгеновской трубки. В этих приборах используют единственный источник у-лучей с энергией фотона 27,3 KeV (1251) и сцинтилляторный датчик, соединенные между собой в сканирующую область интереса систему. Для исключения влияния мягкой ткани, анатомический участок, в котором производится измерение МП К, окружают водными мешками или эквивалентным воде материалом с исправлением для жировой ткани [42]. Техника применима только к периферийным участкам [18].

Воспроизводимость SPA для МПК в середине диафиза и дистальном метафизе составляет 1%. С учетом меньшей однородности кости в дистальном участке и ошибки репозиции реальная воспроизводимость составляет 2—3 %, а точность — 4—6 % [24]. Эффективная доза радиации — примерно 0,6 мЗв на исследование. Время сканирования — 10—15 минут. Радионуклидный источник (1251) с периодом полураспада в 60 дней требует замены 2 или 3 раза в год. В ряде приборов применяется более дорогой америций-241 [8]. В настоящее время на смену SPA пришел метод (SXA), в котором радионуклидный источник заменен низкодозной рентгеновской трубкой.

Двойная фотонная абсорбциометрия (DPA — Dual Photon Absorptiometry). В этих аппаратах одновременное измерение у-радиации двух различных энергий с учетом коэффициентов поглощения мягкой ткани и жира исключает потребность в водной среде. Наиболее широко используется радионуклид Gd153, производящий фотоны с энергией 44 и 100 KeV. В некоторых опытных образцах применяются два радионуклида (америций-243, барий-133) [8]. Фотоны двух энергий подсчитываются отдельными датчиками сцинтилляции. Различие в относительном ослаблении потока фотонов мягкой тканью и костью позволяет рассчитать МПК в г/см2. Возможен просмотр всего тела с определением общей МПК [38]. Оборудование имеет низкое пространственное разрешение и требует значительных затрат времени на следование (позвоночный столб — 30 мин, все тело — 40—60 мин). Это уменьшает воспроизводимость на 2—4% из-за движения пациента в течение сканирования. В DPA математический расчет делается исходя из предположения, что мягкая ткань имеет однородный состав, но неизвестную толщину. На практике это не так, и неоднородная толщина жировой ткани вносит ошибку до 9% [18]. Радионуклидный источник требует ежегодной замены. DPA в настоящее время заменена двойной рентгеновской абсорбциометрией (DXA).

Недостатки SPA и DPA были преодолены применением низкодозной рентгеновской трубки вместо радионуклидного источника в SXA и DXA. В связи с большим потоком фотонов (в 50—1000 раз) время сканирования уменьшено до 5 минут на участок, улучшено пространственное разрешение, и погрешность составляет менее 1% для поясничного отдела позвоночника [28].

Моноэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия (SXA). Физические принципы SXA — те же самые, как у SPA, за исключением того, что источником фотонов является рентгеновская трубка (55 kV, 300 мкА) с К-краевым фильтром и датчиками твердого тела [18]. Руку пациента также окружают водной средой для исключения влияния мягкой ткани. Оборудование относительно компактно, на одно исследование требуется приблизительно 5 минут. Точность метода — 3%, воспроизводимость — выше 1%. Доза радиации на исследование составляет 0,1 мЗв [18].

Двойная рентгеновская абсорбциометрия (DXA). физические принципы DXA подобны таковым DPA, за исключением того, что гадолиниевый источник заменен рентгеновской трубкой [8, 35, 36]. Точность DXA варьирует, по разным данным, от 1—2% [7] до 3—8 % [18]. Достоверность DXA может быть снижена при таких заболеваниях и состояниях, как остеоартроз, сколиоз, кальцификация аорты и межпозвоночных дисков, переломы позвонков, предшествующее применение контрастных веществ, которые могут приводить к завышенным показателям минеральной плотности [7, 18, 26]. Неравномерное распределение жировой ткани также может влиять на точность метода [27]. Нестабильность положения тела или исследуемой конечности может приводить к существенным ошибкам, например, в области шейки бедренной кости — от 0,9 до 6,7%, в области большого вертела - от 0,4 до 3,1 % [43]. Этот эффект может быть уменьшен применением специальных фиксирующих приспособлений [30]. Несмотря на перечисленные недостатки, метод DXA в настоящее время признан “золотым стандартом” денситометрии [18].

Количественная компьютерная томография (QCT). Для определения МПК можно использовать обычный КТ сканер со специальным калибровочным фантомом и программным обеспечением [12]. Эта технология уникальна своей возможностью определения объемной плотности отдельно губчатой или компактной кости в любой части скелета, выраженной в г/см3 [7, 12. 19, 32]. Калибровочный фантом, содержащий гидроксиапатит кальция, обычно располагается в зоне сканирования пациента и сканируется одномоментно с каждым КТ срезом [12, 19]. Возможно также использование абдоминального фантома, сканируемого отдельно от пациента [12]. Точность метода составляет 2—3%. Еще большая точность достигается на периферических КТ сканерах (pQCT) — до 0,3-0,9% [7].

