На главную страницу
Prostalund Demetech Dignitana Sonesta Rini Lake

 

 

Оценка диагностических возможностей DXL Calscan в сравнение с аксиальным остеоденситометром HOLOGIC 4500W

 

к.м.н. А.В. Лягинский, В.В. Купцов

ООО Лунд . Директор к.м.н. А.В. Лягинский 

 

 

Введение.

Остеопороз одна из основных мировых проблем здравоохранения. В ближайшие десятилетия, с увеличением в популяции лиц пожилого возраста ожидается значительное увеличение количества пациентов с остеопорозом. Известно, что эффективность профилактики и лечения остеопороза определяется сроками выявления патологии. Так, выявление нарушений на ранней стадии даёт максимальные шансы на высокоэффективную профилактику, тогда, как выявление уже сформированного остеопороза у женщин в постменопаузе позволяет проводить лишь поддерживающую терапию.

Однако эффективность профилактики остеопороза жестко лимитируется ограниченными возможностями, существующих методов количественного определения  минеральной плотности костной ткани (МПК). За стандарт диагностики, ещё в начале 90-х годов, была принята двухэнергетическая рентгеновская остеоденситометрия (DXA), оценивающая МПКТ в бедре, поясничном отделе позвоночника и во всём теле (аксиальная). Результаты денситометрического исследования скелета могут служить основным методом диагностики остеопороза (у женщин старше 65 лет), либо . использоваться, как один из методов, в комплексной клинической оценке состояния пациента, особенно . при заведомо травматическом характере перелома [1,18]. Диагностическое обследование на аксиальной DXA рекомендуется ВОЗ и международным обществом клинической денситометрии (МОКД) женщинам в постклимактерическом возрасте, старше 65 лет и допускается в более раннем возрасте для других лиц с набором факторов, определяющих риски появления остеопоротических переломов. 

Количественно масса костной ткани неинвазивно оценивается по её минеральной насыщенности рентгеновскими методам. Рентгеновские методики оценки МПКТ, измеряемой в г/см2, основаны на принципе поглощения (абсорбции) тканью фотонов в количестве, определяемым законом  Бера-Ламберта [15]:

Если источник испускает No фотонов, то число фотонов N, зафиксированных детектором после прохождения через объект с массовой толщиной М (г/кв.см) и υ массовым коэффициентом поглощения (кв.см/г) определяется по следующему соотношению:

N=Noe-υМ . Массовая толщина М=σt, где σ . плотность объекта, а t .его  длина

Для негомогенного вещества этот закон имеет следующий вид:

N=Noe-(ΣυiМi)   (*).

Массовая толщина Мiiti, где σi . плотность i-ой компоненты вещества,
ti . длина пробега рентгеновского луча по i-ому веществу, a υi . массовый коэффициент поглощения i-го компонента.

Обозначим через m=ln(N/No), тогда для двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии, использующей две энергии рентгеновского излучения получим следующее соотношение:

Mb=(ml .Rst*mh)/(υlb .Rst*υhb), где     

ml = ln(Nl/Nol) для низкой энергии излучения

mh= ln(Nh/Noh) для высокой энергии излучения

Rst= υlst/ υhst , а υlb υlst - массовые коэффициенты поглощения для кости (b . bone) и для мягких тканей (st . soft tissue) при низкой энергии излучения,

υhb υhst  - при высокой энергии.

Данное соотношение получено при предположении, что сканируемый участок состоит из минералов кости и однородных, с точки зрения поглощения мягких тканей. В зависимости от энергий используемых данным аппаратом и согласно таблицам ICRU-44 [7] массовых коэффициентов поглощения получаем оценку минеральной плотности кости Мb.Создается впечатление простоты вычисления МПКТ, но значительная проблема состоит в том, что мягкие ткани содержат жир, который имеет отличный от тощих тканей массовый коэффициент поглощения и Rst будет зависеть от процентного содержания жира в мягких тканях. Так на основании таблиц ICRU-44 и для энергий 40 и 70 кэВ Rst варьируется от 1.2138 при 100% содержании жира до 1.3125 при полном его отсутствии, что и объясняет одну из ошибок метода DXA, так как распределение жира негомогенно и индивидуально для каждого пациента. 

