GLI ESAMI PER DEFINIRE LA DENSITÀ MINERALE OSSEA: QUANDO, DOVE, PERCHÉ. Giuseppina Resmini

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1 GLI ESAMI PER DEFINIRE LA DENSITÀ MINERALE OSSEA: QUANDO, DOVE, PERCHÉ Giuseppina Resmini

2 L osteoporosi è una malattia sistemica caratterizzata da una riduzione della massa ossea ed una alterazione della microarchitettura dell osso stesso che determinano un aumento della fragilità scheletrica e del rischio di fratture. REPORT W.H.O CONSENSUS CONFERENCE 2001

3 STIMA DEL RISCHIO DI FRATTURA Quantificare il rischio di frattura di un soggetto è addirittura più importante della stessa diagnosi di osteoporosi in quanto determina l opportunità o meno di un intervento terapeutico Gatti D., Adami S.; GIBIS YEARBOOK 2011; Capitolo 8 : Stima del rischio di frattura e soglia di intervento terapeutico; 79-86

4 CENNI STORICI Il primo sistema a disposizione del clinico per la valutazione in vivo della massa ossea è stato l'esame radiografico, con il quale si potevano azzardare solamente delle conclusioni di massima circa la mineralizzazione del segmento osseo in esame, giacché la certezza della sua riduzione poteva aversi solamente quando almeno il 30% della massa ossea fosse andata perduta.

5 DENSITOMETRIA OSSEA E RISCHIO DI FRATTURA L indagine densitometrica consente di misurare, in modo abbastanza accurato e preciso, la massa ossea e rimane il miglior fattore predittivo di rischio di fratture osteoporotiche Tecniche di valutazione della massa ossea: DXA QUS QCT RMN La DXA fornisce la miglior stima per il rischio di frattura in donne in post-menopausa. SIOMMMS. Linee guida per la diagnosi, prevenzione e terapia dell osteoporosi. 2012

6 SITI DI STUDIO DELLA DENSITOMETRIA OSSEA Siti Centrali Colonna Femore Siti Periferici Avambraccio Falangi Calcagno

7 MISURAZIONE DELLA DENSITÀ OSSEA MEDIANTE DENSITOMETRIA OSSEA A RAGGI X (DXA) La densitometria ossea utilizza una piccolissima dose di raggi X per stabilire quanti grammi di calcio ed altri minerali sono presenti nel segmento osseo esaminato

8 MISURAZIONE DELLA DENSITÀ OSSEA MEDIANTE DENSITOMETRIA OSSEA A RAGGI X (DXA) Fra i differenti tipi di strumentazione disponibili, la DXA è attualmente la più utilizzata. Il tempo necessario per l'indagine è di circa 5 minuti, non è in alcun modo dolorosa e non c'è bisogno di particolari preparazioni dietetiche o farmacologiche. Al termine della procedura il paziente può quindi riprendere normalmente le comuni occupazioni. L'unica accortezza è di rimandare di qualche giorno la densitometria in caso di recente sottoposizione ad un esame scintigrafico o radiologico con mezzo di contrasto baritato (la valutazione in merito è di competenza dello specialista in medicina nucleare). Prima dell'esame, inoltre, andranno rimosse dal campo di esplorazione parti metalliche come monete, fibie, orologi, braccialetti e simili. I segmenti scheletrici studiati dalla densitometria ossea variano in relazione alle caratteristiche del paziente; in generale viene valutato il tratto lombare del rachide nelle donne di età <65 anni e del collo del femore in quelle più anziane e/o con patologie del rachide. A volte, l'esame può essere condotto su entrambi i segmenti o a livello del radio (avambraccio).

