Денситометрия: измерение минеральной плотности костей с помощью DXA

Введение

Диагностический тест для определения минеральной плотности костной ткани.

Двойная энергетическая рентгеновская абсорбциометрия (DXA или DEXA) – это метод измерения минеральной плотности костной ткани (BMD) с помощью спектральной визуализации. Два рентгеновских луча с разными уровнями энергии направляются на кости пациента. После вычитания поглощения мягкими тканями, минеральная плотность кости (BMD) может быть определена по степени поглощения каждого луча костной тканью. Двойная энергетическая рентгеновская абсорбциометрия является наиболее широко используемой и тщательно изученной технологией измерения плотности костной ткани. Сканирование DXA обычно используется для диагностики и мониторинга остеопороза, в отличие от сцинтиграфии костей, которая более чувствительна к определенным метаболическим заболеваниям костей, при которых происходит заживление инфекций, переломов или опухолей. Также иногда применяется для оценки состава тела.

Физика

Мягкие ткани и кость имеют разные коэффициенты ослабления рентгеновского излучения. Одиночный пучок рентгеновских лучей, проходящий через тело, будет ослабляться как мягкими тканями, так и костью, и невозможно определить по одному пучку, какая доля ослабления приходится на кость. Однако коэффициенты ослабления меняются в зависимости от энергии рентгеновских лучей, и, что важно, отношение этих коэффициентов также изменяется. DXA использует две энергии рентгеновского излучения. Разница в общем поглощении между этими двумя энергиями может быть использована с помощью соответствующей взвешенной обработки для исключения поглощения мягкими тканями, оставляя только поглощение костной тканью, которое связано с плотностью кости. Один тип сканера DXA использует цериевый фильтр с трубным напряжением 80 кВ, что приводит к эффективным энергиям фотонов около 40 и 70 кэВ. Существует также тип сканера DXA с самариевым фильтром и трубным напряжением 100 кВ, что дает эффективные энергии 47 и 80 кэВ. Точный возраст, когда мужчинам следует проходить обследование, не установлен. Женщины с повышенным риском должны рассмотреть возможность проведения сканирования, когда их риск равен риску обычной 65-летней женщины. Риск человека можно оценить с помощью калькулятора FRAX, разработанного в Университете Шеффилда, который учитывает множество различных клинических факторов риска, включая предшествующие переломы, связанные с хрупкостью костей, применение глюкокортикоидов, интенсивное курение, чрезмерное употребление алкоголя, ревматоидный артрит, анамнез переломов шейки бедра у родителей, хронические заболевания почек и печени, хронические респираторные заболевания, длительное применение фенобарбитала или фенитоина, целиакию, воспалительные заболевания кишечника и другие факторы риска. При оценке костной массы у детей необходимо учитывать особые моменты. В частности, сравнение минеральной плотности кости у детей с референсными данными взрослых (для расчета T-показателя) приведет к занижению МПК у детей, поскольку у детей меньше костной массы, чем у полностью сформировавшихся взрослых. Это может привести к чрезмерной диагностике остеопении у детей. Чтобы избежать переоценки дефицита минералов костной ткани, показатели МПК обычно сравниваются с референсными данными для той же пола и возраста (путем расчета Z-показателя). Кроме того, помимо возраста, существуют и другие факторы, которые могут затруднить интерпретацию МПК, измеренной с помощью DXA. Важным фактором, искажающим результаты, является размер кости. Показано, что DXA переоценивает минеральную плотность кости у высоких людей и недооценивает ее у людей невысокого роста. Эта ошибка связана со способом расчета МПК в DXA. В DXA содержание минералов в костях (измеряемое как ослабление рентгеновского излучения при сканировании костей) делится на площадь (также измеряемую аппаратом) сканируемого участка. Поскольку DXA рассчитывает МПК на основе площади (aBMD: площадная минеральная плотность кости), это не является точным измерением истинной минеральной плотности кости, которая представляет собой массу, деленную на объем. Чтобы отличать МПК, полученную с помощью DXA, от объемной минеральной плотности кости, исследователи иногда называют МПК, полученную с помощью DXA, площадной минеральной плотностью кости (aBMD). Искажающее влияние различий в размере кости связано с отсутствием значения глубины при расчете минеральной плотности кости. Несмотря на проблемы технологии DXA с оценкой объема, она все еще является достаточно точным показателем содержания минералов в костной ткани. Методы коррекции этого недостатка включают расчет объема, который аппроксимируется на основе измеренной DXA площади проекции. Результаты DXA BMD, скорректированные таким образом, называются кажущейся минеральной плотностью кости (BMAD) и представляют собой отношение содержания минералов в костной ткани к кубоидальной оценке объема кости. Как и результаты для aBMD, результаты BMAD не точно отражают истинную минеральную плотность кости, поскольку они используют приближенные значения объема кости. BMAD используется в основном в исследовательских целях и пока не применяется в клинической практике. Другие методы визуализации, такие как количественная компьютерная томография (QCT), способны измерять объем кости и, следовательно, не подвержены влиянию размера кости, как результаты DXA. Важно, чтобы пациенты проходили повторные измерения МПК на одном и том же аппарате или, по крайней мере, на аппарате того же производителя. Различия между аппаратами или попытки преобразовать измерения из стандарта одного производителя в стандарт другого могут привести к ошибкам, достаточным для снижения чувствительности измерений. Результаты DXA необходимо корректировать, если пациент принимает добавки с содержанием стронция. DXA также может использоваться для измерения показателя трабекулярной костной ткани.

