Provádí několika metodami
Biochemické ukazatele neměří vlastní stav kostí, usuzují na něj ze stavu procesu znovu-vytváření kostní hmoty. Dělí se na:
- ukazatele resorpce kostní hmoty a na
- ukazatele absorpce kostní hmoty
Vlastní měřiče kostí se dají rozdělit podle několika kritérií, např. na přístroje:
- axiální, které měří páteř, krček stehenní kosti, případně celé tělo a na přístroje
- periferní, které měří periferní místa, jako např. prst, zápěstí, patu nebo další kosti
Jiné dělení je na přístroje:
- rentgenové (DXA, Dual X-ray absorptiometry, duální rentgenové absorbometry), které měří hustotu kostí a
- ultrazvukové (QUS, Quantitative ultrasound, kvantitativní ultrazvuk), které měří různé parametry kostí,
na přístroje pro měření na:
- jednom určeném místě (single-site, téměř všechny periferní měřiče) a přístroje pro měření na
- více místech (multi-site).
Nevýhodou rentgenových přístrojů je nepřesnost měření v některých případech - usazování vápníku na povrchu obratlů ve vyšším věku, které ale nezvyšuje pevnost kosti,
závislost na velikosti kosti, stárnutí rentgenky, závislost na teplotě, nižší přesnost při opakování měření.
Přístroje je třeba denně kalibrovat, při výměně rentgenky však stejně dochází ke "skoku" ve výsledcích. Obsluha musí dbát na správné polohování pacienta, jinak hrozí zvýšení chyby měření.
Rentgenové přístroje mají vyšší pořizovací a provozní náklady, používá se rentgenové záření - jsou méně vhodné pro měření dětí vzhledem k závislosti na velikosti kostí,
neexistence srovnávací databáze, pro děti stresující prostředí.
Měření není vhodné u těhotných žen a tam, kde proběhlo jiné vyšetření s použitím radionuklidů nebo kontrastních látek.
Hlavně díky nákladnému vyšetření přístroj nelze používat pro screeningové vyšetření.
měří rychlost šíření a případně zeslabení ultrazvukové vlny, které závisejí na následujících parametrech kosti:
- hustotě kostí,
- tloušťce kortikální vrstvy,
- mikrostruktuře kosti a její
- elasticitě.
Rychlost šíření ultrazvukové vlny závisí na pevnosti prostředí, ve kterém se šíří - 330 m/s ve vzduchu, 1500 m/s ve vodě, 8000 m/s v kovu.
Ultrazvukové přístroje se dělí na přístroje, které měří:
- průchod ultrazvukové vlny přes kost (1. a 2. na obrázku níže) a na přístroje, které měří
- rychlost šíření ultrazvukové vlny podél kosti (SOS, Speed of sound, 3. na obrázku níže).
Průchodové ultrazvukové přístroje měří SOS a ultrazvukové zeslabení (BUA, AUA, Broadband Ultrasound Attenuation), výsledek je kombinací obou parametrů.
Ultrazvukové průchodové přístroje měří vždy pouze jedno místo - např. jen patní kost nebo jen prst.
Systém měření je:
- suchý (1. a 3. na obrázku výše) - vysílací a přijímací sonda se přímo dotýká měřené končetiny, kontakt zajišťuje gel; nebo
- mokrý (2. na obrázku výše) - končetina se ponoří do vany s kapalinou, sondy jsou zabudované ve stěnách.
Nevýhody ultrazvukových průchodových přístrojů je vliv měkké tkáně nad kostí, jejíž tloušťka má značný vliv na výsledek.
Ultrazvuková vlna se dále v kosti vzhledem k vnitřnímu tvaru nemusí šířit přímočaře, nelze tedy jednoznačně určit, jakou vzdáleností prošla.
Přesnost měření je nižší a přístroj tedy lze použít pouze k hrubému zjištění aktuálního stavu, nelze ale monitorovat vývoj léčby.
Měření je nepohodlné - musí se odkládat oděv, končetina se musí připravit, výsledek závisí na pozici končetiny.
Změřené hodnoty nesplňují kriteria Světové zdravotnické organizace (WHO), výrobci (většinou též výrobci rentgenových přístrojů) je tedy umísťují pouze do první linie,
kde je jejich úkolem zjistit zhruba stav kostí a pro podrobné vyšetření se pacienti odesílají na rentgenové vyšetření.
