Princípios Físicos em Densitometria Mineral Óssea

DENSITOMETRIA ÓSSEA
Márcia de Carvalho Silva1
A densitometria óssea é uma modalidade de Diagnóstico por Imagem que determina
a Densidade Mineral Óssea de uma ou mais regiões anatômicas do paciente
permitindo o diagnóstico de doenças ósseas metabólicas e endócrinas que
envolvem alterações na auto-regulação dos sais inorgânicos, cálcio e fósforo, no
corpo humano. A osteoporose é um exemplo de doença metabólica, independente
de sua causa, passível de detecção por este método diagnóstico que permite ainda
a avaliação da resposta a um dado tratamento1.
Na Tabela 1, são listadas as indicações para a realização de exames de
Densitometria Óssea de acordo com o Consenso Brasileiro de Osteoporose 20022.
Tabela 1: Indicações para as medidas de Densidade Mineral Óssea conforme o
Consenso Brasileiro de Osteoporose 2012
– todas as mulheres de 65 anos ou mais;
– mulheres em deficiência estrogênica com menos de 45 anos;
– mulheres na peri e pós-menopausa (com um fator de risco maior ou dois menores);
– mulheres com amenorreia secundária prolongada (por mais de um ano);
– todos os indivíduos que tenham sofrido fratura por trauma mínimo ou atraumática;
– indivíduos com evidências radiográficas de osteopenia ou fraturas vertebrais;
– homens com 70 anos ou mais;
– indivíduos que apresentem perda de estatura (maior que 2,5 cm) ou hipercifose
torácica;
– indivíduos em uso de corticoides por três meses ou mais (doses maiores que 5 mg
de prednisona);
– mulheres com índice de massa corporal baixo (menor que 19 kg/m2);
– portadores de doenças ou uso de medicações associadas à perda de massa óssea
– para monitoramento de mudanças de massa óssea decorrente da evolução da
doença e dos diferentes tratamentos disponíveis
1 Física
Médica Hospital Israelita Albert Einstein, São Paulo. Mestre em Ciências (Instituto de Física da USP),
Especialista em Radiologia Diagnóstica (Associação Brasileira de Física Médica).
1
Ainda de acordo com o Consenso, exames comparativos para fins de avaliação da
eficácia terapêutica ou evolução da doença devem ser realizados com intervalos
mínimos que, em geral, são entre 12 e 24 meses.
METABOLISMO DO OSSO
O osso é um tecido vivo. O tecido ósseo antigo é removido por células chamadas
osteoclastos e substituído por um novo
produzido por células denominadas
osteoblastos1.
Os osteoclastos são osteócitos que destroem ou absorvem osso para liberar cálcio. Osteoblastos tem a função de construir ou subs:tuir o tecido ósseo A Figura 1 ilustra a variação da massa óssea com a idade de maneira figurativa.
Durante a juventude a taxa de absorção óssea é menor que a taxa de construção e
a aquisição de massa óssea é gradual durante a infância e acelerada durante a
adolescência até a idade adulta. O pico de massa óssea é a quantidade máxima de
massa óssea que um indivíduo acumula desde o nascimento até a maturidade do
esqueleto, que ocorre aproximadamente aos 20 anos. Depois de parar o
crescimento e o pico de massa óssea for atingido, na idade adulta, a taxa de
reabsorção óssea torna-se ligeiramente maior do que a taxa de formação,
resultando numa diminuição gradual da massa óssea com a idade.3
2
Figura 1: Ilustração puramente figurativa da variação da massa óssea no ser humano de acordo
com a idade. De forma geral, ocorre um aumento de massa óssea no período que vai da infância e
adolescência até a idade adulta, quando ocorre o pico de massa, seguido da diminuição gradual da
massa óssea com a idade.
Normalmente, a taxa de perda de massa óssea é de cerca de 0,5-1% por ano e
ocorre em ambos os sexos e todas as raças. Quase todos os ossos do esqueleto
são afetados de alguma forma, com os padrões de perda variando de osso para
osso. O volume ósseo total, ou seja, seu tamanho permanece relativamente
inalterado com o avançar da idade, pois a perda de massa óssea ocorre dentro do
osso³. As mulheres, em média, têm menor massa óssea do que os homens em
qualquer idade, mas esta disparidade cresce com o aumento da idade, pois a taxa
de perda óssea em mulheres é maior do que em homens e é acelerada após a
menopausa. Durante toda sua vida as mulheres perdem cerca de 40% de sua
massa óssea, enquanto que os homens perdem cerca de 25%.²
A taxa de perda de massa óssea varia entre indivíduos e devido a diversos fatores
como: peso corporal, nível de atividade física, quantidade de cálcio e vitamina D na
dieta, tabagismo, consumo de álcool, doença ou uso de certos medicamentos a
longo prazo. O determinante principal da força do osso é a sua massa ou a
quantidade de osso que está presente. Testes biomecânicos mostraram que quase
3
80% da força do osso são explicados pela massa óssea. Como resultado da perda
normal de massa óssea relacionada com a idade, ocorre um aumento da incidência de
fraturas devido à fragilidade do osso.3
A perda de massa óssea ocorre ao longo do esqueleto e muitas vezes, resulta em
uma condição chamada osteoporose, que literalmente significa osso poroso, onde
os ossos do esqueleto tornam-se mais porosos e as trabéculas ósseas mais finas. A
osteoporose, especialmente em mulheres, enfraquece o esqueleto aumentando a
incidência de fraturas. As regiões mais acometidas são: os ossos do quadril, da
coluna e do punho.