9 T-SCORE E CORRELAZIONE CON IL RISCHIO DI FRATTURA Categoria T-score Rischio di diagnostica frattura Normale >-1 Basso Osteopenia Da -1 a - 2,5 Medio (2-5) Osteoporosi <-2,5 Alto (>5) Osteoporosi severa (presenza di frattura osteoporotica) <-2,5 + frattura osteoporotica Molto alto (>10, almeno 2 volte superiore a quello dell osteoporosi) Il rischio relat ivo di frat t ura aument a di 1,5-3 volt e per ogni riduzione di una deviazione st andard del T-score ( 3) 1.-Report of a WHO study group World Health Organ Tech Rep Ser. 1994;843:1-129; 2. Kanis J.A. et al.; Osteoprorosis Int 1994; 4: ; 3. SIOMMMS. Linee guida per la diagnosi, prevenzione e terapia dell osteoporosi. 2012

10 BMD T-SCORE E RISCHIO DI FRATTURA Aumento esponenziale del rischio per valori di T-score <-2,5 SD 1.-Report of a WHO study group World Health Organ Tech Rep Ser. 1994;843:1-129; 2. Kanis J.A. et al.; Osteoprorosis Int 1994; 4:

11 MASSA OSSEA T- SCORE: POPOLAZIONE DI RIFERIMENTO = SOGGETTI GIOVANI-SANI SD Media T-SCORE = -3,0 Picco massa ossea SD ETÀ

12 Z - SCORE: POPOLAZIONE DI RIFERIMENTO = SOGGETTI STESSA ETÀ SD Media - 1 SD Z = -2,0 Z = 0 Z = +0, ETÀ

13 RISCHIO RELATIVO DENSITÀ OSSEA E RISCHIO DI FRATTURA Watts, ASBMR DS T-SCORE

14 RISCHIO RELATIVO DENSITÀ OSSEA E RISCHIO DI FRATTURA Watts, ASBMR DS T-SCORE

15 RISCHIO RELATIVO DENSITÀ OSSEA E RISCHIO DI FRATTURA Watts, ASBMR DS T-SCORE

16 RISCHIO RELATIVO DENSITÀ OSSEA E RISCHIO DI FRATTURA Watts, ASBMR DS T-SCORE

17 FRATTURE OSTEOPOROTICHE E DENSITÀ MINERALE OSSEA (BMD) Siris ES et al. Arch Intern Med 2004

18 T-SCORE: SIGNIFICATO DIVERSO IN FUNZIONE DELL ETÀ Lo stesso T-score mostra diversi significati prognostici a età differenti L età contribuisce sul rischio di frattura, indipendentemente dalla BMD Correlazione fra la BMD del collo femorale, espressa come T-score, e la probabilità di frattura femorale a 10 anni in relazione all età in una coorte di donne 1. Hernlund E. et al.; Arch Osteoporos 2013; 8: 136; 2. 2.Gatti D., Adami S.; GIBIS YEARBOOK 2011; Capitolo 8 : Stima del rischio di frattura e soglia di intervento terapeutico; 79-86

19 PROBABILITÀ (%) A 10 ANNI DI FRATTURA VERTEBRALE CLINICA IN DONNE SVEDESI IN RELAZIONE ALL ETÀ ED AL T-SCORE DEL FEMORE Età (anni) T-score ,0-2,5-3,0-4,0 50 0,4 0,6 1,1 2,0 2,6 3,5 6,1 55 0,4 0,7 1,4 2,5 3,4 4,6 8,3 60 0,6 1,0 1,9 3,4 4,6 6,1 11,0 65 0,8 1,4 2,6 4,7 6,2 8,3 14,6 70 0,8 1,6 2,9 5,5 7,4 10,0 18,0 75 0,7 1,3 2,5 5,0 6,9 9,5 17,9 80 0,7 1,2 2,4 4,6 6,3 8,7 16,1 85 0,6 1,1 2,1 4,0 5,5 7,5 13,6 Kanis JA et al. J Bone Miner Res 2004 modif

