В диагностике остеопороза ведущее место занимают лучевые методы исследования. Ключевой вопрос диагностики – установление плотности костной массы (ее количества в единице объема) и ее способности противостоять внешним и внутренним факторам повреждения. Для этого изучается ее микро- и макроархитектоника, а также упругость (эластичность) костной ткани. К неинвазивным способам костной денситометрии относятся: двойная рентгеновская абсорбциометрия, количественная ультразвуковая денситометрия, количественная компьютерная томография, метод ядерного магнитного резонанса.

 Количественная компьютерная томография (ККТ) дает возможность получать трехмерное изображение и производить прямое определение плотности, а также выполнять пространственное разделение сигналов от трабекулярной и кортикальной костей. 

 Магнитно-резонансная томография (МРТ) в диагностике остеопороза применяется сравнительно редко, хотя ее возможности визуализировать мягкие ткани, в частности костный мозг и костные трабекулы, хорошо известны и подтверждены многолетней практикой. Непопулярность МРТ объясняется в основном высокой стоимостью исследования и наличием альтернативных, более дешевых и доступных методов изучения ОП (в частности, остеоденситометрии). В единичных публикациях, представляющих главным образом научный интерес, иллюстрируются возможности метода в изучении трабекулярной структуры кости, особенно при использовании магнитно-резонансных томографов так называемого высокого разрешения.

  Количественное ультразвукового исследование (УЗИ) для диагностики ОП и определения риска переломов основано на взаимодействии звуковых волн с костной тканью, близкой по своим свойствам к твердому телу, и в силу своей природы должно оценивать механические свойства кости. Благодаря разработке и внедрению в клиническую практику ультразвуковых аппаратов стало возможным оценивать механические свойства кости – прочность и упругость.

  Методы фотонной абсорбциометрии основаны на измерении поглощения фотонного излучения в биологических тканях исследуемого участка тела больного. В 1963 г. Cameron и Sorenson описали новый метод определения минеральной плотности кости – однофотонную абсорбциометрию (ОФА). Суть ОФА заключается в регистрации прохождения монохроматического потока фотонов одной энергии через кость и мягкие ткани. При этом количество минерального вещества кости на пути, поперечном потоку, градуируют, основываясь на различии интенсивности потока до и после прохождения через исследуемую область. Методика двухфотонной абсорбциометрии (ДФА) была разработана в США доктором R. Mazess в 1984 г. В ее основе лежит тот же принцип, что и в основе ОФА: способность количественно оценивать степень ослабления потока фотонов после прохождения через костную или мягкие ткани. Однако в двухфотонной системе используется радионуклид, который излучает фотоны двух различных энергий, или используются два радионуклида, каждый из которых излучает фотоны с энергией в разных диапазонах. Когда поток проходит через участок тела, содержащий костную и мягкие ткани, ослабление потока фотонов отражается на обоих энергетических пиках.

Рентгеновские денситометры - используются для измерения минеральной плотности костей как центрального скелета (поясничные позвонки, проксимальный отдел бедренной кости), так и периферического. Одноэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия (ОРА) используется преимущественно для измерения плотности дистальных участков лучевой и плечевой костей и пяточной кости. Двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия (ДРА) представяет собой самый современный метод оценки МПК. Принцип работы двухэнергетического рентгеновского денситометра заключается в раздельном измерении энергии рентгеновского излучения при прохождении его через тело пациента. Ослабление рентгеновского излучения частично связано с костной тканью, а частично – с мягкими тканями. Используется рентгеновский пучок, спектр которого имеет два пиковых значения в различных энергетических диапазонах. Различие в ослаблении двух энергий позволяет оценить массу костного минерала в исследуемой области путем математического анализа.

Сравнительный анализ методов диагностики остеопороза

Обзорная и прицельная рентгенография. Для диагностики остеопороза в рутинной клинической практике обычно выполняются рентгенограммы наиболее подверженных этому процессу участков скелета: грудного и поясничного отделов позвоночника (обязательно в двух проекциях), тазобедренных суставов, кистей и дистальных отделов лучевой кости. Снимки периферических участков скелета предпочтительно выполнять с прямым увеличением изображения, используя рентгеновские излучатели с микрофокусом и кассеты с тонко рисующими усиливающими экранами.

