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Fokustag Osteoporose – SKA Zicksee www.mrt-gelenke.at Assoc. Prof. PD Dr. Kl. M. Friedrich

Bildgebung: Wann braucht es welche?

Assoc. Prof. PD Dr. K.M. Friedrich


kortikaler Knochen trabekulärer Knochen

Knochenstärke

Resistenz gg. Knochenbrüche


Knochenmineraldichte (70-75%)

Knochenmakroarchitektur Knochenmikroarchitektur

Gewebezusammensetzung Mikroverletzungen

(25-30%)

Knochenstärke messbar machen?


Dexa Rö CT QCT MRT HR-MRT HR-pQCT



* Dual energy xray absorptiometry

* 2D, projektions-basierte, Röntgentechnik

* misst integrale Knochenmineraldichte (mg/cm2) von Kortex + trabekulärem Knochen (Fläche)

* T-Score = Abweichung der BMD von max. erreichbarer BMD bei jungen, gesunden Erwachsenen.

T-Wert WHO Klassifikation ≥-1 Normalbefund -1 bis -2,5 Osteopenie ≤-2,5 Osteoporose ≤-2,5 + Fx manifeste Osteoporose



* T-Score = Abweichung der BMD von max. erreichbarer BMD bei jungen, gesunden Erwachsenen. * Z-Score = Abweichung der BMD von der BMD gesunder Männer und Frauen gleichen Alters * WHO-Definition der Osteoporose bezieht sich nur auf Dexa der LWS! è daher FRAX (Fracture Risk Assessment Tool) è Rechenprogramm der University of Sheffield è Fx-Risiko (klinische Risikofaktoren und Dexa Schenkelhals miteinbezogen)

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Voteile: gute Verfügbarkeit, gute Genauigkeit gute Reproduzierbarkeit Nachteile: kein Einblick in kompartmentspezifische Knochendichte. Unterschätzung der Dichte kleiner Knochen (Kinder!) Keine Beurteilbarkeit der Knochenqualität (Knochen Mikroarchitektur, Knochen-Turnover, Knochenmatrix Status, Mikroverletzungen)



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Limitationen der DEXA

•  Pseudodensities (g/cm2) –  Überschätzung der Dichte großer Knochen (v.a. Männer) –  Unterschätzung der Dichte kleiner Knochen (v.a. Kinder)

•  Falsch negative DEXA: –  Wirbelfrakturen –  Arthrose –  Aortenverkalkungen

•  BMD beinhaltet weder zusätzlichen Risikofaktoren noch Knochenmikrostruktur.




* zur Frakturdetektion;

* 2D, Projektionsverfahren



* Computertomographie

* 3D, Röntgenverfahren

* zur genaueren Frakturbeurteilung;

* Knochenmineraldichtebestimmung aus Routine-MDCT-Untersuchungen: Kalibierungsphantome routinemäßig mitgescannt è BMD an LWS und SH als „Nebenprodukt“. Cut-off-Wert von z.B. 90mg/cm3 an der LWS è 100% Sensitivität, 64% Spezifität für Diagnose Osteoporose Vgl. zur Dexa



* Quantitative Computed Tomography

* 2D oder 3D Röntgentechnik; 150-300µm in-plane Auflösung

* misst volumetr. kortikale, trabekuläre & integrale Knochenmineraldichte

* 3D ermöglicht Messung am prox. Femur, aber höhere Dosis (3mSv; 1,5a natürl. Hintergrundstrahl.; Vgl.: Dexa 20µSv, 2D QCT 60µSv)

* Festkörperkalibrierungsphantom aus definierten Hydroxilapatitäquivalenten



* Vorteil ggü. Dexa, dass da keine Flächendichte bestimmt wird è nicht von Körpergröße bzw. –masse abhängig (asthenische Pat. in Dexa geringere Flächendichte als normal große è Überschätzung Fx-Risiko)

* arthrotische Veränderungen, degenerative od. postop. Veränderungen & Überlagerungen (Aortensklerose) beeinflussen die Messung nicht; Patienten mit ausgeprägter Spondylarthrose der LWS + bilat. HTEP!