OSTEOPOROSE
A osteoporose é caracterizada pela diminuição na massa óssea para um nível
abaixo daquele requerido para o suporte mecânico de atividades normais e pela
ocorrência de deterioração da microarquitetura do tecido ósseo, com um
consequente aumento da fragilidade óssea e susceptibilidade à fratura4.
O esqueleto humano é constituído por cerca de 80% de osso cortical e 20% de osso
trabecular. Na osteoporose, o volume anatômico do osso não é alterado, mas o osso
mostra afinamento cortical e porosidade. Além disso, na porção trabecular, ocorre o
afinamento dos trabéculos e, em algumas regiões, o desaparecimento. Na
osteoporose, a proporção de osso mineral no volume ósseo é reduzida e o espaço é
preenchido com gordura. A razão do tecido ósseo específico para a medula óssea
aumenta.4
Uma vez que a força do osso é proporcional à massa óssea, a medida da massa ou
densidade óssea fornece os meios para diagnosticar a osteoporose e para estimar o
risco de um indivíduo sofrer fraturas4. As medições quantitativas da densidade
óssea na coluna lombar, em AP, e do fêmur proximal, colo femoral e/ou fêmur total e
antebraço, segundo os critérios propostos pela OMS, provaram ser eficazes no
diagnóstico da osteoporose. O maior valor preditivo para fratura se dá quando se
mede o próprio local de interesse. Por exemplo, o melhor local para se avaliar risco
4
de fratura da coluna é a própria coluna. Os locais centrais (coluna lombar, em AP e
do fêmur proximal, colo femoral e/ou fêmur total) são os indicados para detectar
respostas aos tratamentos2.
MEDIDAS QUANTITATIVAS
Uma vez que a força do osso é proporcional à massa óssea, a medição da massa
óssea ou, como é normalmente chamada, a densidade óssea, fornece os meios
para o diagnóstico da osteoporose e para estimar o risco de fraturas de um
indivíduo. As medições quantitativas da densidade óssea da coluna lombar,
antebraço, quadril e calcanhar provaram ser tão eficazes para prever o risco de
fratura como a medida da pressão arterial alta ou níveis elevados de colesterol no
sangue estão em predizer o risco de acidente vascular cerebral ou doença
cardíaca3.
As grandezas de Conteúdo Mineral Ósseo – BMC (do inglês Bone Mineral Content),
dado em g ou g/cm e Densidade Mineral Óssea – BMD (do inglês Bone Mineral
Density), dado em g/cm2 são os parâmetros medidos para análise quantitativa da
massa óssea presente. Estes valores são importantes, pois são utilizados para
monitorar as mudanças da massa óssea com o tempo. Entretanto, a medida isolada
da densidade mineral óssea de um indivíduo não oferece um diagnóstico específico
de osteoporose. A medida de BMD de um paciente deve ser comparada com valores
normais de jovens do mesmo sexo e com indivíduos normais de mesmo sexo e
idade e, em alguns casos, mesma etnia e peso. Os valores são, então, expressos
como porcentagem ou desvio padrão em relação a essa população. Para isso, são
usados os índices T-score e Z-score.
5
Índices de BMD T-­‐score Compara a BMD do indivíduo com a BMD da população jovem normal Z-­‐score Compara a BMD do indivíduo com a BMD média da população de mesma idade, sexo e etnia O índice T-score mede a diferença entre o BMD do paciente e o BMD médio da
população jovem normal e é calculado pela equação:
𝑇 − 𝑠𝑐𝑜𝑟𝑒 =
𝐵𝑀𝐷!"#$%&'% − 𝐵𝑀𝐷!"#$%
𝑆𝐷!"#$%
Onde: BMDpaciente é o BMD medido no paciente; BMDjovem é o valor médio de BMD
da população jovem de mesmo sexo e SDjovem é o desvio padrão.
Os critérios de diagnóstico de osteoporose usando o resultado de T-score foram
propostos pela Organização Mundial de Saúde (OMS) em 1994 e são apresentados
na Tabela 2.
Tabela 2: Critérios de diagnóstico propostos pela OMS
Valor de T-score
Diagnóstico
Até -1
Normal
Entre -1,1 e -2,5
Osteopenia
Abaixo de -2,5
Osteoporose
Abaixo de -2,5 na presença de fratura
Osteoporose estabelecida
Esta classificação está bem estabelecida para mulheres na pós-menopausa, mas
não há consenso no uso destes critérios em jovens, homens e em casos de
osteoporose secundária (osteoporose causada por outras doenças ou condições)2.
