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ÖsterreichischeGesellschaft

für Rheumatologie

Offizielles Organ derÖsterreichischen Gesellschaftzur Erforschung des Knochens

und Mineralstoffwechsels

Member of the

Quantitativer Ultraschall

Barkmann R

Journal für Mineralstoffwechsel &

Muskuloskelettale Erkrankungen

2013; 20 (2), 46-50

T h o m a s S t a u d i n g e r

M a u r i c e K i e n e l

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46 J MINER STOFFWECHS 2013; 20 (2)

Kurzfassung: Methoden des quantitativen Ul-traschalls (QUS) sind parametrische Verfahrenzur Bestimmung von Knocheneigenschaften mit-tels Analyse von Schallwellen nach Durchque-rung des Knochens oder eines Teils davon. Dabeiexistieren verschiedene Verfahren, je nach Artdes Knochens und der Durchschallungsrichtung.Die Quertransmission durch den Kalkaneus hatsich als bestes Verfahren zur Prädiktion osteo-porotischer Frakturen erwiesen, mit einer mit derDXA vergleichbaren Prädiktionskraft. Solange esaber noch keine Studien über die medikamentö-se Frakturreduzierung in einer Patientengruppegibt, die ihre Therapieempfehlung anhand vonQUS-Kriterien erhalten hat, kann keine Therapieanhand einer QUS-Messung ohne DXA-Messungempfohlen werden. QUS am Kalkaneus korreliertstark mit der Knochendichte am selben Messort,aber schwach mit der Dichte an anderen Mess-orten wie dem Femur oder der Wirbelsäule, wes-

halb auch keine Diagnose der Osteoporose mitQUS möglich ist. Neuere Entwicklungen zielen aufdie Messung des proximalen Femurs, insbeson-dere des Schenkelhalses, und auf die Bestimmungvon Knochenfestigkeitsparametern, die mit einerKnochendichtemessung nicht erfassbar sind.

Schlüsselwörter: quantitativer Ultraschall, Frak-turprädiktion, Knochenmaterialeigenschaften

Abstract: Quantitative Ultrasound. Methodsof quantitative ultrasound (QUS) are parametricapproaches for determining properties of boneby means of analysis of sound waves after tra-versing of the bone or a part thereof. There aredifferent procedures depending on the kind ofbone and direction of transmission. Transversetransition through the calcaneus has been foundas the best method for the prediction of osteo-

porotic fractures, with a predictive power com-parable to DXA. As long as no studies on thedrug-mediated fracture reduction in a group ofpatients who received their treatment recom-mendations based on QUS criteria have beenperformed, no therapy using a QUS measurementwithout DXA measurement is recommended.QUS at the calcaneus is highly correlated withDXA at the same site but weakly with the den-sity of other measurement sites such as the fe-mur or the spine, so no diagnosis of osteoporosiswith QUS is possible. Newer developments arefocusing on measurement of the proximal femur,especially of the neck, and on the determinationof bone strength parameters, which are not de-tectable with bone densitometry. J Miner Stoff-wechs 2013; 20 (2): 46–50.

Key words: quantitative ultrasound, fracture pre-diction, bone material properties

Quantitativer UltraschallR. Barkmann

Einleitung

Jeder Arzt kennt „den Ultraschall“ als bildgebende Methodemittels reflektierter Ultraschallwellen. Und er lernt auch, dassKnochen nicht schallbar sind. Wo liegen also die Unterschiedezwischen der Sonographie und dem quantitativen Ultraschall(QUS)? Zunächst haben beide Methoden natürlich eine Ge-meinsamkeit: Es wird die Ausbreitung akustischer Wellen imKörper ausgenutzt. Anders als Röntgenstrahlen, die ebensowie Lichtwellen, Mikrowellen oder Gammastrahlen eine Formelektromagnetischer Wellen sind, entstehen Schallwellen ausDichteänderungen in einem Medium; Dichteänderungen, diesich fortpflanzen, reflektiert werden können und sich auf demWeg verändern. Dies sind Eigenschaften, die sowohl zur Bild-gebung in der Sonographie als auch zur Parametrisierung beimQUS benutzt werden.