20 PROBABILITÀ (%) A 10 ANNI DI FRATTURA VERTEBRALE CLINICA IN DONNE SVEDESI IN RELAZIONE ALL ETÀ ED AL T-SCORE DEL FEMORE Età (anni) T-score ,0-2,5-3,0-4,0 50 0,4 0,6 1,1 2,0 2,6 3,5 6,1 55 0,4 0,7 1,4 2,5 3,4 4,6 8,3 60 0,6 1,0 1,9 3,4 4,6 6,1 11,0 65 0,8 1,4 2,6 4,7 6,2 8,3 14,6 70 0,8 1,6 2,9 5,5 7,4 10,0 18,0 75 0,7 1,3 2,5 5,0 6,9 9,5 17,9 80 0,7 1,2 2,4 4,6 6,3 8,7 16,1 85 0,6 1,1 2,1 4,0 5,5 7,5 13,6 Kanis JA et al. J Bone Miner Res 2004 modif

21 PROBABILITÀ (%) A 10 ANNI DI FRATTURA VERTEBRALE CLINICA IN DONNE SVEDESI IN RELAZIONE ALL ETÀ ED AL T-SCORE DEL FEMORE Età (anni) T-score ,0-2,5-3,0-4,0 50 0,4 0,6 1,1 2,0 2,6 3,5 6,1 55 0,4 0,7 1,4 2,5 3,4 4,6 8,3 60 0,6 1,0 1,9 3,4 4,6 6,1 11,0 65 0,8 1,4 2,6 4,7 6,2 8,3 14,6 70 0,8 1,6 2,9 5,5 7,4 10,0 18,0 75 0,7 1,3 2,5 5,0 6,9 9,5 17,9 80 0,7 1,2 2,4 4,6 6,3 8,7 16,1 85 0,6 1,1 2,1 4,0 5,5 7,5 13,6 Kanis JA et al. J Bone Miner Res 2004 modif

22 DENSITOMETRIA OSSEA (DXA) VANTAGGI Gold standard Accuratezza e precisione Standardizzazione del dato Precisione long-term Multisito e multifunzionale Velocità di esecuzione Facile utilizzo Poco invasivo SVANTAGGI Visualizzazione su un solo piano Solo misure quantitative Costo medio Ingombro

23 NON SOLO DENSITOMETRIA OSSEA MORFOMETRIA Anticipa lo stato dell arte nel rischio di frattura. Acquisizione dell immagine sull intera colonna (T4-L4) in meno di 10 secondi e con una dose equivalente all 1% della dose (<10 Sv) utilizzata nelle normali lastre radiografiche. (Risoluzione spaziale: 0,25 x 0,9 mm)

24 NON SOLO DENSITOMETRIA OSSEA

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26 ULTRASONOGRAFIA OSSEA QUANTITATIVA (QUS)

27 ULTRASONOGRAFIA OSSEA Gli ultrasuoni sono vibrazioni meccaniche trasmesse attraverso i materiali

28 ULTRASUONI Gli ultrasuoni sono regolati dai principi fisici delle vibrazioni elastiche, in quanto sono di natura meccanica e si propagano attraverso un mezzo materiale. I parametri che li caratterizzano sono:

29 ULTRASUONI Gli ultrasuoni sono regolati dai principi fisici delle vibrazioni elastiche, in quanto sono di natura meccanica e si propagano attraverso un mezzo materiale. I parametri che li caratterizzano sono: Frequenza: numero di oscillazioni compiute nell unità di tempo (>20000 Hz = ultrasuoni)

30 ULTRASUONI Gli ultrasuoni sono regolati dai principi fisici delle vibrazioni elastiche, in quanto sono di natura meccanica e si propagano attraverso un mezzo materiale. I parametri che li caratterizzano sono: Frequenza: numero di oscillazioni compiute nell unità di tempo (>20000 Hz = ultrasuoni) Velocità di propagazione: dipende dalle proprietà elastiche del mezzo attraversato (osso 3360 m/s - grasso 1440 m/s - molle 1485 m/s)

