X线照片显示骨骼形态与结构
普通X线照片仍是代谢性骨病最常用的影像诊断方法及治疗效果的评价手段。有些代谢性骨病，如巨人症、肢端肥大症、原发性甲旁亢、骨质软化症、佝偻病、氟骨症、某些体质性骨病等在X线平片上具有特征性表现，平片结合临床症状和体征往往即能做出诊断。X线平片评价骨密度变化的敏感度和精确度均不高，当骨矿物质减少在10%以内时，平片无异常发现；骨矿物质减少在20%以内时，也难以做出肯定诊断；只有在骨量减少超过30%，甚至达50%以上时才有异常表现。另外，许多病因不同，异常代谢过程相似的疾病往往出现相同的骨密度（BMD）或骨形态变化，而同一疾病在不同的病理阶段又可能产生不同的X线影像表现。因此，同一X线平片的征象不一定与某一疾病对应，而可能对应于一组或几组疾病。此外，平片必须密切结合临床表现、各种生化或其他特殊检查，才能做出较正确的诊断。
DXA是骨密度测定的常用技术
骨量（bone mass）严格意义上来说，是指骨矿物质和骨基质的含量。由于骨组织的主要成分为矿物成分，且在活体骨骼上同时测量有机基质的含量十分困难，一般常用测量骨骼的骨矿含量（bone mineral content，BMC）和骨矿密度（bone mineral density，BMD）来反映骨骼的骨量变化。BMC是指被测量骨所含矿物质的总量；BMD是指被测量骨的BMC除以被测量骨的投射面积或体积所得到的面积BMD（areal BMD，aBMD）或体积BMD（volume BMD，vBMD），人们习惯上所称的BMD通常是指aBMD。骨量测量是诊断骨质疏松的最常用方法。
腰椎后前位（posteroanterior，PA；受试者仰卧时，X线从背部的床下发射，通过机体后，由C臂检测器测量）或前后位（anteroposterior，AP；腰椎正位）是DXA最常选择的测量部位。髋部（hip）测量实际上是测量近端股骨（proximal femur），但仪器厂商和国外大多数文献均称之为髋部。现在，继腰椎之后，髋部是一个最重要的测量BMD的骨骼部位。
双能X线骨密度吸收法（dual X-ray Absorptiometry，DXA）自1987年应用于临床以来，获得了广泛接受，是目前测定骨密度的主要方法。DXA测定部位包括腰椎、股骨近端、前臂、跟骨和全身骨骼。临床上，主要根据检查目的选择测量部位，但利用不同部位获得的BMD对骨质疏松的评价并不一致。通常，腰椎（前后位）和股骨近端是DXA测定的标准部位。腰椎BMD能敏感反映骨代谢变化和治疗疗效，而股骨BMD是预测股骨骨折的最合理指标之一。BMD每下降1个标准差，骨折风险增加1.5～3.6倍。但是，DXA测定腰椎（前后位）BMD常受被测定者自身情况影响，当患有脊柱退行性疾病、脊柱侧凸、脊柱椎体骨折或动脉钙化等情况时，腰椎（前后位）BMD出现误差。此时可以采用腰椎侧位BMD，这确实比腰椎正位BMD更可靠，但是高位髂骨翼、低位肋骨、退行性腰椎侧凸和相对较低的精确度限制了其应用。外周骨双能X线吸收法（peripheral dual X-ray absorptiometry，pDXA）能够测定前臂骨和跟骨密度。在某些特殊病例（如甲状旁腺亢进症）中，前臂和跟骨BMD更能反映疾病变化，因为这类疾病对于骨皮质的影响较骨松质更大。pDXA还存在着与中心DXA测量结果不符的问题，目前缺少相关的标准，使其应用受到限制。
