《Nature Reviews Rheumatology》：Single-component imaging and ultrasound-based tools for the assessment of fracture risk
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新兴的成像与计算技术正在重塑骨质疏松症和低骨量的评估方式。双能X线吸收测定法（dual-energy X-ray absorptiometry, DXA）是骨质疏松症操作性定义的关键工具，但有限元分析（finite element analysis, FEA）
新兴的成像与计算技术正在重塑骨质疏松症和低骨量的评估方式。双能X线吸收测定法（dual-energy X-ray absorptiometry, DXA）是骨质疏松症操作性定义的关键工具，但有限元分析（finite element analysis, FEA）、骨小梁分数（trabecular bone score, TBS）、基于DXA的三维形状建模、定量超声（quantitative ultrasound, QUS）、射频超声多光谱法（radiofrequency echographic multi-spectrometry, REMS）以及人工智能（artificial intelligence, AI）驱动的常规放射影像解读等单组件工具的进展，为骨强度、骨微结构和骨折风险提供了互补性的见解。其中一些方法提供了面积骨密度（areal bone mineral density, aBMD）之外的额外骨折风险指标，而另一些方法则能够在原本可能被遗漏的人群中实现低骨密度个体的机遇性识别。强有力的临床前研究数据和令人鼓舞的观察性数据支持这些技术的应用。尽管这些技术目前在临床实践中的应用程度随技术成熟度而异，但它们在患者诊疗路径的多个节点（从筛查到治疗反应监测）均具有评估骨折风险的潜在作用。随着这些技术应用的日益普及，监测其性能、评估实施的公平性以及评价这些工具在临床实践中的卫生服务效益将成为关键。
主体内容总结
引言
双能X线吸收测定法（DXA）在骨质疏松症的操作性定义及推动骨骼健康和脆性骨折领域发展中发挥了关键作用。然而，许多存在骨质疏松或脆性骨折风险的个体未能被及时识别、调查或监测。DXA扫描的可及性和可用性存在显著差异，加之操作人员培训不足以及报销和经费限制，提示仅靠DXA可能无法弥合骨质疏松症筛查和监测的缺口。在已建立的骨折联络服务中，高达30%的报告显示DXA可及性不足以满足患者临床需求。此外，机器校准、操作者依赖误差和报告不一致性等额外挑战，提示可能需要替代技术来推进骨折风险评估的影像学手段。
骨质疏松症通常通过DXA T评分≤?2.5的骨密度测定来定义，但许多髋部骨折发生在骨密度（BMD）未达到骨质疏松范围的个体中，提示单独的面积骨密度（aBMD）不足以指导治疗。因此，一系列方法应运而生，以补充常规DXA评估，反映骨折风险受骨结构、骨微结构和骨强度（作为骨质量参数）影响的事实。其中一些是多组件工具，包括骨折风险评估工具（FRAX）、Garvan和QFracture，这些工具将临床风险因素与影像或骨密度信息相结合，以估计5年或10年期间的骨折概率。其他工具则从单一模态衍生骨折风险预测变量，称为单组件工具，包括图像分析技术、基于超声的方法和人工智能（AI）方法，可在患者诊疗全程中使用。
非电离技术
电离辐射通过医学影像在人体解剖和组织评估中发挥核心作用。然而，尽管该技术具有益处，辐射也伴随潜在风险。非电离技术，包括各种超声技术，可避免这些风险，并为评估其他方面服务不足的人群提供机会。
定量超声（QUS） 是一种便携式、无辐射技术，通过声波与骨骼的相互作用评估骨特性。最成熟的应用涉及跟骨，其中宽带超声衰减、声速和复合硬度指数等参数反映密度、弹性和微结构的材料特性。过去二十年间积累的证据（包括大规模荟萃分析）表明，较低的QUS测量值（尽管在外周部位进行）与椎体、非椎体和髋部（中轴部位）骨折发生风险增加相关，且独立于DXA衍生的BMD。QUS的风险估计通常为每标准差下降1.6至2.3，与髋部BMD相似。这些关联在FRAX调整后仍然存在，提示QUS提供了BMD之外的骨折预测信息。
脉冲回波超声是一种QUS类型，在胫骨近端提供标准化皮质厚度测量，并产生与股骨颈和全髋BMD相关的密度指数。芬兰一项50–80岁女性的大型初级保健队列评估显示，使用脉冲回波超声生成多部位密度指数在识别DXA定义的骨质疏松症方面实现了高灵敏度（93.7%）和特异性（81.6%），阴性预测值接近99%。关键的是，将脉冲回波QUS整合到分诊路径中可将DXA转诊减少至约三分之一的参与者，凸显其作为高效一线评估工具以“筛除”骨密度正常个体的作用。芬兰一项卫生经济学成本效用分析发现，脉冲回波超声（单独使用或随后进行DXA）与仅DXA的护理路径相比持续节省成本；当扩展到人群水平筛查时，全国年节省估计在300万至480万欧元之间。
