Konventionelle Radiologie der Osteoporose und Röntgenabsorptiometrie

| Der Radiologe 3·99

Osteoporose

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M. Jergas · G. Schmid · Radiologische Klinik der Ruhr-Universität Bochum, St. Josef-Hospital,

Bochum

Konventionelle Radiologieder Osteoporoseund Röntgenabsorptiometrie

Osteopenie und Osteoporoseim Röntgenbild

Die Absorption von Röntgenstrahlen ineinem Gewebe hängt von der Qualitätdes Röntgenstrahls, der Zusammenset-zung des untersuchten Gewebes unddamit von der Dichte sowie der Dickedes durchstrahlten Gewebes ab. DieMenge der Absorption des Röntgen-strahles bestimmt die Abbildung desuntersuchten Gewebes auf einem Rönt-genfilm. Im Falle des Knochens ist imwesentlichen der Kalziumgehalt für dasAusmaß der Absorption verantwort-lich. Der relative Anteil des Kalziumsam mineralisierten Knochen bleibt beiOsteoporose relativ konstant bei 35%[4, 57]. Die Verringerung des minerali-sierten Knochenvolumens führt zu ei-ner Verringerung des Kalziums und zueiner herabgesetzten Absorption derRöntgenstrahlen durch den Knochen,einer vermehrten Strahlentransparenz.

Mit Verminderung der Knochen-masse kommt es zu einer Veränderungder Knochenstruktur, sowohl des trabe-kulären wie auch des kompakten (korti-kalen) Knochens. Die strukturellen Ver-änderungen des kortikalen Knochensspielen sich an der inneren oder äuße-ren Oberfläche (endostal, periostal)oder auch innerhalb des kortikalenKnochens (intrakortikal) ab. In Abhän-gigkeit von den metabolischen Stimuli

Der Begriff Osteoporose bezeichnetklinisch einen generalisierten Verlustan Knochenmineralsubstanz, oder Osteo-penie, meist begleitet von charakteristi-schen Frakturen der Wirbelsäule, desdistalen Unterarmes oder des proxima-len Oberschenkels aufgrund eines ver-gleichsweise geringen Traumas. DieDarstellung des erniedrigten Knochen-mineralgehaltes im Röntgenbild läßt ei-ne Vielzahl verschiedener Diagnosenzu, und daher wurde für die Beschrei-bung der radiologisch erkennbarenMinderung der Knochendichte der Be-griff Osteopenie eingeführt. Das diffe-rentialdiagnostische Spektrum der Osteo-penie beinhaltet weit verbreitete Dia-gnosen wie die einer postmenopausa-len Osteoporose wie auch seltene ange-borene oder erworbene Erkrankungen(Tabelle 1). Die Möglichkeit der Quanti-fizierung des Knochenmineralgehaltesdurch verschiedene Methoden, z.B.Zwei-Energie-RöntgenabsorptiometrieDXA oder quantitative Computertomo-graphie haben den Stellenwert der kon-ventionellen Röntgenaufnahme zur Dia-gnose und Verlaufsbeobachtung derOsteoporose verändert [27]. Dennoch,die konventionelle Röntgendiagnostikist weit verbreitet, und sie behält einegroße Bedeutung in der Differentialdia-gnose der Osteopenien sowie in der Be-urteilung der Komplikationen derOsteopenie, den Frakturen. Im klini-schen Alltag wird die konventionelleRöntgendiagnostik durch eine Vielzahlvon Verfahren, z.B. Computertomogra-phie, Szintigraphie und Magnetreso-nanztomographie, ergänzt.

OsteoporoseRadiologe1999 · 39:174–185 © Springer-Verlag 1999

Zusammenfassung

Die sichtbare generalisierte Minderung des

Knochenmineralgehaltes (Osteopenie) ist

ein häufig erhobener Befund bei konventio-

nellen Röntgenaufnahmen des Skelett-

systems. Dieser Befund ist oft unspezifisch

und erlaubt eine Vielzahl verschiedener Dia-

gnosen, von denen die postmenopausale

und senile Osteoporose die häufigsten sind.

Mit der Verminderung der Knochenmasse

kommt es zu Veränderungen der Struktur

des trabekulären und des kompakten Kno-

chens. Die beobachteten Veränderungen

können hinweisend für die Ätiologie des

Knochenmineralverlustes sein. Im klinischen

Alltag wird die konventionelle Röntgenun-

tersuchung zur Differentialdiagnose durch

weitere Methoden ergänzt. Die alleinige

visuelle Betrachtung konventioneller Rönt-

genaufnahmen ist zur Diagnose und Ver-

laufsbeurteilung der Osteoporose aufgrund

ihrer Subjektivität und zahlreicher techni-

scher Einschränkungen der Röntgenaufnah-

me nicht ausreichend. Sowohl die Radio-

grammetrie als auch die Röntgenabsorptio-

metrie sind Methoden, die auf konventionel-

ler Röntgendiagnostik aufbauen und einen

Bezug zum Frakturrisiko bei Osteoporose

quantitativ herstellen können.

Schlüsselwörter

Osteoporose · Osteopenie · Konventionelle

Röntgendiagnostik · Differentialdiagnose ·

Radiogrammetrie · Röntgenabsorptiometrie

Priv.-Doz. Dr. M. JergasRadiologische Klinik der Ruhr-Universität

Bochum, St.-Josef-Hospital, Gudrunstraße 56,

D-44791 Bochum&/fn-block:&bdy:

Der Radiologe 3·99 | 175

M. Jergas · G. Schmid

Conventional radiology of osteoporosisand radiographic absorptiometry

Summary

Radiographic findings suggestive of osteo-

penia and osteoporosis are frequently

encountered in daily medical practice and

can result from a wide spectrum of diseases

ranging from highly prevalent causes such as

postmenopausal and involutional osteopo-

rosis to very rare endocrinologic and heredi-

tary or acquired disorders. As bone mass is

lost, changes in the trabecular and cortical

bone structure occur.The changes that are

visible on conventional radiographs may

give specific information on the etiology of

the underlying disease. Even though conven-

tional radiography is indispensable in the

differential diagnosis of osteopenia and

osteoporosis, visual assessment of bone

mass and its changes is subjective and

strongly depends on the radiographic tech-

nique.With radiogrammetry and radiogra-

phic absorptiometry two methods exist that

rely on conventional radiography and allow

for a quantification of bone mass.

