WSPÓŁCZESNE TECHNIKI OBRAZOWANIA OSTEOPOROZY Current techniques of osteoporosis imaging

Transkrypt

1 Czerwiński E., Chrzan R.: Współczesne techniki obrazowania osteoporozy. Twój Magazyn Medyczny. Osteoporoza II, 8/2005, rok X, 8(157); WSPÓŁCZESNE TECHNIKI OBRAZOWANIA OSTEOPOROZY Current techniques of osteoporosis imaging Edward Czerwiński 1, 2, Robert Chrzan 3 1 Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, 2 Krakowskie Centrum Medyczne, 3 Katedra Radiologii CM UJ Słowa kluczowe: Osteoporoza, diagnostyka obrazowa, densytometria, DXA, tomografia komputerowa, rezonans magnetyczny, ultrasonografia. Key words: Osteoporosis, imaging diagnosis, densitometry, DXA, computed tomography, magnetic resonance, ultrasounds. Streszczenie W pracy przedstawiono możliwości obrazowania i zasady diagnostyki osteoporozy. Podstawową techniką stosowaną w rozpoznaniu osteoporozy jest badanie densytometryczne, a złotym standardem jest metoda DXA. Do rozpoznania osteoporozy upoważnia wyłącznie pomiar wykonany w szyjce kości udowej i kręgosłupie lędźwiowym. Pomiary w obwodowych odcinkach szkieletu mogą być wykonywane w badaniach przesiewowych. Badanie USG nie mierzy gęstości mineralnej kości, zatem nie upoważnia do rozpoznawania osteoporozy. Przedstawiono interpretacje wyników pomiarów densytometrycznych przedramienia, kręgosłupa i szyjki kości udowej. Wskazania do badania densytometrycznego i taktykę diagnostyczną przedstawiono w oparciu o obowiązujące standardy WHO, IOF i NOF. Radiogramy kręgosłupa przede wszystkim dokumentują złamanie trzonu oraz dostarczają informacji do diagnostyki różnicowej. Bardziej zaawansowaną diagnostykę umożliwia tomografia komputerowa, szczególnie w rozpoznawaniu zespołów bólowych oraz złamań patologicznych. Najcenniejszych informacji w diagnostyce różnicowej, zwłaszcza schorzeń nowotworowych, dostarcza rezonans magnetyczny. Przedstawiono diagnostykę różnicową z zastosowaniem poszczególnych technik, ilustrując jej aspekty obrazami z badania densytometrycznego, radiologicznego, tomografii komputerowej i rezonansu magnetycznego. Summary In the article possibilities of imaging and diagnosing principles of osteoporosis are presented. Densitometry is the crucial technique in diagnosing of osteoporosis and DXA method is the golden standard. Diagnostic statement of osteoporosis is accepted only for measurements done in the femoral neck or lumbar spine. Peripheral measurements may be used in screenings. Ultrasonic methods do not measure bone mineral density therefore do not authorize to diagnose osteoporosis. Interpretation of densitometric measurements of forearm, femoral neck and lumbar spine are discussed. Indications to bone densitometry and diagnostic algorithm are described following WHO, IOF and NOF standards. 1

