2ـ تصویربرداری استخوان ـ روش‌های تصویربرداری ریزساختار

2ـ1ـ اندازه‌گیری کمی باتوموگرافی کامپیوتری (QCT)

اسکنرهای کلینیکی QCT رزولوشن کافی برای نمایش جداگانه‌ی استخوان اسفنجی را ندارند اما تصویری از آن تحت‌عنوان «شبه‌اسفنجی» نمایش می‌دهند که نتیجه‌ی اثر جزئی حجم است. با انجام عملیات پیشرفته‌ی ریاضی مانند Texture و Fractal، می‌توان دیتاهای مربوط به استخوان‌اسفنجی را ازتصاویر کلینیکی QCT استخراج کرد.
آنالیز Texture تصاویر QCT در بیماران با و بدون شکستگی‌های ناشی‌از پوکی، نتیجه‌ی بهتری نسبت به سنجش‌تراکم حجمی مواد‌معدنی استخوان دربرندارد ، که ممکن‌است به‌علت رزولوشن فضایی نسبتاً کم تصاویر آنالیز شده، آستانه‌گذاری نامطلوب، یا پارامترهای نامناسب Texture باشد.
درمورد پیش‌بینی استحکام مهره‌ها، آنالیز Texture تصاویر QCT، مشابه یا حتی بهتر از سنجش تراکم حجمی مواد‌معدنی عمل می‌کند. ترکیب این دو روش نتایج بهتری نسبت به زمانی که Texture‌یا‌BMD به‌تنهایی انجام شوند، به‌همراه دارد.

2ـ1ـ1ـ توموگرافی کامپیوتری کمی جانبی(PQCT)

ازپیشرفت‌های اخیر درQCT، استفاده از سی‌تی‌اسکن‌های جانبی PQCT است. این اسکنرها اطلاعات سه‌بُعدی مربوط به معدنی‌شدن را به‌خصوص درنواحی شعاع دیستال و دیستال تیبیا فراهم می‌کنند (شکل1).
مدل‌های جدید این اسکنرها، رزولوشن فضایی بیشتر از 82µm را فراهم می‌کنند و توانایی مطالعه‌ی مجزا و جداگانه‌ی اجزای استخوان‌اسفنجی و قشری را دارا می‌باشند.
از مزایای PQCT می‌توان به‌استفاده‌ی آسانتر، ارزانتر، دسترسی بهتر نسبت به اسکنرهای قدیمی و دوز تابشی کمتر اشاره‌کرد. مهمترین مزیت آن رزولوشن کافی برای مشاهده‌ی ساختار استخوان‌اسفنجی می‌باشد. این تکنیک محدود به قسمت های جانبی بدن بیمار بوده و قادر به‌تهیه‌ی تصویر، یا اندازه‌گیری مستقیم در ستون‌فقرات یا ناحیه‌ی پروکسیمال ران نمی‌باشد. نتایج بررسی‌های PQCT نشان داده‌اند که میزان تراکم استخوان اسفنجی در زنان مبتلا و غیرمبتلا به دردهای استخوانی ، با سابقه‌ی شکستگی، به‌شکل قابل‌توجهی متفاوت است. درحالی‌که اندازه‌گیری‌های BMD قادر به‌تفکیک بین این دو گروه نمی‌باشد.

2ـ1ـ2ـ توموگرافی کامپیوتری میکرو (MCT):

بالاترین میزان رزولوشن را MCT  با رزولوشن بالاتراز 6µm دارا می‌باشد، کـــه می‌تــــواند برای مشـــاهــده‌ی ســـاخــتـــار استخوان‌اسفنجی به‌کار رود (شکل2). پارامترهای ساختاری به‌دست‌آمده از MCT تطابق مطلوبی با داده های به‌دست‌آمده از Histology دارد و به‌همین‌دلیلMCT به‌عنوان استاندارد طلایی برای تأیید اندازه‌گیری‌های مشابه در QCT یا MRI به‌کار می‌رود. MCT  امکان بررسی تأثیرات سن، بیماری یا درمان دارویی روی ترکیبات بافت استخوان را فراهم می‌کند و می‌تواند به‌عنوان یک ابزار قدرتمند در حوزه‌ی بررسی‌های استخوان به‌کار‌رود. امروزه MCT محدود به‌حیوانات کوچک و تصویربرداری بیوپسی می‌باشد.