Key words

Osteopenia · Osteoporosis · Radiogrammetry ·

Radiographic absorptiometry · Conventional

radiography · Differential diagnosis

sein, z.B. bei der Sudeckschen Dystro-phie. Die intrakortikale Knochenresorp-tion führt zu einer Längsstreifung deskortikalen Knochens, insbesondere beiErkrankungen mit hohem Knochenum-satz, aber auch z.B. bei der postmeno-pausalen Osteoporose. SubperiostaleKnochenresorption führt zu einer un-scharfen Begrenzung der Knochenober-fläche. Ein solcher Befund kann z.B.beim primären und sekundären Hyper-parathyreoidismus gesehen werden.Strukturelle Veränderungen des korti-kalen Knochens können mittels hoch-auflösender Röntgenaufnahmen gut ab-gebildet werden [25, 26, 58].

Der trabekuläre Knochen sprichtauf metabolische Veränderungen schnel-ler als der kortikale Knochen an [20].Radiologisch sind die Veränderungendes trabekulären Knochens bei Osteo-penie und Osteoporose im Stammske-lett und an den Epiphysen der Röhren-knochen (juxtaartikulär) besondersauffällig. Der Verlust von Knochensub-stanz findet hier vorhersagbar zunächstdurch die Resorption nicht oder wenigbelastungstragender trabekulärer Struk-turen statt. Die belastungstragendenTrabekel erscheinen dadurch betont.An der Wirbelsäule kann radiologischeine Rarefizierung der horizontalenTrabekel bei gleichzeitiger Betonung dervertikalen Trabekel gesehen werden.

Die anatomische Verteilung derOsteopenie bzw. Osteoporose wirddurch die zugrundeliegende Erkran-kung vorgegeben. Die Osteopenie kanngeneralisiert sein und das gesamte Ske-lettsystem betreffen oder auch regionalnur Teile des Skeletts. Beispiele für einegeneralisierte Osteopenie sind postme-nopausale und senile Osteoporose so-wie auch Osteopenien aufgrund ver-schiedener Endokrinopathien, z.B. Hy-perparathyreodismus, Osteomalazie undHypogonadismus. Regionäre Osteope-nien resultieren in der Regel von Er-krankungen, die nur Teile der des Ske-letts betreffen. Beispiele sind die Inakti-vitätsosteoporose, entzündliche Verän-derungen und die transiente Osteopo-rose großer Gelenke.

Die Diagnose der Osteopenie an-hand konventioneller Röntgenaufnah-men ist oft unzuverlässig, da die Abbil-dung des Kalksalzgehaltes durch eineReihe technischer Faktoren,z.B.Aufnah-meparameter, Filmentwicklung, Weich-teildicke des Patienten etc. beeinflußt

können diese drei Orte der Knochenre-sorption unterschiedlich betroffen sein.Der Umbau des kortikalen Knochensgeschieht typischerweise an der innerenOberfläche. Ein Ungleichgewicht zwi-schen Knochenformation und -resorpti-on führt mit zunehmendem Alter zu ei-ner zunehmenden Trabekularisierungder inneren Oberfläche des kortikalenKnochens und einer Aufweitung desMarkraumes (Abb. 1).Bei Erkrankungenmit hohem Knochenumsatz kann dieendostale Resorption stark beschleunigt

Radiologe1999 · 39:174–185 © Springer-Verlag 1999

Tabelle 1

Differentialdiagnose der generali-sierten Osteopenie im Röntgenbild.(Nach [41])

I. Primäre Osteopenie1. Involutionsosteoporose

(postmenopausal und senil)2. Juvenile Osteoporose

II. Sekundäre OsteopenieA. Endokrine Erkrankungen

1. Nebennierenrinde(Hyperkortizismus)

2. Gonaden (Hypogonadismus)3 Hypophyse (Hypopituitarismus)4. Pancreas (Diabetes)5. Schilddrüse (Hyperthyreose)6. Nebenschilddrüse

(Hyperparathyreoidismus)B. Expansive Knochenmarkserkran-

kungen1. Multiples Myelom2. Leukämie3. Metastasen4. Morbus Gaucher5. Anämien (Sichelzellanämie,

Thalassämie)C. Medikamente und Drogen

1. Kortikosteroide2. Heparin3. Antikonvulsiva4. Immunsuppressiva5. Alhohol (in Kombination mit

Mangelernährung)D. Chronische Erkrankungen

1. Chronische Nierenerkrankung2. Leberinsuffizienz3. Malabsorptionssyndrome4. Chronische Polyarthritiden5. Chronische Immobilisierung

E. Mangelzustände1. Vitamin D2. Vitamin C (Skorbut)3. Kalzium4. Generelle Fehl-/Mangelernährung

F. Angeborenen Erkrankungen1. Osteogenesis imperfecta2. Homocystinurie


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wird (Tabelle 2) [35]. Zusätzlich bestehteine Unsicherheit durch subjektive Ent-scheidungen in der Beurteilung derOsteopenie [43]. Schätzungen gehen da-von aus, daß 20–40% der Knochenmas-se verloren sein muß, um eine Vermin-derung des Mineralgehaltes auf Rönt-genaufnahmen der Brust- oder Lenden-wirbelsäule erkennen zu können [54].

Generalisierte Osteopenie

Involutionsosteoporose

Die Involutionsosteoporose ist die häu-figste generalisierte Skeletterkrankung.Eine nicht unumstrittene Unterteilungerfolgt in die postmenopausale Typ-I-Osteoporose und die senile Typ-II-Osteoporose [3, 81]. Gallagher fügte die-ser Unterteilung die sekundäre Osteo-porose als dritten Typ hinzu (Tabelle 3)[21]. Bei der postmenopausalen Osteo-porose besteht ein Östrogenmangel mitakzelerierter Resorption vorwiegendtrabekulären Knochens. Frakturen desUnterarmes und der Wirbelkörper sindrepräsentativ für diesen Typ der Osteo-porose. Bei der senilen Osteoporose fin-det ein proportionierter Verlust korti-kalen wie trabekulären Knochens statt.Frakturen des proximalen Oberschen-kels, des proximalen Humerus, der Ti-bia und des Beckens treten gehäuft auf.

