Einleitung: Die Osteoporose ist eine systemische Stoffwechselerkrankung des Knochengewebes, die durch eine verminderte Knochendichte und eine veränderte Knochenarchitektur zu einem erhöhten Risiko für Frakturen führt. Die Standardmethode zur Diagnostik ist u.a. die Dual Energy X-Ray Absorptiometry (DXA), welche als Projektionsverfahren und der Messung von nur einem Parameter viele Nachteile besitzt. Ziel dieser Arbeit ist der Vergleich der klinischen Untersuchungsmethoden DXA und High Resolution CT (HRCT) mit dem invasiven Goldstandard, dem MicroCT.
Methodik: In einer prospektiven Studie wurden in einer Fraktur- und einer Kontroll-Gruppe präoperativ eine DXA-Messung und eine HRCT an der Lendenwirbelsäule durchgeführt. Nach der intraoperativen Entnahme von Wirbelkörperstanzbiopsien erfolgte die Messung im MicroCT. Die Knochenmineraldichte aus der DXA und weitere Struktur- und Texturparameter aus der HRCT wurden mit den MicroCT- Parametern verglichen.
Ergebnisse: Im Ergebnis der DXA erhielten mehr als die Hälfte aller Patienten aus der Fx-Gruppe eine völlig normale oder nur leicht reduzierte Knochenmineraldichte (KMD). In der anschließenden Korrelationsanalyse zwischen DXA und MicroCT konnte kein Zusammenhang gefunden werden. Die Analyse der Fx- und Ko-Gruppe des MicroCT-ergab deutliche Unterschiede in den Knochenstrukturparametern. Signifikante Parameter waren dabei Bone Volume/Total Volume (BV/TV), Trabekular Number (Tb.N), Connectivity Density (Conn.D.) sowie der Structure Model Index (SMI). Die Analyse des HRCT ergab zwischen beiden Gruppen signifikante Unterschiede in den Parametern BV/TV und der Trabekelseparation(Tb.Sp.) Mit den Bildern des HRCT wurde außerdem eine Texturanalyse durchgeführt. Hier ergaben sich in den Parametern Kontrast, Inverse Difference Moment, Entropy und Density signifikante Unterschiede. Die Struktur- sowie die Texturanalyse zeigte in Korrelation zum MicroCT jedoch keinen linearen Zusammenhang.
Schlussfolgerung: Weder DXA noch HRCT messen derzeit die wahre Qualität des Knochens. Der fehlende Bezug der DXA zum MicroCT sollte zu einem Umdenken in der breiten Anwendung und zu einer Korrektur in den Leitlinien führen. Eine korrekte Bestandsaufnahme des Zustandes des Knochens ist Voraussetzung für eine adäquate Therapie und prophylaktische Maßnahmen. Die Strukturparameter BV/TV, Tb.N., Conn.D. sowie der SMI wurden als aussagekräftige Qualitätsparameter erkannt und sollten in die diagnostische Beurteilung einfließen. In Zukunft könnten CT-Geräte, mit denen die Ermittlung dieser Strukturparameter möglich ist, mit höheren Auflösungen an die Ergebnisse der MicroCT herankommen, dazu bedarf es jedoch auch zukünftig mehr invasiver spinaler Biopsiestudien.
Introduction: Osteoporosis is a systemic bone disease. The risk of fractures is increased by reduced bone mineral density as well as altered bone architecture. The current standard method for diagnosing osteoporosis is Dual Energy X-Ray absorptiometry (DXA). But DXA has some disadvantages, e.g. it measures only one quantitative but no qualitative parameters. The goal of this dissertation is the comparison of the clinical evaluation method DXA and High Resolution CT (HRCT) with the invasive gold standard of MicroCT. Methods: As a prospective controlled study, we conducted preoperative DXA and HRCT scans for one group with and one group without fractures. The group without fractures served as the control group. After intraoperative removal of vertebral biopsies in the lumbar spine, MicroCT scans were conducted. Finally, we compared the different parameters of the DXA, HRCT and MicroCT. Results: More than half of the patients in the fracture-group showed normal or minimally reduced bone mineral density (BMD). The subsequent correlation analysis between DXA and MicroCT did not show correlation. The analysis of the MicroCT data of the fracture- and control-group found Bone Volume/ Total Volume (BV/TV), Trabecular Number (Tb.N.), Connectivity Density (Conn.D.) as well as Structure Model Index (SMI) to be the significant bone structure parameters. Both groups exhibited significant differences when comparing BV/TV and Trabecular Separation (Tb.Sp.) in HRCT. We also conducted a texture analysis of the pictures of the HRCT and found significant differences in the parameters Contrast, Inverse Difference Moment, Entropy and Density. Structure and texture analysis did not show any correlation to MicroCT. Conclusion: Neither DXA nor HRCT are valid methods to determine the true bone quality. The missing correlation between DXA and MicroCT invokes the need to rethink its usage and correction of the guidelines. The correct evaluation of the status of the bone structure is a prerequisite for adequate therapy and prophylactic treatment. The structural parameters of BV/TV, Tb.N., Conn.D. and SMI are valid parameters of the bone quality and should be considered for diagnostic evaluation. Future CT scanners with higher resolution could potentially show results comparable to MicroCT. To achieve this, additional invasive spinal biopsy studies are required.