Přesnost měření neumožňuje přístroje použít pro opakovaná vyšetření pro zjištění vývoje nemoci.
Při měření rychlosti šíření ultrazvukové vlny v kosti podél povrchu kostí valná většina výše popsaných problémů odpadá.
Metoda spočívá v měření doby mezi vysláním a přijetím ultrazvukového impulsu, který se šířil pod povrchem kosti.
Vysílací i přijímací krystal je umístěný v hlavici sondy, takže má přesně definovanou vzdálenost
(u měření napříč kostí je vzdálenost přijímacího a vysílacího krystalu pokaždé jiná, protože musí respektovat tloušťku konkrétního měřeného místa).
Vyslaný impuls prochází měkkou tkání a pod tzv. kritickým úhlem vchází do kosti.
Podle Snellových zákonů dochází na rozhraní dvou prostředí (měkká tkáň, kost) k lomu vlny (ultrazvukové vlny) v závislosti na poměru rychlosti šíření vlny v obou prostředích.
Pokud je rychlost šíření v prvním prostředí nižší (měkká tkáň cca 1500 m/s) než v druhém (kost cca 4000 m/s), dojde k tzv. lomu "od kolmice"
(úhel mezi vlnou a rozhraním v prvním prostředí bude větší, než po průchodu do druhého prostředí).
Pokud bude úhel, pod kterým dopadá vlna v prvním prostředí tzv. "kritický", dojde k tomu, že vlna se v druhém prostředí bude šířit rovnoběžně s rozhraním.
Vlna z kosti vystupuje podle stejného principu opět pod kritickým úhlem a šíří se k přijímacímu krystalu.
Ultrazvuková vlna se nemusí nutně šířit směrem, který odpovídá kritickému úhlu, šíří se všemi směry.
Vlna, která se šíří pod kritickým úhlem a rovnoběžně s povrchem kosti (pod jejím povrchem, v kortikální vrstvě), však k cíli dospěje nejrychleji,
stačí tedy změřit první dopad na přijímací krystal - tím je zajištěno, že cesta ultrazvukové vlny proběhla po "lichoběžníku" (fialové cestě), kde zkosené strany mají "kritický" úhel.
Vlna, šířící se na druhou stranu než je přijímací krystal ke svému cíli nedospěje vůbec, vlna, která se šíří v měkké tkáni (červená cesta) má sice kratší dráhu, ale dospěje k cíli později,
protože měkká tkáň má pomalejší rychlost šíření ultrazvuku.
To se týká i vlny, která se šíří kostní dření (zelená cesta) - která má sice větší rychlost šíření než měkká tkáň, ale zase má delší dráhu.
Doba mezi vysláním a přijetím impulsu je zaznamenaná a vypočítá se z ní, jakou rychlostí se vlna v kosti šířila.
Princip výpočtu je tento: Rychlost šíření je podílem délky dráhy šíření a doby šíření.
Pokud bychom znali tloušťku měkké tkáně pod vysílacím krystalem a přijímacím krystalem a rychlost šíření v měkké tkáni,
mohli bychom při uvažování kritického úhlu při vstupu i výstupu z kosti a při známé vzdálenosti vysílacího a přijímacího krystalu zjistit délku dráhy šíření v kosti
a z poměru dráhy a doby tohoto šíření vypočítat rychlost šíření.
Máme tedy jednu rovnici o čtyřech neznámých (tloušťka tkáně na vstupu, na výstupu, rychlost v měkké tkáni "vS" a rychlost v kosti "vB").
Řešit lze však pouze soustavu rovnic o stejném počtu rovnic a neznámých. Počet rovnic zvýšíme tím, že budeme měření opakovat na stejném místě, ale s jinou vzdáleností krystalů.
Pokud zdvojíme vysílací i přijímací krystal, budeme schopni provést čtyři kombinace měření na stejném místě, které nám dá 4 rovnice
(např. vysílací krystaly a,b, přijímací c,d, provedeme kombinace měření: a-c, a-d, b-c, b-d).
Tento postup nám umožní naprosto eliminovat vliv tkáně nad kostí.