Для решения задачи оценки МПКТ, проекционная область при анализе разделяется на область содержащую кость и область только мягких тканей. При анализе области мягких тканей, используя алгоритм, описанный выше, определяются  количественно жировые и тощие ткани, что позволяет определить коэффициент Rst на участке, не содержащем костные минералы, который затем и используется для вычисления МПКТ с учетом поправок, учитывающих содержание внутрикостного жира. При этом в приборах разных фирм проводится либо разделение тощей и жировой массы (с определёнными допущениями, а именно . введением стандартных коэффициентов), либо . по сопоставлению с реальным фантомом (тест-объектом) мягких тканей, который имеет коэффициент поглощения ниже, нежели реальный жир.  Содержания внутрикостного жира  берется в виде констант. В то же время объем костных жиросодержащих тканей увеличивается с возрастом в целом, но особенно сильно у пациентов, имеющих остеопороз, затрудняя точное определение  МПКТ [13].     При этом ошибка в оценке  вокругкостного жира в 2 см дает ошибку определения МПКТ в 10% [6]. В отдельных случаях, только из-за погрешностей в учете жира, ошибка расчета МПКТ DXA методом может достигать более 20%   [2,3,4,10,11]. Как следствие у ряда пациентов при высоких уровнях МПКТ, ошибочно определенных на аксиальной DXA, диагноз остеопороза ставится по рентгеновским снимкам и другим вспомогательным методам обследования.

К этому следует добавить значительную зависимость получаемых результатов от квалификации оператора, артефактов позвоночника, а именно они приводят к тому , что после 65 лет проксимальный отдел бедра становится более достоверен, чем позвоночник.   Однако при всём  этом диагноз ставится по наименьшему из двух полученных значений [1].  

Для того чтобы уйти от оценочных методов, необходимо перейти от двухкомпонентной к трехкомпонентной модели сканируемого участка, содержащего тощие, жировые ткани и костные минералы. Для  этого требуется провести сканирование с использованием третьей энергии, отличной от уже используемых энергий, или найти дополнительное, независимое условие, которое поможет корректно решить  уравнение N=Noe-(ΣυiМi) .  Корректное решение уравнения, основанное на определении длины побега рентгеновских лучей по тканям было применено в технология DXL, впервые применившей трехкомпонентную модель тканей. Ещё в конце 90-х годов [8, 14] было предложено использовать следующее соотношение .

t=tb+tf+tl,

где t . общая длина пробега рентгеновского луча по объекту, а ti . длина пробега рентгеновского луча по i-ому веществу, входящего в состав изучаемого объекта. В нашем случае b-костные минералы (bone), f-жировые ткани (fat), а l-тощие ткани (lean tissue). Появление данного условия становится понятным, если мы вспомним, что массовая толщина Мiiti, где σi . плотность i-ой компоненты вещества. Такой подход к решению задачи позволяет значительно повысить точность оценки МПКТ.  Именно применение лазерного толщиномера обеспечивает точное  определение суммарной длины пробега рентгеновских лучей по телу, давая таким образом достаточное количество исходных данных для корректной работы математики и прямого вычисления тощих, жировых и минеральных тканей в зоне измерения [16]. Это исключает ошибки в определении МПКТ, обусловленные неравномерным распределением жира [9,12,17]. При этом нужно учитывать, что вносимая ошибка зависит от конкретной модели денситометра , т.к в них используются различные алгоритмы расчета.  

Проведенные рядом авторов исследования диагностических возможностей DXL Calscan в сравнении с аксиальными сканерами системы DXA показали высокую корреляцию МПКТ и Т-критерия пятки с позвоночником, бедром и всем телом  (r=0,7-0,87) [5, 12].   При этом DXL Calscan по некоторым ссылкам показывает 80% чувствительность и 82% специфичность [9,12,17]. Несомненно, что фактически получаемые уровни корреляции могут зависеть от соотношения конкретных нозологических форм в использованной выборке пациентов и особенностей работы операторов. Задачей настоящего исследования явилась первичная оценка диагностических возможностей аппарата DXL Calscan в сравнении с аксиальным аппаратом HOLOGIC 4500W системы DXA  

 

Материалы и методы.