6
O índice Z-score mede a diferença entre o BMD do paciente e o BMD médio da
população de mesma idade, sexo e etnia e é calculado pela equação:
𝑍 − 𝑠𝑐𝑜𝑟𝑒 =
𝐵𝑀𝐷!"#$%&'% − 𝐵𝑀𝐷!"#$%
𝑆𝐷!"#$%
Onde: BMDpaciente é o BMD medido no paciente; BMDpares é o valor médio de BMD da
população de mesma idade e sexo e SDpares é o desvio padrão.
Resultados de Z-score iguais ou abaixo de -2,0 podem sugerir causas secundárias
de osteoporose. Em crianças, o Z-score é usado para avaliação da massa óssea.
PRINCÍPIOS FÍSICOS DA DENSITOMETRIA ÓSSEA
O exame de Densitometria Óssea é o mais importante método usado na
determinação in vivo da massa óssea, permitindo o diagnóstico de doenças
relacionadas à perda de massa óssea como a osteoporose.
Os equipamentos de densitometria óssea são baseados na medida da atenuação do
feixe de radiação quando ele passa através do osso. A Figura 3 ilustra o processo
de atenuação do feixe de radiação ao atravessar um material. Nas energias usadas
em equipamentos de densitometria óssea, a radiação interage com o tecido ósseo e
o tecido mole do paciente principalmente por dois processos: efeito fotoelétrico e
espalhamento Compton.
No efeito Fotoelétrico, o fóton incidente interage com um elétron do meio e é
totalmente absorvido. No espalhamento Compton, somente uma parte da energia do
fóton incidente é perdida para o meio e a interação resulta em um fóton espalhado
com direção alterada e com energia reduzida. Em ambos os casos, ocorre a perda
de energia do feixe de radiação incidente através da ionização.
7
Figura 3: Um feixe de radiação com intensidade inicial I0 é atenuado pelo material de espessura t e
coeficiente de atenuação µ, resultando em um feixe atenuado de intensidade I.
Se o feixe de radiação incidente for composto por fótons de mesma energia (feixe
monoenergético), a atenuação do feixe, quando ele travessa um dado material,
obedecerá a equação abaixo:
I = I0.e-µt
Eq. 01
Onde I é a intensidade do feixe após atravessar o material, I0 é a intensidade do
feixe incidente, µ é o coeficiente de atenuação linear (cm-1) e t é a espessura em cm
do material atravessado pelo feixe.
O gráfico da Figura 4 mostra os coeficientes de atenuação linear em função da
energia do feixe incidente para o tecido mole, composto por elementos de baixo
número atômico (principalmente carbono, oxigênio e hidrogênio) e para o osso
mineral, cuja composição inclui elementos de números atômicos mais altos como
fósforo e cálcio.
O coeficiente de atenuação linear é proporcional a sua densidade ρ (g/cm3) e
depende do número atômico dos elementos que compõem o material e da energia
do feixe incidente.
A equação 1 também pode ser escrita em termos de coeficiente de atenuação de
massa (µ/ρ), em cm2/g, e da espessura de massa (x), em g/cm2, esta última sendo
definida como a massa por unidade de área e obtida multiplicando-se a espessura
pela densidade (t.ρ), ou seja:
8
I = I0.e-(u/ρ).x
Eq. 02
1,6
1,4
)
1,2
m
c(
r
a
e 1
n
iL
o
ãç
a
u 0,8
n
e
t
A
e
d
e
t 0,6
n
e
ic
fi
e
o 0,4
C
-­‐1
Água
Tecido mole
Osso cortical
0,2
0
30
50
70
90
110
130
150
170
190
Energia (keV)
Figura 4: Gráfico dos coeficientes de atenuação linear em função da energia dos fótons. Observe
que os coeficientes de atenuação linear do osso são maiores do que os do tecido mole e água. Essa
característica é que permite a distinção entre esses dois materiais em densitometria óssea. Observe
também que os coeficientes de atenuação linear da água e do tecido mole são bastante parecidos.
Em densitometria óssea, considera-se que somente dois materiais contribuem para
a atenuação do feixe: o tecido mole (que inclui músculo, gordura, pele, vísceras, e
ainda, os tecidos ósseos como colágeno e medula óssea) e o osso mineral.
Dessa forma, a equação 2 fica:
I = I0.e-((µ/ρ)
m
.x +(µ/ρ)
m
.x
osso
)
osso
Eq. 03
Onde m representa o tecido mole e osso representa o tecido ósseo. A Figura 5
ilustra o processo de atenuação quando o feixe de radiação atravessa essas duas
estruturas.
9
Figura 5: O feixe de radiação com intensidade inicial I0 é atenuado pelo tecido mole e pelo osso
resultando em um feixe de intensidade I
Resolvendo a equação 3 obtemos o valor de xosso que é a Densidade Mineral Óssea
(Bone Mineral Density – BMD) expressa em g/cm2 medida em ponto que
corresponde a determinado caminho atravessado pelo feixe de radiação.
Multiplicando o valor de BMD pela área (cm2) é obtido o valor de Conteúdo Mineral
Ósseo (Bone Mineral Content - BMC) expresso em g.