Osteopenie und Osteoporose in derkonventionellen Röntgendiagnostik derWirbelsäule. Die Dichte der Wirbelkör-per nähert sich dabei der des Zwischen-wirbelraumes an. Weitere radiologischeZeichen sind die vermehrte vertikaleTrabekelzeichnung, die relative Beto-nung der Wirbelkörperränder („pictureframing“) sowie die zunehmende Bi-konkavität der Grund- und Deckplat-ten. Diese resultiert aus einer Vorwöl-bung der Bandscheibe in den ge-schwächten Wirbelkörper (Abb. 2, 3).

Wirbelkörperfrakturenund ihre Diagnose

Frakturen der Wirbelkörper sind kenn-zeichnend für die Osteoporose. Für dieDiagnose und Verlaufskontrolle dieserFrakturen sind konventionelle Rönt-genaufnahmen der Wirbelsäule unab-dingbar. Die röntgenologisch sichtba-ren Veränderungen bei osteoporoti-schen Frakturen reichen von einer ver-mehrten Bikonkavität bis hin zumkompletten Kollaps des Wirbelkörpersmit Flachwirbelbildung. Im klinischenAlltag werden konventionelle Über-sichtsbilder zur Diagnose osteoporoti-scher Frakturen durch den Radiologenweitgehend qualitativ bewertet. Die Be-urteilung der Unversehrtheit der Wir-belkörperhinterkante erfordert bei ent-sprechender neurologischer Symptoma-

Eine Unterscheidung zwischen postme-nopausaler und seniler Osteoporose istjedoch oft willkürlich.

Osteopenie und Osteoporosedes Stammskeletts

Die vermehrte Strahlentransparenz derWirbelkörper ist ein Hauptbefund der

a b

Abb. 1a,b m Konventionelle Röntgenaufnahmen der Hand bei einer knochengesunden Patientin (a)

und einer Patientin mit Osteoporose (b). Zur Darstellung kommt hier neben der allgemeinenDichteabnahme die deutliche Verschmälerung des kortikalen Knochens bei gleichzeitiger Aufwei-tung des Markraumes

Tabelle 2

Faktoren, die die Filmschwärzung beeinflussen können. (Nach Heuck[35])

Die Quelle Die Ursache

Die Strahlenquelle BelichtungsdauerFilm-Fokus-AbstandAntikathodenmaterialAnodenspannung

Das Aufnahmeobjekt Schichtdicke des KnochensApatitgehalt des KnochengewebesZusammensetzung und Dicke der WeichteileStreustrahlung

Das Film- und Folienmaterial Gradation der FilmeSilbergehalt der EmulsionFilmempfindlichkeitEigenschaften der Folien

Die Verarbeitung der Filme EntwicklungszeitEntwicklungstemperaturArt des EntwicklersBewegungsentwicklungFixierung

sind, so existieren für einige Erkran-kungen doch charakteristische radiolo-gische Erscheinungsformen.

Endokrine Erkrankungenmit generalisierter Osteopenie

Eine erhöhte Serumkonzentration desParathormons kann aus einer autono-men Hypersekretion eines Adenomsder Nebenschilddrüse oder einer diffu-sen Hyperplasie der Nebenschilddrü-sen resultieren (primärer Hyperpara-thyreoidismus). Eine lange bestehendeHypokalzämie mag als ein chronischerStimulus zu einer Hyperplasie aller Ne-benschilddrüsen und damit zum se-kundären Hyperparathyreoidismus füh-ren. Ursächlich für eine solche Hypo-kalzämie ist oft eine chronische Nieren-insuffizienz und seltener eine Malab-sorption. Während die Diagnose derErkrankung in der Regel durch die ver-änderten Laborparameter im Serumgestellt wird, können Röntgenbilder de-ren Schweregrad und Verlauf dokumen-tieren. Hyperparathyreoidismus führtzu einer Erhöhung von Knochenre-sorption und Knochenformation [29].

Die Knochenresorption kann alleKnochenstrukturen, einschließlich sub-periostaler, intrakortikaler, endostaler,subchondraler, subepiphysärer, sublig-amentärer und subtendinöser Kno-chenstrukturen, betreffen. Häufig istbeim Hyperparathyreoidismus eine ge-neralisierte Osteopenie anzutreffen [79].Die subperiostale Knochenresorptionführt zu charakteristischen und radio-graphisch erkennbaren Veränderungen[10]. Diese sind vorzugsweise an Hand,Handgelenk und Fuß sichtbar. Vom ra-diographischen Aspekt findet sich eineunscharfe Begrenzung des Außenran-des der betroffenen Knochen im dia-physären Bereich aufgrund eines loka-len Knochenmineralverlustes (Abb. 5).Neben einer Lamellierung des kompak-ten Knochens finden sich spiculaearti-ge Ausziehungen. Zusätzlich kommt eszu einer endostalen Entkalkung undEndostfibrose mit Verschmälerung derKortikalis und konsekutiver Aufwei-tung des Markraums [6]. Die Untermi-neralisation der Tela ossea führt im Be-reich der Endphalangen zu osteolysear-tigen Aufhellungsbezirken, die im kli-nischen Sprachgebrauch oft als Akro-osteolysen bezeichnet werden [36, 78].Die subchondrale Knochenresorption


tik die Durchführung weiterer Schnitt-bilddiagnostik (Abb. 4).

