S.C. di RADIOLOGIA CENTO IL RUOLO DELLA DIAGNOSTICA PER IMMAGINI NELL’OSTEOPOROSI Massimo Soriani S.C. di Radiologia Ospedale SS.ma Annunziata di Cento.

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1 S.C. di RADIOLOGIA CENTO IL RUOLO DELLA DIAGNOSTICA PER IMMAGINI NELL’OSTEOPOROSI Massimo Soriani S.C. di Radiologia Ospedale SS.ma Annunziata di Cento Az. USL di Ferrara “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 DIPARTIMENTO DI RADIOLOGIA CLINICA DIAGNOSTICA ED INTERVENTISTICA E DI MEDICINA DI LABORATORIO DIRETTORE: dott. G. BENEA

2 Definition of Osteoporosis “A skeletal disorder characterized by compromised bone strength predisposing to an increased risk of fracture. Bone strength reflects the integration of two main features: bone density and bone quality. Bone quality refers to architecture, turnover, damage accumulation (e.g., microfractures), and mineralization.” NIH Consensus Development Panel on Osteoporosis Prevention, Diagnosis, and Therapy. March 27-29, 2000. Published in JAMA 2001;285:785-795. “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009

3 insufficiency fracture la dimostrazione di una frattura “spontanea” o correlata ad un evento traumatico di minima entità costituisce di per sé evidenza incontrovertibile di “fragilità” ossea e significativo elemento predittivo di rischio di ulteriori fratture diagnosi di osteoporosi “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009

4 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009

5 lo scopo delle procedure di “screeening del’osteoporosi e del trattamento medico dei soggetti “a rischio”, attraverso questo individuati, è ovviamente la prevenzione delle fratture benchè la densità ossea sia il singolo più efficace parametro predittivo del rischio di frattura, molti aspetti della resistenza meccanica del tessuto scheletrico non possono venire interpretati facendo riferimento esclusivamente a questo parametro è oramai largamente condiviso l’assunto secondo il quale la resistenza meccanica del tessuto scheletrico non è funzione esclusivamente della densità ossea ma anche della macro-architettura e della organizzazione nano-strutturale di questo Van der Meulen M, Jepsen K & Mikic B. Understanding bone strength: size isn’t everything. Bone 2001; 29(2): 101–104. Hernandez CJ&KeavenyTM.Abiomechanical perspective on bone quality. Bone 2006; 39(6): 1173–1181. a parità di riduzione percentuale della densità ossea un processo che causi un uniforme assottigliamento delle trabecole ossee determina sulla resistenza meccanica del tessuto scheletrico effetti meno rilevanti della riduzione del numero delle trabecole per unità di volume “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009

6 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009

7 la componente mineralizzata del tessuto osseo risulta costituita per il 40% circa del proprio volume da fibre collagene, inframmezzate da cristalli di idrossiapatite, responsabili del 45% del volume tessutale; il rimanente 15% circa è costituito da molecole di acqua legate alle fibre collagene o “libere”; il midollo osseo risulta costituito essenzialmente da vasi sinusoidi e, per una quantità variabile in rapporto con l’età del soggetto e con le diversi sedi scheletriche, da cellule ematopoietiche e tessuto adiposo  dall’entità della della componente mineralizzata comunemente indicata come “massa ossea”, dipende nella misura del 60-80% la resistenza meccanica del tessuto scheletrico  la resistenza, insieme alla probabilità di subire traumi efficienti, è un importante determinante della suscettibilità alle fratture; ne consegue che la riduzione della massa ossea è a sua volta, correlata con la predizione del rischio di fratture  in effetti diversi studi prospettici hanno dimostrato come la misurazione della riduzione della massa ossea possa predire il rischio di fratture e questo sembra confermato per tutti i tipi di fratture, incluse quelle vertebrali e femorali “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009

8 Quantificazione della massa ossea (DENSITOMETRIA) Indipendentemente dalla metodologia impiegata, è volta a determinare il contenuto minerale dell’osso, inteso come quantità di osso mineralizzato presente nella struttura scheletrica in esame espresso in grammi (BMC: bone mineral content); il dato è comunemente espresso in termini di densità minerale dell’osso per unità “areale” (BMD: bone mineral density) misurata in grammi / cm 2 reale apparente Nessuna delle metodiche densitometriche disponibili è in grado di determinare la reale densità minerale dell’ osso, ossia la massa di osso mineralizzato per unità di volume dell’elemento scheletrico in esame; tutte in realtà rilevano un valore combinato di osso mineralizzato ed altre componenti strutturali (midollo osseo, vasi, nervi..) in questo contenute, per cui sarebbe corretto parlare a rigore di densità minerale apparente, che tuttavia viene convenzionalmente ed universalmente indicata per semplicità come densità minerale dell’osso (BMD) “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009