Mit Ultraschall bezeichnet man Schallwellen mit einer Frequenzoberhalb von 20 kHz, in etwa oberhalb des menschlichen Hör-bereichs. Ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit hängt von Eigen-schaften des durchschallten Mediums ab, wobei Festkörper wiedie Knochen eine höhere Schallgeschwindigkeit aufweisen alsweiche Organe. Unterschiede in der Schallgeschwindigkeit undin der Dichte verschiedener Organe und Körperregionen sindverantwortlich für die Reflexionen, die in der Sonographie fürdie Bilderstellung genutzt werden. Wegen der höheren Schall-geschwindigkeit und Dichte im Knochen wird ein großer Teildes Schalls an der Knochenoberfläche reflektiert, sodass die

Eingelangt am 26. Jänner 2013; angenommen am 28. Jänner 2013

Aus der Sektion Biomedizinische Bildgebung, Klinik für Diagnostische Radiologie,Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Kiel, Deutschland

Korrespondenzadresse: Dr. Reinhard Barkmann, Sektion Biomedizinische Bild-gebung, Klinik für Diagnostische Radiologie, Universitätsklinikum Schleswig-Holstein,D-24118 Kiel, Am Botanischen Garten 14; E-Mail: barkmann@rad.uni-kiel.de

Sonographie in der Tat nicht für die Untersuchung des Knochen-inneren geeignet ist. Es müssen also andere Messmethoden zumEinsatz kommen.

Was messen wir eigentlich mit quantita-

tivem Ultraschall?

Anders als bei der Sonographie benutzen die klinischen QUS-Geräte getrennte Schallwandler als Sender und Empfänger.Auch werden keine Bilder zur Diagnostik erzeugt, in einigenGeräten aber zur Kontrolle der Positionierung oder Definitionder Messregion. QUS-Methoden sind parametrisch, d. h. dassaus der Veränderung der Schallwelle quantitative Variablen be-rechnet werden, welche in Beziehung zu Knocheneigenschaftenwie Dichte, Struktur oder Festigkeit stehen. Wegen der starkenSchwächung hochfrequenter Schallwellen im Knochen ist dernutzbare Frequenzbereich beschränkt, mit einer Obergrenze bei2 MHz.

Die Schallausbreitung im Skelett hängt stark von der Art desKnochens ab; sie ist in der Kompakta von Röhrenknochen andersals im trabekulären Knochen. Daraus resultieren auch unter-schiedliche Messgeräte mit unterschiedlichen Messparametern,die je nach Messort auch verschiedene Knocheneigenschaftenreflektieren. Diesem Umstand muss man bei der Frage, welcheKnocheneigenschaften Einfluss auf die QUS-Variablen haben,Rechnung tragen [1]. Abbildung 1 zeigt Geräte der am weites-ten verbreiteten Verfahren: die Quertransmission durch denKalkaneus (Abb. 1a), die Quertransmission durch die Finger-phalangen (Abb. 1b) und die axiale Transmission am Radius(Abb. 1c).

Die stärkste Verbreitung hat die Quertransmission durch denKalkaneus, welcher überwiegend aus trabekulärem Gewebe

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J MINER STOFFWECHS 2013; 20 (2) 47