2 Spinal radiographs are mainly aimed to prove vertebral fractures and submit information for differential diagnosis. Computerised tomography allows more advanced assessment especially in judging painful syndromes and pathological fractures. Magnetic resonance submits the most valuable information in differential diagnosis, especially in bone tumours. Indications for bone densitometry and diagnostic algorithm are described. Differential diagnosis using modern techniques is discussed. Capabilities of current techniques are illustrated on selected images of bone densitometry, radiology, computerised tomography and magnetic resonance. Wstęp Osteoporoza charakteryzuje się obniżeniem masy i zaburzeniami struktury wewnętrznej kości prowadzącymi do złamań. Współcześnie dysponujemy wieloma technikami pozwalającymi na obrazowanie tych zmian. W rozpoznawaniu osteoporozy najczęściej stosujemy pomiar gęstości mineralnej (densytometria) oraz badanie radiologiczne. Dodatkowe informacje uzyskujemy wykonując tomografię komputerową i rezonans magnetyczny. Równocześnie z coraz łatwiejszym dostępem do różnorodnej aparatury densytometrycznej, która z różnych przyczyn daje u tego samego pacjenta rozbieżne wyniki pomiarów, obserwujemy narastanie kontrowersji diagnostycznych i terapeutycznych [1,2]. Celem niniejszego opracowania jest przedstawienie współczesnego stanu wiedzy w zakresie diagnostyki obrazowej osteoporozy. Kolejno przedstawimy techniki: densytometryczne, ultradźwiękowe, radiologiczne, tomografię komputerową i rezonans magnetyczny. Badanie densytometryczne Badanie densytometryczne, czyli pomiar gęstości mineralnej kości (BMD-Bone Mineral Density) jest podstawą rozpoznawania osteoporozy. Pierwsze próby oceny gęstości mineralnej kości z wykorzystaniem promieniowania rtg były podjęte w już 3 lata po jego odkryciu, tj. w 1898 roku [3]. Współcześnie pomiary gęstości mineralnej kości opierają się na pomiarach absorpcji promieniowania rtg przechodzącego przez badany obiekt, jak [4]: 1. Absorpcjometria radiologiczna RA (Rentgen Absorptiometry) 2. Absorpcjometria rentgenowska jednoenergetyczna SXA (Single X-ray Absorptiometry) 3. Absorpcjometria rentgenowska dwuenergetyczna DXA (Dual X-ray Aborsptiometry) 4. Ilościowa tomografia komputerowa QCT (Quantitative Computerised Tomography) Absorpcjometria radiologiczna - RA Podstawą metody jest wykonanie tradycyjnego badania radiologicznego równocześnie z klinem aluminiowym umieszczonym obok badanej kończyny. Podczas ekspozycji taka sama dawka promieniowania pada na rękę jak i na klin. Efektem dawki przenikającej jest zaczernienie filmu rtg. Dokonując pomiarów stopnia zaczernienia możemy określić, jakiej grubości aluminium odpowiada zaczernieniu powodowanemu przez kość promieniową. Grubość stopnia oznacza zawartość minerałów badanej kości, bowiem masa atomowa aluminium (13) jest prawie identyczna, jak masa mineralna kości. Eliminację tkanek miękkich osiąga się poprzez zanurzenie kończyny w wodzie lub wykonanie rtg w dwu projekcjach (metoda Czerwińskiego) [5]. Metodą tą można dokonywać pomiarów w obwodowych częściach szkieletu: ręka, kość promieniowa, pięta. Ogromną jej zaletą są bardzo niskie koszty, ponieważ do badania wykorzystuje się istniejący aparat rtg. Problemem metody RA są dość trudne do utrzymania stałe warunki ekspozycji i wywołania filmu rentgenowskiego, które wpływają na jej precyzję. Największy rozwój tej metody przypada w latach 60-tych [6]. 2

3 Metoda ta jest jednak nadal używana z zastosowaniem komputerowych technik zapisu i analizy obrazów rtg. [7]. Absorpcjometria rentgenowska jednoenergetyczna SXA i dwuenergetyczna DXA (Dual Energy X-ray Absorptiometry) Współczesne badanie densytometryczne opiera się na pomiarze absorpcji promieniowania rtg z zastosowaniem odpowiedniej aparatury. Ich podstawowym elementem jest emitująca promieniowanie mikro-lampa rtg oraz czujnik mierzący natężenie promieniowa, umieszczony po przeciwnej stronie badanego obiektu. Znając natężenie promieniowania emitowanego przez mikro-lampę oraz jej wielkość zmierzoną po przejściu przez obiekt, obliczamy dokładnie dawkę przez niego zaabsorbowaną. Dawka ta w myśl prawa fizyki jest proporcjonalna do masy obiektu, którą tą drogą możemy obliczyć. Za twórcę densytometru uważa się Camero w 1963 roku [8], który stosował zarzucone już całkiem w tej metodzie, promieniowanie izotopowe. Nie można zapomnieć, że na absorpcję promieniowania składa się masa kości oraz tkanek miękkich. W aparatach SXA, posługujących się tradycyjną wiązką promieniowania rtg, obecność tkanek miękkich eliminuje się poprzez umieszczenie kończyny w wodzie (absorpcja wody jest taka sama jak tkanek miękkich). Obecnie ten sposób pomiaru całkowicie zastąpiła metoda DXA absorpcjometria dwuenergetyczna. Zasadnicza zmiana polega na tym, że pomiaru dokonujemy stosując naprzemiennie promieniowanie wysoko- i niskoenergetyczne. Absorpcja obu rodzajów promieniowania w kości jest w praktyce taka sama, natomiast zasadniczo zmienia się w tkankach miękkich. Dzięki tej zależności, mając dostępne pomiary absorpcji obu rodzajów promieniowa, możemy dokładnie obliczyć, jaka część przypada na kości, czyli jaka jest masa kości. Z racji wysokiego stopnia mineralizacji pojęcie masy kości (wagi) i gęstości mineralnej są w praktyce równoważne. Twórcą tej metody, niestety powszechnie nieznanym, jest E. Krokowski, który opisał ją w 1959 roku. Wówczas wykorzystywano standardową aparaturę rtg, a pomiary opierały się na ocenie zaczernienia filmu rtg [9,4]. Obecnie dysponujemy aparatami DXA do pomiarów obwodowych (przedramienia, pięty) jak i aparatami całego ciała (whole body). Na naszym rynku obecne są aparaty firm Lunar, Hologic, Norland. Obwodowe Aparaty DXA Aparaty te dokonują pomiarów najczęściej w dystalnym odcinku kości przedramienia, oraz pięcie. Ich zaletą jest stosunkowo niska cena, mobilność i minimalna dawka promieniowania. Stosowany najczęściej w kraju aparat typu Osteometer dokonuje pomiaru w obszarze ultradistal i distal. Obszar pomiaru w odcinku ultradystalnym, obejmuje przede wszystkim kość gąbczastą, a w dystalnym kość korową (Ryc.1). Zgodność pomiarów obwodowych z centralnymi waha się w granicach % [10]. Wśród wyników niezgodnych przeważą niezgodne negatywnie, tj. brak rozpoznania osteoporozy w badaniu obwodowym przy jej stwierdzeniu w badaniu osiowym [11]. Aparaty obwodowe spełniają doskonale swoją rolę w badaniach przesiewowych. Ich wyniki jednak nie upoważniają do rozpoznawania i leczenia osteoporozy [12]. Aparaty całego ciała Aparaty całego umożliwiają pomiar w dowolnym miejscu szkieletu jak i ocenę masy całego ciała. Standartowym miejscem pomiaru są: kręgosłup lędźwiowy oraz bliższy koniec kości udowej zwany popularnie szyjka kości udowej (niezgodnie z anatomią, ponieważ oprócz pomiarów w obrębie szyjki kości udowej wykonuje się analizy dla krętarza, okolicy miedzykrętarzowej i trójkąta Warda). W początkowych wersjach tych urządzeń tzw. 3