Aufgrund ihrer Häufigkeit bei frühpostmenopausalen Frauen sind dieosteoporotischen Wirbelkörperfraktu-ren Gegenstand zahlreicher epidemio-logischer Studien zur Osteoporose undein wichtiges Kriterium in der Bewer-tung der Effizienz therapeutischer An-sätze zur Behandlung der Osteoporose.In einem solchen Umfeld wird die sub-jektive Beurteilung eines Untersuchers– wie sie in einem klinischen Umfeld ge-schieht – als ungenügend empfunden.Auch stehen im Rahmen derartigerStudien zusätzliche Verfahren zur Ab-klärung von Wirbelkörperdeformitätennicht im gleichen Maße zur Verfügung.Daher wurden eine Reihe standardi-sierter qualitativer und quantitativerMethoden zur Erfassung von Wirbel-körperdeformitäten eingeführt [8, 28,40]. Bei rein quantitativen Verfahrenwerden dabei lediglich Wirbelkörper-höhen zur Diagnose von Wirbelkörper-deformitäten erfaßt; eine qualitativedifferentialdiagnostische Bewertung un-terbleibt.

Osteopenie und Osteoporosedes peripheren Skeletts

Radiographisch erfaßbare Veränderun-gen des trabekulären wie auch des kor-tikalen Knochens finden sich im Rah-men der Involutionsosteoporose aucham peripheren Skelett. Meist sind zu-

nächst die Epiphysen der Röhrenkno-chen betroffen. Hier überwiegt der tra-bekuläre Knochen. Am kortikalen Kno-chen sind es, vor allem bei der senilenOsteoporose, endostale Resorptions-vorgänge, die zu einer Erweiterung derMarkkanales und einer Ausdünnungder Kortikalis führen. Die fortgeschrit-tene senile Osteoporose zeigt eine pa-pierdünne Kortikalis mit glatt begrenz-ter innerer Oberfläche. Bei schnelleremVerlauf im Rahmen einer postmeno-pausalen Osteoporose kommt es zu ei-ner Akzeleration der endostalen undintrakortikalen Knochenresorption mitentsprechenden Veränderungen, diemittels hochauflösender Röntgenver-fahren dargestellt werden können. Ver-fahren zur Quantifizierung kortikalerUmbauvorgänge wurden als Radio-grammetrie bereits frühzeitig in dieDiagnose der Osteoporose eingeführtund klinisch angewendet.

Andere Erkrankungenmit generalisierter Osteopenie

Neben der Involutionsosteoporose exi-stieren eine Reihe anderer Erkrankun-gen, die mit einer generalisierten Min-derung der Knochenmineralsubstanzeinhergehen. Während die meisten die-ser Erkrankungen zahlreiche radiologi-sche Befunde mit der Involutions-osteoporose gemein haben und nur mitweiteren klinischen und laborchemi-schen Tests von dieser zu differenzieren

Tabelle 3

Klassifikation der Osteoporose nach Albright, Riggs und Melton, und Gallagher[3, 21, 81]

Typ I II IIIPostmenopausal Senil Sekundär

Alter 55–70 75–90 Jedes AlterJahre nach der 5–15 25–40 –MenopauseGeschlechtsverhältnis 20:1 2:1 1:1(Frauen:Männer)

Frakturort Wirbelkörper Proximaler Femur, Proximaler Femur,Wirbelsäule, Wirbelsäule,Becken, Humerus peripheres Skelett

Verlust der Knochendichte● trabekulär +++ ++ +++● kortikal + ++ +++

Begleitfaktoren● Menopause +++ ++ ++● Alter + +++ ++

Druckatrophie, Deformitäten und Spon-tanfrakturen sowie umschriebendeoder diffuse Hyperostosen [95]. Letzte-re treten bevorzugt bei Patienten mitrenaler Osteodystrophie und sekundä-rem Hyperparathyreoidismus auf [13,14]. Durch die Spongiosklerose in densubchondralen Abschnitten der Wir-belkörper entsteht radiologisch derEindruck einer Dreischichtung. Der Be-griff der „Rugger-Jersey Spine“ in An-lehnung an die Trikots der Rugbyspie-ler hat Eingang in die medizinische Ter-minologie zur Beschreibung diesesPhänomens gefunden [74].

Während die Osteoporose durcheine Verringerung regulär minerali-sierten Osteoids gekennzeichnet ist,findet sich bei der Osteomalazie ver-mehrt unmineralisiertes Osteoid beigleichzeitiger Reduktion des minerali-sierten Knochenvolumens. Die radiolo-gischen Veränderungen beinhalten da-her Osteopenie (reduzierte Menge mi-neralisierten Knochens), verdickte, un-scharfe Trabekel und unscharfe Ab-grenzung der Kortikalis (Appositionnicht-mineralisierten Osteoids), Defor-mierungen und Insuffizienzfrakturen(mechanische Insuffizienz der Kno-chen). Die Knochenverbiegungen kön-nen sich als Verbiegungen der langenRöhrenknochen, Fischwirbel, vermehr-te Kyphose der Wirbelsäule, Glocken-thorax und Kartenherzform desBeckens manifestieren [48]. Prinzipiellkönnen alle Knochen Verbiegungenaufweisen. Fokale Akkumulationen vonOsteoid, im rechten Winkel von derKortikalis ausgehend, sind charakteri-stisch für eine Osteomalazie. Sie wer-den Looser-Umbauzonen genannt, undim Röntgenbild erscheinen sie alsbandförmige Aufhellungen, die manch-mal auch von zusammengesintertenund verdichteten Knochen begrenztwerden [59]. Looser-Umbauzonen tre-ten oft bilateral und symmetrisch auf[97]. Mehr als 50 verschiedene Erkran-kungen können mit einer Osteomalazieassoziiert sein. Die häufigsten Ursa-chen sind chronische Niereninsuffizi-enz, Hämodialyse und Nierentrans-plantation [45, 72]. Die Destruktion desnormalen Nierenparenchyms führt zuBeeinträchtigungen des Kalzium-,Phosphat- und Vitamin-D-Stoffwech-sels. Die Osteomalazie bei chronischerNiereninsuffizienz entsteht als Folgeeiner Vitamin-D-Stoffwechselstörung.