EQUIPAMENTOS
Os principais componentes de um sistema de absormetria estão esquematizados na
Figura 6.
10
Sistema de detecção
Mesa de Exame
Comando do equipamento
Fonte de radiação
Controles da mesa
Figura 6: Equipamento de densitometria óssea
Uma fonte emissora de fótons, que pode ser tanto um radioisótopo (SPA e DPA)
quanto um tubo de raios X (DXA), emite fótons que são colimados em um feixe. O
feixe de fótons passa através do paciente (onde alguns fótons sofrerão os efeitos já
descritos acima, reduzindo a intensidade do feixe) e continua até alcançar o
detector, onde é registrada a intensidade do feixe transmitido. O sistema fontecolimador-detector é cuidadosamente alinhado e mecanicamente conectado. O
mecanismo se movimenta de um lado para o outro formando as linhas de varredura
que irão compor a imagem. Uma vez obtida a imagem, regiões de interesse (ROI –
Region of Interest) são selecionadas conforme a anatomia examinada e os valores
de BMD são calculados, assim como os índices T-score e Z-score. Esses valores
são apresentados na forma de um relatório.
O formato do feixe pode ser do tipo pencil beam (feixe lápis) ou fan beam (feixe
leque). No caso do feixe tipo pencil beam, um colimador na forma de orifício é
colocado na saída da fonte emissora, produzindo um feixe na forma de lápis. Nestes
sistemas, um único detector posicionado no lado oposto recebe o feixe de radiação
11
transmitido, de forma que os movimentos do sistema fonte-detector precisam ser
lineares de um lado para outro (sentido lateral) seguidos por um movimento para
frente (sentido longitudinal), como mostra a Figura 7.
Figura 7: Nos sistema de feixe tipo lápis, o sistema fonte detector faz o movimento de varredura no
sentido lateral e longitudinal compondo, assim, as linhas de varredura que irão formar a imagem.
Nos equipamentos que emitem um feixe no formato de leque (fan beam), o
colimador tem a forma de uma fenda e o sistema detector é composto por um
arranjo de multi elementos detectores, de forma que é possível fazer a varredura
com o sistema se movendo em uma única direção (longitudinal) (Figura 8). Essa
tecnologia permite aquisições com tempos muito menores em relação ao sistema do
tipo pencil beam.
12
Figura 8: Nos sistema de feixe tipo leque o sistema fonte-detectores executa o movimento em
apenas um sentido (longitudinal), reduzindo significativamente o tempo de aquisição em relação ao
sistema de feixe lápis.
Absormetria por fóton único (Single photon Absorptiometry – SPA)
A absormetria por fóton único (SPA) foi originalmente introduzida por Cameron e
Sorensen em 19634 e foram usadas fontes seladas monoenergéticas de Iodo-125
(28 keV) ou Amerício-241 (60 keV).
Fontes Seladas são fontes radioativas que estão hermeticamente
encapsuladas, de tal forma que o material radioativo não se disperse em
condições normais de uso, impedindo o contato direto com o material (ou
seja, impedindo a contaminação do meio). A fonte selada só pode ser aberta
se for destruída.
Esses instrumentos eram limitados a regiões que poderiam ser imersas ou rodeadas
por um material com propriedades de absorção equivalentes ao tecido mole (tal
como a água), de forma que a espessura total de osso mineral e tecido mole fosse
constante. Isso era necessário porque havia duas incógnitas (xosso e xm) para se
determinar e somente uma equação para resolvê-las (Eq. 03). Na prática, eram
medidas, a intensidade transmitida por um ponto contendo osso mais tecido mole
(Iosso+tec.mole) e a intensidade transmitida por um ponto de mesma espessura, mas
contendo apenas tecido mole (Im) (Figura 9). Ou seja, na primeira medida temos a
redução da intensidade do feixe devido à contribuição dos dois tecidos (osso +
tecido mole) e, na segunda, somente devido à atenuação do tecido mole. Com as
duas equações era possível calcular, então, os valores de BMC e BMD.
13
Figura 9: Esquema de aquisição de um sistema DPA. A fonte radioativa emite um feixe de radiação
continuo ao longo do eixo passando ora pela parte contendo somente água (que simula o tecido
ósseo) ora passando pela região anatômica (braço) contendo tecido mole e osso. O detector no lado
oposto registra a intensidade do feixe transmitido ponto a ponto.
Absormetria por fótons de dupla energia (Dual Photon Absorptiometry – DPA)
A limitação do método SPA devido a necessidade de rodear a região com material
equivalente a tecido mole levou ao desenvolvimento da técnica de absormetria por
fótons de dupla energia (DPA).
Inicialmente eram usadas duas fontes radioativas de energias distintas, como: I-125
(28 keV) e Am-241 (60 keV) ou Am-241 (60 keV) e Cs-137 (662 keV).