Quantitativer Ultraschall

besteht. Hier wird die Schalleitung in medio-lateraler Richtungdurch den Knochen mithilfe zweier sich gegenüberstehenderWandler – einem Sender und einem Empfänger – gemessen.Messgrößen sind Schallgeschwindigkeit und frequenzabhängigeSchwächung. Die Schallgeschwindigkeit („speed of sound“[SOS]), die Geschwindigkeit, mit der die Welle den Knochendurchquert, hängt überwiegend vom Verhältnis von Knochen-volumen zu Markvolumen ab. Die Schwächung der Welle wirdzusätzlich beeinflusst von der Streuung an der Trabekelstrukturund der Absorption im Medium. Im trabekulären Knochen steigtdie Schwächung stark mit der Frequenz an. In logarithmischemMaßstab (Einheit: dB) über der Frequenz aufgetragen, ergibtsich näherungsweise eine Gerade, deren Steigung sich als gutgeeignete Variable für die Charakterisierung des Knochenserwiesen hat (Breitband-Ultraschallabschwächung [BUA],Einheit: dB/MHz). Daneben gibt es noch Parameter, die ausder Kombination von SOS und BUA berechnet werden (Stiff-ness, QUI).

Abbildung 2 zeigt bei postmenopausalen Frauen (Alter 61–86)eine recht gute Korrelation zwischen QUS und peripherer DXAam Kalkaneus mit R2 = 0,68 (OPUS-Daten [2]). Man kann alsosagen, dass die QUS-Variablen am Kalkaneus in erster Liniedie Knochendichte (mit der DXA gemessene Flächendichte)wiedergeben. Wie viel des Restfehlers in der Korrelation derbeiden Messwerte am Kalkaneus den noch verbleibenden Un-terschieden in der ausgewerteten Messregion oder den Unter-schieden in der Messmethodik geschuldet ist, ist noch unklar.Neben der Dichteabhängigkeit gibt es auch eine Abhängigkeitder Ultraschallausbreitung von der trabekulären Struktur. So

ist die Ausbreitung anders in Vorzugsrichtung der Trabekel alssenkrecht dazu, was in unterschiedlichen Werten der Ultra-schallvariablen resultiert. In vivo lässt sich der Kalkaneus aller-dings nur in medio-lateraler Richtung durchschallen. In dieserRichtung sind Knochendichte und Struktur jedoch stark korre-liert, sodass kaum ein zusätzlicher Einfluss durch Struktur-variabilitäten über den Dichteeinfluss hinaus messbar ist [3].

Die Schallausbreitung in der Kompakta hängt von der lamella-ren, porösen Struktur sowie von der äußeren Geometrie ab.Klinisch eingesetzt werden zwei grundsätzlich unterschiedlicheVerfahren: die Quertransmission durch die Fingerphalangenund die axiale Transmission am Schaft von Röhrenknochen(Tibia, Radius, Phalangen). Bei der transversalen Transmissiondurch die Fingerphalangen stehen sich ähnlich wie beim Kalka-neus zwei Schallwandler gegenüber (Abb. 1b) und es wird dieVeränderung der Schallwelle nach Transmission durch diePhalanx ausgewertet. Die Ultraschallparameter hängen über-wiegend von der kortikalen Querschnittsfläche und Porositätab [4]. Endostale Resorption, z. B. bei rheumatischen Erkran-kungen [5], und Zunahme der Porosität ändern deswegen dieMesswerte, aber auch das Knochenwachstum lässt sich gutverfolgen [6, 7].

Die axiale Transmission bezeichnet eine Welle, die längs derAchse langer Knochen läuft [8]. Ein Vorteil in der Handhabungdieser Methode ist die Applikation eines Wandlerarrays an einerSeite des Knochens (z. B. Radius, Phalanx oder Tibia), die Mess-orte müssen also nicht von zwei Seiten zugänglich sein. VomSender wird eine Schallwelle durch das Weichgewebe in denKnochen emittiert. Ein Teil dieser Welle bewegt sich parallelzur Oberfläche durch die Kortikalis und sendet dabei wiederdauernd Schallanteile ins Weichteil zurück, welche dann vonverschiedenen Empfängerzellen aufgenommen werden. Durchgeschickte Anordnung mehrerer Wandler im Array und Kennt-nis der Gesetze der Schallausbreitung lässt sich die Schallge-schwindigkeit im Knochen selbst berechnen [9]. Abbildung 1czeigt die Applikation eines Wandlerarrays am Radius. Ausführ-lichere Beschreibungen der verschiedenen Methoden findensich in [1, 10].