Были обследованы 110 женщин в возрасте от 28 до 81 года (59.12), включая пациенток получающих кортикостероиды и препараты, повышающие костную массу. Каждую из пациенток обследовали на двухэнергетическом рентгеновско-лазерном остеоденситометре модели DXL Calscan фирмы Demetech, Швеция (далее DXL), и на двухэнергетическом рентгеновском остеоденситометре марки 4500W фирмы HOLOGIC (далее DXA) в Институте Ревматологии АМН России. На аппарате DXL проводилось измерение МПКТ пяточной кости, а на аппарате DXA измерение выполнялось по принятой в клинике схеме, а именно: в шейке левого бедра и в поясничном отделе позвоночника (L1-L4) в прямой (переднезадней) проекции. Селекции позвонков перед анализом не проводилось.

Для сравнения результатов обследования трех различных участков скелета использовали Т-критерий . стандартное отклонение МПКТ от пика костной массы в молодом возрасте. Для постановки диагноза использовалась принятая ВОЗ шкала, определяющая показатель Т-критерия от -1,0 и выше как норму, от -1,0 до -2,5, как остеопению и от -2,5 и менее, как остеопороз.

В связи с тем, что в обоих приборах для определения МПКТ используется двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия, а результаты оцениваются по Т-критерию, определенному ВОЗ, то для анализа результатов мы рассчитывали корреляцию данных, полученных на DXL по пятке с данными, полученными по бедру и по позвоночнику на DXA, используя статистический пакет Statistic. В качестве группы сравнения проводили корреляцию результатов сканирования позвоночника и бедра, полученных на одном аппарате DXA.   Мы оценивали корреляционные показатели в двух отдельных возрастных группах: до  и после 65 летнего возраста (n=69, n=41 соответственно).  Для оценки полученных результатов по установлению диагноза остеопороза  применялся способ расчета чувствительности и специфичности метода. При этом за "стандарт" принимались результаты, полученные при сканировании бедра на DXA. Чувствительность определяется как доля лиц с положительным  результатом теста в группе с изучаемым признаком, а специфичность - это доля лиц с отрицательным результатом теста в группе без изучаемого признака.

Se (чувствительность) = а/(a + с) х 100%

Sp (специфичность) =d/(b + d) х 100%

a - истинно положительный результат,

b - ложно положительный результат ,

c - ложно отрицательный результат,

d - истинно отрицательный результат.

Для того чтобы иметь возможность оценить достоверность определения чувствительности и специфичности DXL, формировали индикаторный показатель, оценивая чувствительность и специфичность самого остеоденситометра DXA марки 4500W фирмы HOLOGIC, принятого за стандарт .  Кроме того определяли параметры чувствительности и специфичности по выявлению остеопороза по позвоночнику относительно бедра (DXA, HOLOGIC 4500 W ).

  

Результаты и их обсуждение.

При оценке корреляционных показателей, основное, что обращает на себя внимание - это смена хороших уровней корреляции (r=0,74) до 65 лет в контрольной группе  (между позвоночником и бедром), на значительное снижение корреляции (r=0,42) после 65 лет (рис.1). Аналогично ведут себя и показатели корреляция МПКТ пятки с позвоночником и бедром: корреляция  DXL c бедром снижается с r=0,73 до 0,50, тогда как с позвоночником с r=0,73 до 0,22.  Факт приоритетного снижения корреляции DXL с позвоночником и незначительного с бедром при существенном падении между позвоночником и бедром в группе женщин после 65 лет может говорить  о нестабильности измерений позвоночника.

 

Рис.1 Изменение коэффициента корреляции Т-критериев в зависимости от возраста пациенток  

 

Что же означают наблюдаемые изменения коэффициентов корреляции? Так как мы имеем дело с понятием корреляции, характеризующим насколько параллельно, в сравниваемых массивах данных, располагаются линии тренда, могут быть следствием   изменения соотношения скорости изменений в различных отделах скелета при постменопаузальном остеопорозе и иных заболеваниях связанных с развитием вторичной остеопении, с одной стороны, и инволютивном остеопорозе (поромаляции) . с другой, или накоплением с возрастом артефектов позвоночника. Таким образом, показатели корреляции DXL и DXA можно сравнивать только в пределах соответствующих возрастных группах и нозологических форм, используя в качестве контроля корреляцию показателей DXA. 