На обзорных рентгенограммах раздельно изучаются как кортикальные, так и трабекулярные участки скелета. Общая характеристика трабекулярной зоны при остеопорозе может быть охарактеризована как кость повышенной прозрачности. Количество трабекул в единице площади рентгенограммы уменьшено. Однако подобная общая оценка рентгеновского снимка только на основе зрительного восприятия прозрачности костной ткани чрезвычайно субъективна. Вследствие известных особенностей работы человеческого зрительного анализатора ошибка в диагностике остеопороза по рентгенограммам может достигать 30–40%.

Более важно тщательное и детальное изучение трабекулярного рисунка кости. В позвонках (а они при системном остеопорозе поражаются в первую очередь) наблюдается сначала исчезновение поперечных костных трабекул. Вследствие этого вертикальные трабекулы кажутся как бы утолщенными. В дальнейшем они действительно гипертрофируются и огрубляются (гипертрофическая атрофия). В целом тело позвонка становится прозрачным, окаймленным контрастно подчеркнутыми замыкательными пластинками (рамочный позвонок). Одновременно происходит деформация замыкательных пластинок в виде их вдавления (рыбьи позвонки). Впоследствии наступает продавленность опорных площадок тела позвонка, он приобретает форму клина или двояковогнутой линзы.

Остеопоротические изменения в трабекулярной части периферического скелета выражаются аналогичным рассасыванием трабекул, что рентгенологически проявляется разрежением их рисунка. Выявить изменения в трабекулярной части кости сложнее, необходим детальный анализ безупречно выполненных рентгенограмм. Вначале происходит разволокнение, туннелизация кортикального слоя кости. Одновременно возникают лакунарные зоны эндостальной резорбции кости. Если выявляется периостальная резорбция кортикального слоя кости, то речь идет, как правило, о вторичном остеопорозе, например при гиперпаратиреоидной остеодистрофии.

Несомненные преимущества рентгенографии – доступность и простота. Существенный недостаток – низкая чувствительность, сложность динамической оценки состояния пациентов, выявление остеопороза лишь при потере более 30% костной массы.

Ультразвуковая денситометрия. Механические свойства кости оцениваются с помощью ультразвуковых (УЗ) волн по скорости распространения ультразвука в костной ткани. Вычисление ослабления волны позволяет судить о плотности ткани, количестве костных трабекул, их пространственной ориентации, наличии микроповреждений. Количественная ультрасонометрия – КУС, или количественная ультразвуковая диагностика – КУЗД, имеет ряд особенностей, обусловленных физической сущностью метода. Ультразвук хорошо распространяется по тканям с высокой плотностью и жидким средам, тогда как жировая ткань, воздух и границы раздела двух сред представляют для него значительное препятствие. Поэтому область измерения погружают в воду или обильно смазывают гелем. Один из источников погрешностей – недостаточный акустический контакт. Состояние кожи в области измерения (влажная, жирная или сухая), несмотря на использование специальных гелей или детергентов, невозможно стандартизировать, что отрицательно влияет на воспроизводимость метода. Метод очень чувствителен к температуре. Кроме того, величина усилия прижатия УЗ датчиков в области измерения меняет не только толщину подлежащих мягких тканей, которая может быть учтена прибором, но и качество акустического контакта.