Posteriormente, o isótopo Gadolínio-153, que emite fótons de duas energias
distintas (44 e 100 keV) passou a ser usado. O princípio de dupla energia de
radiação baseia-se no fato de que as características de atenuação diferem no osso e
nos tecidos moles em função da energia da radiação, como mostrado anteriormente
na Figura 4. A diferença na atenuação entre o osso e o tecido mole é maior no feixe
de baixa energia. Nesta tecnologia, duas equações de transmissão, uma para cada
energia de fóton, são usadas para a determinação dos valores de BMC e BMD.
A Figura 10 mostra como ocorre a aquisição de sinal de um sistema SPA.
14
Figura 10: No sistema de dupla energia, dois perfis de atenuação são obtidos: o perfil de atenuação
do feixe de alta energia e o perfil de atenuação do feixe de baixa energia. A atenuação feixe de alta
energia devida ao tecido mole é multiplicada por uma constante para se igualar ao de baixa energia
(normalização) e os perfis são subtraídos um do outro. O resultado fornece a atenuação devida
somente ao osso.
Absormetria por dupla energia de Raios X (Dual X-ray Absorptiometry – DXA)
Embora a tecnologia DPA tenha trazido significantes melhoras no campo de
densitometria, ainda havia uma série de problemas práticos. O tempo de varredura
para exames de alta precisão de quadril e coluna, por exemplo, eram longos (20-40
minutos) e a resolução era limitada (4-8 mm). Além disso, devido ao decaimento da
fonte radioativa, eram necessárias complicadas correções e a fonte precisava ser
trocada anualmente, implicando em um custo considerável além de dificuldades de
importação da fonte de Gd-153. Assim, em 1987, a Hologic introduziu a tecnologia
DXA, onde a fonte radioativa foi substituída por um tubo de raios X, cujo alto fluxo de
15
fótons permite tempos de varredura muito mais curtos (6 minutos). Além disso, a
precisão e resolução dessa tecnologia foram substancialmente melhoradas e, por
isso, a tecnologia DPA deixou de ser produzida, sendo totalmente substituída pela
DXA.
DPA
Fonte: Gd-153
- Decaimento da fonte radioativa exigia complicadas correções e troca periódica (alto
custo e processos de importação complicados)
- Tempos de aquisição longos
- Baixa resolução (menor estrutura visível na ordem de 4 mm)
DXA
Fonte: Tubo de raios X
Elimina a necessidade de troca anual da fonte (redução de custos e processos)
Alto fluxo de fótons permite tempos de varredura muito mais curtos
Aumento da resolução e precisão
Para obter as duas energias necessárias para a determinação dos índices BMD e
BMC, os equipamentos DXA usam uma das seguintes técnicas: chaveamento de
energia ou filtração do feixe com filtros de terras raras.
Nos sistemas de chaveamento de energia, o potencial de aceleração dos elétrons no
tubo de raios X é chaveado entre dois diferentes valores (em geral, 70kVp e 140
kVp) e, portanto, a energia máxima do feixe emitido alterna entre 70 kVp e 140 keV.
Por se tratar de um tubo de raios X, o feixe de radiação emitido é, na verdade,
composto com fótons de várias energias (espectro), sendo as energias máximas
numericamente iguais ao potencial aplicado no tubo de raios X. Portanto, por se
16
tratar de um feixe policromático, são necessárias algumas correções que são feitas
automaticamente pelo sistema.
Nos sistemas que usam filtros de terras raras, o feixe emitido pelo tubo de raios X é
filtrado por um filtro de terras raras com bordas de absorção de energia
característica (k-edge) específicas. O uso dos filtros k-edge divide o espectro de
raios X emitido em duas porções: uma de alta energia e outra de baixa energia.
Neste caso, como no sistema DPA com fonte radioativa de Gd-153, as energias alta
e baixa são emitidas simultaneamente (ao contrário do sistema de chaveamento)
possibilitando a adaptação de um sistema DPA para DXA com o mínimo de ajustes
nos detectores e no software de análise.
Outras técnicas de mensuração:
1 – Radiografia Plana e Radiogrametria e Absorciometria Radiográfica
As primeiras tentativas de quantificar a densidade do osso usavam a radiografia
plana do esqueleto. Entretanto, a desmineralização do osso só se torna visível após
uma perda de 30-50% de densidade óssea. As radiografias convencionais são
excelentes para mostrar fraturas, mas a avaliação através da classificação dos
padrões trabeculares do osso e a espessura do córtex vertebral é altamente
subjetiva e, portanto, esse método foi substituído por outros métodos mais
quantitativos.3
A Radiogrametria ou Morfometria Radiográfica utiliza a medida dos ossos em uma
radiografia de mão, onde são quantificadas as dimensões características anatômicas
do osso, tais como a espessura do osso nas regiões da parte média da diáfise da
falange ou metacarpo. Como a precisão radiogrametria é limitada (3-5%), e a
mudança na espessura cortical de um indivíduo é geralmente pequena, a
radiogrametria não é capaz de detectar com segurança a perda óssea ou monitorar
as alterações ósseas em um indivíduo.3
17
A Absorciometria Radiográfica é similar à radiogrametria com a diferença de que,
neste caso, é incluído um padrão de alumínio na forma de “escada” na radiografia.