9 Quantificazione della massa ossea (DENSITOMETRIA) Non-invasive test for measurement of BMD Major technologies –Dual-energy X-ray Absorptiometry (DXA) –Quantitative Ultrasound (QUS) –Quantitative Computerized Tomography (QCT) Many manufacturers Numerous devices Different skeletal sites “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009

10 TECNICHE DENSITOMETRICHE La quantificazione della massa ossea (densitometria) può essere eseguita con tecniche basate o sulla attenuazione di raggi X (es.: Dual-Energy X-ray Absorptiometry o DXA, Tomografia Computerizzata Quantitativa o QCT) o sulla diffusione e trasmissione di ultrasuoni (QUS). Le misurazioni possono essere eseguite su diversi siti scheletrici (polso, rachide lombare, femore prossimale, calcagno, falange prossimale della mano, scheletro intero). Il valore diagnostico di queste tecniche si evince esclusivamente dalla comprovata capacità di quantificare il rischio di frattura. Attualmente esistono evidenze scientifiche, derivanti da studi prospettici, sulla capacità predittiva del rischio di frattura (accuratezza diagnostica) per le tecniche DXA (rachide lombare, femore prossimale, polso e calcagno) e per le tecniche QUS (falange prossimale della mano, calcagno). Precisione ed accuratezza diagnostica dipendono dalla metodica di esame e dalla strumentazione utilizzata. “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009

11 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009  “Gold-standard” for BMD measurement  Measures “central” or “axial” skeletal sites: spine and hip  May measure other sites: total body and forearm  Extensive epidemiologic data  Correlation with bone strength in-vitro  Validated in many clinical trials  Widely available (about 15,000 DXA machines in USA) DXA

12 Dual-energy X-ray Absorptiometry (DXA/DEXA) Il fondamentale principio fisico sotteso dalla DEXA consiste nella misurazione della trasmissione relativa attraverso un distretto corporeo di un fascio di raggi X contenente fotoni a bassa e ad alta energia. Poiché il coefficiente di attenuazione delle radiazioni varia in funzione del numero atomico delle strutture attraversate e della energia dei fotoni, la rilevazione dei fattori di trasmissione di due differenti livelli di energia dei fotoni consente di ricavare matematicamente la massa per unità di area di proiezione di due differenti tipi di tessuto (nel caso della DEXA del tessuto osseo e delle parti molli) “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Tecnica di imaging “proiettivo” basata sulla rilevazione dell’assorbimento relativo di un fascio di raggi X a doppia energia, da parte del segmento corporeo a questo esposto

13 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Il contenuto minerale del segmento scheletrico viene ricavato con il confronto tra le due differenti attenuazioni (tessuti molli e osso) tramite algoritmi convergenti che esprimono la misura in g/cm. Dividendo il valore assoluto ottenuto per l’area di proiezione del segmento scheletrico esaminato si ottiene un valore espresso in g/cm2

14 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Photons Collimator (pinhole for pencil beam, slit for fan beam) X-ray Source (produces 2 photon energies with different attenuation profiles) Detector (detects 2 tissue types - bone and soft tissue) DXA Technology

15 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 SVANTAGGI ENERGIA FILTRATA PILE UP: i fotoni giungono al bersaglio con frequenza tale che la reazione di eccitazione e decadimento non è completata. SOLUZIONE: si assegna di default una frazione di conteggi a bassa energia al canale di alta energia per minimizzare l’errore. CROSS-OVER: i fotoni ad alta energia vengono conteggiati come appartenenti alla bassa energia. SOLUZIONE: si utilizzano due detector distinti. SVANTAGGI ENERGIA PULSATA BEAM HARDENING: i fotoni a bassa energia si perdono nel conteggio per il differenziale più ampio tra alta e bassa energia. SOLUZIONE: si interpone un filtro di alluminio e ottone.