С помощью КУС выполняются измерения на костях периферического скелета, представленных в основном компактной костной тканью (за исключением пяточной кости), в то время как в большинстве случаев ОП в первую очередь страдают участки с губчатой костной структурой. Наиболее часто исследуются пяточная, большеберцовая кости, фаланги пальцев. Основные показатели, принимаемые в расчет при работе КУС: скорость ультразвука и широкополосное затухание ультразвука, Z-критерий и T-критерий. Скорость звука (speed of sound – SOS) – скорость прохождения звуковой волны поперек кости (м/с). Широковолновое рассеивание (broad-band ultrasound attenuation – BUA) описывает изменения интенсивности (уменьшение энергии) УЗ луча при прохождении через кость (dB/МГц). С целью упрощения интерпретации результатов исследования фирмами-изготовителями были предложены переменные, объединяющие эти два основных показателя. В настоящее время КУС не стандартизированы. Каждый производитель устанавливает на своем приборе собственные нормативные данные и по-своему интерпретирует риск переломов. Остеопороз, диагностируемый при помощи КУС, определяется при других значениях Т- и Z-критериев, нежели при двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии.

Положительные свойства КУС: радиационная безопасность, относительно низкая стоимость, портативность, быстрота исследования.

Недостатки КУС:

• возможность диагностической ошибки: исследование одной кости, влияние мягких тканей, влияние размера кости, влияние температуры;

• невозможность мониторинга: нестабильное позиционирование стопы, небольшие изменения по времени, низкая надежность датчиков;

• чувствительность метода КУС относительно центральной ДРА для пяточной кости составляет 0,34, для пальца – 0,23.

На основании анализа данных периферической денситометрии у каждого взрослого пациента по значению T-критерия можно определить относительный риск формирования остеопоротических переломов в будущем. Поскольку это исследование дает информацию не только о содержании минералов, но и о других свойствах кости, определяющих ее качество (прочность), метод может иметь определенные перспективы.

Рентгеновская денситометрия. В рентгеновской денситометрии при сканировании измеряются две величины: площадь проекции исследуемого участка (Аrеа, см²) и содержание костного минерала (Bone Mineral Content – BMC, г). С их помощью вычисляется еще один клинически значимый параметр – минеральная плотность кости (Bone Mineral Density – BMD, г/см²; МПК). ВМD=ВМС/Аrеа. Методика двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии признана золотым стандартом в диагностике ОП [20, 28, 29], поскольку она сочетает в себе ряд важных качеств: возможность исследования осевого скелета, хорошую чувствительность и специфичность, высокую точность и низкую ошибку воспроизводимости, низкую дозу облучения для пациента (менее 0,04 мЗв), быстроту исследования.

В клинической практике измерение костной массы проводится с целью выявления ее уменьшения, предупреждения переломов костей и длительного контроля. ДРА обладает всеми качествами, необходимыми для решения этих задач, позволяя определить уже 2–4% потери костной плотности. Для подтверждения диагноза должна использоваться ДРА осевого скелета – область позвоночника, проксимального отдела бедра. Из различных методов измерения наиболее адекватным способом оценки МПК является оценка с использованием T- и Z-критериев. Т-критерий отражает разницу между плотностью кости обследуемого человека и стандартом, который соответствует плотности кости здоровых людей при достижении ее максимальных значений – пика костной массы. Z-критерий – количество стандартных отклонений выше или ниже среднего показателя МПК для лиц аналогичного возраста. При постановке диагноза и назначении терапии необходимо оценивать T-критерий, а для прогноза риска переломов и оценки эффективности терапии – Z-критерий.

 Критерии диагностики остеопороза по данным костной денситометрии осевого скелета для женщин в постменопаузе и мужчин старше 50 лет 

Несомненно, имеются и определенные недостатки метода, создающие возможность диагностической ошибки:

- влияние возрастных костных изменений – остеофиты, переломы;

- влияние сопутствующих заболеваний – кальцификация сосудов, остеомаляция, остеоартриты;

- не учитываются размеры и архитектура кости;

- зависимость от оператора;

- старение рентгеновской трубки;

- высокая стоимость аппаратов и исследования;

- большая занимаемая аппаратом площадь.

