Knochendichtemessung

Als Knochendichtemessung, auch Osteodensitometrie, werden medizinisch-technische Verfahren bezeichnet, die zur Bestimmung der Knochendichte bzw. des Kalksalzgehaltes des Knochens dienen. Standard ist die Dual-Röntgen-Absorptiometrie (DXA), darüber hinaus gibt es aber weitere Verfahren wie die Quantitative Computertomographie oder eine standardisierte Ultraschalluntersuchung.^[1]

Das Verfahren dient zur Diagnose und Kontrolle einer Osteoporose und anderer Knochenstoffwechselstörungen mit erhöhtem Risiko eines Knochenbruchs. Hiervon sind vor allem Frauen nach den Wechseljahren, Männer über 50 Jahre, Raucher, Alkoholiker und Menschen mit Mangelernährung bzw. vermindertem Vitamin-D-Spiegel betroffen. Auch bestimmte Erkrankungen wie die Schilddrüsenüberfunktion oder Medikamente wie Kortikoide begünstigen den Substanzverlust der Knochen.

Die gebräuchlichen Verfahren zur Osteodensitometrie nutzen die dichteabhängige Schwächung von Röntgenstrahlen. Es gibt dedizierte Geräte, die entweder radioaktive Quellen oder Röntgenröhren einsetzen, oder die Untersuchung wird an Computertomographen ausgeführt.

Während bei herkömmlichen digitalen Röntgenverfahren lediglich eine Röntgenquelle eingesetzt wird, setzt das Dual-Röntgen-Absorptiometrie-Verfahren (engl. dual-energy X-ray absorptiometry, DXA oder DEXA) gleichzeitig zwei energetisch leicht unterschiedliche Röntgenquellen ein. Materialien mit unterschiedlicher Dichte zeigen in Abhängigkeit von der Energie der Röntgenstrahlung unterschiedliche Schwächungscharakteristiken. Für jeden Messpunkt im Röntgenbild existieren also beim DEXA-Verfahren zwei Schwächungswerte für die zwei eingesetzten Röntgenstrahlenergien. Dementsprechend können im Vergleich zum herkömmlichen Röntgenverfahren nicht nur die allgemeine Schwächung durch den gesamten Körper gemessen, sondern auch verschiedene Materialien genauer unterschieden werden.^[2] Wichtig hierfür ist ein möglichst großer Unterschied der jeweiligen Dichte.

Beim Einsatz am Menschen werden dabei drei Gewebearten unterschieden: Knochen-, Muskel- und Fettgewebe. Es stehen jedoch nur zwei Messwerte zur Verfügung. Um zwischen diesen zu unterscheiden, müssen zusätzliche Annahmen getroffen werden, die je nach Anwendungsgebiet zu mehr oder weniger großen Messfehlern führen.^[3] Das DXA-Verfahren eignet sich beispielsweise zur Bestimmung der Körperzusammensetzung aus Knochen-, Fett- und Muskelmasse. Es liefert keine Information über die dreidimensionale Geometrie des Messobjektes und somit keine Dichtewerte im physikalischen Sinne (SI-Einheit der Dichte: kg/m³), sondern eine flächenprojizierte Masse (SI-Einheit: kg/m², auch als Flächendichte bezeichnet).

Die quantitative Computertomographie (QCT, qCT) sowie die periphere quantitative Computertomographie (pQCT) sind Spezialformen der Computertomographie, einem bildgebenden Verfahren auf der Basis von Röntgenstrahlung. Bei herkömmlichen CT-Verfahren wird die exakte Dichte jedes einzelnen Volumenelementes (sogenanntes Voxel) nur als Grauwert ermittelt, der erst nach einer Kalibrierung als Knochendichtewert angegeben werden kann.

Im Gegensatz zur herkömmlichen CT bestimmt das QCT/pQCT-Verfahren die physikalische Dichte als Masse/Volumen jedes Voxels sehr genau.^[4] Um dies zu gewährleisten, muss das Messsystem Nichtlinearitäten und Drifts von Röntgenröhre und Röntgendetektoren während der Messung aufwändig kompensieren.^[2] Während QCT-Systeme in der Regel zur Messung des gesamten Körpers (Ganzkörperscanner) ausgelegt sind, beschränken sich die preisgünstigeren und kompakteren pQCT-Systeme auf die Peripherie, also beispielsweise Arme, Beine oder auch Kopf.

Zusätzlich zur präzisen Bestimmung der lokalen Knochendichte wird bei computertomographischen Verfahren auch die Knochengeometrie im Querschnitt erfasst. Aus der so ermittelten Kombination aus Materialeigenschaften (z. B. Dichte) und der Materialverteilung (Struktureigenschaften) über den Querschnitt lassen sich mechanische Parameter des Knochens, wie beispielsweise der Stress-Strain-Index (SSI) berechnen. Somit kann zusätzlich zur Knochendichte auch ein Maß für die mechanische Knochen-Festigkeit berechnet werden, die sich aus der Kombination von Materialeigenschaften, Geometrie und Richtung der Krafteinwirkung ergibt.