2ـ2ـ هیستومورفومتری:

هیستومورفومتری شامل اندازه‌گیری شکل یا فرم بافت‌استخوانی است که به‌طور مستقیم پارامترهای ساختاری که شامل متغیرهای استاتیکی همچون حجم، ضخامت یا تفکیک استخوان اسفنجی است را مشخص می‌کند. علاوه بر این می‌تواند برای بررسی تغییرات فعالیت‌های سلولی درطول زمان با استفاده از برچسب‌های فلورسنت به‌کاررود. در این تکنیک، بخشی از استخوان از طریق بیوپسی در حین عمل‌جراحی از ناحیه‌ی تاج خاصره برداشته می‌شود. اگرچه تهاجمی و دوبُعدی بودن ازجمله معایب این تکنیک به شمار می‌رود اما به‌علت فراهم‌کردن اطلاعات مورد نیاز تشکیل استخوان استفاده‌ی گسترده‌ای دارد.

3ـ تصویربرداری استــــخوان‌ـ روش‌های مبنی‌بر تشدید‌مغناطیسی:

3ـ1ـ تصویربرداری تشدید مغناطیسی:

تصویربرداری تشدید مغناطیسی روشی غیرتهاجمی و غیریونیزان با استفاده از یک میدان‌مغناطیسی قوی و توالی پالس‌های رادیوفرکانسی برای تولید تصاویر سه‌بُعدی می‌باشد. تأثیرات متقابل پروتون هیدروژن موجود در آب بافت‌های بدن، میدان‌مغناطیسی و پالس‌های رادیوفرکانسی امکان تشکیل تصویر را براساس کدگذاری فرکانس فضایی فراهم‌می‌کنند. به‌علت وجود مقادیر بسیار کم آب دراستخوان و زمان آسایش اسپین ـ  اسپین بسیار کوتاه پروتون آن، درتصاویر استاندارد MR، استخوان قابل‌مشاهده نمی‌باشد. شبکه‌ی استخوان ‌اسفنجی  به‌طور غیرمستقیم ازطریق دریافت سیگنال مغز‌استخوان مشخص می‌شود. به‌عنوان مثال، درتصاویر وزن T2،  مغزاستخوان به‌علت دارابودن مقادیر کافی چربی و آب (سیگنال بیشتر)، به‌شکل نقاط روشن و استخوان‌اسفنجی به‌شکل نقاط تیره مشخص خواهند شد.
تصویربرداری‌MR استخوان  بارزولوشن بالا، عموماً درنواحی جانبی بدن مانند پاشنه، زانو و مچ انجام می‌شوند. اخیراً باپیشرفت تکنولوژی کویل‌های سطحی و طراحی توالی پالس‌های جدید، امکان تصویربرداری استخوان پروکسیمال ران با رزولوشن بالا فراهم شده‌است.
در بررسی‌های in-vitro ، تصاویر  MR با رزولوشن 92µm اندازه‌گیری‌های مورفومتریک را ممکن ساخته‌است که مشابه تصاویر به‌دست‌آمده از هیستولوژی می‌باشد.

3ـ1ـ1ـ ارزیابی استخوان ‌اسفنجی:

MRI ممکن‌است تفاوت ایجاد‌شده درساختار استخوان‌اسفنجی به‌علت افزایش‌سن، تراکم مواد‌معدنی و همچنین نحوه‌ی پیشرفت بیماری پوکی را به‌خوبی نشان‌دهد.
گروه‌های مختلف تحقیقاتی نشان‌داده‌اند که برای پیش‌بینی احتمال شکستگی مهره‌ها، تصاویر  MR شعاع دیستال به‌شکل قابل‌توجهی بهتر از اسکن‌های DXA درهمان ناحیه‌‌ عمل می‌کنند.  با تکنیک‌های پیشرفته‌ی MRI مانند بهینه‌سازی طراحی کویل، گرادیان سریع و میدان‌های مغناطیسی قوی، اسکنرهای کلینیکی MR قادر به تهیه‌ی تصویری با رزولوشن کافی برای نمایش استخوان‌اسفنجی خواهند بود.
کمی‌سازی استخوان‌اسفنجی توسط تصویربرداری تشدید مغناطیسی با رزولوشن بالا، از دوجنبه درارزیابی و تشخیص پوکی‌استخوان کاربرد دارد: اول در بروز و شیوع شکستگی‌های نــاشی‌از پوکی، و دوم درکنترل درمان دارویی.
پارامترهای به‌دست‌آمده از روش‌های تصویربرداری مبتنی بر MR از استخوان اسفنجی،  بهتر از BMD می‌تواند افراد مبتلا و غیـرمبـتلا به‌پوکــی را از هم تفکیک کنـد.

3ـ1ـ2ـ ارزیابی استخوان‌قشری:

از دست‌دادن تراکم‌استخوان براثر پوکی، هر دو استخوان‌اسفنجی و قشری را تحت‌تأثیر قرارمی‌دهد. از آنجا که تغییرات در استخوان‌اسفنجی زودتر از استخوان قشری رخ می‌دهد، برای تشخیص اولیه‌ی بیماری حساس‌تر خواهد بود. اما هندسه‌ی استخوان قشری، ضخامت و تخلخل‌های آن از جمله شاخص‌های مهم پیش‌بینی احتمال شکستگی‌های لگن می‌باشد.
محققان دریافته‌اند که استخوان‌قشری درناحیه‌ی گردن‌استخوان‌ران را می‌توان با‌دقت و صحت خوبی با اسکنر1.5تسلا مورد ارزیابی قرار‌داد. پیش‌از این DXA توانسته بود با بررسی ساختار پروکسیمال‌ران، بین بیماران مبتلا و غیرمبتلا به‌پوکی با‌احتمال شکستگی مهره‌ها یا ران تمــایز قائـل شود.

3ـ2ـ تصویربرداری تشدید مغناطیسی ـ تکنیک زمان اکوی خیلی کوتاه (UTE) و اکوی کوتاه (STE):