Несмотря на очень высокие характеристики, применение QCT ограничено из-за высокой лучевой нагрузки на пациента (для осевой КТ) и высокой стоимости исследования, что делает невозможным ее использование в скрининговых исследованиях [12].

Ультразвуковые методы. Несколько выделяется среди перечисленных выше методов, использующих проникающее излучение, количественная ультразвуковая денситометрия (QUS), получившая свое развитие в последние годы. В отличие от первых, позволяющих судить о состоянии костного скелета по данным МПК, QUS предлагает другие показатели оценки костной ткани, а именно SOS — скорость распространения ультразвука в кости и BUA - широковолновое рассеивание (затухание) ультразвуковой волны [12]. Обычно в качестве объекта исследования выбирают пяточную кость. Коэффициент ослабления ультразвука, проходящего через кость, линейно увеличивается с частотой в пределах от 0,2 до 1,0 МГц [37]. BUA определяется как наклон кривой зависимости ослабления УЗ от частоты и измеряется в дБ/МГц/см. Однако коммерческие QUS системы вообще не привязывают ослабление к толщине кости, и поэтому полученные результаты отражаются в дБ/МГц [22], хотя толщина пяточной кости у разных индивидуумов может отличаться на 10% [44]. Приборы, измеряющие только скорость ультразвука в диафизе большеберцовой кости, практически покинули рынок. Это связано с их большой погрешностью воспроизводимости.

Перечисленные параметры ультразвуковой волны, поданным многих исследователей, отражают эластичность, прочность и жесткость костной ткани и достаточно высоко коррелируют с МПК позвоночника и бедра [21]. Причем BUA коррелируете гистоморфомстричсскими параметрами кости [23], a SOS отражает упругость кости [23]. Подобно рентгеновским денситометрам, ультразвуковые приборы наряду с измерением перечисленных выше показателей располагают банком нормативных данных и вычисляют Z- и Т- критерии в процентах и величинах стандартного отклонения. В настоящее время УЗ денситометры в основном используют как приборы поликлинического уровня, предназначенные для скрининга. Возможности этих приборов в диагностике и оценке эффективности терапии остеопороза продолжают дискутироваться [12, 21].

Интерпретацию результатов денситометрии проводят путем сравнения полученных результатов с нормальными значениями базы данных и сравнения в динамике. Приняты два основных показателя сравнения с нормой: с типичными значениями для возраста, в котором минеральная плотность достигает максимума — “пиковой” костной массы (Т-масштаб), и сравнение с возрастной нормой (Z-масштаб). Показатель Т, который является более информативным, — это разница между плотностью костной ткани у конкретного пациента и средней величиной этого показателя у здоровых людей в возрасте 40 лет (то есть в возрасте пика костной массы) [4].

Результат представляется в процентах к норме, которая принимается за 100% и в единицах стандартных отклонений (SD). Большую проблему представляют различия нормы, достигающие 11— 14%, установленные в приборах разных фирм [2].

Согласно рекомендации ВОЗ, основным показателем в диагностике ОП является Т-масштаб. В пределах нормы находятся значения отклоняющиеся не более чем на 1SD, при остеопении — значения между — 1SD и —2,5SD. Отклонение более чем на -2,5SD определяется как ОП, а при наличии хотя бы одного характерного перелома - как тяжелый ОП [2, 10, 12, 17].

В настоящее время известно много методов диагностики ОП, и для разработки программы скринингового его выявления был изучен целый ряд клинических и других факторов риска, однако разработать какую-либо действенную стратегию скрининга до сих пор не удалось [12]. Проблема своевременной диагностики ОП для отечественной медицины усугубляется малодоступностью современных костных денситометров из-за их высокой стоимости. В то же время внедрение денситометрии, например, в такой небольшой стране, как Дания, позволяет экономить ежегодно 140— 150 млн долларов [11]. Очевидно, что выход из создавшегося положения может быть найден путем разработки отечественных денситометров, а также в результате поиска новых денситометрических технологий.

About the authors

A. A. Gaibaryan

Kazan State Medical Academy of Postgraduate Education; Kazan State University

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

M. K. Mikhailov

Kazan State Medical Academy of Postgraduate Education; Kazan State University

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

I. G. Salikhov

Kazan State Medical Academy of Postgraduate Education; Kazan State University

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

References

Supplementary files