Im Gegensatz zum DXA-Verfahren (Dual-Energy X-ray Absorptiometry), das eine flächenprojizierte Masse (kg/m²) misst, geben QCT/pQCT-Verfahren die physikalische Dichte (kg/m³) jedes Volumenelements (Voxel) an.^[5] Die Messwerte aus QCT/pQCT-Verfahren bilden relativ genau mechanische Parameter wie beispielsweise die Knochenfestigkeit oder Biegefestigkeit ab.^[6][7][8] Zudem lässt sich beim QCT/pQCT Verfahren auch der Mineralgehalt der unterschiedlichen Knochenbestandteile wie Kortikalis (Knochenwand) und Spongiosa (schwammartige Struktur im Inneren des Knochens im gelenknahen Bereich, aufgebaut aus sog. Trabekeln) getrennt analysieren. Aufgrund der erhöhten Knochenstoffwechsel-Funktion im Bereich der Spongiosa sind krankhafte Veränderungen, wie sie beispielsweise bei Osteoporose auftreten, früher und deutlicher zu erkennen als bei der im DXA-Verfahren effektiv durchgeführten Mittelung über den gesamten Knochenquerschnitt.^[9] Die Zusammensetzung des Körpers (Muskel-, Fett- und Knochenmasse) kann hingegen nur lokal und nicht wie beim DXA/DEXA-Verfahren über den gesamten Körper hinweg bestimmt werden.

Bei der pQCT wie auch DXA wird in etwa dieselbe Strahlendosis von etwa 1–2 μSv eingesetzt.^[10] Die (zentrale) QCT arbeitet mit erheblich höheren Strahlendosen (25–360 μSv).^[11] Die jährliche natürliche Hintergrundbelastung beträgt etwa 2400 μSv,^[12] die Belastung durch einen Transatlantikflug liegt bei etwa 50 μSv.^[13]

Spezielle Ultraschall-Geräte, die aufgrund der Laufzeiten und Reflexionen des Schalls in den Extremitäten auf die Knochendichte schließen, sind ebenfalls verfügbar. Ihre Brauchbarkeit für diesen Zweck ist jedoch umstritten.

Die verschiedenen Methoden und Geräte sind nicht untereinander vergleichbar. Darum sollten im Befund keine absolute Dichte (außer in der qCT oder pQCT) oder Flächendichte angegeben werden, sondern die Abweichungen vom (geschlechtsspezifischen) Normalen in Vielfachen einer Standardabweichung (als sogenannter t-Wert, engl. t-score, Größe der Dimension Zahl).

Nach der gültigen Definition der WHO liegt eine Osteoporose vor, wenn der Messwert der Knochendichtemessung mindestens 2,5 Standardabweichungen unter dem Durchschnitt der geschlechtsgleichen 30-jährigen Gesunden (peak bone mass) liegt, d. h., ein t-Wert ≤ –2,5 vorliegt. Zwischen –1 und –2,5 Standardabweichungen wird von einer reduzierten Knochendichte, einer Osteopenie, gesprochen. Ab einem t-score Wert von −2,6 liegt eine deutlich reduzierte Knochendichte vor und es besteht eine erhöhte Knochenbruchgefahr Osteoporose.

Neben dem Bezug des t-Werts auf die peak bone mass einer jungen Vergleichspopulation wird oft der z-Wert angegeben, der einen Vergleich mit einer Population desselben Alters ausdrückt, ebenfalls als Angabe der Standardabweichungen unter dem Mittelwert.

In Deutschland sind etwa 800 Messplätze in Arztpraxen und Krankenhäusern verfügbar. Es ist umstritten, ob vergleichbar gute Voraussagen der Frakturgefahr auch ohne apparative Messung, nur aufgrund anamnestischer Informationen möglich sind. Vor dem Jahr 2000 wurden von Ärzten (nach Angaben der Gesetzlichen Krankenkassen) sehr viele Knochendichtemessungen ohne klaren Nutzen angefertigt und abgerechnet.

Die Kosten der Untersuchung wurden darum von der GKV seit dem 1. April 2000 nur noch getragen, wenn der Patient bereits einen Knochenbruch – ohne äußeren Anlass – erlitten hatte, und bei hochgradigem Verdacht auf eine Osteoporose (= verminderter Kalksalzgehalt). Privatpatienten und Selbstzahler zahlen nach der GOÄ (amtliche Gebührenordnung für Ärzte) zwischen 18 und 32 Euro sowie meist weitere Zuschläge.^[14] Dieser Betrag ist seit 1996 in den alten Bundesländern konstant geblieben, in den neuen Bundesländern durch Gebührenanpassungs-Verordnungen (GbAV) des Bundes erst zum 1. Januar 2007 dem Westniveau angeglichen worden.