یکی از روشهای مبتنی برتصویربرداری MR برای ارزیابی استخوان‌قشری و یا اسفنجی، تصویربرداری با زمان اکوی خیلی کوتاه (UTE) است. از آنجا که بافت استخوان دارای زمان آسایش اسپین ـ اسپین بسیار‌کوتاه (درحدود400 میکروثانیه) می‌باشد، آشکارسازی آن از‌طریق توالی پالس‌های رایج درکلینیک ممکن نمی‌باشد. برای به‌ تصویر‌کشیدن بافت‌استخوانی باتکنیک UTE، از توالی پالس با زمان اکوی در حدود 8 میکروثانیه استفاده می‌شود. با استفاده از این تکنیک سیگنال کافی از پروتون‌های آب موجود در‌استخوان دریافت شده و به‌این طریق می‌توان برآوردی از وضعیت استخوان ازلحاظ نرمال یا پوک‌بودن حاصل نمود.
استخوان بافتی است زنده و پویا که مواد‌معدنی‌(42%) کلاژن (35%) و آب (23%) از‌جمله مواد مهم تشکیل دهنده‌ی آن می‌باشند. تراکم و میزان این مواد تابع سن و همچنین بیمار یا سالم بودن بافت استخوان بوده و اندازه‌گیری کمی و کیفی این مواد در مراحل مختلف سنی، یا در‌شرایط بیماری، می‌تواند به‌عنوان شاخصی جهت تعیین کیفیت و همچنین تعیین خطر ابتلا به بیماری‌های مربوط به‌استخوان از جمله نرمی و یا پوکی استخوان به‌کار‌رود. آب موجود در‌بافت استخوان‌قشری به دو‌شکل کلی یافت می‌شود که سهم کوچک این آب به شکل آب آزاد در کانالهای هاورزین و لاکونا، و سهم بزرگتر آن به شکل آب باند شده، موجود در حفره های کانالیکولی‌، و یا محدود شده توسط مواد‌معدنی و ماتریکس آلی استخوان می‌باشد. اندازه‌گیری آب باند شده به توالی پالس با زمان اکوی بسیار کوتاه (UTE) در‌حدود میکروثانیه نیاز دارد و تخمین آن به‌عنوان شاخصی از میزان چگالی و تراکم مواد معدنی موجود در استخوان خواهد بود. در‌حالی‌که اندازه‌گیری آب آزاد استخوان با استفاده از توالی پالس با زمان اکوی کوتاه (STE) در حدود میلی‌ثانیه (کمتر از یک میلی ثانیه) امکان‌پذیر بوده و اندازه‌گیری آن به‌عنوان شاخصی از میزان حفره‌ها و تخلخل‌های استخوان و در‌نتیجه شاخصی برای تعیین کیفیت استخوان و تشخیص بافت استخوانی نرمال از متخلخل (پوک) در بیماری پوکی‌استخوان می‌باشد. و این از‌محدودیت‌هایی است که تکنیک‌های تصویربرداری DXA  و CT با آن مواجه هستند. این نوع تصویربرداری‌ها تنها قادر به تخمین BMD بوده و در تخمین و اندازه‌گیری میزان آب استخوان به‌عنوان شاخصی مهم در تعیین میزان تخلخل‌ها ناتوان می‌باشند ‏UTE  علیرغم داشتن مزیت‌هایی همچون دریافت حدود 70% سیگنال  دارای زمان اسکن طولانی می‌باشد که همین امر آن را تبدیل به روشی زمان‌بر و پرهزینه نموده است. همچنین این تکنیک فقط با دستگاه های MRI مجهز به تکنیک‌های مخصوص برای امور تحقیقاتی انجام‌پذیر بوده و قابل‌اجرا در همه‌ی دستگاه‌های MRI موجود در‌کلینیک‌ها و مراکز‌درمانی نمی‌باشد. تکنیک زمان اکوی کوتاه (STE) محدودیت اجرایی تکنیک UTE را نداشته و با تمامی دستگاه‌های MRI موجود در مراکز درمانی قابل‌اجرا می‌باشد. علاوه براین زمان اسکن در‌این‌روش به‌نصف میزان لازم در تکنیک   UTE کاهش یافته و این به نوبه‌ی خود مزیتی در‌جهت کاهش زمان و هزینه‌ی استفاده از‌دستگــاه محسوب می‌شود.
در‌ایران با توجه به‌عدم تطابق دستگاه‌های موجود با تکنیک‌های مورد استفاده در‌توالی پالس زمان اکوی خیلی کوتاه  به‌روشی قابل اجرا با امکانات موجود و درعین‌حال کارآمد که بتواند تطابق مطلوبی با استانداردها و نتایج حاصل از تحقیقات صورت‌گرفته در‌سطح جهان داشته باشد نیاز است که به‌نظر می‌رسد STE می‌تواند به عنوان جانشین مناسب UTE برای امور تحقیقاتی و کلینیکی در بررسی وضعیت استخوان سالم و متخلخل به‌کار رود(شکل۳).

3ـ3ـ تصویربرداری تشدید مغناطیسی‌ـ  تصویربرداری  مغز‌استخوان:

تصویربرداری طیف‌نگاری MRI، دیفیوژن و افزایش کنتراست دینامیکی ازجمله روش‌هایی هستند که برای بررسی ترکیبات و عملکرد مغز‌استخوان به‌کار می‌روند. افزایش میزان‌چربی درمغز‌استخوان به‌منزله‌ی افزایش خطر ابتلا به‌پوکی و شکستگی استخوان می‌باشد. بررسی‌های Griffith و همکاران روی‌110‌زن در‌سن یائسگی نشان‌داده‌اند که افزایش میزان‌چربی مغز‌استخوان اندازه‌گیری شده با طیف‌نگاری MR نشانگر کاهش مواد معدنی استخوان بوده‌است.