16 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Single Beam Sistema di lettura a singolo (o doppio) detector con emissione raggi X a “pennello” tramite un collimatore circolare (spinhole) sul complesso radiogeno. Vantaggi Single-Beam  no distorsione geometrica  costo ridotto  minor dose Fan Beam Sistema di lettura multidetector con emissione raggi X a “ventaglio” tramite un collimatore a fessura sul complesso radiogeno. Vantaggi Fan Beam  velocità esecuzione esame  risoluzione di immagine  valutazioni morfometriche

17 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Per la World Health Organization (WHO), la diagnosi densitometrica di osteoporosi si basa sulla valutazione della BMD con tecnica Dual- Energy Xray Absorptiometry (DEXA), comparata a quella media dei soggetti adulti sani dello stesso sesso (picco di massa ossea). La deviazione standard (DS) dal picco medio di massa ossea rappresenta l’unita di misura (T- score). E’ stato osservato che il rischio di frattura inizia ad aumentare in maniera esponenziale per valori di T-score inferiori a -2.5 DS, che secondo la WHO, rappresenta la soglia diagnostica per l’osteoporosi. Patient’s BMD – Young-Adult Mean BMD 1 SD of Young-Adult Mean BMD T-score = 0.7 g/cm 2 - 1.0 g/cm 2 0.1 g/cm 2 = - 3.0

18 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Nell’interpretare i risultati della BMD si utilizzano le seguenti definizioni: 1. Normale: T-score compreso fra +2,5 e –1,0 DS (la BMD del paziente e cioe’ fra 2,5 deviazioni standard sopra la media di un giovane adulto e 1 DS sotto la media di un giovane adulto). 2. Osteopenia: (bassa BMD): T-score compreso tra –1,0 e –2,5 DS. 3. Osteoporosi: T-score inferiore a –2,5 DS. 4. Osteoporosi conclamata: T-score inferiore a –2,5 DS cui si associa contemporanea presenza di una o piu’ fratture da fragilita’ ossea. Why -2.5 for WHO Diagnosis? “Such a cutoff value identifies approximately 30% of postmenopausal women as having osteoporosis using measurements made at the spine, hip or forearm. This is approximately equivalent to the lifetime risk of fracture at these sites.” Kanis JA et al. J Bone Miner Res. 1994;9:1137.

19 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Diagnosis Caveats  T-score -2.5 or less does not always mean osteoporosis Example: osteomalacia  Clinical diagnosis of osteoporosis may be made with T-score greater than -2.5 Example: atraumatic vertebral fracture with T-score = -1.9  Low T-score does not identify the cause Medical evaluation should be considered Example: celiac disease with malabsorption

20 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Il valore misurato puo’ anche essere espresso in raffronto al valore medio di soggetti di pari eta’ e sesso Z score Patient’s BMD – Age-Matched Mean BMD 1 SD of Age-Matched Mean BMD Low Z-score (less than -2.0) has been suggested by some to increase likelihood of secondary osteoporosis, however... This is not validated in clinical trials High index of suspicion for secondary causes of osteoporosis is recommended for all patients

21 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 T-scores WHO diagnostic classification in postmenopausal women and men age 50 and older WHO classification with T- score cannot be applied to healthy premenopausal women, men under age 50, and children Z-scores For use in reporting BMD in healthy premenopausal women, men under age 50, and children Z-score -2.0 or less is defined as “below the expected range for age” Z-score above -2.0 is “within the expected range for age” Using T-scores vs. Z-scores

22 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Why T-score And Not Z-score for WHO Diagnosis? T-score is related to bone strength T-score is related to fracture risk Using Z-scores would result in many “normal” patients having fragility fractures, and suggest that osteoporosis does not increase with age

23 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Which Skeletal Sites Should Be Measured? Every Patient Spine –L1-L4 Hip –Total Hip –Femoral Neck Use lowest T-score of these skeletal sites Some Patients Forearm (1/3 radius) –If hip or spine cannot be measured –Hyperparathyroidism –Very obese

24 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Why Not Use Ward’s Area? Using Ward’s area would overestimate the prevalence of osteoporosis It is a small calculated area of the mid portion of the femoral neck where BMD is the lowest - not a well defined anatomic region Poor precision and accuracy Not part of WHO (World Health Organization) criteria for BMD classification

25 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Peripheral BMD Testing Accurate & Precise What it can do Predict fracture risk Tool for osteoporosis education What it cannot do Diagnose osteoporosis Monitor therapy 1.A “normal” peripheral test does not necessarily mean that the patient does not have osteoporosis. 2.WHO criteria do not apply to peripheral BMD testing.

