Computergestützte quantitative Morphometrie von osteoporotischen Wirbelkörperhöhenminderungen im Vergleich mit der Knochendichtemessung durch die quantitative Computertomographie (QCT)

Abstract

Osteoporose kann in den westlichen Industrieländern zu den Volkskrankheiten gezählt werden. Wirbelkörperfrakturen und –sinterungen stellen eine der häufigsten Spätkomplikationen der Osteoporose dar. Hieraus ergibt sich der Wunsch nach einer frühzeitigen Diagnose der Osteoporose selbst und auch der osteoporotischen Fraktur, da letztere das Risiko, weitere Frakturen zu erleiden, erhöht. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob ein Zusammenhang zwischen einer prozentualen Höhenminderung über 20% (in dieser Arbeit als signifikante Höhenminderung/Fraktur definiert) und der Knochendichte besteht. Ferner wurde der Frage nachgegangen, ob dieser vermutete Zusammenhang quantitativ linear korreliert werden kann. Es wurden 303 Patienten (252 Frauen, 51 Männer, Altersdurchschnitt 70 Jahre) retrospektiv in die Untersuchung eingeschlossen. Bei diesen Patienten wurden in vorliegenden lateralen Röntgenaufnahmen der Wirbelsäule die Wirbelkörper (WK) Th4 bis L5 mittels quantitativer Wirbelkörpermorphometrie erfasst und ausgewertet. Die Knochendichte war zuvor durch eine quantitative Computertomographie (QCT) bestimmt worden. Eine Anamnese hinsichtlich osteoporotischer Risikofaktoren (kategorial und metrisch aufgebauter Fragebogen analog der Risiken der DVO-Leitlinien zur Osteoporose) ergab in der Gesamtheit ein osteoporotisches Patientenkollektiv mit signifikanten Zusammenhängen von Knochendichte (BMD) und Risikofaktor. Signifikante Wirbelkörperhöhenminderungen (WKH) ergaben sich bei 202 Patienten (66,6%) an insgesamt 567 signifikant höhengeminderten WK. Patienten mit signifikanter WKH hatten eine signifikant niedrigere BMD mit 55,88 mgHA/cm3 gegenüber 83,47 mgHA/cm3 in der Gruppe ohne signifikante WKH. Die Korrelationsberechnungen wiesen in unterschiedlichen Berechnungsmodellen keine lineare Beziehung zwischen den quantitativen Messwerten der QCT und der Morphometrie auf (Korrelationskoeffizient nach Pearson maximal: rP = - 0,31). Nicht-lineare, signifikante Zusammenhänge lassen sich jedoch nachweisen: Bei Patienten mit Höhenminderungen über 40% (Genant Score 3) liegt die BMD im Mittel bei 39,13 mgHA/cm3 und somit signifikant unter der BMD von Patienten mit Höhenminderungen von 25-40% (Genant Score 2), welche im Mittel bei 48,05 mgHA/cm3 liegt. Patienten mit Höhenminderungen von 20-25% (Genant Score 1) liegen mit dem BMD Mittelwert von 52,52 mgHA/cm3 oberhalb beider Gruppen. Hieraus ergibt sich, dass eine quantitative Korrelation zwischen BMD und morphometrisch bestimmter WKH nur schwach, ein nicht-linearer Zusammenhang jedoch signifikant gegeben ist. Die alleinige BMD-Messung oder Morphometrie bleibt nach den vorliegenden Ergebnissen der Kombination der Methoden unterlegen, da die Ergebnisse der Einzelmessungen zwar in Zusammenhang stehen, sich jedoch nicht quantitativ linear korrelieren lassen. Darüberhinaus bleibt neben der Knochendichtebestimmung eine visuelle Beurteilung des Röntgenbildes aus differenzialdiagnostischen Erwägungen immer erforderlich.

Osteoporosis can be considered as a widespread disease among western industrial nations. Vertebral fractures (significant vertebral height reductions) are known to be among the most common complications. This explains an urge for early diagnosis of osteoporosis and for an early recognition of vertebral fractures as they can lead to subsequent fractures. This work examines a supposed connection between significant vertebral height reduction (defined as height loss >20%) and bone mineral density (BMD). Furthermore was examined if this supposed connection can be quantified in a linear correlation. 303 patients (252 women, 51 men, mean age 70 years) were retrospectively included in the study. In these patients the shape of vertebral bodies Th 4 – L 5 in previously acquired lateral x-ray images of the spine were analyzed using computer assisted quantitative vertebral morphometry. The BMD was measured using quantitative computed tomography (QCT) beforehand. A survey on the patients osteoporotic risk factors (using a categorial and metric designed questionnaire analogue to risk factors described by the DVO consensus on osteoporosis) showed an overall osteoporotic collective with statistically significant relations between BMD and risk factors. 202 patients (66,6%) showed significant vertebral height reduction (VHR) in 567 height reduced vertebral bodies altogether. These patients also had a significantly lower BMD (55,88 mgHA/cm3) compared to the group without significant vertebral heigt reduction (83,47 mgHA/cm3). Different computations of correlations showed no linear connection between QCT and Morphometry (Pearson´s correlation coefficient at max.: rP = - 0,31). Non-linear significant connections can be shown in categorised patient groups: Patients with height reduction greater than 40% (Genant score 3) showed a significantly lower BMD (39,13 mgHA/cm3) compared to the group with height reduction of 25-40% (Genant score 2) with a mean BMD of 48,05 mgHA/cm3. Patients with height reduction of 20-25% (Genant score 1) have a significantly higher BMD (mean 52,52 mgHA/cm3) than both other groups. In conclusion a quantitative correlation between BMD and vertebral height reduction evaluated by quantitative vertebral morphometry is weak. On the other hand a non- quantitativ connection can be found at a statistically significant level. The sole measurement of either BMD or height reduction is in accordance to the results of this thesis considered to be inferior to the combination of the methods as the findings suggest a connection of both methods, but cannot be significantly expressed in a quantitative correlation. Furthermore a visual evaluation of the x-ray image remains an absolute necessity for differential diagnostic considerations apart from the measurement of the bone mineral density.