中国中西医结合影像学杂志   2026, Vol. 24 Issue (4): 395-397
骨密度测量与骨微结构成像的应用与展望[PDF全文]
程晓光
首都医科大学附属北京积水潭医院放射科, 北京 100035
关键词骨密度测量    骨微结构成像    
中图分类号:R814.42; R445.2;R580           文献标识码:A
Application and prospect of bone density measurement and bone microstructure imaging
CHENG Xiaoguang

随着我国进入老年龄社会,骨质疏松症患病率不断升高,越来越引起人们的重视[1]。骨质疏松症是一种以骨量低下、骨微结构破坏,导致骨脆性增加、易发生骨折为特征的全身性骨病[2]。从WHO骨质疏松症的定义可见,骨量降低和骨微结构的破坏是骨质疏松症的2个基本改变。这对影像学提出了2个基本要求:骨密度精准测量和骨微结构成像。

1 双能X线骨密度测量(dual-energy X-ray absorptiometry,DXA)

20世纪60年代,Cameron等[3]和Mazess等[4]Science上报道,125I可以精准测量人体前臂的骨密度,自此骨密度检测开始用于评价人体骨质状态。而1990年双能X线骨密度仪的市场化,使骨质疏松症的诊疗进入了新时代[5]。DXA技术因辐射剂量低及测量结果准确、重复性好,所测骨密度测量结果一直被各国骨质疏松症诊疗指南推荐[6]

随着对DXA技术研究的不断深入和新的骨密度测量技术的发展,DXA对骨密度测量的局限性越来越引起重视。DXA是平面投影成像技术,其测量结果受到腹部脂肪、骨质增生和血管钙化的影响[7-8]。另外,DXA骨密度测量的结果主要是T值和Z值,而这2个值受选择的数据库的影响,数据库不同,结果也不同,进而影响诊断结果,这也说明正确选择数据库的重要性,强调应选择我国自己的数据库[9-10]。近些年,我国学者努力建立自己的DXA国人大数据库,现在已经收集了7万多人的DXA正常值大数据,为我国统一DXA数据库的建立提供了数据支撑[11]。为了解决不同DXA的统一问题,闫东等[9]提出了不同DXA的相互校准和换算公式,为我国未来统一DXA的骨密度值、标准化T值和Z值打下了基础。

2 定量计算机断层扫描(quantitative computed tomography,QCT)

Genant等[12]采用QCT方法测量脊柱体积骨密度,其利用临床CT的断面图像数据避免了DXA的重叠问题,采用质控和校准体模,把CT值转化为羟基磷灰石等效骨密度,解决了CT机的漂移及不同品牌间CT值差异的问题。因为QCT并不符合欧美的医疗实践,因此在欧美的临床应用并不普及。我国学者经过近20年的努力,不断探索QCT骨密度测量的本土化,建立了超过6万人的QCT正常值数据库,为规范我国QCT的应用提供了数据库支撑[13];同时制定了QCT的中国标准和指南,建立了一套符合我国国情的QCT骨质疏松症诊疗体系,促进了我国骨质疏松症的诊疗规范[14-16]。随着骨密度测量收费的规范和相关部门对健康管理骨密度测量推荐意见的提出,QCT在骨密度测量和骨质疏松症的防治方面将起到越来越大的作用[17-18]。QCT的主要研究及主要指南和共识的制定,均基于国际QCT产品[14-16]。目前,我国政策鼓励国产替代,本次专题也有报道国产QCT与进口产品的对照研究,结果表明国产QCT的部分性能与进口产品一致。目前有多个国产QCT已进入临床应用,用以解决骨密度测量可及性低的问题。