Die Voraussetzungen, die erfüllt sein müssen, um eine Osteodensitometrie (Knochendichtemessung) zu Lasten der gesetzlichen Krankenversicherung (GKV) verordnen zu können, wurden im Februar 2013 wieder gelockert. Der Gemeinsame Bundesausschuss (G-BA) kam zu dem Ergebnis, dass die Osteodensitometrie dann zu Lasten der GKV erbracht werden kann, wenn aufgrund konkreter Befunde eine gezielte medikamentöse Behandlungsabsicht besteht. Als ein derartiger Befund gilt zwar weiterhin eine klinisch erkennbare Fraktur ohne adäquates Trauma, beispielsweise eines Wirbelkörpers. Eine solche Konstellation muss jedoch nicht mehr zwingend vorliegen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Messung der Knochendichte zum Zweck der Überprüfung der laufenden Therapie wiederholt werden soll.^[15]

• Primäre Knochendysplasie mit erhöhter Knochendichte

Wiktionary: Knochendichtemessung – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Julian Meßler: Zum Einfluss von Strontium auf die Knochendichtemessung und das Knochenmineral in vivo: mathematisch-theoretische Berechnungen und experimentelle Untersuchungen. Dissertation. Uni Bonn, Fachbereich Medizin, 2005. (online)

• S3-Leitlinie Prophylaxe, Diagnostik und Therapie der Osteoporose der Deutschsprachigen Wissenschaftlichen Osteologischen Gesellschaften (Dachverband der Deutschsprachigen Wissenschaftlichen Osteologischen Gesellschaften e. V.). In: AWMF online (Stand September 2023).
  • Leitlinie Osteoporose 2017. Dachverband Osteologie, 26. Januar 2018.
  • Leitlinie Osteoporose 2014. (historisch). Dachverband Osteologie, 13. November 2014, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 25. Mai 2018.

1. ↑ 5. Spezifische messtechnische Einzelrisikofaktoren | DVO Leitlinie Osteoporose 2023. Abgerufen am 23. Juli 2024 (deutsch). 
2. ↑ ^{a b} W. A. Kalender: Computed Tomography - Fundamentals, System Technology, Image Quality, Applications. 2. Auflage. Publicis, ISBN 3-89578-216-5, 2005.
3. ↑ P. Schneider, C. Reiners: Quantitative Bestimmung der Knochenmasse: heutiger Stand und Fallstricke der Methoden. In: Med Welt. Band 49, 1998, S. 157–163.
4. ↑ H. Sievänen, I. Vuori: Peripheral Quantitative Computed Tomography in Human Long Bones: Evaluation of in Vitro and in Vivo Precision. In: J Bone Miner. Res. Vol. 13, 1998, S. 871–882. PMID 9610752.
5. ↑ M. B. Leonard, J. Shults, D. M. Elliot, V. A. Stallings, B. S. Zemel: Interpretation of whole body dual X-ray absorption measures in children: comparison with peripheral quantitative comuted tomography. In: Bone. Vol. 34, 2004, S. 1044–1052.
6. ↑ T. Jämsä, P. Jalovaara, Z. Peng, H. K. Väänänen, J. Tuukkanen: Comparison of three-point bending test and peripheral quantitative computed tomography analysis in the evaluation of the strength of mouse femur and tibia. In: Bone. 23(2), Aug 1998, S. 155–161. PMID 9701475.
7. ↑ H. Schießl, J. Willnecker: New insights about the relationship between bone strength and muscle strength. Paediatric Osteology, Proceedings of the 2nd International Workshop, Cologne, Germany, 3-5 October 1997, New aspects of bone and muscle diagnostics
8. ↑ H. Schießl, H. M. Frost, W. S. S. Jee: Estrogen and Bone-Muscle Strength and Mass Relationships. In: Bone. Vol. 22, 1998, S. 1–6. PMID 9437507.
9. ↑ P. Schneider u. a.: Stellenwert zweier unterschiedlicher Knochendichtemessmethoden zur Bestimmung des Mineralgehalts am peripheren und axialen Skelett. In: Z. Orthop. Vol. 130, 1992, S. 16–21.
10. ↑ M. J. Braun u. a.: Clinical evaluation of a high-resolution new peripheral quantitative computized tomography (pQCT) scanner for the bone densitometry at the lower limbs. In: Physics in Medicine and Biology Vol. 43, 1998, S. 2279–2294. PMID 9725604.
11. ↑ C. F. Njeh u. a.: Radiation exposure in bone mineral density assessment. In: Appl Radiat Isot. 50, 1999, S. 215–236. PMID 10028639.
12. ↑ United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, "UNSCEAR 2000 Report to the General Assembly—Volume 1"; 2000.
13. ↑ United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, "UNSCEAR 2000 Report to the General Assembly—Annex B: Exposures from natural radiation sources", 2000.
14. ↑ Ist die Knochendichtemessung sinnvoll? 18. Oktober 2023, abgerufen am 5. September 2024 (deutsch). 
15. ↑ Knochendichtemessung künftig bei weiteren Indikationen Kassenleistung, Pressemeldung des G-BA vom 21. März 2013.