26 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 T-score Discordance Different skeletal sites have different peak bone mass at different times and lose bone at different rates Different technologies Different regions on interest (ROIs) Different reference databases have different means and SD (the hip is the only skeletal site with a standardized reference database used by all manufacturers – National Health and Nutrition Examination Survey III )

27 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Fracture Risk Doubles with Every SD Decrease in BMD Relative Risk for Fracture Bone Density (T-score) Bone Density & Age vs. Fracture Risk Ten Year Fracture Probability (%) Age 80 70 60 50

28 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Dosi assorbite in diverse procedure diagnostiche DEXA 1-5 μSv Rx Torace 0.02 mSv Rx Colonna lombare 1.3 mSv Rx Colonna dorsale 0.7 mSv Accuratezza Corrispondenza del valore stimato con quello vero, cioe’ lo scarto tra il valore della misura ottenuta e la quantita’ realmente esistente di contenuto minerale del campione di riferimento Precisione Riproducibilita’ della misura in controlli seriati nel tempo DXA “Reproducibility is far better for BMD measurement than for most laboratory tests. Reproducibility expressed by the CV is usually 1–2% at the spine on anteroposterior images and 2–3% at the proximal femur in individuals with normal BMD values”

29 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Misurare la densità minerale ossea (Bone Mineral Density, BMD) è importante sia nella valutazione dei pazienti a rischio di osteoporosi che nella fase di controllo dell’efficacia del trattamento atto a prevenire le fratture. La maggior parte dei centri diagnostici utilizza la DXA con modalità di scansione segmentale a livello della colonna vertebrale, del tratto lombare e del femore prossimale non dominante. Ciò accade perché il femore risulta essere il migliore sito predittivo di rischio di frattura [*] mentre la colonna risulta essere il miglior sito per esaminare l’andamento della terapia [**], come da indicazione della WHO che si riferisce al valore espresso in T-score per effettuare la diagnosi di osteoporosi. * World Health Organ Tech Rep Ser(1994) Assessment of fracture risk and its application to screening for postmenopausal osteoporosis. Report of a WHO Study Group 843:1–129 ** Pietrobelli A, Formica C, Wang Z, Heymsfield SB (1996) Dual-energy Xray absorptiometry body composition model: review of physical concepts. Am J Physiol 271:E941–E951

30 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 BMD Values From Different Manufacturers Are Not Comparable  Different dual energy methods  Different calibration  Different detectors  Different edge detection software  Different regions of interest Always Compare BMD Never Compare T-scores Least Significant Change (typical) L1-L4: 3-4% Total proximal femur: 4-5%

31 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 How To Calculate LSC (least significant change) Scan 15 patients 3x each or 30 patients 2x each Use patients typical of your practice Reposition after each scan Calculate SD for BMDs of each patient Calculate Root Mean Square (RMS) SD in g/cm 2 for the group of patients (this is the precision error) Multiple RMS SD x 2.77 (this is the LSC with 95% confidence) If change in BMD is equals or exceeds the LSC, then the change is statistically significant

32 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Quantitative Ultrasound (QUS) Rappresenta una tecnica d’introduzione relativamente recente che permette l’analisi della densita’ ossea a livello dei siti periferici e utilizza ultrasuoni con un range di frequenze tra 200 kHz e 1,5 MHz, decisamente piu’ basse rispetto a quelle utilizzate per le comuni ecografie Gli ultrasuoni quantitativi non misurano direttamente la densita’ o il contenuto minerale dell’osso, ma misurano la trasmissione del fascio ultrasonoro attraverso il tessuto o la riflessione delle onde sonore dalla superficie dell’osso. Attualmente esistono evidenze scientifiche, derivanti da studi prospettici, sulla capacità predittiva del rischio di frattura (accuratezza diagnostica) per le tecniche DXA (rachide lombare, femore prossimale, polso e calcagno) e per le tecniche QUS (falange prossimale della mano, calcagno).