Снижение МПКТ более чем на 2,5 единицы стандартного отклонения было выявлено в шейке бедра у 16, в пятке у 28, а в позвоночнике у 39 человек. Комбинированный метод оценки по наихудшему показателю позвоночника и бедра выявил 41 пациентку с показателями МПКТ, характеризующими остеопороз (табл.1).

 

 

Таблица 1

Изменение количества диагнозов остеопороз в зависимости от области сканирования и возраста пациенток

 

Группы

DXL пятка

Бедро

Позвоночник

Позвоночник + бедро

Все

28

16

39

41

<= 65 лет

10

6

19

20

> 65 лет

18

10

20

21

 

 

Деление пациентов на 2 возрастные группы показало, что . количество случаев остеопороза  определяемое по позвоночнику в группе женщин моложе 65 лет в 2 (два) раза больше, чем регистрируемое по пятке, и в 3 раза больше чем по бедру. В группе же женщин старше 65 лет регистрируется по позвоночнику всего на 2  случая остеопороза больше чем по пятке и в 2 раза больше чем по бедру.  

Полученные выше данные позволяют проводить предварительное сравнение чувствительности и специфичности DXL по отношению к бедру. В контроле результаты измерения позвоночника сравнивались с бедром. Оценка эффективности работы DXL Calscan относительно  измерений бедра на DXA в группе <=65 лет показывает высокую чувствительность в 83% и еще более высокую специфичность, составляющую 92%, а  (табл.2). Результаты измерений позвоночника относительно бедра так же показывают высокую чувствительность измерений DXA в 83%, но значительно более низкую специфичность в 78%.


 

Таблица 2

Сравнительная чувствительность и специфичность остеоденситометра DXL Calscan  по выявлению остеопороза относительно аксиального остеоденситометра  DXA   

 

<=65 лет

>65 лет

Чувств.

Спец.

Чувств.

Спец.

DXL Calscan . Neck

83%

92%

70%

65%

L1-L4 .Neck

83%

78%

90%

65%

DXL Calscan . L1-L4

37%

94%

50%

62%

Neck  - L1-L4

26%

98%

45%

95%

 

Из литературы  следует, что чувствительность  DXL Calscan при проведении исследований, без деления на возрастные группы, составляет в среднем - 81%  (82%, 80%) [8, 12], а специфичность тоже 81%. В нашем исследовании в  группе старше 65 лет, наоборот, у позвоночника регистрируется более  высокая чувствительность, чем у пятки относительно бедра. При этом и позвоночник и пятка показывают не высокую специфичность относительно диагнозов выставленных по бедру.  Показатели чувствительности пятки и бедра относительно позвоночника  не внушают оптимизма, показывая крайне плохие результаты. При этом в обоих случаях говорить о диагностической значимости измерений пятки и бедра относительно позвоночника просто не приходится.  Крайне низкие уровни  чувствительности  шейки бедра относительно позвоночника в сочетании  с выявленными характерами  корреляций между измерениями позволяют говорить о выраженных ошибках измерения позвоночника вследствие отсутствия селекции позвонков перед анализом, что предписано всеми признанными инструкциями по Остеопорозу . Канис и Глюэр указывают, что значительные различия между показателями Т-критерия костей скелета являются сочетанием ошибок достоверности измерений (accuracy) и ошибок, вызванных биологической вариабельностью [19].

  Для уточнения полученных данных по чувствительности и специфичности целесообразно проведение дополнительного сравнения DXL Calscan с результатами исследования бедра и позвоночника обеспечивая максимальную достоверность DXA измерений, исключая из анализа позвонки и шейки бедра с различными органическими изменениями.(см .NOS 2002).    

 

Выводы:

  1. Оценку показателей корреляции DXL и DXA следует проводить по возрастным группам;
  2. Корреляция показателей МПК и Т -масштабов пяточной кости с показателями шейки бедра выше, чем шейки бедра и позвоночника между собой;
  3. DXL Calscan по чувствительности и специфичности  сопоставим с DXA измерениями в области шейки бедра у пациентов до 65 лет;
  4. Чувствительность выявления остеопороза на DXL Calscan относительно позвоночника выше, чем бедра относительно позвоночника во всех возрастных группах.
  5. Для определения предпочтительности использования аксиальных остеоденситометров системы DXA по позвоночнику в комбинации с бедром или новой технологии DXL, но по пятке требуется проведение расширенных исследований.