As densidades óticas das imagens radiográficas do osso e dos degraus da escada
de alumínio são então medidas e a massa de osso é determinada como equivalente
de massa de alumínio no ponto onde a densidade ótica do osso é igual à densidade
ótica de determinado degrau de alumínio. Efeitos de endurecimento de feixe e
radiação espalhada reduzem a acurácia desse método em ossos da coluna ou no
pescoço femural, limitando essa técnica às medidas nas extremidades.3
2 – Ultrassonometria óssea (QUS)
Nesta modalidade, é medida a distância entre dois pontos e o tempo necessário
para a onda sonora atravessar a distância entre esses dois pontos. A velocidade do
som através do osso é inversamente relacionada ao risco de fratura, ou seja,
velocidades maiores para atravessar a distância entre os dois pontos estão
relacionadas a maior densidade e óssea ou resistência a fratura. As estruturas
anatômicas geralmente estudadas são: tornozelo, falanges dos pododáctilos (pés)?
e tíbia. Embora esse método tenha a vantagem óbvia de não usar radiação
ionizante, a variedade de equipamentos, transdutores e frequências torna difícil
determinar a exatidão do método e, portanto, ele não é recomendado para
monitoração de alterações esqueléticas, embora seja usado no diagnóstico de
osteoporose e predição de risco de fratura. 5
3 – Tomografia Computadorizada Quantitativa (QCT)
A Tomografia Computadorizada Quantitativa (QCT) pode ser realizada na maioria
dos equipamentos de CT existentes, mas exige software e padrões de referência
mineral (fantomas) com sofisticada calibração e técnicas de posicionamento. O
software e o fantoma de referência são usados para converter o número CT
(Unidades Hounsfield) em valores equivalentes de osso.5
18
A QCT, quando apropriadamente calibrada, apresenta valores de densidade
volumétrico do osso em unidades de g/cm3. Por ser uma modalidade de natureza
tridimensional, a QCT pode medir tanto o osso trabecular metabolicamente mais
ativo como o osso compacto em quase todos os locais do esqueleto. Em geral, a
QCT é usado para medir o osso trabecular da região central das vértebras lombares.
Para a aquisição das imagens de CT, um objeto simulador padrão é posicionado por
baixo do paciente para permitir a correlação entre o número CT e valores de
densidade óssea. Um fator limitante dessa técnica está relacionado à gordura
presente na medula óssea, que aumenta com a idade. Quando o conteúdo de
gordura aumenta, a densidade óssea aparente diminui e vice-versa, reduzindo a
acurácia do método. Novos equipamentos de CT com duas energias (DEQCT - Dual
Energy Quantitative Computed Tomography) em que são realizados exames QCT
em duas diferentes energias de feixe de raios x, melhoram a acurácia, mas a
precisão é significativamente pior do que na tomografia com energia única.5
Estatística e a importância da precisão na densitometria:
A performance de um método de densitometria óssea é caracterizada pela sua
sensibilidade diagnóstica, acurácia e precisão.
A sensibilidade diagnóstica é a capacidade de uma medida de fazer a distinção
entre indivíduos normais e osteoporóticos e entre a perda óssea relacionada à idade
ou à doença.
A acurácia é a habilidade do sistema em medir o mesmo conteúdo de osso mineral
de um objeto como o medido por um método independente como calcinação ou
análise por ativação de nêutrons.
Precisão é a habilidade do instrumento em reproduzir o mesmo resultado em
repetidas medidas em um mesmo objeto. A precisão de um determinado
equipamento é importante porque é ela que determina a mínima alteração que pode
ser estatisticamente reconhecida como tal e não como um simples erro de medida.
Dois fatores são de extrema importância para se obterem exames de alta precisão:
19
posicionamento do paciente e Controle de Qualidade. Esses dois aspectos serão
tratados em seguida.
A Tabela 3 abaixo mostra os valores de Precisão para os métodos descritos
anteriormente.
Tabela 3: Valores de Precisão para os diferentes sistemas de Densitometria Óssea6
Técnica
Anatomia
SPA
DPA
Raio distal
Coluna Lombar
Fêmur proximal
Corpo Inteiro
Coluna Lombar
Fêmur proximal
Corpo Inteiro
DXA
Precisão
(%)
1-2
2
2-4
1-2
0,8 - 1,5
2-3
1
CONTROLE DE QUALIDADE
O Controle de Qualidade nos equipamentos de Densitometria Óssea é obrigatório e
tem a finalidade de garantir a precisão do diagnóstico. Além da calibração inicial
efetuada pelo fabricante, devem-se realizar testes diários para monitorar a
performance do equipamento pontualmente e ao longo do tempo. Esses testes são
realizados com objetos simuladores próprios fornecidos pelo fabricante. Os objetos
simuladores podem ser blocos de alumínio em forma de escada (diferentes
espessuras) ou blocos contendo estruturas que simulam uma coluna lombar.
20
Figura 11: Objeto simulador para Controle de Qualidade de um equipamento Hologic.
Esses objetos simuladores são posicionados no equipamento e uma varredura é
efetuada
(Figura
11).