33 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Quantitative Ultrasound (QUS) Ultrasound propagation through a material, and particularly in bone, can be characterised by the velocity of transmission and the amplitude of the ultrasound signal It has been shown that ultrasound velocity reflects the material properties of bone, such as elastic modulus and compressive strength, and that it is influenced by its density, architecture and elasticity The attenuation of an ultrasound wave through a medium occurs by a reduction in its amplitude and results in a loss of acoustic energy. Eur Radiol (2009) 19: 1837–1848 Giuseppe Guglielmi,Judith Adams,Thomas M. Link Quantitative ultrasound in the assessment of skeletal status

34 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Quantitative Ultrasound (QUS) Eur Radiol (2009) 19: 1837–1848 Giuseppe Guglielmi,Judith Adams,Thomas M. Link Quantitative ultrasound in the assessment of skeletal status Thus, two main variables can be measured by QUS devices, derived from the velocity or attenuation of the ultrasound waves through the bone tissue. The QUS variables reflecting ultrasound velocity inside the bone,expressed as m/s, are known as speed of sound (SoS),which is a pure parameter of velocity, independent ofultrasound wave attenuation, and amplitude-dependent speed of sound (AD-SoS) that is partly amplitudedependentSoS is a variable usually measured by QUSmethods applied to the calcaneus, radius and tibia, whereasAD-SoS is measured by the phalangeal QUS device.

35 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Quantitative Ultrasound (QUS) Ultrasound attenuation through bone is commonly evaluated by broadband ultrasound attenuation (BUA), which is a measure of the frequency dependence of the attenuation of the signal, and is expressed as dB/MHz. Some calcaneus QUS devices provide additional ultrasound variables derived from the mathematical combination of both SoS and BUA, defined as the stiffness index [(0:67 x BUA) + (0:28 SoS) – 420] and quantitative ultrasound index [o,41 x (BUA + SoS) – 571], expressed as percentages. These parameters have been introduced in order to improve the standardised coefficient of variation of velocity or BUA alone and to compensate for temperature variation Eur Radiol (2009) 19: 1837–1848 Giuseppe Guglielmi,Judith Adams,Thomas M. Link Quantitative ultrasound in the assessment of skeletal status

36 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Quantitative Ultrasound (QUS) VANTAGGI Metodo non invasivo Velocità di esecuzione Costo contenuto Trasportabile Qualità dell’osso Facile Utilizzo Ingombro limitato VANTAGGI Metodo non invasivo Velocità di esecuzione Costo contenuto Trasportabile Qualità dell’osso Facile Utilizzo Ingombro limitato SVANTAGGI Diversità di apparecchiature Carenza dati di normalità Difficoltà di standardizzazione Precisione long-term Accuratezza Siti analizzabili Solo misure qualitative SVANTAGGI Diversità di apparecchiature Carenza dati di normalità Difficoltà di standardizzazione Precisione long-term Accuratezza Siti analizzabili Solo misure qualitative

37 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Quantitative Ultrasound (QUS) Eur Radiol (2009) 19: 1837–1848 Giuseppe Guglielmi,Judith Adams,Thomas M. Link Quantitative ultrasound in the assessment of skeletal status Calcaneal QUS can show age- and menopause-related changes in bone status and can discriminate between women with and without vertebral fracture; QUS parameters can also discriminate subjects with proximal femoral fractures, although not as effectively as DXA. Applying special revised diagnostic criteria for QUS, similar proportions of postmenopausal women could be identified as osteopenic or osteoporotic by QUS as by DXA. Diagnosis of osteoporosis byQUS, however, remains contentious, although these problems may be more related to the limitations of the present T-score discrimination rather than QUS per se. At the moment, QUS is primarily used to screen subjects likely to benefit from DXA examination.

38 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Computed tomography (QCT) La QCT del rachide lombare viene effettuata con i comuni scanner dotati di software per calcolare la densità ossea BMD), utilizzando fantocci standard di riferimento, posti sotto il dorso del paziente. Sono acquisite, con tecnica a singola energia (SEQCT) in proiezione laterale, scansioni di 8-10 mm di spessore perpendicolari all’asse del rachide lombare, passanti per l’equatore delle vertebre da studiare, di solito da L1 a L4. In ciascuna vertebra esaminata viene definita una ROI (Region of Interest) costituita solo da osso trabecolare, i cui valori in Unità Hounsfield vengono convertiti, sulla base della calibrazione del phantom, in valori equivalenti di densità minerale (mg/mm3).