4 aparatach wiązki pojedynczej- single beam, stosowano mikro-lampy rtg, podobnie jak w aparatach obwodowych. Aparaty te dokonywały pomiarów skokowo linia po linii, a pole pojedynczego pomiaru miało rozmiary 0,6x1,2 mm. W 1996 wprowadzono zasadnicze ulepszenie w postaci lampy emitującej wiązkę wachlarzową (fan beam) (Ryc. 2), która jest jednocześnie rejestrowana przez linię czujników. Zaletą tych densytometrów jest skrócenie czasu pomiaru, zwłaszcza badania total body oraz znaczne podwyższenie jakości uzyskiwanego obrazu pole pojedynczego pomiaru wynosi 0,4x0,5mm. Rozdzielczość obrazu jest na tyle dobra, że możliwe jest dokonywanie pomiarów morfometrycznych w bocznej projekcji kręgosłupa [4]. W wyniku badania densytometrycznego otrzymujemy bezwzględną masę (BMC - bone mineral content) dla danego np. kręgu wyrażoną w gramach (g). Podzielenie tej wartości przez obszar pomiaru daje gęstość mineralną kości (BMD - bone mineral density; g/cm 2 ). Wartości bezwzględne BMD są następnie porównywane do wyników badania grupy kontrolnej i wyrażone w formie procentów lub wskaźników T i Z score (Ryc. 3, Ryc. 4). Rozpoznawanie osteoporozy Obecnie obowiązującym standardem w rozpoznawaniu osteoporozy jest pomiar gęstości kości (BMD) metodą DXA w szyjce kości udowej (bliższym końcu kości udowej) lub kręgosłupie [1,13]. Podstawowe wyniki pomiaru podaje się w wartościach bezwzględnych g/cm 2. Aparaty densytometryczne wyposażone są w programy pozwalające porównać wynik badanego pacjenta do normy w postaci procentów oraz wskaźników T-score i Z-score. Wskaźnik Z oznacza o ile wynik badania danego chorego różni się od średniej BMD dla grupy w tym samym wieku. Wskaźnik T porównuje ten wynik do BMD grupy w wieku lat, kiedy szkielet człowieka osiąga masę szczytową. Na podstawie wartości wskaźnika T WHO przyjęła następujące kategorie diagnostyczne [14]: Rozpoznanie T-score Norma Osteopenia Osteoporoza Ciężka OP i jedno lub więcej złamań Kategorie diagnostyczne WHO odnoszą się do pomiarów w szyjce kości udowej wykonanych metodą DXA. Różne odcinki szkieletu (kość promieniowa, paliczki ręki, itp.) różnią się zasadniczo: budową anatomiczną (odmienna zawartość kości beleczkowej i korowej), mają lokalnie odmienną masę szczytową, a i procesy osteoporozy przebiegają odmiennie. International Osteoporosis Foundation (IOF) oraz International Society of Clinical Densitometry (ISCD) przyjmują, że do celów diagnostycznych może służyć wyłącznie pomiar bkk udowej oraz kręgosłupa. Pomiarów w obrębie kręgosłupa dokonuje się w odcinku L1-L4 (lub L2-L4). Nigdy nie bierze się pod uwagę pomiaru pojedynczego kręgu. W odcinku bkk udowej pomiarów dokonuje się w miejscach: neck-szyjka, trochanter-krętarz, totalcałość. Pomiar w obrębie trójkąta Warda jest nieprzydatny w diagnostyce osteoporozy [1,13,15] (Ryc. 4). Należy tutaj pokreślić, że kategorie diagnostyczne WHO nie do końca rozwiązują problemu diagnostyki i leczenia osteoporozy. Celem leczenia w osteoporozie jest zapobieganie złamaniom. Wprawdzie najsilniejszymi czynnikami ryzyka są wiek i obniżenie BMD, to jednak w całej populacji złamania są częstsze w grupie osób z BMD nie spełniającym kryterium rozpoznawania osteoporozy wg WHO. Zatem nieodzownym jest wprowadzenie indywidualnej oceny ryzyka złamania danego pacjenta i od jego poziomu uzależnienie progu terapeutycznego [16,17]. 4