3 骨超微结构成像

骨强度与骨密度密切相关[19-20],骨超微结构也具有重要意义[21]。骨小梁宽度在几十至一百多微米,普通CT的分辨率在1 mm左右,无法显示骨小梁的解剖细节及其三维网状结构。微型计算机断层扫描技术(micro computed tomography,Micro-CT),又称微型CT、显微CT,是一种非破坏性的3D成像技术,可以在不破坏样本的情况下清晰显示其内部显微结构。Micro-CT采用锥形束,曝光时间长,采用小扫描野和旋转样本台,分辨率极高,可达到微米级别。这种极高分辨率的Micro-CT一般仅用于小动物骨标本或人体小标本的扫描,不能用于人体在体的骨微结构的成像,四肢QCT分辨率可达100 μm,<5 μSv,耗时3 min,可以扫描人的手腕和足踝等部位,分析骨微结构[22]。首都医科大学附属北京友谊医院王振常院士团队成功研制出世界首台超高分辨率CT(ultra-high resolution computed tomography,U-HRCT),其空间分辨率达50 μm,可在体清晰显示四肢部位骨小梁的形态与分布,为骨骼细微结构的精准评估带来突破性进展,且其辐射剂量仅为传统CT的1/3,在骨骼疾病的临床诊疗中凸显出巨大的应用潜力[23]。本次专题中,席文涛等报道了颈椎骨植入物术后采用U-HRCT扫描可显示植入骨的结构,表明了U-HRCT在显示骨科植入物术后成像方面的潜力。

4 MRI成像

因为骨小梁纤细,骨组织本身含水少,MRI信号弱,尤其在骨髓高脂肪含量的背景下,MRI对骨小梁的显示一直是个很大的挑战。本次专题中,华西医院唐静团队以骨标本Micro-CT结果为标准,分析了MRI影像组学特征与Micro-CT各项指标的相关性,结果显示MRI影像组学特征与椎体骨微结构间具有一定的相关性,具有间接反映骨微结构的可能性,为骨微结构的评估提供了一种新的思路。

5 人工智能(artificial intelligence,AI)

AI的应用深入到医疗的方方面面。本次专题综述中,邢玉林等分析了AI与影像组学在骨密度分析及髋部骨折风险评估中的应用现状和发展方向,显示AI在骨质疏松性骨折的自动检测、骨密度预估和骨折风险预测等领域均有应用,相信未来AI在骨密度测量与骨微结构成像方面有巨大潜力。

6 骨密度测量与骨微结构成像在中西医结合中的应用

中医经过几千年的发展,形成了一套完整的理论体系和实践方法。中医强调人体的整体性,认为身体各部分相互联系,健康与疾病是一个动态平衡的过程。中西医结合诊疗方案在骨质疏松症诊疗与预防中具有独特的作用,同样中西医结合对骨质疏松症骨密度和骨微结构变化的监测非常重要,为中西医结合诊疗提供了循证依据[24-25]