Klinische Anwendungen des QUS

Für die Diagnostik einer Osteoporose lässt sich QUS nicht ein-setzen, da die T-Werte der QUS-Methoden nicht mit denen deraxialen DXA vergleichbar sind und somit die WHO-Klassifi-kation nicht anwendbar ist [11]. Die verschiedenen QUS-Ge-

Abbildung 1: Geräte des quantitativen Ultraschalls. (a) Quertransmission durch den Kalkaneus; (b) Quertransmission durch die Fingerphalangen; (c) axiale Transmissionam Radius.

Abbildung 2: Korrelation zwischen Knochendichte und Schallgeschwindigkeit amKalkaneus bei postmenopausalen Frauen [2].

a) b) c)a) b) c)

48 J MINER STOFFWECHS 2013; 20 (2)

räte zeigen unterschiedliche, altersabhängige Verminderungender Messwerte, auch wenn die Resultate in T-Scores umgerech-net werden. Je nach Methode würden unterschiedlich großeBevölkerungsanteile einen T-Wert < –2,5 besitzen und als os-teoporotisch eingestuft werden. Es gab Versuche, dieses Pro-blem durch Berechnung äquivalenter T-Werte zu umgehen, diedann zumindest zu einer vergleichbaren Prävalenz der Osteo-porose führen. Da allerdings, wie in Abbildung 3 illustriert,die Korrelationen zwischen QUS am Kalkaneus und der DXAan den zentralen Messorten lumbale Wirbelsäule und proxi-males Femur nur moderat sind (OPUS-Daten [2]), würde über-wiegend ein anderes Kollektiv als osteoporotisch eingestuftwerden, in der das Frakturrisiko nicht notwendigerweise gleichdem in der nach WHO-Kriterium ausgewählten Gruppe ist. Dasist übrigens nicht nur ein Problem des QUS, sondern allerMethoden, die an peripheren Messorten eingesetzt werden.

Abbildung 3 zeigt die Korrelationen zwischen QUS am Kalka-neus und DXA an der lumbalen Wirbelsäule (R2 = 0,15) und amproximalen Femur (R2 = 0,030) bei postmenopausalen Frauen.

In der offiziellen Position der International Society for Clini-cal Densitometry (ISCD) zum quantitativen Ultraschall imOsteoporosemanagement [11] wird die Fähigkeit des QUS zurFrakturprädiktion für postmenopausale Frauen (alle osteopo-rotischen Frakturen) und für Männer > 65 (nur nicht-vertebraleFrakturen) als gesichert bejaht, allerdings nur für den Kalkaneus

als Messort und nur für Geräte, die in prospektiven Studienvalidiert wurden oder zu validierten Geräten äquivalente Mess-ergebnisse aufweisen. Dabei ist die allgemeine Frakturprädik-tion genauso gut wie bei der zentralen DXA. Für die anderenMethoden ist die Datenlage zu unsicher bzw. war die Fraktur-prädiktion schlechter.

Zwar lässt sich QUS nicht zur Diagnose der Osteoporose ein-setzen, aber wegen der guten Eignung zur Frakturprädiktionstellt sich die Frage, ob QUS nicht statt der DXA zur Initiie-rung einer Therapie herangezogen werden kann. Dazu kommt,dass viele Fachgesellschaften dazu übergegangen sind, nichtdas reine WHO-Kriterium zu verwenden, sondern aus Kno-chendichte, Alter und weiteren Risikofaktoren das 10-Jahres-Frakturrisiko zu errechnen [12] und dieses für eine Therapie-empfehlung heranzuziehen [13]. Hier offenbart sich allerdingseine erhebliche Lücke in der Studienlage für den QUS. Daüblicherweise eine niedrige Knochendichte Einschlusskriteri-um in Studien zur Wirkung einer Pharmakotherapie war, istderen Wirkung für Patienten mit niedrigen DXA-Werten be-legt, aber nicht für Patienten mit niedrigen QUS-Werten [11].Zwar ist es unwahrscheinlich, dass nicht auch letztere von einerTherapie profitieren, solange aber keine entsprechenden Datenvorliegen, dürfte es keine evidenzbasierten Empfehlungen fürden Einsatz des QUS in diesem Szenario geben.