射频超声多光谱法（REMS） 是一种无辐射、便携式超声技术，评估中轴骨骼（包括腰椎、全髋和股骨颈）。发射器发射的超声指向目标部位，产生的背向散射波形经过B-mode重建和光谱分析，用于预测内部骨微结构测量值。获得的超声信号与来自年龄、生物学性别、BMI和解剖部位匹配人群的参考库信号进行比较，以衍生BMD测量值（包括T评分和Z评分）和脆性评分（骨微结构和质量的测量指标）。REMS报告的BMD当量基于校准研究，将这些超声衍生参数与同期获取的DXA测量相关联，而非直接测量aBMD。一项大型多中心欧洲绝经后女性研究（30–90岁）显示REMS与DXA值之间存在强相关性（腰椎BMD Pearson回归系数r=0.94，股骨颈BMD r=0.93）。意大利一项大型（n=1,516）前瞻性队列研究中，REMS T评分与5年脆性骨折发生率相关，腰椎测量值分类为骨质疏松者的骨折比值比为2.6（95% CI 1.77–3.76），股骨颈测量值为2.8（95% CI 1.80–4.39）。另一项队列研究（n=1,989）调查了REMS衍生脆性评分在女性和男性中预测5年骨折发生率的作用，结果显示REMS衍生脆性评分在女性（腰椎AUC 0.81，股骨颈AUC 0.78）和男性（腰椎AUC 0.78，股骨颈AUC 0.81）中均具有预测能力。腰椎REMS衍生脆性评分的脆性骨折发生比值比为9.2（95% CI 6.47–13.17），而股骨颈REMS衍生脆性评分的髋部骨折发生比值比为6.4（95% CI 2.89–14.06）。REMS的无辐射BMD评估使其可用于DXA辐射暴露会排除评估的个体（包括孕妇和儿童），且其便携性使无法前往DXA设施的人群（包括居家护理或无法离开住院病房者）也能接受评估。
骨微结构图像分析
BMD是骨骼健康的重要测量指标，提供骨“数量”的测量。然而，BMD不一定提供骨质量或骨在皮质或小梁隔室分布的信息。评估骨微结构的工具可解决这一问题。
骨小梁分数（TBS） 是一种DXA衍生的灰度变异纹理分析，提供腰椎小梁微结构的间接测量，通过将3D尸体人骨的2D图像特征相关联而开发。早期研究（主要针对绝经后女性）显示，有椎体或主要骨质疏松性骨折史的患者TBS较低。椎体骨折的比值比在TBS每标准差下降1.3至2.0之间。加拿大马尼托巴省一项大型（29,000名女性）人群研究支持这些发现，TBS独立于腰椎BMD预测主要骨质疏松性骨折，每标准差风险比为1.20至1.40。一项超过17,000名参与者的荟萃分析证实，较低的TBS持续与较高骨折风险相关，风险梯度为1.44（95% CI 1.35–1.53）。TBS纳入FRAX的评估在2,500至50,000人的研究中显示，尽管TBS调整总体AUC增加较小，但使5–15%的个体跨越治疗阈值，表明TBS可对临床决策产生有意义的影响。在2型糖尿病研究中，TBS独立于BMD预测椎体骨折，决策树分析在椎体骨折分类层级中将TBS置于BMD之前。在类风湿关节炎中，样本量为100–300人的研究显示TBS以每标准差1.6至2.9的比值比预测椎体骨折。中轴型脊柱关节炎患者的分析产生更大效应，比值比超过5.0。在慢性肾脏病中，样本量达1,426人的成人研究显示TBS独立于BMD和FRAX预测主要骨质疏松性和髋部骨折。
有限元分析（FEA） 起源于机械和航空航天工程，通过将物体划分为多个相互连接的小单元来估计复杂结构对外部载荷的响应。当应用于骨骼时，相同原理使研究者能够利用影像数据提供材料属性和几何信息，模拟骨骼组织在生理或损伤性载荷下的行为。基于DXA的FEA可能是最具可扩展性的方法。加拿大马尼托巴BMD登记处（13,978名参与者）中，基于DXA的FEA衍生骨折风险指数独立于DXA BMD、FRAX或髋轴长度预测髋部、主要骨质疏松性和非髋部主要骨质疏松性骨折，髋部骨折每标准差风险比为1.26（95% CI 1.07–1.48）。英国和美国一项1,941名参与者的研究（668例髋部骨折）中，FEA参数每标准差下降的髋部骨折风险比为2.21（95% CI 1.95–2.50），股骨颈BMD为2.04（95% CI 1.79–2.32），表现与DXA相当或略优。基于定量CT（QCT）的脊柱和髋部FEA与更大的骨折预测效应量相关。研究提出“脆性骨强度”阈值的概念，表明骨折更可能发生的极限值（脊柱：女性≤4,500 N，男性≤6,000 N；髋部：女性≤3,000 N，男性≤3,500 N）。高分辨率外周定量CT（HR-pQCT）提供外周部位（包括桡骨远端和胫骨）皮质和小梁骨微结构的3D评估，FEA可在此影像模态背景下使用。瑞士一项740名绝经后女性的大型前瞻性研究中，5年随访后，将桡骨微结构或失效载荷添加到股骨颈aBMD中改善了骨折发生预测（主要骨质疏松性骨折AUC从0.695提高至0.760，P=0.022）。