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führt ebenfalls durch verminderte Mi-neralisation der Tela ossea im Bereichder Ileosakralgelenke zu einer ver-meintlichen Aufweitung des Gelenk-

spaltes. Andere radiologisch sichtbareVeränderungen des Skeletts beim Hy-perparathyreoidismus beinhalten Pseu-dozysten („braune Tumoren“), evtl. mit

2

3

Abb. 2 m Hochgradige Minderung des Knochenmineralgehaltes. Die Binnenstruktur der Wirbelkörperist in ihrer Dichte nicht von den Zwischenwirbelräumen zu unterscheiden. Multiple Frakturen vonGrund- und Deckplatten mehrerer Wirbelkörper sowie schwergradige Fraktur des letzten Lenden-wirbelkörpers kommen zur Darstellung

Abb. 3 m Hochgradige Minderung der Knochendichte mit multiplen Wirbelkörperdeformitäten beieiner Patientin mit lange bestehender Osteoporose. Die knöchernen Strukturen sind zum Teil gegen-über dem umgebenden Weichteilgewebe kaum auszumachen


Radiologisch kommt es zusätzlich zuVeränderungen durch einen sekun-dären Hyperparathyreoidismus, derdurch vermehrten Kalziumverlust überdie geschädigte Niere hervorgerufenwird [100]. Das radiologische Erschei-nungsbild erhält den Namen renaleOsteodystrophie. Ein häufiger Befunddes sekundären Hyperparathyreoidis-mus im Rahmen der renalen Osteodys-trophie ist die bandförmige Skleroseder Grund- und Deckplatten der Wir-belkörper („Rugger-Jersey Spine“,Abb. 6) [72]. Andere radiologische Ver-änderungen bei renaler Osteodystro-phie können Amyloidablagerungen,destruktive Spondylarthropathie, ent-zündliche Veränderungen, Knochenin-farkte, ektope Verkalkungen und Me-diasklerose großer und kleiner Arteri-en beinhalten [68].

Eine Hyperthyreose führt eben-falls zu vermehrtem Knochenumbau.Bei überwiegender Knochenresorptionkann ein schneller Verlust an Knochen-mineralsubstanz resultieren, derzu ei-ner generalisierten Osteopenie führt[18, 102]. Die Einnahme von Thyroxinmit Suppression des TSH-Spiegels kannebenfalls eine Herabsetzung der Kno-chendichte bewirken [52]. Ein solcherEffekt ist jedoch nicht unumstritten.Die radiologischen Befunde der Osteo-porose bei Hyperthyreose sind ver-gleichbar mit denen der postmenopau-salen und senilen Osteoporose undschließen entsprechende Frakturen ein[11, 93].

nie mit Betonung des trabekulärenKnochens mit Frakturen des Stamm-skeletts und des peripheren Skeletts.Ein für die Steroidosteoporose charak-teristischer Befund ist die vermehrtemarginale Sklerosierung der Wirbel-körper aufgrund überschießender Kal-lusformation. Auch Knocheninfarktesind als Komplikation eine Hyperkorti-zismus beobachtet worden. Die bevor-zugte Lokalisation steroidinduzierterOsteonekrosen sind der Oberschenkel-kopf und, etwas seltener, Humeruskopfund Femurkondylen [34, 39].

Eine generalisierte Osteoporosewurde bei Patienten mit hochdosierterHeparinmedikation beobachtet [30, 85].Die heparininduzierte Osteoporose äu-ßert sich radiologisch in einer generali-sierten Osteopenie und Wirbelkörper-frakturen (Abb. 7) [86]. Der zugrunde-liegende Pathomechanismus ist nichtgeklärt, und die beobachteten Verände-rungen können mit Beendigung derTherapie reversibel sein [105].

Andere Ursachen generalisierterOsteopenien

Mangelernährung, chronischer Alko-holabusus (in Kombination mit Man-gelernährung), Nikotinabusus und ver-

Medikamenteninduzierte Osteoporose

Hyperkortizismus ist die häufigste Ur-sache einer medikamenteninduziertenOsteoporose, wohingegen die endogeneForm des Hyperkortizismus, der M.Cushing, relativ selten ist [1, 9, 53, 87].Die herabgesetzte Knochenformationund vermehrte Knochenresorptionführt zu einer generalisierten Osteope-

Abb. 4 b Die computertomogra-phische Untersuchung des von einerosteoporotischen Fraktur betroffe-nen Segmentes vermag die Mit-beteiligung der Wirbelkörperhinter-kante und die damit verbundeneEinengung des Spinalkanals zudokumentieren

Abb. 5 m Konventionelle Röntgenaufnahme der Hand bei sekundärem Hyperparathyreoidismus. DieAusschnittvergrößerungen demonstrieren die subperiostale Knochenresorptionen mit unscharferBegrenzung des Außenrandes und osteolyseartige Aufhellungszonen der Endphalangen aufgrund

einer Untermineralisation der Tela ossea


Osteoporose

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mehrter Koffeingenuß können ursäch-lich für eine generalisierte Osteopeniesein. Auch in der Schwangerschaftkann, wenn auch selten, eine Osteope-nie beobachtet werden [16, 38, 50, 89,92]. Erkrankungen unter Beteiligungdes Markraumes wie Anämien (Sichel-zell-Anämie, Thalassämie), Plasmozy-tom, Leukämien, M. Gaucher und Glyco-genspeicherkrankheiten sind ebenfallsmit einer Osteopenie assoziiert [75, 76].Die Aufzählung der Ursachen für eineOsteopenie (s. auch Tabelle 1) ist weitvon einer Vollständigkeit entfernt, be-inhaltet jedoch häufigere Diagnosen.Die klinische Anamnese und Untersu-chung stellen wichtige Mosaiksteine fürdie korrekte Diagnosestellung dar. Oftist auch die Anwendung weiterer dia-gnostischer Methoden einschließlichComputertomographie, Magnetreso-nanztomographie sowie Knochenszin-tigraphie erforderlich (Abb. 8) [7, 55, 56,67].

Osteopenie bei Kindernund Jugendlichen

Auch das jugendliche Skelett ist bei ei-nigen Erkrankungen durch eine gene-ralisierte Osteopenie betroffen. Bei Ra-chitis liegt eine inadäquate Mineralisa-tion des Knochens vor, und die röntge-nologische Erscheinungsform ähneltder einer Osteomalazie [66]. Verbreite-rung der Epiphysenfugen, „Becher-

form“ der Metaphyse, Dichteminde-rung und unregelmäßig begrenzte Me-taphysen [73]. Die Ossifikationszentrenweisen eine verzögerte Ossifikationund unscharfe Konturen auf [96].Übermäßiges Wachstum des hyalinenKnorpes führt zu hervorstehenden co-stochondralen Gelenken („rachitischerRosenkranz“). Das Alter bei Erkran-kungsbeginn bestimmt Art und Aus-maß der knöchernen Deformitäten. Sosind Verbiegungen der Röhrenknochenbei betroffenen Kleinkindern stärkerausgeprägt, während ältere Kinder Wir-belkörperdeformitäten, z.T. mit ausge-prägter Skoliose, aufweisen [83].