Soft tissue and bone have different attenuation coefficients to X rays. A single X ray beam passing through the body will be attenuated by both soft tissue and bone, and it is not possible to determine, from a single beam, how much attenuation was attributable to the bone. However, the attenuation coefficients vary with the energy of the X rays, and, crucially, the ratio of the attenuation coefficients also varies. DXA uses two energies of X ray. The difference in total absorption between the two can be used, by suitable weighting, to subtract out the absorption by soft tissue, leaving just the absorption by bone, which is related to bone density. One type of DXA scanner uses a cerium filter with a tube voltage of 80 kV, resulting in effective photon energies of about 40 and 70 keV. There is also a DXA scanner type using a samarium filter with a tube voltage of 100 kV, resulting in effective energies of 47 and 80 keV. The date at which men should be tested is uncertain At risk women should consider getting a scan when their risk is equal to that of a normal 65 year old woman. A person's risk can be measured using the University of Sheffield's FRAX calculator, which includes many different clinical risk factors including prior fragility fracture, use of glucocorticoids, heavy smoking, excess alcohol intake, rheumatoid arthritis, history of parental hip fracture, chronic renal and liver disease, chronic respiratory disease, long term use of phenobarbital or phenytoin, celiac disease, inflammatory bowel disease, and other risks. Special considerations are involved in the use of DXA to assess bone mass in children. Specifically, comparing the bone mineral density of children to the reference data of adults (to calculate a T score) will underestimate the BMD of children, because children have less bone mass than fully developed adults. This would lead to an over diagnosis of osteopenia for children. To avoid an overestimation of bone mineral deficits, BMD scores are commonly compared to reference data for the same gender and age (by calculating a Z score). Also, there are other variables in addition to age that are suggested to confound the interpretation of BMD as measured by DXA. One important confounding variable is bone size. DXA has been shown to overestimate the bone mineral density of taller subjects and underestimate the bone mineral density of smaller subjects. This error is due to the way by which DXA calculates BMD. In DXA, bone mineral content (measured as the attenuation of the X ray by the bones being scanned) is divided by the area (also measured by the machine) of the site being scanned. Because DXA calculates BMD using area (aBMD: areal Bone Mineral Density), it is not an accurate measurement of true bone mineral density, which is mass divided by a volume. In order to distinguish DXA BMD from volumetric bone mineral density, researchers sometimes refer to DXA BMD as an areal bone mineral density (aBMD). The confounding effect of differences in bone size is due to the missing depth value in the calculation of bone mineral density. Despite DXA technology's problems with estimating volume, it is still a fairly accurate measure of bone mineral content. Methods to correct for this shortcoming include the calculation of a volume that is approximated from the projected area measure by DXA. DXA BMD results adjusted in this manner are referred to as the bone mineral apparent density (BMAD) and are a ratio of the bone mineral content versus a cuboidal estimation of the volume of bone. Like the results for aBMD, BMAD results do not accurately represent true bone mineral density, since they use approximations of the bone's volume. BMAD is used primarily for research purposes and is not yet used in clinical settings. Other imaging technologies such as quantitative computed tomography (QCT) are capable of measuring the bone's volume, and are, therefore, not susceptible to the confounding effect of bone size in the way that DXA results are susceptible. It is important for patients to get repeat BMD measurements done on the same machine each time, or at least a machine from the same manufacturer. Error between machines, or trying to convert measurements from one manufacturer's standard to another can introduce errors large enough to wipe out the sensitivity of the measurements. DXA results need to be adjusted if the patient is taking strontium supplements. DXA can also used to measure trabecular bone score.