5 Wskazania do wykonania badania densytometrycznego: (wg National Osteoporosis Foundation [18]: 1. kobiety po 65 roku życia bez względu na dodatkowe czynniki ryzyka, 2. kobiety w okresie menopauzy przed 65 rokiem życia z dodatkowym jednym lub kilkoma czynnikami ryzyka(złamania w rodzinie, osteoporoza w rodzinie, przebyte złamanie, palenie tytoniu, niska masa ciała), 3. kobiety w okresie menopauzy ze złamaniem, 4. kobiety rozważające podjęcie decyzji leczenia osteoporozy, jeżeli wyniki BMD mogą utwierdzić je we właściwej decyzji, 5. kobiety, które leczyły zaburzenia miesiączkowania (HRT). Inne wskazania: 1. osteopenia zdiagnozowana w badaniu rtg, 2. ryzyko osteoporozy wtórnej w przebiegu innych schorzeń: nadczynność tarczycy, zespól Cushinga, hypogonadyzm, przewlekła niewydolność nerek, 3. ryzyko wystąpienia osteoporozy wtórnej po długotrwałym stosowaniu glikokortykosteridów i leków immunosupresyjnych. Ilościowa tomografia komputerowa (QCT- Quantitative Computed Tomography) Tomografia komputerowa (TK) jest dalszym etapem rozwoju w wykorzystywaniu promieniowania rtg dla obrazowania ciała ludzkiego. W tym celu badany obszar ciała jest skanowany wiązką promieni rtg z lampy obracającej się wokół pacjenta. Stopień absorpcji promieniowania po przejściu przez ciało jest rejestrowany przez odpowiedni zestaw detektorów. W oparciu o wyniki powyższych pomiarów dla kolejnych kątów obrotu lampy, system komputerowy oblicza stopień pochłaniania promieniowania rtg dla każdego najmniejszego trójwymiarowego elementu badanej warstwy, zwanego wokselem. Na obrazie monitora każdy woksel jest przedstawiany jako piksel (punkt) o stopniu szarości zależnym od względnego pochłaniania promieniowania rtg w tzw. jednostkach Hounsfielda. W technice QCT przez zastosowanie odpowiednich fantomów możemy tej wartości przyporządkować wartości bezwzględne gęstości mineralnej kości. Zasadniczą przewagą QCT nad DXA jest dokonywanie pomiaru gęstości w rzeczywistych, fizycznych jednostkach masy na jednostkę objętości (g/cm 3 ). Dodatkowym walorem jest możliwość oceny odrębnie kości beleczkowej i korowej. W metodzie DXA dokonuje się pomiaru sumacyjnego, a jest rzeczą oczywistą, że kość korowa i beleczkowa różnią się zasadniczo pod względem budowy i funkcji. QCT jest bez wątpienia najdokładniejszą metodą pomiaru gęstości mineralnej kości, ale względy praktyczne i ekonomiczne zadecydowały, że obowiązującym standardem jest metoda DXA (Ryc. 5). Metoda QCT jest najczęściej stosowana w pomiarach przedramienia z zastosowaniem skonstruowanych specjalnie do tego celu aparatów (np. XCT 200, Stratec). W przypadku pomiarów kręgosłupa lub bkk udowej wykorzystuje się standardowe aparaty TK z odpowiednim oprogramowaniem, jednak ich eksploatacja jest bardziej kosztowna [4,19,20]. Ilościowa ultrasonografia QUS (Quantitative Ultrasonography) Aparaty USG dokonują pomiarów z zastosowaniem fal dźwiękowych. Głowica ultradźwiękowa generuje falę dźwiękową, a następnie czujnik umieszczony najczęściej po stronie przeciwnej mierzy jej parametry po przejściu przez kość. Aparatura analizuje zachodzące zmiany fali dźwiękowej, jak: osłabienie (wyciszenie, wygłuszenie) i spowolnienie. Wyniki pomiarów wyrażane są jako: BUA - Broad Ultrasounds Attenuation (szerokopasmowe tłumienie ultradźwięków) SOS Speed of Sound (prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej) 5