Die idiopathische juvenile Osteo-porose ist eine seltene Erkrankung derKindheit, zumeist 2 bis 3 Jahre vor derPubertät auftretend und von begrenz-ter Dauer. In der Regel findet eine voll-kommene Erholung während der Pu-bertät statt [91]. Radiologisch kenn-zeichnend sind generalisierte Osteope-nie, Keilwirbelbildungen sowie meta-physäre Frakturen. Die idiopathischejuvenile Osteoporose muß differential-diagnostisch von sekundären Formender Osteoporose in der Kindheit undvon einer Osteogenesis imperfecta ab-gegrenzt werden [71]. In der Pathogene-se der Osteogenesis imperfecta ist diegestörte Biosynthese des Typ-I-Kolla-gens aufgrund eines genetischen De-fekts von Bedeutung. Es werden vierTypen der Osteogenesis imperfecta un-

6 7

Abb. 6 b Renale Osteodystrophiemit vermehrter Sklerosierung von

Grund- und Deckplatten. EineWirbelkörperfraktur führt hier zu

einer starken Kyphosierung derWirbelsäule

Abb. 7 b HeparininduzierteOsteoporose im Verlauf. Die rechte

Aufnahme dokumentiert die neuaufgetretenen Frakturen des

ersten, dritten und fünftenLendenwirbelkörpers

Abb. 8 m Im konventionelle Röntgenbild derWirbelsäule manifestiert sich ein Plasmozytomhäufig unspezifisch als diffuse Osteopenie. DieMagnetresonanztomographie erlaubt eineweitergehende diagnostische und prognosti-sche Beurteilung. In diesem Fall einer Patientinmit mit Plasmozytom zeigen sich, hier in derT1-gewichteten Spin-Echo-Sequenz, deutlicheSignalinhomogrnitäten des Knochenmarks(„Salz- und Pfeffer-“ Struktur). Zusätzlichbesteht eine hochgradige Fraktur des erstenLendenwirbelkörpers

dung einer regionären transitorischenOsteoporose und Ödem bei Osteone-krose gefunden werden [19].

Quantifizierung der Osteopenieund Osteoporose imkonventionellen Röntgenbild

Standardisierte Auswertungkonventioneller Röntgenaufnahmenmit Indexverfahren

In Ermangelung objektiver Methodenzur Bestimmung des Knochenmineral-gehaltes wurden die in Zusammenhangmit einer Osteoporose auftretendenröntgenologischen Erscheinungen alsGrundlage für eine Klassifizierung derOsteoporose benutzt. Beispielhaft dafürist in Tabelle 4 die Klassifikation derOsteoporose am Stammskelett nach Sa-ville angegeben [88]. Doyle und Mitar-beiter untersuchten die radiologischenKriterien der Osteoporose auf ihre dia-gnostische Wertigkeit und fanden, daßbis auf die vermehrte Bikonkavität derWirbelkörper kein anderes Kriteriumin der Praxis als sicher für die Diagnoseder Osteoporose verwertbar war [17]. Inder Verlaufsbeobachtung von Patientenerwies sich jedoch auch die vermehrteBikonkavität der Wirbelkörper als we-nig brauchbar. „Can radiologists detectosteopenia on plain radiographs?“,fragten daher Garton und Mitarbeiterund kamen zu dem Schluß, daß zwardie Reproduzierbarkeit der Saville-Klassifikation nur mäßig war, der ob-jektiv gemessene Knochenmineralge-halt jedoch signifikant mit den Saville-Graden korrelierte [23]. Auch wenn dieInterpretation des konventionellen Rönt-genbildes der Wirbelsäule hinsichtlichdes Knochenmineralgehaltes mitunterfragwürdig ist, bleibt die konventionelleRöntgenuntersuchung der Wirbelsäuleeine sinnvolle Untersuchung in derOsteoporosediagnostik. Der Gesamt-eindruck des Röntgenbildes, oft losge-löst von einzeln festzumachenden Kri-terien, kann Hinweise auf das Vorliegeneiner Verminderung der Knochenmi-neralsubstanz geben [2]. Ferner ist diekonventionelle Röntgenuntersuchungessentieller Bestandteil der Differenti-aldiagnose der Osteoporose und derDiagnose und Verlaufskontrolle osteo-porotischer Frakturen.

Eine weitere Methode zur Diagno-se der Osteoporose wie auch zu deren

Die Sudeck-Dystrophie, auch alssympathische Reflexdystrophie bezeich-net, ist eine Erkrankung mit einem ho-hen Knochenumsatz. Der klinischeSymptomenkomplex beinhaltet Schmerz,Schwellung, Temperaturregulationsstö-rung und Bewegungsstörung. Auslö-sender Faktor ist meist ein Schmerzer-eignis, und oft geht eine Fraktur voraus[24, 65, 99]. Im Anfangsstadium gelingtein radiologischer Nachweis meistnicht. Die radiologischen Veränderun-gen werden oft erst einige Wochen nachBeginn der Symptomatik erfaßt. In derÄtiologie der Erkrankung spielt wahr-scheinlich die Überaktivität des sympa-thischen Nervensystems eine bedeuten-de Rolle. Die radiologische Erscheinungbeinhaltet neben der Demineralisationdes gelenknahen trabekulären Kno-chens auch endostale, intrakortikale,subperiostale und subchondrale Re-sorptionsvorgänge [77]. Vor allem infrühen Stadien der Erkrankungen istdie Knochenszintigraphie von diagno-stischer Bedeutung [101].