31 ULTRASUONI Gli ultrasuoni sono regolati dai principi fisici delle vibrazioni elastiche, in quanto sono di natura meccanica e si propagano attraverso un mezzo materiale. I parametri che li caratterizzano sono: Frequenza: numero di oscillazioni compiute nell unità di tempo (>20000 Hz = ultrasuoni) Velocità di propagazione: dipende dalle proprietà elastiche del mezzo attraversato (osso 3360 m/s - grasso 1440 m/s - molle 1485 m/s) Lunghezza d onda: distanza successiva alla medesima fase oscillativa

32 ULTRASUONI Gli ultrasuoni sono regolati dai principi fisici delle vibrazioni elastiche, in quanto sono di natura meccanica e si propagano attraverso un mezzo materiale. I parametri che li caratterizzano sono: Frequenza: numero di oscillazioni compiute nell unità di tempo (>20000 Hz = ultrasuoni) Velocità di propagazione: dipende dalle proprietà elastiche del mezzo attraversato (osso 3360 m/s - grasso 1440 m/s - molle 1485 m/s) Lunghezza d onda: distanza successiva alla medesima fase oscillativa Intensità: potenza media per unità di area; è proporzionale al quadrato della frequenza

33 ULTRASUONI Gli ultrasuoni sono regolati dai principi fisici delle vibrazioni elastiche, in quanto sono di natura meccanica e si propagano attraverso un mezzo materiale. I parametri che li caratterizzano sono: Frequenza: numero di oscillazioni compiute nell unità di tempo (>20000 Hz = ultrasuoni) Velocità di propagazione: dipende dalle proprietà elastiche del mezzo attraversato (osso 3360 m/s - grasso 1440 m/s - molle 1485 m/s) Lunghezza d onda: distanza successiva alla medesima fase oscillativa Intensità: potenza media per unità di area; è proporzionale al quadrato della frequenza Impedenza acustica: è una misura della resistenza, ed è definita dal prodotto della densità del mezzo in cui l onda si diffonde per la velocità di propagazione.

34 OSTEO-ULTRASONOMETRIA NELL OSTEOPOROSI ( QUS ) Tessuto osseo come filtro che modifica le caratteristiche del segnale ultrasonoro: Normale Osteoporotico

35 OSTEO-ULTRASONOMETRIA NELL OSTEOPOROSI ( QUS ) Tessuto osseo come filtro che modifica le caratteristiche del segnale ultrasonoro: Normale Osteoporotico

36 SEDI DI MISURAZIONE Falange prossimale (II-V dito mano non dominante) Calcagno

37 ULTRASUONI PARAMETRI DI MISURA COMUNI

38 ULTRASUONI PARAMETRI DI MISURA COMUNI BUA (Broadband Ultrasound Attenuation): misura la perdita di energia degli ultrasuoni (db/mhz). L attenuazione può avvenire per assorbimento o dispersione.

39 ULTRASUONI PARAMETRI DI MISURA COMUNI BUA (Broadband Ultrasound Attenuation): misura la perdita di energia degli ultrasuoni (db/mhz). L attenuazione può avvenire per assorbimento o dispersione. SOS (Speed Of Sound): misura la velocità di attraversamento del tessuto osseo, ed è proporzionale alla resistenza elastica del mezzo attraversato dipendendo dal contenuto minerale e da quello proteico.

40 ULTRASUONI PARAMETRI DI MISURA COMUNI BUA (Broadband Ultrasound Attenuation): misura la perdita di energia degli ultrasuoni (db/mhz). L attenuazione può avvenire per assorbimento o dispersione. SOS (Speed Of Sound): misura la velocità di attraversamento del tessuto osseo, ed è proporzionale alla resistenza elastica del mezzo attraversato dipendendo dal contenuto minerale e da quello proteico. STIFFNESS (QUI): si ottiene attraverso la combinazione della SOS e del BUA correlati all età del paziente.