Современная клиническая практика в педиатрии

DXA является, безусловно, наиболее широко используемым методом измерения минеральной плотности костной ткани, поскольку он считается недорогим, доступным, простым в использовании и способным предоставить точную оценку минеральной плотности костной ткани у взрослых. Официальная позиция Международного общества клинической денситометрии (ISCD) заключается в том, что пациенту может быть проведено исследование БМП, если у него есть заболевание, которое может спровоцировать потерю костной массы, ему планируется назначение препаратов, известных своей способностью вызывать потерю костной массы, или он находится под наблюдением и нуждается в мониторинге. ISCD утверждает, что четкой взаимосвязи между БМП и риском перелома у детей не установлено; диагностика остеопороза у детей не может основываться на критериях денситометрии. Использование T-показателей у детей недопустимо и они не должны включаться в отчеты DXA. Таким образом, классификация ВОЗ остеопороза и остеопении у взрослых не применима к детям, но Z-показатели могут использоваться для содействия диагностике. Некоторые клиники могут регулярно проводить DXA-сканирование педиатрическим пациентам с такими состояниями, как рахит, волчанка и синдром Тернера. Показано, что DXA измеряет зрелость скелета и состав жировой ткани и используется для оценки эффективности фармакотерапии. Он также может помочь педиатрам в диагностике и мониторинге лечения нарушений формирования костной массы в детском возрасте. Однако, похоже, что применение DXA в педиатрии все еще находится на ранней стадии, и существуют общепризнанные ограничения и недостатки этого метода. Существует мнение, что DXA-сканирование в диагностических целях не следует проводить вне специализированных центров, и если сканирование проводится вне таких центров, его интерпретация должна осуществляться после консультации с экспертом в данной области. Этот метод не подходит для педиатрических пациентов, и исследования проводились на животных детского возраста. По данным DXA-сканирования, также может быть получено изображение "тень жира" с низким разрешением, которое дает общее представление о распределении жира по всему телу. Предполагается, что, хотя DXA очень точно измеряет минералы и постную мягкую ткань (LST), он может давать искаженные результаты из-за косвенного метода расчета жировой массы путем ее вычитания из LST и/или массы клеток тела (BCM), которые DXA фактически измеряет. DXA-сканирование может быть полезным инструментом для диагностики состояний с аномальным распределением жира, таких как семейная частичная липодистрофия.

DXA is, by far, the most widely used technique for bone mineral density measurements, since it is considered to be cheap, accessible, easy to use, and able to provide an accurate estimation of bone mineral density in adults. The official position of the International Society for Clinical Densitometry (ISCD) is that a patient may be tested for BMD if they have a condition that could precipitate bone loss, is going to be prescribed pharmaceuticals known to cause bone loss, or is being treated and needs to be monitored. The ISCD states that there is no clearly understood correlation between BMD and the risk of a child's sustaining a fracture; the diagnosis of osteoporosis in children cannot be made using the basis of a densitometry criteria. T scores are prohibited with children and should not even appear on DXA reports. Thus, the WHO classification of osteoporosis and osteopenia in adults cannot be applied to children, but Z scores can be used to assist diagnosis. Some clinics may routinely carry out DXA scans on pediatric patients with conditions such as nutritional rickets, lupus, and Turner syndrome. DXA has been demonstrated to measure skeletal maturity and body fat composition and has been used to evaluate the effects of pharmaceutical therapy. It may also aid pediatricians in diagnosing and monitoring treatment of disorders of bone mass acquisition in childhood. However, it seems that DXA is still in its early days in pediatrics, and there are widely acknowledged limitations and disadvantages with DXA. A view exists that DXA scans for diagnostic purposes should not even be performed outside specialist centers, and, if a scan is done outside one of these centers, it should not be interpreted without consultation with an expert in the field. but this is not suitable for paediatric subjects and studies have been carried out on paediatric sized animals. From the DXA scans, a low resolution "fat shadow" image can also be generated, which gives an overall impression of fat distribution throughout the body It has been suggested that, while very accurately measuring minerals and lean soft tissue (LST), DXA may provide skewed results due to its method of indirectly calculating fat mass by subtracting it from the LST and/or body cell mass (BCM) that DXA actually measures. DXA scans have been suggested as useful tools to diagnose conditions with an abnormal fat distribution, such as familial partial lipodystrophy.

Радиационное воздействие

DXA использует рентгеновские лучи для измерения минеральной плотности костей. Доза облучения в современных системах DEXA невелика, всего 0,001 мЗв, что значительно меньше, чем при стандартной рентгенографии грудной клетки или зубов. Однако доза, создаваемая более старыми источниками излучения DEXA (которые использовали радиоизотопы вместо рентгеновских трубок), могла достигать 35 мГр, что считается существенной дозой согласно стандартам радиационной безопасности.

Соединенные Штаты

Качество работы операторов DXA значительно варьируется. DXA не подлежит такому же регулированию, как другие методы визуализации, основанные на ионизирующем излучении, из-за низкой дозы облучения. В каждом штате США действуют различные правила относительно необходимой сертификации для работы с аппаратом DXA. Например, в Калифорнии требуется прохождение учебного курса и сдача государственного экзамена, в то время как в Мэриленде нет требований к квалификации техников DXA. Многие штаты требуют прохождения учебного курса и получения сертификата от Международного общества клинической денситометрии (ISCD).

Австралия

В Австралии регулирование различается в зависимости от применимого штата или территории. Например, в Виктории, специалист, проводящий DXA-сканирование, обязан пройти аккредитованный курс по безопасному использованию денситометров костной ткани. В штатах Новый Южный Уэльс и Квинсленд для работы техником DXA достаточно предварительного образования в области науки, сестринского дела или смежных направлений высшего образования. Агентство по охране окружающей среды (EPA) осуществляет лицензирование техников, однако этот процесс недостаточно строгий, и фактического регулирования практически нет.