参考文献
[1]
程晓光. 主动应对老年健康: 骨密度测量与骨质疏松诊断研究与临床应用[J]. 中华放射学杂志, 2024, 58(11): 1292-1297.
[2]
Kanis J A, Melton L J, Christiansen C, et al. The diagnosis of osteoporosis[J]. J Bone Miner Res, 1994, 9(8): 1137-1141. DOI:10.1002/jbmr.5650090802
[3]
Cameron J R, Sorenson J. Measurement of bone mineral in vivo: an improved method[J]. Science, 1963, 142(3589): 230-232. DOI:10.1126/science.142.3589.230
[4]
Mazess R B, Cameron J R, O'connor R, et al. Accuracy of bone mineral measurement[J]. Science, 1964, 145(3630): 388-389. DOI:10.1126/science.145.3630.388
[5]
Mazess R B, Barden H S, Bisek J P, et al. Dual-energy X-ray absorptiometry for total-body and regional bone-mineral and soft-tissue composition[J]. Am J Clin Nutr, 1990, 51(6): 1106-1112. DOI:10.1093/ajcn/51.6.1106
[6]
中华医学会骨质疏松和骨矿盐疾病分会. 原发性骨质疏松症诊疗指南(2022)[J]. 中国全科医学, 2023, 26(14): 1671-1691.
[7]
Lin W, He C, Xie F, et al. Discordance in lumbar bone mineral density measurements by quantitative computed tomography and dual-energy X-ray absorptiometry in postmenopausal women: a prospective comparative study[J]. Spine J, 2023, 23(2): 295-304. DOI:10.1016/j.spinee.2022.10.014
[8]
Wang L, Ran L, Zha X, et al. Adjustment of DXA BMD measurements for anthropometric factors and its impact on the diagnosis of osteoporosis[J]. Arch Osteoporos, 2020, 15(1): 155. DOI:10.1007/s11657-020-00833-1
[9]
闫东, Glen M Blake, 孙晓雷, 等. 不同双能X线骨密度仪交叉校准及其骨密度参考数据库标准化[J]. 中华骨质疏松和骨矿盐疾病杂志, 2022, 15(1): 5-11.
[10]
钟鸣, 轩艳娇, 孙晓雷, 等. 选用不同参考数据库对DXA骨密度T值的影响[J]. 中华骨质疏松和骨矿盐疾病杂志, 2022, 15(1): 43-47.
[11]
程晓光, 董剩勇, 王亮, 等. 应用双能X线骨密度仪调查中国人群骨密度水平和骨质疏松症患病率——多中心大样本体检人群调查[J]. 中华健康管理学杂志, 2019, 13(1): 51-58.
[12]
Genant H K, Boyd D. Quantitative bone mineral analysis using dual energy computed tomography[J]. Invest Radiol, 1977, 12(6): 545-551. DOI:10.1097/00004424-197711000-00015
[13]
Cheng X G, Zhao K P, Zha X J, et al. Opportunistic screening using low-dose CT and the prevalence of osteoporosis in China: a nationwide, multicenter study[J]. J Bone Miner Res, 2021, 36(3): 427-435.
[14]
《中国定量CT(QCT)骨质疏松症诊断指南》工作组, 程晓光, 王亮, 等. 中国定量CT(QCT)骨质疏松症诊断指南(2018)[J]. 中国骨质疏松杂志, 2019, 25(6): 733-737.
[15]
国家骨科医学中心(北京积水潭医院), 中国医学装备协会放射影像装备分会, 中华医学会放射学分会骨关节学组, 等. 骨密度装备质量控制与应用专家共识[J]. 中华放射学杂志, 2024, 58(4): 381-387.
[16]
中华医学会健康管理学分会, 国家骨科医学中心(首都医科大学附属北京积水潭医院), 国家级放射影像专业质控中心, 等. 定量CT在健康管理中的应用指南(2024)[J]. 中华健康管理学杂志, 2024, 18(9): 645-654.
[17]
国家卫生健康委办公厅. 国家卫生健康委办公厅关于印发成人健康体检项目推荐指引(2025年版)的通知[EB/OL]. (2025-10-28)[2026-06-08]. https://www.nhc.gov.cn/yzygj/c100068/202511/4feaeb6de63e44cb9fd4ac8f579ca279.shtml.
[18]
国家医疗保障局. 《骨骼肌肉系统类医疗服务价格项目立项指南(试行)》[EB/OL]. (2025-09-17)[2026-06-08]. https://www.nhsa.gov.cn/art/2025/9/17/art_201_17941.html.
[19]
Cheng X G, Lowet G, Boonen S, et al. Prediction of vertebral and femoral strength in vitro by bone mineral density measured at different skeletal sites[J]. J Bone Miner Res, 1998, 13(9): 1439-1443. DOI:10.1359/jbmr.1998.13.9.1439
[20]
Cheng X G, Lowet G, Boonen S, et al. Assessment of the strength of proximal femur in vitro: relationship to femoral bone mineral density and femoral geometry[J]. Bone, 1997, 20(3): 213-218. DOI:10.1016/S8756-3282(96)00383-3
[21]
Nicholson P H, Cheng X G, Lowet G, et al. Structural and material mechanical properties of human vertebral cancellous bone[J]. Med Eng Phys, 1997, 19(8): 729-737. DOI:10.1016/S1350-4533(97)00030-1
[22]
Yu F, Xu Y, Hou Y, et al. Age-, site-, and sex-specific normative centile curves for HR-pQCT-derived microarchitectural and bone strength parameters in a Chinese mainland population[J]. J Bone Miner Res, 2020, 35(11): 2159-2170. DOI:10.1002/jbmr.4116
[23]
孙宇飞, 汤若薇, 丁贺宇, 等. 超高分辨率骨质CT与多层螺旋CT显示中耳关键传声结构的对比研究[J]. 中国耳鼻咽喉头颈外科, 2025, 32(4): 225-228.
[24]
中国中西医结合学会骨伤科专业委员会. 骨质疏松症中西医结合诊疗指南[J]. 中华医学杂志, 2019, 99(45): 3524-3533.
[25]
《老年性骨质疏松症中西医结合诊疗指南》工作组, 史晓林, 刘康. 老年性骨质疏松症中西医结合诊疗指南[J]. 中国骨质疏松杂志, 2024, 30(7): 937-946.