6 S Stiffness - wskaźnik wytrzymałości - obliczany na podstawie BUA i SOS. Typowym miejscem pomiaru jest kość piętowa, paliczki rąk, kość promieniowa, kość piszczelowa. Określane precyzyjnie w badaniu QUS parametry akustyczne kości mają związek ze strukturą kości, ponieważ osłabienie i spowolnienie dźwięku jest tym większe, im materiał jest bardziej porowaty i niejednorodny. Wynik ten jednak nie jest miarą gęstości mineralnej i nie może być tak interpretowany. Podawane obliczenia wskaźników T i Z odnoszą się do parametrów akustycznych i nie mają nic wspólnego analogicznymi wskaźnikami obowiązującymi w kategoriach WHO (wskaźniki T i Z stosuje się wielu działach medycyny, gdy dany wynik należy odnieść do odpowiedniej grupy kontrolnej). Wyniki badania QUS nie mogą być podstawą rozpoznania osteoporozy. Są one przydatne w badaniach przesiewowych i w prognozowaniu ryzyka złamania. [18,4,1] (Ryc. 6). Badanie radiologiczne Badanie radiologiczne wykonujemy w celu diagnostyki różnicowej oraz udokumentowania złamań, głównie kręgosłupa. Z zasady wykonujemy rtg kręgosłupa piersiowego i lędźwiowego w projekcji AP i bocznej, w razie wskazań w innych miejscach. Radiogram daje nam pośredni obraz struktury kostnej oraz dokumentuje ewentualne złamania. W osteoporozie następuje uogólniony zanik struktury kostnej widoczny najlepiej w kości beleczkowej. W kręgach najpierw zanika beleczkowanie poziome, a następnie pionowe (Ryc. 7). Zanik kości korowej toczy się od okostnej zewnętrznej, wewnętrznej lub środkostnie. W osteoporozie skutkiem nasilenia resorpcji endostealnej dochodzi do ścieńczenia grubości warstwy korowej trzonów i do kompensacyjnego poszerzenia obwodu obrysów kości. Kluczowym zagadnieniem w osteoporozie jest diagnostyka złamań kręgosłupa. Wszystkie złamania kręgosłupa w osteoporozie są kompresyjne. Ze względu na ich morfologię, zależnie od obniżenia wysokości trzonu (przedniej, środkowej lub tylnej), odróżniamy złamania: - klinowe obniżenie przedniej wysokości, - dwuwklęsłe obniżenie środkowej wysokości, - zmiażdżeniowe obniżenie całego trzonu. W ocenie radiogramu kręgosłupa osteoporotycznego często napotykamy na trudności w ustaleniu, czy widoczna zmiana jest tylko deformacją kręgu, czy też już złamaniem. Problem ten rozwiązuje morfometria radiologiczna. Dokonujemy pomiarów wysokości kręgu w odcinku tylnym, środkowym i przednim trzonu. Za próg złamania przyjmuje się najczęściej obniżenie danej wysokości trzonu o 20 % w stosunku do wysokości tylnej. Innym sposobem klasyfikacji złamań kręgosłupa jest półilościowa skala Genanta [2,21] (Ryc. 7) Tomografia komputerowa (TK) W aparatach TK starszego typu skanowanie ciała odbywało się w kolejnych płaszczyznach uzyskiwanych przez skokowe przesuwanie stołu z badanym pacjentem. W nowoczesnych, spiralnych aparatach TK obrót lampy wokół pacjenta dokonuje się jednocześnie z ciągłym przesuwem stołu. Zapewnia to znaczne skrócenie czasu badania, eliminując problemy związane z ruchomością oddechową (np. możliwość zobrazowania całej klatki piersiowej podczas jednokrotnego wstrzymania oddechu) czy szybkim przepływem przez naczynia podanego dożylnie środka kontrastowego (możliwość wykonywania badań angio-tk). Dalszy postęp w konstrukcji spiralnych aparatów TK polega na stosowaniu licznych rzędów detektorów (obecnie już do 64), zapewniających uzyskanie obrazów wielu kolejnych warstw 6