Компьютерная томография позволяет получать трехмерные изображения костной структуры и определять границы слоев костной ткани. Наиболее распространена количественная КТ – ККТ. С помощью КТ возможно исследование любой части скелета, чаще проводят сканирование позвоночника. Трехмерный характер исследований позволяет оценить объемную минеральную плотность (в мг/см³) отдельно трабекулярного и кортикального веществ. Метод позволяет измерить плотность кости, общее содержание минералов, получить информацию об анатомии позвоночника, дифференцированно оценить состояние компактного слоя, губчатого вещества. Различие в объеме мягких тканей не влияет на точность измерения МПК. Периферическая ККТ (пККТ) была разработана специально для диагностики остеопороза, также возможно отдельное исследование трабекулярного и кортикального веществ. Как правило, изучают лучевую или малоберцовую кость, в последнее время стало доступным исследование шейки бедренной кости.

ККТ используется главным образом для измерения плотности трабекулярной костной ткани позвоночника, и его диагностическая ценность в случае остеопороза даже выше, чем ДРА. Переломы редко встречаются при значениях МПК выше 110 мг/см³ и очень часто – при МПК<60 мг/см³. Так как методом ККТ оценивается только трабекулярная костная ткань (метаболически более активная, чем кортикальная), то скорость вызванных патологией изменений МПК, определяемая данной методикой, выше аналогичного показателя, получаемого с помощью ДФА или ДРА. Корреляция между костной плотностью позвоночника (по данным ККТ) и других участков скелета (по данным других методов) является хотя и статистически достоверной, но недостаточной для прогнозирования тех значений МПК в разных отделах скелета, которые могут быть получены методом ККТ. На исследование позвоночника методом ККТ требуется около 30 минут. Поверхностная доза излучения составляет примерно 1–3 мЗв. Сама по себе эта доза кажется очень большой, но при исследовании позвоночника методом ККТ лишь очень малая часть костного мозга подвергается облучению, а эффективная доза находится в пределах 30 мкЗв. При проведении ККТ на аппаратах, которые по своей конфигурации не способны обеспечивать низкие значения облучения, поглощенная и поверхностная дозы облучения оказываются в 3–10 раз выше.

Неправильные значения при измерении костной плотности методом ККТ могут быть связаны с процентным содержанием жировой ткани в костном мозге. Количество жировой ткани костного мозга увеличивается с возрастом, что приводит к изменению данных, получаемых методом ККТ, у пожилых пациентов. Отмечалось, что погрешность метода ККТ лежит в диапазоне от 5 до 15% в зависимости от возраста пациента и процента жировой ткани костного мозга. Наличие жировой ткани в костном мозге приводит к недооценке МПК: для молодых примерно на 20 мг/см³, для лиц старшего возраста – на 30 мг/см³. Для исключения ошибок, связанных с наличием жировой ткани в костном мозге, Genant и Boyd разработали методы двухэнергетической и одноэнергетической ККТ. При использовании этих методов, по данным посмертного анализа, ошибка, связанная с наличием жировой ткани, уменьшается до 1,4%. Все же точность этих методов ограничена и характеризуется погрешностью в руках эксперта, равной 1–3%; погрешность двухмерной ККТ составляет 3–5%. Ограничена и возможность определения указанным методом плотности проксимальных участков бедренной кости.

Недостатки КТ: значительное облучение, высокая стоимость, низкая точность.

 Сравнительная характеристика костных денситометров 

 Диагностические возможности основных методов оценки МПК 

  Выбор метода исследования и оценка его результатов должны основываться на знании строения костной ткани, ее физиологии, особенностей патогенеза конкретного варианта остеопороза и возможностей применяемых методов и методик. В клинических условиях непосредственное измерение костной прочности не представляется возможным, поэтому в диагностике остеопороза используются показатели, оценивающие их косвенно. Классическая рентгенография остается неотъемлемой составной частью комплексного обследования больных с остеопорозом. Применение ультразвуковой денситометрии наиболее обосновано при проведении скрининговых мероприятий по выявлению оценки риска переломов.

Однако наиболее доказанным предиктором остеопоротических переломов является минеральная плотность кости осевого скелета, оцененная на основании двойной рентгеновской абсорбциометрии, которая согласно рекомендациям экспертов ВОЗ используется для диагностики остеопороза, а также для проведения дифференциальной диагностики различных форм метаболических остеопатий.