Účinnost eliminace tkáně nad kostí se experimentálně dokázala při pokusech na koních, kdy rozdíly měření na kosti s tkání a bez tkáně byly minimální.
Díky tomu je měření velice přesné a přesná je hlavně opakovatelnost měření, měření tedy lze použít k monitorování vývoje choroby a je velmi vhodné pro screeningová vyšetření.
Jediné omezení je to, aby při dané tloušťce měkké tkáně byla možnost pod kritickým úhlem dospět až ke kosti - to není splněno pouze u extrémně silné vrstvy tkáně.
Ze statistiky vyplývá, že systémem Omnisense se na konkrétním místě nedá vyšetřit max. 5% populace (na žádném anatomickém místě pouze 0,5% populace).
Sunlight Omnisense
Izraelská firma Sunlight vyrábí přístroj Omnisense 9000/MiniOmni, který pracuje na principu měření ultrazvukem (1,25 MHz) podél kostí.
Místa měření
V současné době lze měřit 4 anatomická místa (předloktí, prst, holenní kost, nártovou kost) pomocí 3 typů sond (lišících se podle použitého místa pouze délkou).
Přístroj je tedy jako jediný z ultrazvukových přístrojů typu "multi-site".
Multi-site měření
Měření multi-site oproti single-site nemá výhodu pouze v možnosti měřit na jiném anatomickém místě, pokud na původním místě z jistých důvodů nelze měření provést
(např. extrémní otok končetiny). Hlavní výhoda multi-site měření je ve značném zpřesnění diagnózy oproti měření na pouze jednom místě.
Ze statistických měření osteoporotických pacientů (tedy těch, kteří již utrpěli osteoporotickou zlomeninu, obsluha přístrojů však o tom nevěděla)
ultrazvukovou (Omnisense) i rentgenovou (DXA) metodou vyplývá, že přesnost stanovení diagnózy osteoporózy a osteopenie je výrazně lepší při měření více míst.
Omnisense měřil předloktí (radius) a prst (phalanx), DXA měřila páteř (spine) a krček stehenní kosti (hip).
Schopnost záchytu osteoporózy je zhruba stejná u měření na jednom místě u Omnisense oproti DXA.
Nejdůležitější jsou ty nejmenší sloupečky, tzv. falešně-negativní diagnózy - pacient má prokazatelně osteoporotickou zlomeninu a přístroj jej vyhodnotí jako zdravého
(při měření DXA páteře bylo procento falešně negativní diagnózy 11%, u měření ultrazvukem na předloktí 8%).
V tomto případě se provádělo multi-site měření. Každý pacient byl diagnostikován systémem DXA na páteři a krčku stehenní kosti - z těchto dvou měření se vzal ten horší výsledek
(s pro pacienta horší diagnózou) a na přístroji Omnisense - R znamená předloktí (radius), P je prst (phalanx) a M je nárt (metatarsal).
V tomto multi-site srovnání bylo procento falešně negativní diagnózy u DXA 6% a při měření Omnisense na předloktí a prstu bylo procento falešně negativní diagnózy pouhé 1%.
Statisticky je tedy rozlišení a záchyt osteoporózy při Sunlight měření stejný nebo dokonce lepší než na DXA.
Měření velkých počtů lidí prokázalo, že lidé, kteří již utrpěli osteoporotickou zlomeninu, mají podstatně nižší rychlost šíření ultrazvuku v kostech, než zdraví lidé.
Tato rychlost se dokonce liší i v jiných kostech, než v těch, které byly zlomeny. Existuje např. značná korelace mezi zlomeninou krčku a sníženou rychlosti šíření ultrazvuku v předloktí.
V dané věkové skupině je průměrná hodnota měření osob bez fraktur oproti skupině s frakturami vždy vyšší o cca 0,5-1,0 směrodatné odchylky.
Obdobně se podle rychlosti šíření ultrazvuku dají dobře statisticky rozdělit skupiny žen v přechodu. Ty které užívají HRT (hormonální substituční terapii),
mají vyšší hladinu hormonů, vyšší rychlost šíření ultrazvuku a reálně zjištěné menší riziko zlomeniny vzhledem k ženám HRT neužívajícím.