DXA最大的缺点是其影像是二维投射影像，所获得的骨密度是面积骨密度（areal BMD，aBMD），不仅不能区分皮质骨BMD和松质骨BMD，而且易受骨骼尺寸和软组织密度改变的影响。骨骼尺寸较大但实际骨密度低的患者，可能被认为骨密度正常；而骨骼尺寸较小但是实际骨密度正常的患者，却有可能被诊断为低骨量。Hauge等分别使用DXA和QCT测量126例意外死亡者的第二腰椎（离体）骨密度（年龄0.2～95岁），在骨生长期（0～25岁），DXA的BMD随着年龄增长逐渐增高，而QCT的BMD相对恒定；25岁以后，DXA的BMD和QCT的BMD均随增龄而降低且两者平行。因此，QCT更适合于检测生长期儿童和青少年的BMD。其次，DXA对于骨折的预测具有特异性高、敏感性低的特点，并且依赖于诊断切点的选择。BMD正常并不意味着不发生脆性骨折，只是发生脆性骨折的风险较低；同样，TBMD≤2.5SD仅表明发生脆性骨折风险高而非骨折不可避免。在Kanis等的研究中，预计在未来10年内50岁骨质疏松女性患者中，脆性骨折发生率为45%，但是实际发生率却远低于预计值，而且96%的脆性骨折女性并没有罹患骨质疏松。因此，大规模DXA筛查刚绝经妇女并没有明显益处。
腰椎侧位测量
由于脊椎后1/3的棘突、横突和椎弓根富含皮质骨，骨松质的代谢速度是皮质骨的8倍，骨松质的骨量丢失早于皮质骨。腰椎侧位测量可排除脊椎后1/3部位，检测出早期的椎体骨丢失。测量腰椎侧位BMD的优点很多（下图）。第一，由于老年人有腹主动脉钙化及腰椎小关节的退行性变，这些干扰因素在进行前后位腰椎测量时不易排除，而侧位腰椎测量在一定程度上避免了这些影响。同时，进行腰椎侧位测量时，诸如椎间盘钙化、Schmorl结节（Schmorl node）及骨刺等均可除外。第二，椎体约60%是骨松质，也是易发生骨质疏松性压缩骨折的部位，而脊柱后1/3主要是皮质骨，在骨质疏松性压缩骨折中并不起重要作用。第三，随着增龄，皮质骨与骨松质的骨丢失是不同的，切除卵巢的妇女，椎体前1/3的骨丢失大约是整个椎体骨丢失的2倍。在人的一生中，椎体前部BMD约下降50%，而后部下降约25%。因此，椎体侧位BMD测量更能反映骨松质及椎体本身骨量的实际变化情况。
DXA和QCT测量骨密度
注：绝经后脊柱侧凸患者虽然二维DXA骨密度检测正常（A），但是QCT显示骨质疏松（B）
以Hologic QDR4500A骨密度测量仪为例，侧位腰椎的骨量测量是与前后位腰椎配对（相伴）进行的，即在前后位扫描测量的基础上结合侧位扫描测量，这样，可同时获得腰椎二维扫描的估算体积骨密度（vBMD），也称宽度调整BMD （WA-BMD）。腰椎侧位测量可获得各椎体中间区和各椎体整体的骨量参数，其测量结果的评价和对患者的诊断方法同前后位腰椎测量。侧位腰椎测量的主要优点是避开了部分干扰因素，提高了早期发现骨丢失的能力，从而提高了诊断骨质疏松的敏感性。
前臂远端测量可分别获得桡骨、尺骨和桡骨+尺骨的超远端、远端中段、远端1/3处和远端总体，共计12个不同区域的骨量参数。对测量结果的T值、相当峰值骨密度的百分率（%）和Z值的评价同本节的前后位腰椎测量。
峰值BMD
PBMD平均值和标准差（SD）是计算T值［T=（受试者BMD-PBMD平均值）/SD］的参考值。国际上多采用20～40岁或20～50岁和按每10（或5）岁年龄段来计算PBMD，因没有准确锁定PBMD的年龄范围，未能获得真实的PBMD。我们先从11种数学回归模型中选出最佳模型，然后拟合BMD随年龄变化的参考曲线，再将参考曲线的峰值确定为PBMD；或者用拟合参考曲线的多项式回归方程先锁定PBMD年龄范围，再以该年龄段的BMD均值作为PBMD，这种新方法明显提高了PBMD测量计算的准确度。在此基础上，用三次回归模型建立女性5～90岁年龄范围的38个骨骼部位的aBMD诊断参考数据库，广泛用于普通人群的常规诊断。结果发现：随年龄增长，不同骨骼部位达到PBMD的年龄各异，其中以松质骨组成占优势的骨骼部位的年龄最早（20～24岁），前臂远端中段的年龄最晚（40～44岁），说明各骨骼部位达到PBMD的年龄相差悬殊。
面积BMD