In der aktuellen Fassung der Leitlinien empfiehlt der Dachver-band der deutschsprachigen wissenschaftlichen Fachgesell-schaften, kurz Dachverband Osteologie (DVO), die Durchführungeiner Basisdiagnostik aller Personen, bei denen anhand ihresklinischen Risikoprofils eine hohe Frakturrate (ein 20%igesoder höheres Risiko, in den nächsten 10 Jahren eine Wirbel-körper- und/oder proximale Femurfraktur zu erleiden) zu erwar-ten ist, basierend auf Alter und Frakturstatus sowie weiterenRisikofaktoren (Untergewicht, Nikotinkonsum, multiple Stürze,Immobilität). Knochendichtemessverfahren (DXA, QCT, QUS)sind für die Indikation zur Basisdiagnostik ausdrücklich nichtaufgeführt. Außerhalb dieser Risikoprofile wird derzeit vomDVO, von wenigen Ausnahmen abgesehen, keine Basisdiag-nostik empfohlen. Allerdings bietet sich in diesem Rahmendoch eine Möglichkeit, QUS am Kalkaneus einzusetzen, undzwar zur Empfehlung für eine Basisdiagnostik, wenn das mitQUS ermittelte Frakturrisiko über 20 % liegt. Tabelle 1 zeigtfür verschiedene Altersbereiche die Schwellenwerte für dieEmpfehlung einer Basisdiagnostik [13]. Statt der T-Werte be-nutzt man hier die Z-Werte, die unterschritten werden müssen.Da für Männer keine ausreichenden Daten vorliegen, gilt dieseEmpfehlung nur für Frauen. Ab einem Alter von 70 Jahren istdas Risiko altersbedingt bereits > 20 %, sodass kein weiteresKriterium erfüllt sein muss.

Um höhere Untersuchungskosten zu vermeiden, wird allerdingsnicht empfohlen, diese Messungen zur Ermittlung der Indika-tion zur Basisdiagnostik durchzuführen, sondern nur als Option,um vorliegende Untersuchungsergebnisse zu interpretieren.

Quantitativer Ultraschall

Tabelle 1: Z-Werte, bei deren Unterschreitung eine Basis-diagnostik empfohlen werden kann

Lebensalter in Jahren 50–54 55–59 60–64 65–69Z-Werte < –2,7 < –2,0 < –1,2 < –0,5

Abbildung 3: Korrelation zwischen Knochendichte an lumbaler Wirbelsäule undproximalem Femur und der Schallgeschwindigkeit am Kalkaneus bei postmenopausalenFrauen [2].

a)

b)

J MINER STOFFWECHS 2013; 20 (2) 49

Zur Basisdiagnostik und vor eventuellem Beginn einer medi-kamentösen Therapie gehört eine Knochendensitometrie mitder DXA. Nur in folgenden Ausnahmefällen kann eine QUS-Messung sinnvoll sein, und zwar bei Hochrisikopatienten,1. bei denen nur unter erschwerten Bedingungen eine DXA-

Messung durchgeführt werden kann, als Vortest vor einerDXA-Untersuchung im Falle eines hohen Gesamtrisikos,oder

2. die eine typische Wirbelkörperfraktur aufweisen und beidenen keine Möglichkeit einer DXA-Messung besteht, mitunmittelbarer therapeutischer Konsequenz bei hohem Ge-samtrisiko.

Allerdings sind die T-Werte dieser Messverfahren bezüglichder Risikoabschätzung nicht auf die T-Werte der DXA über-tragbar. Stattdessen werden die Z-Scores in Abhängigkeit vomAlter des Patienten und standardisierten Risikogradienten desGerätes ausgerechnet, bei deren Unterschreiten ein hohes Frak-turrisiko besteht. Entsprechende Tabellen sind in der Langfas-sung der Richtlinien aufgeführt [14].