Rozdíl těchto věkových skupin se zvětšuje s věkem.
Referenční databáze
Určování diagnózy se děje srovnáváním s databází zdravých lidí. Průměrné hodnoty měření u zdravých lidí daného věku nám dají referenční hodnotu, se kterou srovnáváme pacienta.
Statistická hodnota "směrodatná odchylka" (SD) této skupiny lidí (která určuje, jak velká fluktuace mezi hodnotami zdravých lidí může být) má pak vztah k definici prahu osteopenie
a osteoporózy.
Podle Světové zdravotnické organizace WHO se za osteoporózu považuje taková hodnota měření, která má T = -2,5 SD
(úbytek kostní hmoty o 2,5 a více standardní odchylky) a nižší hodnoty a za osteopenii se považuje hodnota v rozmezí T-skóre = -1 až -2,5.
T-skóre je hodnota srovnání měření pacienta v daném věku s maximální dosaženou hodnotou v životě (kolem 30-ho až 40-ho roku) průměrného zdravého člověka.
Jinými slovy - srovnává se aktuální měření pacienta s maximem (vrcholem křivky) referenční databáze. Její jednotka je směrodatná odchylka.
Čím nižší je hodnota, tím větší je riziko zlomeniny.
Z dlouhodobých pozorování se pak stanovilo, že pravděpodobnost osteoporózy je zhruba 50% u žen ve věku 70-80 let. Hodnota měření by měla být pro takovou průměrnou ženu tohoto věku kolem -2,5.
Tedy - graf referenční databáze by měl procházet hodnotou -2,5 ve věku 70-80 let.
Ve srovnávacím grafu níže vidíte, že DXA páteře (červený průběh) a referenční databáze Sunlight (fialový průběh) toto splňují.
DXA má sice vrchol ve věku kolem 30-ti let a Sunlight kolem 40 let, nicméně to je věk ne-příliš kritický pro vznik osteoporózy. Problematický věk začíná kolem 55-60 let,
kdy průměrná pevnost kostí - tedy průběh referenční databáze začne prudce klesat. V tomto období pak mají DXA páteře i Sunlight průběhy databází téměř shodné.
DXA krčku stehenní kosti (modrý průběh) má pak pozvolnější průběh a hranici -2,5 protíná ve věku kolem 90-ti let.
To možná souvisí s faktem, že fraktury krčku statisticky nejčastěji nastávají až ve věku přes osmdesát let, zatímco fraktury zápěstí nebo obratlů spíše dříve.
Žlutý graf ultrazvukového měřiče měřícího napříč patou suchým způsobem pak vykazuje od ostatních průběhů ve stáří odchylku.
Protnutí hodnoty -2,5 v grafu vůbec není a pokud bychom se pokusili průběh extrapolovat, došli bychom k věku kolem 110-120 let - což rozhodně neodpovídá realitě,
ani takovou databázi nelze získat, protože jedinců dožívajích se tohoto věku je velmi málo. Je tedy jasné, že kriteria WHO zde nemohou být splněna.
Pro hodnocení dětských pacientů se používá Z-skóre, což je obdoba T-skóre - srovnání měření pacienta v daném věku s průměrnou hodnotou měření stejně starých zdravých lidí.
Jinými slovy, srovnává se, zda je dané měření pacienta nad nebo pod křivkou referenční databáze.
Kladná hodnota, tedy měření nad křivkou, vypovídá o nadprůměrné hodnotě (pevnosti) kostí, měření pod křivkou vypovídá o podprůměrné hodnotě (pevnosti) kostí.
I Z-skóre má jednotku směrodatnou odchylku.
Směrodatná odchylka pak souvisí s velikosti rozptylu měření při získávání referenční databáze - pokud je rozptyl měření (například hodnot osob ve věku 53 let) příliš vysoký,
křivka pak klesá pomaleji a neprotne hodnotu nikdy - jako v případě patního ultrazvukového přístroje.
Přístroje, které jsou v měření přesné mají menší rozptyl a tím i menší směrodatnou odchylku.
Tato odchylka je zobrazena jako pruh kolem referenční databáze Sunlight ohraničený dvěma šedými čarami - tento pruh -
od nižší šedé čáry k vyšší šedé čáře se pak dá označit jako zóna normálnosti - ve které by se měla objevit měření valné většiny zdravých (normálních) osob.