Die transitorische Osteoporose be-vorzugt Frauen und Männer mittlerenAlters. Diese Erkrankung tritt mit rever-siblen Gelenkbeschwerden auf. Eine re-gionäre Kalksalzminderung betrifft einoder mehrere Gelenke, wobei das Hüft-gelenk am häufigsten beteiligt ist [82].Die radiologischen Veränderungen sindinnerhalb mehrerer Wochen nach Be-ginn der klinischen Beschwerdesym-ptomatik nachweisbar mit variabler re-gionärer Osteopenie der beteiligten Ge-lenke. Im Falle der Beteiligung des Hüft-gelenks, kann sich der Befund auch aufdas Acetabulum ausdehnen, und einigePatienten entwickeln vergleichbare Ver-änderungen auch auf der Gegenseite[31]. Die magnetresonanztomographi-sche Untersuchung der Hüften zeigt oftbereits vor der konventionellen Rönt-genuntersuchung ein diffuses Knochen-marködem im Bereich des betroffenenGelenks [33]. Die Ätiologie der regionä-ren Osteoporose ist noch nicht vollstän-dig geklärt, und ein Bezug zur Reflexdy-trophie (M. Sudeck) wurde vermutet.Auch werden Beziehungen zur Osteone-krose diskutiert. Die Veränderungen beider transitorischen Osteoporose sind je-doch vollständig reversibel, und für dieBeurteilung der Prognose müssen dia-gnostische Kriterien zur Unterschei-dung zwischen transitorischem Kno-chenmarködem mit oder ohne Ausbil-


terschieden. Diese Einteilung erfolgtaufgrund von Erbgang und klinischerAusprägung [64]. Die abnorme Reifungdes Kollagens bedingt einen primärenDefekt der knöchernen Matrix. In Zu-sammenwirken mit einer defekten Mi-neralisierung führt dies zu einer gene-ralisierten Osteopenie des Stammske-letts wie auch des peripheren Skeletts.Patienten mit einer Osteogenesis impe-rfecta vom Typ-III weisen eine genera-lisierte Osteopenie mit verdünnter Kor-tikalis auf. Ferner können Frakturender Röhrenknochen und der Rippen,überschießende Kallusformation sowieknöcherne Deformitäten beobachtetwerden [32]. Der Schweregrad derOsteopenie ist variabel, und Patientenmit milden Verlaufsformen weisenmöglicherweise keine radiologischenZeichen einer Osteopenie auf.

Regionale Osteoporose

Eine Osteoporose kann auch auf einenkleinen Ausschnitt des Körpers be-schränkt sein. Eine solche regionaleOsteoporose ist meist Folge einer Er-krankung des peripheren Skeletts. EineEntkalkung des Knochens infolge Im-mobilisation und Fehlfunktion tritt ty-pischerweise bei Patienten mit Fraktu-ren, motorischer Lähmung (z.B. beiSchlaganfall) sowie bei entzündlichenKnochen- und Gelenkveränderungenauf [49]. Dabei können sich chronischeund akute Veränderungen in der Aus-formung der Mineralsalzminderungunterscheiden.

Tabelle 4

Klassifizierung der Osteoporosenach Saville [88]

Grad Röntgenologische Zeichen

0 Normale Knochendichte1 Minimaler Verlust an Knochen-

dichte, Endplatten schablonenartighervorgehoben

2 Vertikale Streifenzeichnungoffensichtlicher, Endplatten dünner

3 schwerer Knochendichteverlust alsbei Grad 2, Endplatten wenigersichtbar

4 durchscheinende Wirbelkörper,Dichte nicht größer als die desWeichteilgewebes, kein Trabekel-werk sichtbar


Osteoporose

182

Verlaufsbeobachtung ist der mit denNamen Barnett und Nordin assoziierteBikonkavitäts-Index der Wirbelsäule,der in vergleichbarer Form bereits eini-ge Jahre früher von Dent und Mitarbei-tern vorgeschlagen wurde [5, 6, 15]. Einwesentlicher Nachteil dieses Indexver-fahrens ist v.a. in der Tatsache zu sehen,daß lediglich der vom Zentralstrahl ge-troffene Lendenwirbelkörper (in derRegel LWK 3) benutzt wird. Dieserbraucht nicht repräsentativ für denKnochenmineralstatus der gesamtenWirbelsäule zu sein [43]. Für die Ver-laufskontrolle ist die Auswertung eineseinzelnen Wirbelkörpers ebenso pro-blematisch.

Das Indexverfahren nach Singh zurDiagnose des Schweregrades einerOsteoporose beruht auf einer Erfassungder trabekulären Strukturen des proxi-malen Femurs [90]. Basierend auf denBeobachtungen von Urist gingen Singhund Mitarbeiter von der Vorstellungaus, daß Druck- und Zugtrabekel desproximalen Oberschenkels bei einerMinderung des Knochenmineralgehal-tes in charakteristischer Weise verlo-rengehen [104]. Die Klassifikation desröntgenologischen Erscheinungsbildesumfaßt 7 Schweregrade (Abb. 9). Hin-sichtlich der Validität als auch der Re-produzierbarkeit, die sehr stark von derQualität der Röntgenaufnahme und derErfahrung des Untersuchers abhängigist, ist dieses Indexverfahren umstrit-ten; der Singh-Index findet außerhalbweniger Studien keine konsequente An-wendung in der Klinik. Ein mit demSingh-Index vergleichbares Verfahrenzur Klassifikation des Knochenmine-

Querschnittsfläche wiedergegeben wer-den (Abb. 10). Die Messungen sind ein-fach durchzuführen und ausreichendreproduzierbar [46, 80]. Weichteildickeund Röntgengeometrie sind systemati-sche Fehlerquellen für die Richtigkeitund Reproduzierbarkeit der Messun-gen. Die am häufigsten für die Radio-grammetrie verwendeten Meßorte sinddie Mittelhandknochen, insbesonderedas Os metacarpale II. Über lange Zeitstellte die Radiogrammetrie die einzigeMethode zur Messung des kortikalenKnochens dar, und damit hat sich dieseMethode sowohl für klinische als auchwissenschaftliche Fragestellungen eta-blieren können [22, 42, 62, 63]. Die Me-thode ist jedoch wenig sensitiv für dieMessung intrakortikaler Resorptionund die Zunahme der Porosität des kor-tikalen Knochens. Auch endostale Re-sorptionsvorgänge werden ungenü-gend erfaßt.