7 podczas tego samego obrotu lampy. Otrzymane podczas badania TK serie obrazów poprzecznych mogą następnie podlegać wtórnej rekonstrukcji, dającej w efekcie obrazy dwuwymiarowe w innych niż poprzeczna płaszczyznach (czołowa, strzałkowa), jak też obrazy trójwymiarowe (rekonstrukcje 3D MIP, SSD, VRT, wirtualna endoskopia) (Ryc. 8). Kość w badaniu TK cechuje się wysokimi wartościami współczynnika pochłaniania (od kilkuset do ponad tysiąca jednostek Hounsfielda), w szczególności w zakresie istoty zbitej, czemu odpowiadają bardzo jasne piksele obrazu. W osteoporozie TK stosujemy w przypadku złamania kręgosłupa budzącego wątpliwości diagnostyczne, szczególnie, gdy mamy do czynienia z pierwszym, pojedynczym złamaniem kręgu i powinniśmy wykluczyć obecność przerzutu, szpiczka czy pierwotnego procesu rozrostowego. Kolejną grupę stanowią chorzy z przewlekłymi dolegliwościami bólowymi, zwłaszcza, gdy obraz kliniczny nie znajduje odbicia w konwencjonalnym badaniu rtg. Zdarzają się również zaklinowane złamania bliższego końca kości udowej, niewidoczne jeszcze na konwencjonalnych zdjęciach rtg wykonanych tuż po urazie, natomiast możliwe do zobrazowania w TK. Przeoczenie takich złamań może mieć poważne skutki dla chorego [22,23]. Rezonans magnetyczny MR jest nową jakościowo metodą obrazowania. Pozwala ona nie tylko na uzyskanie obrazu, ale również dostarcza informacji o stanie biochemicznym badanych tkanek (spektroskopia MR). Opiera się na zjawisku rezonansu magnetycznego, wykorzystującym efekt wzbudzenia protonów wodoru oraz zanik tego wzbudzenia. Protony wodoru, zachowujące się jak małe magnesy, poddaje się działaniu silnego stałego pola magnetycznego (o indukcji 0,2-3 T). Wówczas wektory ich momentów magnetycznych wirują, wykazując tzw. precesję o osi równoległej do linii stałego pola magnetycznego. Jeżeli na taką konfigurację zadziała impuls zmiennego pola elektromagnetycznego o odpowiednio dobranej częstotliwości, dochodzi do rezonansowego pochłonięcia energii przez protony. Gdy ustanie działanie impulsu elektromagnetycznego, wzbudzone protony tracą pochłoniętą energię w procesie zwanym relaksacją. Rejestrację sygnałów pochodzących z dowolnie wybranej warstwy ciała osiąga się stosując dodatkowe gradientowe pole magnetyczne. Badanie przeprowadza się stosując specyficzne sekwencje impulsów, z których najszerzej wykorzystywane to sekwencja echa spinowego SE i echa gradientowego GE. W związku z tym aparat MR składa się ze: stołu, na którym układa się badanego, magnesu wytwarzającego stałe pole magnetyczne (elektromagnes nadprzewodzący zanurzony w ciekłym helu albo magnes stały), zestawu cewek gradientowych i cewek nadawczych/odbiorczych oraz systemu komputerowego sterującego całością i umożliwiającego rekonstrukcję obrazu. Sygnał tkanki w badaniu MR zależy od koncentracji atomów wodoru, obecnych przede wszystkim w cząsteczkach wody (H 2 O) oraz tłuszczu (-CH2). Dlatego kość zbita w obrazie MR jest strukturą o bardzo niskim sygnale (czarna linia), natomiast kość beleczkowa cechuje się wyższym sygnałem, znacznej mierze zależnym od zawartości tłuszczu. W postępującej osteoporozie miejsce po zanikającej kości beleczkowej wypełnia tkanka tłuszczową, zatem jej sygnał w MR będzie tym silniejszy im bardziej zaawansowana jest osteoporoza. Bezcenną zaletą badania MR jest możliwość obrazowania szpiku kostnego. Pozwala to na odróżnienie jego prawidłowego utkania w osteoporozie od patologicznego, jak w szpiczaku mnogim, czy przerzucie nowotworowym (Ryc. 9). W przypadku złamania na tle nowotworowym MR może uwidocznić również ew. patologiczne nacieki poza obrysem trzonu. MR jest najlepszą metoda obrazowania uwypuklania się pierścienia włóknistego i przepukliny jądra miażdżystego, jak i struktur wewnątrzkanałowych, zatem będzie nieodzowny w różnicowaniu etiologii przewlekłych zespołów bólowych. Rzadko wykorzystywaną możliwością MR jest wykrywanie zagrażających złamań kręgosłupa, lub mikrozłamań kończyn, niewidocznych 7

8 nawet w badaniu KT. Badanie MR może wówczas wykazać zmiany sygnału spowodowane patologiczną przebudową lub obrzękiem szpiku [24,25,26,27]. Podsumowanie Złotym standardem w rozpoznawaniu osteoporozy jest metoda DXA, a miejscem pomiaru szyjka kości udowej (bkk udowej) oraz kręgosłup. Badanie radiologiczne służy głównie do dokumentacji złamań i diagnostyki różnicowej. Tomografia komputerowa i rezonans magnetyczny dostarczają cennych informacji w dalszej diagnostyce różnicowej i rozpoznawaniu innych zespołów chorobowych. 8