Neuere Entwicklungen

Wegen ihrer nur moderaten Korrelation lassen sich Studiener-gebnisse der zentralen DXA nicht auf Ergebnisse periphererQUS-Messungen übertragen. Bei direkter Messung an diesenMessorten könnte man allerdings eine verbesserte Korrelationerwarten. Durchschallung der Wirbelsäule oder der Hüfte istjedoch schwierig wegen des im Strahlengang liegenden Weich-gewebes, welches wesentlich dickere und inhomogenereSchichten bildet als das den Kalkaneus umgebende Gewebe.Wegen des intestinalen Gasgehaltes lässt sich eine einfacheDurchschallung der lumbalen Wirbelsäule nicht realisieren.Trotz dieser Schwierigkeiten haben wir einen QUS-Scannerfür Messungen am proximalen Femur entwickelt [15] und ineiner kleinen Studie klinisch erprobt [16]. Abbildung 4 zeigtein mit dem Ultraschallscanner erzeugtes Durchschallungsbildim Vergleich mit einem DXA-Bild. Ausgewertet wurden eineRegion im Trochanter major und zwei Regionen im Schaft.Ähnlich wie bei der DXA wurden Signale, die neben dem Kno-chen nur Weichteile durchlaufen, zur Korrektur des Weichteil-einflusses benutzt. So konnte eine Korrelation von R2 = 0,72zwischen QUS und DXA erreicht werden, bei einer vergleich-

Quantitativer Ultraschall

Abbildung 4: (a) Durchschallungsbild und (b) DXA-Bild eines proximalen Femurs

Abbildung 5: Zwei Momentaufnahmen der Durchschallung des Schenkelhalsesvon links nach rechts (Simulation). Die direkte Welle (DW) bewegt sich durch dieMitte des Knochens. Zwei geführte Wellen (GW) werden durch beide Seiten derKortikalis geleitet.

baren Frakturdiskriminierung. Der erste Aufbau war noch rechtgroß und unhandlich. Zurzeit wird die Methodik überarbeitet,um ein handlicheres, klinisch einsetzbares Gerät zu erstellen.

Weiteres Forschungsthema ist die Durchschallung des Schen-kelhalses. Da Schenkelhalsfrakturen schlechter als pertrochan-täre Frakturen mit DXA vorhergesagt werden können, könnteQUS möglicherweise zusätzliche Informationen über das Frak-turrisiko liefern. Ultraschallwellen laufen nicht nur durch dieMitte des Schenkelhalses, sondern werden auch durch dieKortikalis geleitet. Abbildung 5 zeigt zwei Momentaufnahmendieser Durchschallung, erstellt mit einer Simulationssoftware[17]. Die Schallwelle bewegt sich dabei von links nach rechtsund teilt sich auf in eine direkte Welle (DW) durch die Mittedes Halses und zwei geführte Wellen durch beide Hälften derKortikalis (GW). Mit einem Empfängerarray lassen sich dieseWellen separieren und getrennt auswerten, sodass spezifischeKortikaliseigenschaften gemessen werden können.

Als Objekt wurde ein Schnitt durch den Schenkelhals benutzt,welcher mit akustischer Mikroskopie (SAM) aufgenommenwurde. Mit dieser Methode lassen sich hochaufgelöste, 2-di-mensionale Abbildungen der akustischen Impedanz erzeugen,womit sowohl die heterogen verteilten elastischen Parameterder Kortikalis als auch die Mikrostruktur wie die Porenvertei-lung ermittelt werden können [18, 19]. Mithilfe der SAM konnteauch ein Modell entwickelt werden, welches Struktur- undElastizitätsparameter mit der auch in vivo messbaren, axialenTransmission verknüpft [20]. Einerseits konnten so die Para-meter identifiziert werden, welche die Schallgeschwindigkeitbei der axialen Transmission beeinflussen, andererseits hilftdies bei der Entwicklung von Methoden, Knochenparameterwie Porosität und Kortikalisdicke separat abzuschätzen [21, 22].Die Schallausbreitung in der Kortikalis ist komplex, da sichverschiedene Ausbreitungsmodi überlagern. Neuere Forschungbeschäftigt sich mit der Separation dieser Ausbreitungsmodiunter Verwendung komplexer Schallwandlerarrays und verfei-nerter Signalanalyse [23].