Valores
de
BMD
da
aquisição
são
computados
automaticamente pelo equipamento e o valor obtido é comparado com o valor
esperado, determinado previamente pelo fabricante no momento da instalação com
o mesmo objeto simulador que será usado nos testes diários. Se o valor obtido
diferir em mais de 1,5% do valor esperado, deve-se repetir a medida e, mantendo a
diferença, deve-se interromper o uso do equipamento e acionar a assistência técnica
do equipamento.
Os valores obtidos diariamente são adicionados à base de dados do equipamento e
é possível analisar o comportamento dos resultados ao longo do tempo, como
mostra a Figura 12.
Além do teste diário, alguns fabricantes podem incluir testes semanais, como é o
caso da Hologic que executa uma varredura de corpo inteiro no ar (sem nenhum
objeto na mesa de exames). Esse teste tem a finalidade de avaliar a uniformidade
da imagem e seu resultado é comparado com os limites estabelecidos.
21
Figura 12: Exemplo de gráfico gerado pelo software de Controle de Qualidade de um equipamento
Hologic. Além da distribuição dos resultados obtidos de BMD ao longo do tempo, é possível também
ver os resultados de BMC e da área do objeto simulador.
Procedimentos
1 - Questionário
Um exame bem sucedido de Densitometria Óssea leva em conta não só a aquisição
em si, mas também o levantamento histórico do paciente. Assim, é importante que
antes da aquisição o paciente responda um questionário com as questões abaixo:
1 – Nome
2 – Idade
3 – Peso e Altura
4 - Sexo
5 - Qual o motivo do exame?
22
6 - Já fez algum exame de densitometria óssea? Se sim, no mesmo local (clínica) ou
outro? Deixar os resultados anteriores em caso positivo.
7 - Tem hiperparatireoidismo ou exame com níveis de cálcio elevado no sangue?
8 - Tem prótese de quadril? Se sim, em qual lado (direito ou esquerdo)?
9 - Já se submeteu a alguma cirurgia? Qual?
10 - Realizou algum exame com Bário ou algum exame de Medicina Nuclear nas
últimas duas semanas? Se sim, qual?
11 - Informar as medicações em uso atualmente, especialmente Hormônios da
Tireóide, Anticoncepcionais orais e Cálcio.
Para pacientes do sexo feminino, acrescentar ainda as questões abaixo:
12 - Há alguma chance de estar grávida?
13 - Está na menopausa? Se sim, com que idade? Se não, informar a data da última
menstruação.
14 - Retirou cirurgicamente um ou dois ovários? Se sim, com qual idade?
Questões relacionadas a fatores de risco:
1 - Já teve fratura óssea? Se sim, informar o local e se foi fratura espontânea ou por
trauma.
2 - Os pais já tiveram fratura espontânea de quadril?
3 - Tem hábito de fumar? Se já foi tabagista, mas parou informar a quanto tempo
parou.
4 - Já fez uso de corticoides? Se usa ou já fez uso informar por quanto tempo, a
dose diária (mg/dia) e o nome do medicamento.
5 - Tem artrite reumatoide? Se sim, há quanto tempo foi diagnosticada
(meses/anos)?
23
6 - Tem o hábito de ingerir bebida alcoólica diariamente? Se sim, informar as doses
ao dia que costuma ingerir.
7 – O paciente tem alguma dessas patologias associadas à osteoporose
secundária?
a) Diabetes tipo I (insulinodependente)
b) Osteogênese imperfeita (do adulto)
c) hipertireoidismo (de longa data)
d) menopausa precoce (<45 anos) ou deficiência de testosterona
e) deficiência nutricional (ex. distúrbio de alimentação)
f) síndrome de má absorção (ex.: doenças intestinais)
g) insuficiência hepática crônica.
2 - Orientações Pré-Procedimento
- Checar o pedido médico
- Verificar se a altura e peso do paciente estão dentro dos limites do equipamento;
- Nunca realizar a densitometria óssea depois de exames com contrastes
radiográficos.
- O paciente não poderá tomar cálcio no dia do exame.
- Para densitometria de corpo inteiro o paciente deve suspender a ingestão de água
3 horas antes do exame
- Pacientes grávidas não devem realizar o procedimento
- Conferir se o (a) paciente respondeu a todos os itens do questionário. No caso de
pacientes do sexo feminino, com idade superior a 45 anos que tenham alguma
dúvida quanto à possibilidade de estar na menopausa (ex. estar usando DIU mirena,
24
antecedente de histerectomia etc), o médico deverá ser consultado. As pacientes
ooforectomizadas estão tecnicamente na menopausa.
- Verificar se o (a) paciente tem exame anterior. Em caso positivo, o(a) paciente
deverá entregar o exame anterior para comparação;
- Pedir ao (à) paciente que tire os sapatos e qualquer tipo de metal que possa
interferir no exame, tais como: fivelas, botões, sutiãs com aro metálico, roupas com
zíperes, colchetes etc;
- Identificar a etnia do paciente: branco, negro, asiático, etc..
- Posicionar corretamente o(a) paciente.
