Densitometry

Densitometry is a method that determines the density of minerals in the bone (Bone mineral density-BMD) and the density of bone tissue. Everything is evaluated mainly on the basis of the amount of calcium in the bones. The examination method is fast, does not burden the patient and is painless. Thanks to the densitometric examination, the doctor is able to estimate the risk of fractures associated with osteoporosis.

Absorption of EM radiation
When X-ray, a type of electromagnetic radiation with wavelengths between 10 nm and 1 pm, interact with tissue, two phenomena occur that reduce the intensity of the transmitted radiation. The first of these is photoelectric absorption. During this phenomenon, the entire energy of the X-ray photon is transferred to the electron of the atom in the tissue. The second phenomenon that occurs is Compton scattering. Here, only part of the kinetic energy of the electron is transferred, and the photon changes its direction and has a lower energy due to this.

There is a relationship for the intensity of monoenergetic radiation passing through the material (in our case tissue).

$$I_r = I_i{}^{(-vx)}$$,

where Ir is the intensity of transmitted radiation, Ii is the intensity of radiation before passing through (incident), ν is the characteristic of the material, the so-called linear absorption coefficient, and x is the thickness of the tissue.

The linear absorption coefficient is dependent on the density of the material, on the number of electrons in the shell of individual atoms (i.e. on the chemical composition) and also on the original energy of the photons. It is important to realize that there are several types of tissues in the body that have different characteristics. Most soft tissues have a similar absorption coefficient. The mineral component of bone is made up of hydroxyapatite, which has a significantly different absorption coefficient (phosphorus and calcium atoms). The organic component of bone such as the marrow and collagen network are considered soft tissue.

Therefore, if we take into account the difference in the coefficients of the soft tissue and the mineral component of the bone, we can create a relationship for the intensity of the passing radiation

$$I_r = I_i{}^{(-v_bx_b-v_sx_s)}$$,

where the index b indicates the bone mineral component and the index s indicates soft tissue.

The thickness x can be replaced by the so-called surface density, if we proceed from the relationship

$$x = \frac{1}{\rho}\frac{m}{A}$$,

where ρ is the density, m is the tissue mass, and A is the area of ​​the beam. Thanks to this, the product νx can be replaced by the product µM, where µ (ν/ρ) is the mass absorption coefficient and M (m/A) is the already mentioned area density.

Single-energy densitometry
Při použití fotonů o jedné energii stále zůstává problém jedné rovnice a dvou neznámých (plošná hustota minerální složky kosti a měkké tkáně). Při využití jednoenergiové se měřená část těla ponoří do vody v nádobě o přesně známých rozměrech. Díky tomu vypadne z rovnice jedna neznámá, protože absorpční koeficient vody a měkké tkáně je téměř totožný a díky tomu známe přesný rozměr xs.

Zjištění plošné hustoty minerální složky kosti docílíme tím, že první měření se provede skrz vodu, měkkou tkáň a kost a druhé měření těsně vedle kosti. Tím pádem jsme schopni porovnat rozdíl a tím pádem zjistit požadované parametry kosti (plošná hustota minerální složky kosti, případně i lineární hustotu minerální složky kosti).

Dvouenergiová denzitometrie
Při použití fotonů o dvou různých energiích odpadá potřeba ponořovat část těla do vody. Dvojím měřením při dvou energiích záření lze totiž porovnat výsledky, pomocí modifikované rovnice pro intenzitu procházejícího záření, a díky tomu zjistit opět požadované parametry kosti. Pro dvouenergiovou denzitometrii se v počátcích používaly přirozené radioaktivní zářiče emitující dvě diskrétní energie (např. 153Gd, fotony o 44 keV a 103 keV). Díky časové, finanční a (především) bezpečnostní náročnosti se ale přešlo na generování fotonů pomocí RTG trubice.