9 WSPÓŁCZESNE TECHNIKI OBRAZOWANIA Edward Czerwiński 1, 2, Robert Chrzan 3 Literatura 1. Kanis J.A., Gluer C.C.: An update on the diagnosis and assessment of osteoporosis with densitometry. Osteoporosis Int. 2000, 11; Riggs B.L., Melton L.J.III.: Osteoporosis. New York: Lippincont-Raven Publishers Horsman A., Nordin C., Simpson M.: Cortical and trabecular bone status in elderly women with femoral neck fracture. Clin.Orthop. 1982, 166, Black G.M., Wahner H.W., Fogelman I.: The evaluation of osteoporosis: Dual Energy X- ray Absorptiometry and Ultrasound in Clinical Practice. Martin Dunitz Ltd, London Czerwiński E.: Densytometryczna analiza zawartości minerałów w przynasadzie kości promieniowej i jej zastosowanie w ocenie zmian fluorowych. Chir.Narz.Ruchu i Ort.Pol. 1991, 4-6, Doyle F.H. i in.: Ulnar bone mineral concentration in metabolic bone diseases. The British Journal of Radiology 1961, 407, Adami S., Zamberlan N., Gatti D., i wsp.: Computer radiographic absorptiometry and morphometry in the assesment of postmenopausal bone loss. Osteoporosis Int. 1996, 6, Camero J.R., Mazess R.B., Sorensons J.A.: Precision and accuracy of bone mineral determination by direct photon absorptiometric method. Invest. Radiol. 1968, 3, Krokowski E.: Die Absorption von Rontgenstrahlen im Knochen. Fortschritte Rontgenstrahlen 1959, 91, 1, Kanis J.A.: Textbook of osteoporosis. Blackwell Science Ltd., London Kukiełka R.: Wartość badania densytometrycznego kości przedramienia w diagnostyce osteoporozy. Rozprawa Doktorska, Uniwersytet Jagielloński, Wydział Lekarski, Kraków Kanis J. A., Devogelaer J. P. and Practical Guide for the Use of Bone Mineral Measurements in the Assessment of Treatment of Osteoporosis: A Position Paper of the European Foundation and Bone Disease. Osteoporosis Int., 1996, 6, National Osteoporosis Foundation: Review of the evidence for prevention, diagnosis and treatment and cost-effectiveness analysis, Osteoporosis Int. 1998, 8, Suppl World Health Organization: Assessment of fracture risk and its application to screening for postmenopausal osteoporosis. Technical Report Series 843, Geneva Ito M., Nishida A., Kono J. et al.: Which bone densitometry and which skeletal site are clinically useful for monitoring bone mass. Osteoporosis Int., 2003, 14, Kanis J.A. Johnellm O., Oden A., Dawson A., De Laet C., Jonsson B.: Ten year probabilities of osteoporotic fractures according to BMD and diagnostic thresholds. Osteoporosis Int. 2001;12: Badurski J.E.: Osteoporoza a złamania. Blackhorse Scientific Publishers, Warszawa National Osteoporosis Foundation: Review of the evidence for prevention, diagnosis and treatment and cost-effectiveness analysis, Osteoporosis Int. 1998, 8, Suppl Lorenc R.S. (red.): Diagnostyka osteoporozy Osteoforum, Warszawa Martin J.C., Campbell M.K., Reid D.M.: A comparison of radial peripheral quantitative computed tomography, calcaneal utrasound, and axial dual energy X-ray abosorptiometry in women aged yr. J.Clin.Densitom. 1999, 2,3, Vertebral fracture definition from population-based data: preliminary results from the Canadian Multicenter Osteoporosis study (CaMos). Osteoporosis Int. 2000, 11, Walecki J., Ziemiański A. (eds.): Rezonans magnetyczny i tomografia komputerowa w praktyce klinicznej. Springer PWN, Warszawa Daniel B.: Atlas anatomii radiologicznej człowieka, Warszawa

10 24. Stajgis M.: Szpik kostny w obrazie MR w: Rezonans magnetyczny i tomografia komputerowa w praktyce klinicznej pod redakcją J.Waleckiego i A. Ziemiańskiego, Warszawa, 1997; Wagiel K., Walecki J.: Rezonans magnetyczny (MR). w: Lorenc R.S.: Diagnostyka osteoporozy Osteoforum, Warszawa 2000; Walecki J., Furmanek M.I.: Zastosowanie rezonansu magnetycznego w diagnostyce osteoporozy. w: Lorenc R.S.: Diagnostyka osteoporozy, str Springer PWN, Warszawa Priolo F.: Bone and joint imaging in rheumatic and orthopedic diseases. GPAnet 2002, Milan, Italy. Ryc. 1 WSPÓŁCZESNE TECHNIKI OBRAZOWANIA Edward Czerwiński 1, 2, Robert Chrzan 3 ILUSTRACJE Wynik badania densytometrycznego przedramienia u chorej PL, lat 69 (nr ) wykonanego aparatem Osteometer DTX-200. Po lewej stronie zaznaczony obszar pomiar ultradistal i distal. Po prawej stronie wykresy norm oraz zaznaczone kwadracikiem wyniki pomiaru: u góry BMC (Bone Mineral Content), u dołu BMD (Bone Mineral Density) odcinka distal i ultradistal. Wyniki pomiarów: Miejsce pomiaru BMC (g) Obszar (cm 2 ) BMD (g/cm 2 ) T-score Z-score ultradistal distal