In Netzwerken europäischer Forschungsinstitutionen wirddaran gearbeitet, Eigenschaften zu messen, die unabhängig vonder Knochendichte eine Bedeutung für die Knochenfestigkeithaben und damit einen Beitrag für eine verbesserte Fraktur-risikobestimmung liefern können. Die Bestimmung gewebs-spezifischer Parameter über die Knochendichte hinaus kanneinen Beitrag zur verbesserten Charakterisierung der Knochen-

a) b)

50 J MINER STOFFWECHS 2013; 20 (2)

Quantitativer Ultraschall

fragilität liefern. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Risiko-gradienten zwischen Frakturrisiko und Knochendichte verändertsind, zum Beispiel bei Pathologien jenseits der Osteoporose(z. B. Diabetes) oder bei anabolen oder antiresorptiven Thera-pien. Die Entwicklung multimodaler und modellbasierter An-sätze und ihre Umsetzung in am Menschen einsetzbare Ver-fahren ist Forschungsthema in europäischen Netzwerken wiedem deutsch-französischen Forschungsnetzwerk „ULtrasound-based Assessment of Bone“ (ULAB) und dem vom deutschenBMBF geförderten Netzwerk von Ostseeanrainerstaaten„Quantitative Imaging of Functional Competence of the Muscu-loskeletal System“ (Quimus).

Interessenkonflikt

Der Autor gibt an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Relevanz für die Praxis

Quantitativer Ultraschall am Kalkaneus ist eine gute Me-thode zur Bestimmung des osteoporotischen Frakturrisikos,wird aber wegen ungenügender Studienlage nicht als Kri-terium für einen Therapiebeginn ohne DXA-Messung emp-fohlen. In Ausnahmefällen kann QUS als Vortest vor einerDXA-Messung herangezogen werden, wenn nur unter er-schwerten Bedingungen eine DXA-Messung durchgeführtwerden kann. Bei Patienten mit einer typischen Wirbelkör-perfraktur, bei denen keine DXA-Messung durchgeführtwerden kann, kann QUS bei hohem Risiko zum Therapie-entscheid herangezogen werden. Sollte bereits ein QUS-Befund vorliegen, kann dieser unter Umständen als Indi-kation für eine Basisdiagnostik genommen werden. Wie indiesen Einzelfällen vorgegangen werden kann, ist in derLangfassung der Leitlinien beschrieben.

1. Barkmann R, Heller M, Glüer CC. Metho-den der in vivo-Ultraschallmesstechnik amSkelett: Grundlagen und technische Reali-sierung. J Miner Stoffwechs 1999; 6: 22–7.

2. Glüer CC, Eastell R, Reid DM, et al. As-sociation of five quantitative ultrasounddevices and bone densitometry with osteo-porotic vertebral fractures in a population-based sample: the OPUS Study. J BoneMiner Res 2004; 19: 782–93.

3. Nicholson PH, Müller R, Lowet G, et al.Do quantitative ultrasound measurementsreflect structure independently of densityin human vertebral cancellous bone? Bone1998; 23: 425–31.

4. Barkmann R, Lüsse S, Stampa B, et al.Assessment of the geometry of humanfinger phalanges using quantitative ultra-sound in vivo. Osteoporos Int 2000; 11:745–55.

5. Röben P, Barkmann R, Ullrich S, et al.Assessment of phalangeal bone loss inpatients with rheumatoid arthritis byquantitative ultrasound. Ann Rheum Dis2001; 60: 670–7.