V tomto případě je aktuální fialová hodnota měření
(pro porovnání jsou v grafu zobrazené i předchozí modré hodnoty měření z minulých let - aby se opticky jasně projevilo, zda léčba má efekt - zda měření stoupají a nebo ne)
pod černou křivkou, Z-skóre je tedy záporné, nicméně hodnota je velmi blízko černé křivce a je v pásmu normálnosti. Pokud si porovnáme tuto hodnotu s hodnotou ze stáří cca 56 let
(tu modrou víc vlevo), vidíme, že se hodnota zlepšuje absolutně jen málo, ale vzhledem k tomu, že na začátku léčby byla hodnota mimo pásmo normálnosti,
velmi vzdálená od průměrné hodnoty a dnešní hodnota se křivce velmi přiblížila, dalo by se tedy i laicky soudit, že pacientka velmi dobře reaguje na léčbu.
Přístroj Omnisense je jediný ultrazvukový přístroj, který kriterium WHO splňuje
Firma Sunlight provedla měření zdravé populace a získala srovnávací databáze pro všechna 4 anatomická místa, pro muže a ženy, pro dospělé od 20-ti do 90-ti let,
pro děti od 1 do 20-ti let a pro novorozence v gestačním věku 25 až 43 týdnů; všechny tyto databáze pro různé etnické skupiny: bělochy, asiaty, číňany, severoameričany a latinoameričany.
Kromě toho je možné ve "výzkumném (research) módu" vytvářet i vlastní srovnávací databáze pro určité skupiny obyvatel nebo pro nová anatomická místa.
Omnisense je tedy otevřený systém, do kterého lze jednoduše implementovat další databáze, buď od výrobce, pokud nové uvolní, nebo z vlastního výzkumu.
Velmi důležitá je funkce archivace starých měření pacienta a jejich srovnání při další návštěvě.
Omnisense jako jediný ultrazvukový přístroj má paměť všech měření všech pacientů a díky jeho přesnosti lze monitorovat vývoj choroby.
Nepřesnost (nebo lépe přesnost) opakování měření přístrojem Omnisense na předloktí činí 0,4% (precision = 0,40-0,81 % podle místa měření, accuracy = 0,25-0,50 % podle sondy),
takže změnu ve vývoji lze zachytit již za šest měsíců (celotělová DXA má nepřesnost 2%, nelze tedy zachytit vývoj choroby v období kratším než 2 roky).
Výsledek měření
Výsledkem měření je graf "normální" populace v závislosti na věku, ve kterém je vyznačeno aktuální měření, popř. všechna předchozí měření v grafické i v číselné podobě
(SOS, T-skóre, Z-skóre).
Vlastní měření je velmi jednoduché, na zvolené místo se přikládá malá sonda, pokrytá kontaktním gelem.
Při měření dětí lze zvolit na obrazovce animaci pohybujících se zvířátek, které dítě se zájmem sleduje a vyšetření si ani nevšimne.
Celé měření na jednom anatomickém místě zabere méně než 5 minut.
Obsluha vyžaduje pouze krátké zacvičení, samotné měření může provádět i méně kvalifikovaný personál (sestra).
Přístroj Omnisense 9000 je založený na bázi standardního PC počítače a systému Windows - se všemi archivačními a přenosovými výhodami, pro zobrazení se používá 19" TFT dotyková obrazovka.
Přístroj MiniOmni je pak ekonomické řešení připojitelné k počítači zákazníka.
Omnisense 9000/MiniOmni má v základní sestavě sondu CM pro měření na předloktí a holenní kosti a porovnávací databáze pro dospělé ženy a muže všech etnických skupin.
Přístroj lze rozšířit o další sondu CS pro měření na prstu a sondu CR pro měření na nártu, doporučená kombinace pro multi-site měření je CM + CS.
K programu pro dospělé (20-90 let) lze dokoupit i program pediatrický (1-20 let) nebo novorozenecký.
Pro výzkumné účely lze dodat i výzkumný (Research) program, který umožní tvorbu vlastních databází a vlastních měřených míst. Cena za Research program se stanovuje individuálně.