 

 

Литература:

 

1.      Петак С.М.. Денситометрия: интерпретация результатов исследования. Методические указания Международного общества клинической денситометрии. Остеопороз и остеопатии 2004, 2, стр.11-13

2.      Bolotin HH, Sievänen H. Inaccuracies inherent in Dual-energy X-ray absorptiometry in vivo bone mineral density can seriously mislead diagnostic/prognostic interpretations of patient-specific bone fragility.  J Bone Miner Res  2001;16:799-805.

3.      H.H Bolotin, H Sievanen, and J.L Grashuis. Patient-Specific DXA Bone Mineral Density Inaccuracies: Quantitative Effects of Nonuniform Extraosseous Fat Distributions  Journal Of Bone And Mineral Research Volume 18, Number 6, 2003;

4.      Jonson R. Mass attenuation coefficients, quantities and units for use in bone mineral determinations. Osteoporosis Int 1993;3:103.6.

5.      HakulinenM., Saarakkala S., Toyras J., Kroger H., Jurvelin J.S. Dual Energy X-ray Laser Measurement of Calcaneal Bone Mineral Density. Physics in Medicine and Biology 48 (2003) 1741-1752.

6.      Hangartner TN. Influence of fat on bone measurements with dual-energy absorptiometry. Bone Miner. 1990 9:71.78.[Medline]

7.      26 International Commission on Radiation Units and Measurements. Tissue Substitutes in Radiation Dosimetry and Measurement, ICRU Report 44, 1989. 189 pages.

8.      Kullenberg R. A new accurate technology for the determination of bone mineral areal density . Dual X-ray and Laser (DXL). Fifth Symposium on Clinical Advances in Osteoporosis, National Osteoporosis Foundation, USA 2002;

9.      Kullenberg R. Falch J. The prevalence of osteoporosis using bone mineral measurements at the Calcauneus by Dual X-ray and Laser (DXL). Osteoporosis International 2003, 14, 823-827.

10.  Kupier JW, van Kuijk C, Grashuis JL, Ederveen AGH, Schutte HE. Accuracy and the influence of marrow fat on quantitative CT and Dual-energy X-ray absorptiometry measurements of the femoral neck in vitro.  Osteoporosis Int 1996;6:25-30.

11.  Lochmueller EM, Miller P, Burklein D, Wehr U, Rambeck W, Eckstein F. In situ femoral dual-energy X-ray absorptiometry related to ash weight, bone size and density, and its relationship with mechanical failure loads of the proximal femur. Osteoporosis Int 2000;11:361.7.

12.  Martini G., Valenti R., Giovani S., Gennari L., Salvadori S., Galli B., Nuti R. Assessment of Bone Mineral density of the Calcaneus in healthy and Osteoporotic Women by a new DXA device. J Bone Min Res 2002;17, suppl. 1, S280;

13.  Meunier P., Aaron J., Edouard C., Vignon G. Osteoporosis and the replacement of cell populations of the marrow by adipose tissue. Clin Orthop 1971;80:147-54.

14.  Michael GJ, Henderson CJ. Monte Carlo modeling of an extended DXA technique. Phys. Med Biol. 1998, Sep; 43 (9), 2583-96.

15.  Pietrobelli A., Wang Z., Formica C., Heymsfield S.B. Dual-energy X-ray absorptiometry: fat estimation errors due to variation in soft tissue hydratation. Am. J. Physiol. 1998, 274, E808-816.

16.  Swanpalmer J, Kullenberg R A new measuring device for quantifying the amount of mineral in the heel bone. Ann N Y Acad Sci 2000;904:115.7.

17.  Waern E., Johnell O., Jutberger H., Karlsson J, Nyman C., Mellström. Patients with forearm fracture should be diagnosed for osteoporosis. J Bone Min Res 2001:16, Suppl 1, S515;

18.  World Health Organization. Assessment of fracture risk and its application to screening for postmenopausal osteoporosis. WHO technical report series 843, Geneva, 1994.

19.  Kanis J.A., Gluer C.C. An update on the Diagnosis and assessment of osteoporosis with densitometry. Osteoporosis Int. 2000, 11: 192-202

 

Телефон: +420 777 445 324

     Rambler's Top100

E-mail: info@medtechnika.cz