* Bei älteren Individuen steigt Anteil des Fettgehalts im Knochen è fälschliche Erniedrigung der BMD um 10-30%, außer bei Verwendung einer Dual-Energy-CT

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* Limitierte Anzahl longitudinaler Studien Vorhersagekraft von Fx? Cave Verwendung T-Scores von QCT-Messsungen zur Definition der Osteoporose, da Schwellenwert -2,5 zu deutlich höherer Prävalenz osteoporotischer Individuen führt. Sondern: Absolutwerde der BMD: BMD 80-110mg/cm3 gering erhöhtes Fx-Risiko, BMD 50-80mg/cm3 mäßig erhöhtes Fx-Risiko, BMD <50mg/cm3 deutlich erhöhtes Fx-Risiko



* High Resolution peripheral Quantitative Computed Tomography

* dediziertes Extremitätensystem (distale(r) Radius oder Tibia)

* wie QCT, aber höheres Signal-Rausch Verhältnis, höhere Auflösung (82 µm), niedrigere Strahlenbelastung

* kompartmentbezogene und strukturelle Segmentation è densitometrische, morphometrische und biomechanische Analysen



* Im Vgl. zum QCT nicht so dicke Schichten è isotrop hochauflösend è direkte 3D Beurteilung der intertrabekulären Distanzen.

* Für klinische Untersuchungen longitudinaler Veränderungen der Knochenqualität è Schwierigkeit des exakten Abgleichens der Untersuchungsregionen bei Erstuntersuchung und Kontrolle, da Knochenstruktur & -geometrie an verschiedenen Stellen deutlich unterschiedlich sein kann



* Boutroy S et al. 2005, Khosla S el al. 2006: geschlechtsspezifische, altersabhängige Unterschiede der Mirkoarchitektur des trabekulären Knochens

* Burghardt AJ et al. 2010, Macdonald HM et al. 2010: dramatische altersabh. ultrastrukt. Unterschiede der kortikalen Porosität bei Frauen.

* Walker MD et al. 2009, Wang XF et al. 2009: Unterschiede in der Knochenstärke zwischen ostasiatischen und weißen Frauen.

* Sornay-Rendu E et al. 2007: kortikale und trabekuläre Morphologie lieferte zusätzliche Frakturunterscheidung bei osteopenischen Frauen, unabhängig von der Flächen-Knochenmineraldichte



* Seeman E et al. 2010: stärkere antiresorptive Effizienz (v.a. kortikale Dicke) mit Denosumab (RANKL Inhibitor) als Alendronate (Biphosphonat);



* Magnetresonanztomographie

* zur Detektion radiographisch okkulter Frakturen;

* zur Differenzierung zwischen benignen und malignen Frakturen

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* zur Differenzierung zwischen frischen und alten Frakturen

* frische Fx: Knochenmarködem!

* Hinweise für frischere Fx am Rö oder CT: Trabekel schieben sich ineinander à höhere Dichte; aber MRT deutl. sensitiver und spezifischer!

h*p://www.mevis-research.de/~hhj/TraumaRad/ima_bwk8frk.JPG



osteoporotisch oder metastatisch?

WIRBELFRAKTUR

osteoporotisch metastatisch v.a. mittl./unt. BWS / ob. LWS oberhalb Th7 ist suspekt

multiple Frakturen unterschiedl- Alters (bandförm. Fettmarkskonvers., KMÖ)

multiple signalalt. WK ohne überall Fx; Fx gleichen Alters; Signalalt. rundlich

raumford., nicht bandförmig Fx.linie parallel zur Abschlussplatte im KMÖ oder entlang der Abschlussplatte

„fluid sign“

Fetthältiges Knochenmark völlig ausgelöscht; kein „fluid sign“, WT-Tumoranteil, Pedikeldestruktion

dors. WK-Kontur konkav, eher sup > inf Abschlussplatteneinbruch

dors. WK-Kontur konvex, eher inf > sup Abschlussplatteneinbruch

erhöhter Diff.koeff., Sig.abfall bei In-Opp-Phase Imaging

erniedrigter Diff.koeff., kein Sig.abfall bei In-Opp-Phase Imaging


Diese Präsentation / diese Folien sind als zusätzliche Verständnishilfe gedacht, erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit und sollten nicht als Buchersatz dienen.

Vorwölbung im oberen Drittel eher benigen



WIRBELSÄULEN-META?