WHO推荐用DXA仪的测量结果（一般用aBMD表示）确定低骨量（osteopenia，低于同性别正常人群峰值BMD的1.0SD以上，但小于2.5SD）、骨质疏松（低于同性别正常人群峰值BMD的2.5SD以上）或严重骨质疏松（骨质疏松伴1处或多处自发性骨折）。但是人们在临床实践中，往往存在许多问题。必须明确的是，用双能X线吸收测定法（DXA）测得的BMD是个物理量，只反映单位投影面积（或体积）的骨矿含量，不能直接代表骨矿含量或骨量，而且也无法知晓骨基质和骨组织的微结构状况。
骨质疏松的风险及发病率存在以下递减规律：大个子＜中等个子＜小个子，即骨骼的体积大小与aBMD呈负相关，故aBMD测定具有一定的应用局限性，而用体积BMD（vBMD）诊断参考数据库诊断特殊人群（即个子大小在正常人群身高±2.0标准差以外人群）可避免骨骼太大或太小对骨质疏松诊断的影响。
为了解决上述问题，骨质疏松的诊断应分3步进行。第1步，确定BMD降低的原因为骨质疏松而非其他病变，并排除BMD假性降低（如骨溶解、骨质软化、肿瘤、血管瘤、囊肿、出血、血肿、炎症、坏死等）或假性升高（如骨质硬化、骨质增生、软组织钙化、氟骨症、长期中性磷治疗、椎体压缩骨折等）可能。第2步，排除引起继发性骨质疏松和引起BMD降低的其他因素，如前述的各科疾病，尤其要注意排除营养不良、Cushing综合征、性腺功能减退症、淡漠型甲亢、泌乳素瘤和高泌乳素血症、血液疾病、成人型成骨不全、Marfan综合征、非典型慢性肾衰、肾小管性酸中毒等。第3步，确立骨质疏松诊断，并鉴别是Ⅰ型（PMOP）、Ⅱ型（老年性骨质疏松）或特发性青少年型骨质疏松。
PMOP的诊断过程实际上是排除老年性骨质疏松与非骨质疏松性BMD降低的过程，临床医师应该养成一种良好的鉴别思维习惯，按鉴别流程进行逐一排除，相信能大幅提高骨质疏松和其他代谢性骨病的诊断质量。
体成分测量
全身体成分测量也是近年来广泛采用的测量指标，它可以反映受试者全身整体的骨量、瘦体重和脂肪含量变化。患者的全身扫描图像被分成左上肢、右上肢、左肋部、右肋部、胸椎、腰椎、骨盆、左下肢、右下肢、亚总体（除头颅外的部分）、头颅和全身总体共计12个骨骼区域，可分别获得各个区域的骨面积、骨矿含量和BMD。还可分别获得患者的左上肢、右上肢、躯干、左下肢、右下肢、亚总体（除头颅外的部分）、头颅和全身总体的脂肪含量、瘦体重和脂肪所占百分率（%）等。
全身BMD和身体成分的测量，有助于了解身体能量消耗、能量储存、蛋白质与骨骼的代谢状况，以及身体的含水量，而且可在营养学、生长发育的研究、运动医学及药物对身体成分影响的监测等方面加以运用。DXA骨密度仪测量全身骨量和脂肪及肌肉（瘦）组织，价格相对低廉，易为患者接受。
定量超声获得骨结构信息
定量超声（quantitative ultrasound，QUS）是一种利用声波检测BMD的非电离技术，具有简便、无辐射损伤、重复精度较高、价格便宜、便于搬动等优点。自从1984年Longton等首次应用QUS区分骨质疏松患者和正常者以来，QUS测量BMD的理论、方法、仪器设备得到了较大的发展。通过QUS，主要获得两个参数：宽幅衰减系数（broadband ultrasound attenuation，BUA）和超声速度（speed of sound，SOS）。在理论上，QUS不仅能评价BMD，还能提供骨小梁结构、胶原纤维等方面的信息，但是目前并不清楚其对BUA和SOS影响的程度。QUS参数与DXA-BMD的相关性良好，能够区分骨质疏松患者和正常者，但是假阴性率高。
现在，没有超声诊断骨质疏松的统一标准，套用WHO的T≤-2.5SD这一诊断标准并不合适，其敏感性和特异性均不理想，Trimpou等指出，QUS的T-score＜-3.65SD可以作为开始抗骨质疏松治疗的标准，特别是对于有脆性骨折的患者，但是其实验样本量小，有待进一步证实。在另一个试验中，Hamidi等发现，QUS T-score≤-2.0SD是最适合的诊断标准，其敏感性和特异性分别为78.8%和55.9%。在绝经后老年妇女和男性中，QUS测量跟骨BMD可有效预测髋骨骨折，但其并不是一个预测脊柱骨折的良好指标。此外，QUS参数的改变还应用于抗骨质疏松治疗疗效的评估。