6. Barkmann R, Rohrschneider W, VierlingM, et al. German pediatric reference datafor quantitative transverse transmissionultrasound of finger phalanges. Osteopo-ros Int 2002; 13: 55–61.

7. Baroncelli GI, Federico G, Vignolo M, etal. Cross-sectional reference data for pha-langeal quantitative ultrasound from earlychildhood to young-adulthood according togender, age, skeletal growth, and puber-tal development. Bone 2006; 39: 159–73.

8. Nicholson PHF, Moilanen P, KärkkäinenT, et al. Guided ultrasonic waves in longbones: modelling, experiment and in vivoapplication. Physiol Meas 2002; 23: 755–68.

9. Barkmann R, Kantorovich E, Singal C, etal. A new method for quantitative ultra-sound measurements at multiple skeletalsites: first results of precision and frac-ture discrimination. J Clin Densitom 2000;3: 1–7.

10. Njeh C, Hans D, Fuerst T, et al. (eds).Quantitative Ultrasound. Martin Dunitz,London, 1999.

11. Krieg MA, Barkmann R, Gonnelli S, etal. Quantitative ultrasound in the manage-ment of osteoporosis: the 2007 ISCD Offi-cial Positions. J Clin Densitom 2008; 11:163–87.

12. Cauley JA, El-Hajj Fuleihan G, Arabi A,et al.; FRAX(®) Position Conference Mem-bers. Official Positions for FRAX® clinicalregarding international differences fromJoint Official Positions Development Con-ference of the International Society forClinical Densitometry and InternationalOsteoporosis Foundation on FRAX®. J ClinDensitom 2011; 14: 240–62.

13. Dachverband Osteologie e. V. DVO-Leit-linie 2009 zur Prophylaxe, Diagnostik undTherapie der Osteoporose bei Erwachsenen.Osteologie 2009; 18: 304–28.

14. Pfeilschifter J. Evidenzbasierte Kon-sensus-Osteoporose-Leitlinie. Schattauer,Stuttgart, 2006.

15. Barkmann R, Laugier P, Moser U, et al.In vivo measurements of ultrasound trans-mission through the human proximal femur.Ultrasound Med Biol 2008; 34: 1186–90.

16. Barkmann R, Dencks S, Laugier P, etal. Femur ultrasound (FemUS) – first clini-cal results on hip fracture discriminationand estimation of femoral BMD. Osteopo-ros Int 2010; 21: 969–76.

17. Bossy E, Talmant M, Laugier P. Effectof bone cortical thickness on velocitymeasurements using ultrasonic axial trans-mission: a 2D simulation study. J AcoustSoc Am 2002; 112: 297–307.

18. Malo MK, Rohrbach D, Isaksson H, etal. Longitudinal elastic properties and po-rosity of cortical bone tissue vary withage in human proximal femur. Bone 2013;53: 451–8.

19. Raum K, Rohrbach D, Laugier P, et al.Knochenqualität jenseits von Knochenmi-neraldichte. Osteologie 2010; 19: 217–24.

20. Raum K, Leguerney I, Chandelier F, etal. Bone microstructure and elastic tissueproperties are reflected in QUS axial trans-mission measurements. Ultrasound MedBiol 2005; 31: 1225–35.

21. Grondin J, Grimal Q, Yamamoto K, etal. Relative contributions of porosity andmineralized matrix properties to the bulkaxial ultrasonic wave velocity in humancortical bone. Ultrasonics 2012; 52: 467–71.

22. Moilanen P. Ultrasonic guided wavesin bone. IEEE Trans Ultrason FerroelectrFreq Control 2008; 55: 1277–86.

23. Minonzio J-G, Talmant M, Laugier P.Guided wave phase velocity measurementusing multi-emitter and multi-receiverarrays in the axial transmission configura-tion. J Acoust Soc Am 2010; 127: 2913–9.

Literatur:

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