+ WK-Kompression: Diffuses KMÖ? nein

BEN Fx Linie?

ja

nein ja

BEN

In-opp-Phase Imaging * / DWI: Hinweis auf Malignität?

nein

ja

BEN

(A)  Verlaufsko (wenig beunruhigt) (B)  Bone scan (suche weitere Meta) (C)  Bx (sehr beunruhigt)


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Meta NierenzellCa

Signalabfall >16% -> eher benigen




* High Resolution Magnetresonanztomographie

* keine Röntgentechnik; 3D Volumen-Verfahren

* Analyse der Trabekelstruktur (Trabekel kein Signal, Mark Signal)

* v.a. peripheres Skelett (dist. Radius) è kleine Spulen, hohe Auflösung

* ≥3T MRT è mehr Signal

* Differenzierung Fx-Patienten vs. Non-Fx-Patienten; Monitoring von Therapieeffekten



Comparison of trabecular architecture assessment at the distal tibia by (A) HR-pQCT (voxel size 82 x 82 x 82 µm) and (B) high-resolution MRI (voxel size 156 x 156 x 500 µm)

Bouxsein ML (2008) Technology Insight: noninvasive assessment of bone strength in osteoporosis Nat Clin Pract Rheumatol doi:10.1038/ncprheum0798

Courtesy of Drs S Majumdar and G Kazakia, University of California, San Francisco, USA


Dexa Rö CT QCT MRT HR-MRT HR-pQCT * Bestimmung des Verhältnisses zw. Oberfächenvoxels (trabekuläre Platten) und Kurvenvoxels (trabekuläre Balken) (surface-curve)

* Überwiegen der plattenförmigen Trabekel è mehr intakte Knochenmikrostruktur (Abnahme bei Osteoporose)

* Verhältnis Knochenvolumen zu Totalvolumen

* Erosionsindex: repräsentiert Netzwerk-Konnektivität; Verhältnis jener Parameter, die sich während osteoklastischer Resorption erhöhen zur jenen, die sich erniedrigen. Je höher desto mehr Deterioration

HR-MR dist. Radius. Image Courtesy of TM Link, UCSF



* Unterschiede der trabekulären Mikrostruktur zw. postmenopausalen osteoporotischen Frauen und prämenopausalen Gesunden.

* Majumdar S et al. 1999; Link T et al. 1998: Signifikant gestörte trabekuläre Mikrostruktur Radius und Calcaneus bei Frauen mit Hüftfrakturen

* Benito M et al. 2003: Sig. höherer Erosionsindex und niedrigere Surface-Curve Ratio bei hypogonadalen Männern mit sek. Osteoporose als bei eugonadalen Gesunden

* Benito M et al. 2005: Dokumentation positiver Effekte einer Testosteron Ersatztherapie auf Knochenmikrostruktur bei Männern mit Hypogonad.



* Bestimmung der Kortexdicke

* Wehrli FW et al. 2005, Krug R et al. 2011: Charakterisierung der Gewebeeigenschaften des Poreninhalts (medull. Fett vs. Gefäß) mittels UTE (ultra short echo times) è Quantifizierung Wassergehalt in mikroskop. Poren der Haversianischen Kanäle und lakuno-kanalikul. System. Kortikale Poren sind großteils zu klein, um direkt darzustellen è Quantifizierung des kortikalen Knochenwassers gibt indirekt Info

Bild auis Techawiboonwong A et al. Radiology. 2008 Sep;248(3):824-33.

57F 64F 70F

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* Techawiboonwong A et al. 2008: 65% Zunahme des kortikalen Knochenwassers bei postmenopausalen ggü. prämenopausalen Frauen! +135% bei Patienten mit renaler Osteodystrophie

rena

le

Osteo

dystr

ophie

Bild auis Techawiboonwong A et al. Radiology. 2008 Sep;248(3):824-33.


Bildgebung: Wann braucht es welche?





Take Home

1.  Dexa ist aus radiologischer Sicht heute noch Goldstandard

2.  Dexa gibt keine Auskunft über Knochenarchitektur, Gewebezusammensetzung, Mikroverletzungen und berücksichtigt

keine anderen Risikofaktoren

3.  CT und QCT noch (immer) „second line“

4.  HR-pQCT und HRMR liefern deutlich mehr Informationen sind aber großteils noch Methoden der Forschung

5.  Orientierungshilfe Radiologie (online!)

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Danke an Dr. Janina Patsch für zahlreiche Bilder und Texte

zur Vorbereitung dieses Vortrags.


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