Kvantitativní výpočetní tomografie
Kvantitativní výpočetní tomografie spojuje možnosti moderních zobrazovacích technik (CT, případně i MRI) a technik a principů klasické RTG denzitometrie. Díky tomu je měření přesnější, protože lze kost vyšetřovat jako celek a díky tomu zjistit některé lokální fenomény, případně se vyhnout chybě, protože jsme schopni zjistit kde přesně měříme. V rámci jedné kosti se totiž charakteristika minerální složky mění díky anatomické stavbě (rozdíl mezi kompaktou a spongiózou atd.).

Rentgenová denzitometrie
Dvouenergiová rentgenová absorpciometrie neboli DXA (dual-emission X-ray absorptiometry), je standardní pro vyšetření a sledování osteoporózy. Rentgenový denzitometr používá slabé rentgenové záření o dvou energiích. Každá energie záření je jinak pohlcena kostí a jinak svalovinou a tukem. Toto pravidlo zajišťuje přesné odlišení kosti od okolní měkké tkáně. V praxi se hustota kostní hmoty měří obvykle ve dvou místech, zpravidla to bývá bederní páteř a horní část stehenní kosti.

Toto vyšetření trvá několik minut – pacient leží na speciálním lůžku, je oblečen, a skener zachycuje jednu nebo více oblastí kosti.

Kvantitativní výpočetní tomografie QCT
Umožňuje měření objemu kostní hmoty, hodnotí se v oblasti hlavice kosti stehenní či bederní páteře. Tato metoda je nákladnější a představuje pro vyšetřovaného vyšší radiační zátěž.

Ultrazvuková denzitometrie
Kvantitativní ultrasonometrie neboli QUS (quantitative ultrasound), se zakládá na měření ultrazvukových vln po průchodu vyšetřovanou oblastí, tělo tak není vystaveno radiační zátěži. Přináší informace o množství kostní hmoty, ale také o kvalitě a struktuře kosti. Toto vyšetření nestačí pro diagnostiku osteoporózy ani pro sledování účinnosti léčby. Metodu vždy musíme posuzovat v kombinaci s rentgenovou denzitometrií.

Vyšetření denzitometrem nezatěžuje vyšetřovaného. V den vyšetření se může normálně jíst, ale neměly by se brát potravinové doplňky nebo léky obsahující vápník. Před vyšetřením odložte šperky, kovové předměty a brýle, aby nebyl výsledek vyšetření zkreslen. V průběhu těhotenství nelze provést denzitometrické vyšetření.

Údaje, které získáme vyšetřením posoudí radiolog (lékař specializovaný na provádění a hodnocení rentgenových vyšetření). Výsledky pak pošle lékaři, který vyšetření předepsal.

Denzitometr
Toto vyšetření vždy provádí lékař na specializovaném radiologickém pracovišti ve větší nemocnici. Existují dva typy denzitometrů:

Centrální denzitometr se skládá z velké ploché desky a pohyblivého ramena, které je nad ní. Sleduje se hustota kostí páteře a pletence pánevního.

náhled|Centrální rentgenový denzitometr

Periferní denzitometr je zařízení menší. Pacient zde vkládá ruku do přístroje o velikosti malé krabice. Měří se hustota kostí zápěstí, paty nebo prstů. Přestože přístroj pracuje na bázi rtg záření, dávky jsou velice nízké a přístroj nepotřebuje být umístěn ve speciálně chráněné místnosti.

Výsledky vyšetření T-skóre a Z-skóre
O hustotě kostí vypovídají dva výsledky zvané T-skóre a Z-skóre. Odchylku výsledku vašeho vyšetření od tabulkové hodnoty kostní minerální denzity určuje T-skóre. Tabulkovou hodnotou se myslí výsledky zdravých mladých jedinců stejného pohlaví. Výsledná hodnota nám určuje stav našich kostí. Pokud je hodnota vyšší než -1 (např. -0,2), jedná se o normální výsledek. V rozmezí -1 až -2,5 hovoříme o tak zvané osteopenii (=stupeň osteoporózy), což je první stádium řídnutí kostí. O osteoporóze (= onemocnění kostní tkáně, které vede ke zvýšené křehkosti kostí. V důsledku tohoto jevu dochází u lidí trpících tímto onemocněním k četnějším zlomeninám.) mluvíme, pokud zjistíme hodnotu T-skóre nižší než -2,5. Každý pokles této hodnoty o 1 směrodatnou odchylku zvyšuje riziko zlomeniny dvojnásobně. Pro porovnání vašeho výsledku vyšetření hustoty kostní hmoty s průměrnými hodnotami osob stejné věku i pohlaví slouží tzv. Z-skóre.