41 PARAMETRI ULTRASUONOGRAFICI AD-SoS Amplitude-dependent Speed of Sound UBPI Ultrasound Bone Profile Index Informazioni sulla quantità ossea: consistenza e contenuto minerale del tessuto osseo Informazioni sulla qualità ossea: elasticità e densità dell osso. Indica il rischio di frattura

42 DENSITOMETRIA OSSEA AD ULTRASUONI VANTAGGI Metodo non invasivo Velocità di esecuzione Costo contenuto Trasportabile Qualità dell osso Facile utilizzo Ingombro limitato

43 DENSITOMETRIA OSSEA AD ULTRASUONI VANTAGGI SVANTAGGI Metodo non invasivo Velocità di esecuzione Costo contenuto Trasportabile Qualità dell osso Facile utilizzo Ingombro limitato Diversità di apparecchiature Carenza dati di normalità Difficoltà di standardizzazione Precisione long-term Accuratezza Siti analizzabili Solo misure qualitative

44 QUANTITATIVE COMPUTED TOMOGRAPHY (QCT)

45 QUANTITATIVE COMPUTED TOMOGRAPHY (QCT) L'utilità di questo metodo sta nella sua capacità di fornire una immagine quantitativa e, attraverso di essa, una misurazione dell'osso trabecolare e corticale sia integrale che periferico.

46 QUANTITATIVE COMPUTED TOMOGRAPHY (QCT) L'utilità di questo metodo sta nella sua capacità di fornire una immagine quantitativa e, attraverso di essa, una misurazione dell'osso trabecolare e corticale sia integrale che periferico. Vengono effettuate scansioni trasversali dei corpi vertebrali (D12-L3) o del radio con due differenti spettri energetici ( kvp mA), e il differente assorbimento delle radiazioni incidenti viene valutato come variazione di una tonalità di scala di grigi arbitrariamente definita (scala di Hounsfield).

47 QUANTITATIVE COMPUTED TOMOGRAPHY (QCT) L'utilità di questo metodo sta nella sua capacità di fornire una immagine quantitativa e, attraverso di essa, una misurazione dell'osso trabecolare e corticale sia integrale che periferico. Vengono effettuate scansioni trasversali dei corpi vertebrali (D12-L3) o del radio con due differenti spettri energetici ( kvp mA), e il differente assorbimento delle radiazioni incidenti viene valutato come variazione di una tonalità di scala di grigi arbitrariamente definita (scala di Hounsfield). Viene utilizzato come parametro di riferimento dell assorbimento un fantoccio di idroxyapatite.

48 3D QCT: VALUTA LA GEOMETRIA OSSEA E LA DENSITÀ OSSEA TRABECOLARE E CORTICALE Trabecolare Corticale Anca Images courtesy of Dr. Thomas Lang, University of California, San Francisco Rachide

49 ARCHITETTURA TRABECOLARE IN VIVO CON PQCT AD ALTA RISOLUZIONE Tibia Radio Premenopausa XtremeCT, Scanco Osteopenia postmenopausa ~ 80 μm 3 dimensioni voxel ~ 3 min tempo di scansione, <4 μsv Solo radio distale e tibia Riproducibilità: densità: 0,7 1,5% * μ architettura: 1,5 4,4% * * Boutroyet al. J Clin Endocrinol Metab. 2005; 90: Osteoporosi postmenopausa Osteoporosi grave postmenopausa

50 ANALISI DI ELEMENTI FINITI BASATA SU TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA QUALITATIVA FEA è un metodo consolidato per l analisi di strutture complesse Integra informazioni geometriche e relative alla densità derivanti dalla scansione QCT per fornire le misure della resistenza ossea Low High Courtesy of Tony Keaveny In alcuni casi, più fortemente associata alla resistenza ossea complessiva nei cadaveri rispetto a DXA Faulkner et al, Radiology 1991; Keyaket al, J Biomechanics 1998; Pistoia, Bone 2002; van RietbergenJBMR 2003; Crawford et al, Bone 2003 L Joseph Melton III, et al J Bone Miner Res 2007