39 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Computed tomography (QCT) I vantaggi della QCT sono: - misura la reale densità ossea, che non è influenzata dalle dimensioni dell’osso, in un determinato volume, risultando quindi una metodica più accurata della DXA nella misura della BMD nei bambini; - la QCT misura separatamente, all’interno delle ROI, la densità della componente ossea trabecolare che, avendo più elevato turnover, varia più precocemente -la QCT non è influenzata da quei fattori, quali osteofiti e calcificazioni vascolari, che influenzano invece la DXA. Il limite principale della QCT è l’elevata dose di radiazioni (50 mSv) cui viene sottoposto il paziente.

40 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Computed tomography (QCT) Il progresso della tecnologia CT spirale volumetrica (dal singolo rivelatore agli attuali 64 o 256 Multidetector) ha permesso l'acquisizione in alta risoluzione (0.5 mm) di dati quantitativi CT (vQCT). Il set di dati, inizialmente acquisito sul piano assiale, può essere ricostruito isotropicamente sui tre piani dello spazio, consentendo una determinazione più accurata della struttura trabecolare e corticale. Sistemi di analisi avanzata delle immagini consentono la definizione automatica delle coordinate anatomiche (sistemi ACS) su pre-definiti volumi di interesse. Come risultato, si ottiene un aumento della precisione del dato densitometrico (1,3%) rispetto alla singl-eslice-CT (2,1%), con il conseguente miglioramento della significatività di tale dato sia in condizioni “basali, sia soprattutto nelle procedure di follow-up, quando diviene critico il monitoraggio della variazione seriale del dato volto a valutare gli effetti della terapia.

41 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Computed tomography (QCT) Ulteriori e più concreti vantaggi sono ottenibili nello studio del terzo prossimale del femore, più complesso geometricamente rispetto al corpo vertebrale, con una maggiore variazione di forma e la distribuzione di osso corticale e trabecolare. All'interno del femore prossimale, sono ricavabili macro-parametri architettonici (area della sezione del collo femorale e lunghezza di asse del collo) le variazioni dei quali sono correlate al momento d'inerzia e possono spiegare le diversità individuali di resistenza meccanica di tale distretto scheletrico riscontrabili a parità di BMD.

42 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Computed tomography (QCT) Gli scanner volumetrici multistrato “state-of-the-art” garantiscono elevati livelli di risoluzione spaziale ( 0.3 millimetri) su “fetta” sottile (1,0 millimetri) consentendo di ottenere “in vivo” immagini della colonna vertebrale che contengono informazioni strutturali di elevato dettaglio. Ciò però implica elevati livelli di esposizione a radiazioni ed oltre a ciò l'estrazione di informazioni quantitative strutturali è tecnicamente complessa ed i risultati ottenibili variano notevolmente con l’impiego di apparecchiature e metodologie di indagine differenti, in quanto il livello massimo di risoluzione spaziale ottenibile è prossimo alle dimensioni tipiche delle trabecole (100-400μm) e degli spazi inter-trabecolari (200-2000μm). Recenti studi con CT ad alta risoluzione di vertebre di Pazienti di sesso femminile in fase psot-menopausale hanno tuttavia dimostrato la possibilità di ricavare un parametro definito indice di frammentazione trabecolare (lunghezza della rete trabecolare / numero di trabecole per unità di volume) che sembra aumentare il livello di discriminazione del rischio di fratture vertebrali rispetto al BMD. Ito M, Ikeda K, Uetani M, Orimo H In vivo analysis of vertebral microstructure for evaluation of fracture risk. J Bone Miner Res 20 (Suppl1):2005

43 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Computed tomography (Q-CT) Impiegando apparecchiature “commerciali” sono allo stato ottenibili esclusivamente con studi “in vitro” più avanzati livelli di dettaglio micro- architetturale, dei quali sono dimostrati “ex post” livelli di predittività di frattura osteoporotica significativamente superiori a quelli della DEXA

44 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Computed tomography (p-micro-CT)

45 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 Advanced DXA Features Spine imaging (Vertebral Fracture Assessment) Absolute fracture risk reporting Hip axis length (HAL) Combined hip / dual femur acquisition Remote interpretation and reporting tools

46 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 MORFOMETRIA ASSORBIMETRICA (MXA)

47 “ Osteoporosi e frattura vertebrale: appropriatezza nella presa in carico” Ro Ferrarese – 3 ottobre 2009 RM T1 W STIR

48 DIPARTIMENTO DI RADIOLOGIA CLINICA DIAGNOSTICA ED INTERVENTISTICA E DI MEDICINA DI LABORATORIO DIRETTORE: dott. G. BENEA S.C. di RADIOLOGIA CENTO grazie !