Tyto výsledky umožňují lékaři přesně stanovit diagnózu. Může pak pacientovi doporučit režimová opatření a zahájit léčbu. Pokud vyšetření předepíše ošetřující lékař, který má pacienta v péči pro kostní chorobu, v souladu s existujícím Seznamem zdravotních výkonů, pak je plně hrazeno z veřejného zdravotního pojištění. Zde jsou odbornosti lékařů, kteří můžou toto vyšetření předepsat: revmatologie, dětská revmatologie, ortopedie, traumatologie, vnitřní lékařství, gynekologie a porodnictví, dětská gynekologie, endokrinologie. Za určitých okolností to může být také praktický lékař. Vyšetření můžete také obsolvovat na vlastní náklady. Celotělová denzitomertie se provádí na specializovaných pracovištích a její cena se pohybuje okolo 500 Kč.

Indikace k vyšetření

 * Pacienti s osteoporózou.


 * Pacienti s anamnézou zlomeniny způsobenou neadekvátně malou úrazovou silou.


 * Pacienti se zlomeninou obratle neúrazového původu.


 * Pacienti s dlouhodobou léčbou kortikoidy nebo jinými léky, které snižují množství kostní hmoty.


 * Pacienti se zvýšenou funkcí příštitných tělísek (hyperparatyreózou) nebo dalšími chorobami spojenými se ztrátou kostní hmoty.


 * Ženy po menopauze – především pokud mají další rizikový faktor jako např. kouření, dědičnost, ženy po 65 letech, bolesti zad, imobilizace, poruchy štítné žlázy atd.


 * Ženy po hormonální léčbě.

Zdroje

 * NAVRÁTIL, Leoš a Jozef ROSINA. Medicínská biofyzika. 1. vyd. Praha: Grada, 2005, 524 s. ISBN 978-802-4711-522.


 * Denzitometrie - vyšetření kvality kostí. Ordinace.cz [online]. 2015, 2015-9-23 [cit. 2015-11-26]. Dostupné z: http://www.ordinace.cz/clanek/denzitometrie/


 * Kostní denzitometrie – kdo by ji měl podstoupit. ULékaře.cz [online]. 2011, 2011-12-27 [cit. 2015-11-26]. Dostupné z: https://www.ulekare.cz/clanek/kostni-denzitometrie-kdo-by-ji-mel-podstoupit-15133


 * Denzitometrie. Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2013, 2013-10-6 [cit. 2015-11-27]. Dostupné z: https://cs.wikipedia.org/wiki/Denzitometrie


 * Physical Principles and Measurement Accuracy of Bone Densitometry. National Osteoporosis Society [online]. 2014 [cit. 2015-11-29]. Dostupné z: https://nos.org.uk/document.doc?id=653


 * IAEA Human health series No.15. 2010. Austria: IAEA, 2010. ISBN 978-92-0-110610-0.


 * WEBBER, Colin E. Photon absorptiometry, bone densitometry and the challenge of osteoporosis. Physics in Medicine and Biology [online]. 2006, 51(13): R169-R185 [cit. 2015-11-29]. DOI: 10.1088/0031-9155/51/13/R11. ISSN 00319155. Dostupné z: https://www.sprmn.pt/pdf/pmb6_13_r11_Bone_Densitometry_(CEWebber).pdf


 * FOGELMAN, Ignac a Glen M. BLAKE. Different Approaches to Bone Densitometry. The Journal of Nuclear Medicine [online]. London, 2000, 2000-8-8 [cit. 2015-11-29]. Dostupné z: http://jnm.snmjournals.org/content/41/12/2015.full