51 QUANTITATIVE COMPUTED TOMOGRAPHY (QCT) VANTAGGI Capacità di misurare la struttura ossea Vera ricostruzione 3D per Informazioni morfologiche Multifunzionale

52 QUANTITATIVE COMPUTED TOMOGRAPHY (QCT) VANTAGGI SVANTAGGI Capacità di misurare la struttura ossea Vera ricostruzione 3D per Informazioni morfologiche Multifunzionale Errori di precisione (numerose variabili) Elevata dose incidente ( Sv) Tempi di scansione lunghi Elevati costi di gestione Tecnica complessa

53 RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE L applicazione della risonanza magnetica, tuttora sperimentale, nello studio della densitometria ossea può fornire informazioni quantitative e qualitative dell osso.

54 RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE L applicazione della risonanza magnetica, tuttora sperimentale, nello studio della densitometria ossea può fornire informazioni quantitative e qualitative dell osso. Il dato si ottiene applicando, ad un campo magnetico statico di elevata intensità, un impulso RF a 90 rispetto all asse di magnetizzazione, abbinato ad un gradiente di campo per evidenziare tessuti interessati.

55 RMN AD ELEVATA RISOLUZIONE: VALUTA L ARCHITETTURA TRABECOLARE Polso Caratteristiche della RMN Non invasiva No raggi X 3D reale Piano di scansione obliquo Scanner clinici Tempo immagine: minuti ~ 150x150x300μm, 60x60x100μm Tibia Newitt et al, 2002 Wehrli et al 2001 Diversa struttura trabecolare in 2 donne con densità minerale ossea simile

56 RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE VANTAGGI Dati qualitativi e quantitativi Vera ricostruzione 3D per informazioni morfologiche Multifunzionale Non invasivo

57 RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE VANTAGGI Dati qualitativi e quantitativi Vera ricostruzione 3D per informazioni morfologiche Multifunzionale Non invasivo SVANTAGGI Bassa casistica Tempi di scansione lunghi Elevati costi di gestione Tecnica complessa

58 MINISTERO DELLA SALUTE DIPARTIMENTO DELLA QUALITÀ DIREZIONE GENERALE DELLA PROGRAMMAZIONE SANITARIA Individuazione dei criteri di Accesso alla Densitometria Ossea In riferimento a quanto previsto dall allegato 2B del Decreto del Presidente del Consiglio dei Ministri 29 novembre 2001 recante Definizione dei livelli essenziali di assistenza. I

59 CHI DEVE SOTTOPORSI A DENSITOMETRIA OSSEA? donne di età >65 anni e uomini con più di 70 anni Menopausa precoce (<45 anni) fattori costituzionali che predispongono all'osteoporosi (donne in pre e postmenopausa con indice di massa corporea <19 kg/m², longilinee, sedentarie con massa muscolare ridotta) importanti carenze alimentari (inadeguata assunzione di calcio e vitamina D) sintomi che suggeriscono la presenza di osteoporosi: diminuzione di statura superiore a 3 cm, incurvatura della colonna vertebrale o frattura causata da un lieve incidente prolungati trattamenti (>3 mesi) con cortisonici a dosi elevate (>5 mg/die) o di altri farmaci osteopenizzanti (ad esempio antiepilettici, metotrexate, terapie immunosoppressive dopo trapianto d'organo) precedenti fratture non dovute a traumi di rilievo malattie che favoriscono la demineralizzazione ossea (ipercortisolismo - sindrome di Cushing, ipertiroidismo, insufficienza renale, iperparatiroidismo) familiarità fortemente positiva per osteoporosi fumo (più di 20 sigarette al giorno) abuso di alcool