Photodensitometrie undradiographische Absorptiometrie

Die Quantifizierung der Osteoporoseaufgrund der Schwächungeigenschaf-ten des Knochens findet ihre Umset-zung in zahlreichen aktuellen Verfah-ren zur Osteodensitometrie. Die Grund-lagen dazu stammen zum großen Teilaus der konventioneller Röntgendia-gnostik. Zur genaueren Quantifizie-rung des Knochenmineralgehaltes der

ralverlustes existiert auch für denKalkaneus [44].

Radiogrammetrie

Die Radiogrammetrie ist ein einfachesMeßverfahren zur Bestimmung derkortikalen Dicke. Diese Methode kannbei jedem Röhrenknochen durchge-führt werden. Die Messung der kortika-len Dicke erfolgt in der Regel mit einemLineal bzw. Vergrößerungsglas mit Fa-denzähler am Röntgenbild selbst. DasErgebnis kann als absolute kortikaleDicke oder als Index, bezogen auf dieGesamtdicke des untersuchten Kno-chens oder seiner angenommenen

Abb. 9 m Der Singh-Index beruht auf der Annahme, daß die Druck- und Zugtrabekel des proximalenOberschenkels bei einer Minderung des Knochenmineralgehaltes in charakteristischer Folgeverlorengehen. Die Klassifikation aufgrund des röntgenologischen Erscheinungsbildes umfaßt7 Schweregrade, wobei Grad VII eine normale Knochenstruktur bezeichnet und Grad I eine aus-geprägte Osteopenie dokumentiert

Abb. 10a,b m Radiogrammetrische Messungen stellten über lange Zeit das einzige Verfahren zurMessung von Änderungen des kortikalen Knochen dar. Das Meßergebnis kann als absolute kortikale

Dicke oder als Index, bezogen auf die Gesamtdicke des untersuchten Knochens oder seinerangenommenen Querschnittsfläche wiedergegeben werden (a). Die Anwendung der Messung ist

beispielhaft am Os metacarpale II demonstriert (b)


Hand schlug Steven das Mitröntgeneines Standardknochens definierterDichte bei der Röntgenaufnahme vor[98]. Einen ähnlichen Vorschlag mach-ten Nordin und Mitarbeiter für die Be-urteilung der Knochendichte der Wir-belsäule [70]. Obwohl hier von einerobjektiven Quantifizierung der Kno-chendichte noch keine Rede sein kann,waren dies erste Versuche, den Einflußder verschiedenen Parameter, die dieBeurteilung eines Röntgenbildes er-schweren, zu reduzieren. Die Photoden-sitometrie war die erste objektive Me-thode zur wirklichen Quantifizierungdes Knochenmineralgehaltes. Dabeiwird ein Referenzkörper zusammenmit dem interessierenden Skelettab-schnitt geröntgt (Abb. 11). Durch denVergleich mit dem Referenzkörper be-kannter Dichte mittels densitometri-scher Analyse erhält man einen Schwä-chungsgleichwert für den interessie-renden Knochen. Treppen- oder keil-förmige Referenzphantome aus Alumi-nium oder Hydroxylapatit sind vonverschiedenen Arbeitsgruppen bzw.Autoren vorgeschlagen worden [12, 37,60, 94, 103].

Aufgrund des Einflusses des Weich-teilgewebes ist eine solche Messung nuran einem peripheren Meßort möglich.Ein peripherer Meßort bietet im Gegen-satz zum Körperstamm eine geringeund relativ konstante Weichteildicke.Zum Ausgleich des Weichteilfehlerswird von einigen Untersuchern die Rönt-

Röntgenaufnahmen mit zwei unter-schiedlichen Energien (62 und 250 kV)aufgenommen, aus denen dann eineKnochendichte des interessierenden Ske-lettabschnittes errechnet werden konn-te [51]. Diese Methode beschrieb dieGrundlagen für die modernen und weitverbreiteten Knochendichtemeßplätze,bei denen die Zwei-Spektren-Röntgen-absorptiometrie DXA zur Anwendungkommt.

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genaufnahme mit dem zu untersuchen-den Körperteil im Wasserbad durchge-führt [35, 47]. Allgemeine Verfügbarkeitder Methode, geringe Kosten, gute Re-produzierbarkeit und die relativ gerin-ge Strahlenbelastung sind weitere Plus-punkte der Photodensitometrie. IhreBeschränkung auf das periphere Skelettund die reine Projektionsmessung, diekeine separate Erfassung kortikalenund trabekulären Knochens ermög-licht, sind Nachteile dieser Methode.Die Photodensitometrie ist in den letz-ten Jahren durch die Automatisierungmittels Computer für deren Auswer-tung verfeinert worden und wird, alsradiographische Absorptiometrie be-zeichnet, weiterhin in Klinik und For-schung angewendet [12, 84, 106]. Einesolchermaßen ermittelte Knochendich-te zeigte sich prospektiv signifikant mitFrakturen des proximalen Oberschen-kels assoziiert [69].

Auch viele der heute verwendetenMethoden zur Messung der Knochen-dichte am Stammskelett stammen vonder Photodensitometrie ab. Die klas-sisch angewandte Photodensitometrieselbst ist aufgrund der größeren undinhomogenen Weichteildicke an zentra-len Meßorten (Wirbelsäule und Hüfte)nicht geeignet. Krokowski und Schlung-baum beschrieben 1959 bereits eineMethode, bei der mit Hilfe der Photo-densitometrie der Knochenmineral-gehalt an der Lendenwirbelsäule be-stimmt werden konnte. Dazu wurden

Abb. 11 b Bei der Röntgenabsorp-tiometrie wird ein treppen- oderkeilförmiger Referenzkörper ausAluminium oder Hydroxylapatitzusammen mit dem interessieren-den Skelettabschnitt geröntgt.Durch den Vergleich mit demReferenzkörper bekannter Dichteerhält man einen entsprechendenSchwächungswert des interes-sierenden Knochen

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Konventionelle Radiologie der Osteoporose und Röntgenabsorptiometrie