11 Ryc. 2 Densytometr całego ciała wiązki wachlarzowej Hologic Delphi W. Ułożenie do badania szyjki kości udowej (bkk udowej), kończyna dolna lewa w rotacji wewnętrznej. Ryc. 3 Wynik badania densytometrycznego kręgosłupa lędźwiowego AP u chorej SB, lat 63 (nr ). a. Cały wydruk badania w pomniejszeniu b. Wynik pomiarów w poszczególnych kręgach. Kolejno: area - obszar (cm 2 ), BMC Bone Mineral Content (g), BMD Bone Mineral Density (g/cm 2 ), wskaźniki T-score i Z-score. Wynik ogólny BMD (g/cm 2 ) T-score Z-score L1-L c. Wykres zakresu normy z zaznaczoną wartością pomiaru badanej osoby. d. Obraz wygenerowany przez aparat celem sprawdzenia prawidłowego ustalenia pól pomiarowych (ROI-Region of Interest). 11

12 Ryc. 4 Wynik badania densytometrycznego szyjki kości udowej (bkk udowej) chorej IK, lat 72 (nr ). a. Cały wydruk badania w pomniejszeniu b. Wyniki pomiaru w poszczególnych obszarach: neck, trochanter, intertrochanteric, total i Wards Miejsce pomiaru BMD (g/cm 2 ) T-score Z-score neck total c. Wykres zakresu normy z zaznaczoną wartością pomiaru badanej osoby. d. Wygenerowany przez aparat obszar pomiaru z zaznaczonymi miejscami pomiaru: neck, trochanter, total. Ryc. 5 Badanie obwodowym tomografem komputerowym Stratec pqct (peripheral Quantitative Computed Tomography) oraz QCT kręgosłupa. a. Przekrój kości przedramienia. b. Przekrój kości promieniowej z zaznaczonym obszarem kości beleczkowej i korowej. Gęstość kości beleczkowej g/cm 3, kości korowej g/cm 3. c. Topogram kręgosłupa lędźwiowego z zaznaczonymi poziomami pomiarów. d. Zaznaczony obszar pomiarów kręgów; gęstość mineralna kości beleczkowej trzonu - 0,365 g/cm 3 12

13 Ryc. 6 Przykłady rozbieżnych wyników pomiarów ultrasonograficznych różnymi aparatami u tej samej chorej. a. Kość piętowa (Stifness) T-score -1.7 b. Kość promieniowa (SOS) T-score +1.3, c. Paliczek ręki (SOS) T-score -1.0 Ryc. 7 Radiogram kręgosłupa chorej JA, lat 74. W wizualnej ocenie stwierdza się złamanie trzonu Th12, L1. Po wykonaniu morfometrii stwierdzono również złamanie trzonu Th11. Na trzonie Th12 zaznaczono punkty pomiarowe wysokości tylnej (Hp), środkowej (Hm) i przedniej (Ha). Wyniki pomiarów morfometrycznych, zaznaczono kręgi z obniżeniem wysokości więcej niż 20%: Obniżenie wysokości Przedni Krąg a Środkowa Tylna Lokalizacja % % % Th L ,4 29,4 L , L ,2 3,2 13

14 Ryc. 8 Badanie spiralnej wielorzędowej TK u chorego lat 67 z początkowym rozpoznaniem osteoporozy, u którego następnie stwierdzono szpiczaka mnogiego. a i b. Rekonstrukcje w płaszczyźnie czołowej i strzałkowej. Widoczne mnogie ogniska osteolityczne w przebiegu szpiczaka mnogiego, złamania patologiczne trzonów Th11, Th12, L4. Zmiany zwyrodnieniowe krążków międzykręgowych z objawem próżni (gaz w krążkach). c. Przekrój poprzeczny uwidaczniający złamanie trzonu. d. rekonstrukcja 3D VRT (Volume Rendering Technique). Ryc. 9 Obraz kręgosłupa w badaniu MR w osteoporozie i szpiczaku mnogim (sekwencja SE, obrazy T1-zależne w płaszczyźnie strzałkowej). a. Badanie u chorego l. 73 z osteoporozą. Widoczne złamania trzonów Th12, L2, L3, L5. Prawidłowe utkanie szpiku kostnego. b. Badanie u chorego l. 52 ze szpiczakiem mnogim. Liczne strefy obniżonego sygnału odpowiadające patologicznej przebudowie, przy tym trzony Th 11, Th12 pomimo braku złamań wykazujące w całości nieprawidłowy sygnał, co sugeruje zagrożenie złamaniem. 14