定量CT是检测BMD的可选方法
定量计算机断层扫描（quantitative computer tomography，QCT）是检测BMD的又一可选手段。QCT的原理和DXA一致，即利用数学重建公式分析X线透过目标部位后的衰减程度来获得BMD值。值得注意的是，WHO规定的T≤-2.5SD诊断标准对于腰椎QCT-BMD并不合适，因为成年人QCT-BMD 较DXA-BMD随增龄降低更快。QCT相对于DXA或QUS的最大优势是其三维空间分辨率。QCT能测量容积骨密度（volumetric BMD，vBMD）和骨的大体几何结构，并能分别测量皮质骨和松质骨的BMD。股骨的几何形态复杂，且密度分布不均匀，QCT可以分别对股骨颈、转子间、War三角区等区域进行测量，同时获得松质骨及皮质骨的BMD（图6-37-9）。临床实验表明，皮质骨和松质骨BMD对于药物干预有着不同的反应，而且股骨近端皮质骨和松质骨BMD均是预测股骨骨折风险的独立因素。此外，QCT还能排除其他结构（动脉硬化、周围软组织等）对BMD的影响。Lee等利用DXA和QCT检测了325名青少年的椎体BMD，发现在DXA检查中椎体后方结构对整体骨矿含量（BMC）贡献率为（51±4）%，而椎体后方结构对于防止椎体骨折作用有限。
容积定量CT（vQCT）是QCT的一种，其空间分辨率达到0.5mm，可沿多个方向进行成像。Lang等应用vQCT及DXA对26例骨折病人及45例同龄无骨折者进行了腰椎及髋部BMD 测量，两组间各参数（皮质骨BMD、松质骨BMD及整体骨BMD等）均有统计学差异且vQCT测得的股骨近端的BMD受身高、体重等的影响远远小于DXA的BMD。Riggs等利用vQCT检测了不同年龄和性别人群的骨的大体几何结构和vBMD，发现皮质骨BMD、松质骨BMD和皮质骨厚度均随着增龄而降低，而且老龄受试者的股骨颈横截面积更大。
另一项利用vQCT的回顾性研究表明发生股骨颈脆性骨折的中国老龄妇女的股骨颈横截面积大于未发生脆性骨折者。外骨膜下成骨及内骨膜下骨吸收增加了股骨颈的横截面积，在一定程度上抵消由于骨量流失导致的骨脆性增加，但是从另外一个角度却可认为横截面积的大小反映了骨量流失的程度。在股骨干、脊柱同样存在着这一现象。目前，有应用vQCT评价骨质疏松症治疗疗效的研究报道。Black等评估阿伦磷酸钠和甲状旁腺激素（PTH）分别单独治疗或联合治疗绝经后骨质疏松症之间的疗效区别，在为期两年的研究结束时，显示给予PTH一年或是两年患者的股骨颈BMD和全髋松质骨BMD均有改善，但是给予PTH一年再后续给予阿仑膦酸盐一年的患者，股骨颈BMD、横截面积和皮质骨骨量改善最为明显，这说明PTH治疗没有必要持续一年以上。
Genant等应用vQCT对雷洛昔芬治疗2年后的绝经后骨质疏松症患者随访，显示整体骨及松质骨BMD均较前有明显改善。周围骨定量CT（pQCT）是另一种QCT，主要用于周围骨（比如桡骨远端和胫骨远端）的骨密度的测量。Coupaud等利用pQCT评估脊髓损伤后患者下肢骨密度、骨量和骨横截面积，发现松质骨BMD随脊髓损伤后时间的延长而降低，且女性患者的骨量、骨横截面积、下肢肌肉横截面积低于男性患者。但是，桡骨远端BMD pQCT与股骨或者椎体BMD的关联性不强。平板容量CT系统（Flat-panel volume CT systems）结合了CT和数字平板成像技术的长处，其类似于螺旋多排CT，却应用了数字平板成像技术的探测器，能提供松质骨的结构信息。
QCT测量BMD最大的局限性是部分容积效应。因为其分辨率达不到骨小梁的数量级，所以其测定值是骨、红骨髓、骨髓脂肪的总体反映，使得测定的BMD低于实际BMD。双能QCT能消除红骨髓和骨髓脂肪对BMD测定的影响。