3 - Contraindicações:
- Gravidez
- Ingestão recente de meio de contraste oral
- Exame recente de medicina nuclear
- Impossibilidade de se manter em posição decúbito dorsal na mesa de exames sem
se movimentar durante tempo do exame. Alguns equipamentos têm a opção de
modos de scan rápidos (fast scan) que reduzem o tempo de aquisição.
4 - Posicionamento
Coluna lombar em AP:
Os parâmetros de aquisição e processamento do exame de Coluna Lombar devem
seguir os protocolos do fabricante. Esses protocolos diferem em detalhes de um
fabricante/modelo para outro, mas, em geral, a aquisição é feita com o paciente
deitado em posição supina na mesa de exame e com a parte inferior das pernas
25
apoiadas em um suporte que é fornecido com o equipamento (Figura 12). O apoio
das pernas tem a finalidade de reduzir a lordose e alinhar os espaços entre os
discos vertebrais com o feixe de raios X, melhorando a visualização da separação
das vértebras individuais na imagem. Com o uso do laser, deve-se posicionar
corretamente onde a varredura será iniciada e, além disso, a coluna deve ficar
perfeitamente centralizada no campo de visão.
Figura 12: Posicionamento do paciente para uma aquisição de Coluna Lombar. O uso do apoio para
as pernas tem a finalidade de reduzir a lordose e alinhar os espaços entre os discos vertebrais com o
feixe de raios X. Para o correto alinhamento do laser deve-se seguir as orientações do fabricante
A espessura abdominal deve ser medida caso o paciente
seja obeso ou
excessivamente magro, quando a população sob estudo mostrar variação na
composição corporal entre os exames (exemplo: pacientes com doença hepática
apresentando ou não ascite) e em pacientes seguindo dietas para reduzir peso.
Se a região de interesse for de L2 a L4, a varredura deve cobrir a área que vai de
2,5-5 cm abaixo das margens anteriores da crista ilíaca até logo acima do processo
26
xifóide. Se a região de interesse incluir L1, então a varredura deverá se estender até
cerca de 4 cm acima do processo xifoide.
Durante a varredura, a imagem formada vai sendo mostrada no monitor do
equipamento e o operador deve interromper a varredura se os pontos de referência
anatômicos não estiverem aparecendo ou se a coluna estiver fora de centro. Se isso
ocorrer, o operador deve reposicionar o paciente e reiniciar a varredura.
Terminada a aquisição, o software do equipamento identifica automaticamente as
Regiões de Interesse (ROI´s) que serão analisadas e apresentará os valores para
essas regiões (Figura 13). Deve-se evitar alterar esses ROI´s, embora, em alguns
casos, sejam necessários pequenos ajustes. Se houver exame anterior do paciente,
é importante que o operador verifique a imagem anterior para garantir que idênticas
regiões de interesse (ROI´s) sejam avaliadas. O exame anterior pode ser o relatório
impresso ou, se o exame anterior tiver sido feito no mesmo equipamento, pode ser
recuperado do banco de dados.
a
)
b
)
Figura 13: a) exemplo de imagem de coluna lombar mostrando os ROI´s selecionados (L1, L2, L3 e
L4). b) exemplo de tabela apresentada no relatório final do exame, mostrando os valores de área,
BMC, BMD, T-score e Z-score para cada ROI e o total.
27
Quadril - Fêmur Proximal
O exame de Quadril (Fêmur Proximal) é um exame relativamente comum devido à
alta mortalidade associada à fratura nessa região anatômica. Na determinação do
BMD do quadril, o correto posicionamento do paciente e, principalmente, dos
membros inferiores, é de extrema importância para obter-se uma medida de alta
precisão. Assim como no caso da coluna, os protocolos entre os diferentes
fabricantes podem ter pequenas diferenças e o operador deve estar atento isso.
O paciente deve retirar os sapatos e deitar na mesa na posição supina com os
membros inferiores esticados. O pé deve ser firmemente preso ao suporte específico
conforme mostra a Figura 14. O suporte serve para garantir a rotação apropriada da
perna e também a reprodutibilidade do posicionamento em exames futuros. É
importante salientar que não é somente o pé que deve ser rotacionado, mas toda a
perna. Uma forma de verificar se a rotação está adequada é observar se o joelho
está apontando levemente para dentro (não para cima ou para o lado de fora). O
paciente é alinhado com a linha central da mesa assim como o centro do suporte de
pé, de forma a garantir a reprodutibilidade do ângulo nos exames futuros.
a
)
b
)
Figura 14: a) suporte para prender o pé do paciente na posição correta durante um exame de quadril
e possibilitar a reprodução do posicionamento em exames futuros. b) o paciente e o suporte devem
ser alinhados no eixo central do equipamento e o joelho deve estar ligeiramente rodado para dentro.
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Durante a varredura, a imagem em formação vai aparecendo na tela e o operador
deve ficar atento para interromper imediatamente a varredura em caso de mau
posicionamento ou movimento do paciente.
A região de varredura deve incluir toda a cabeça femoral, o grande trocânter e a
extremidade proximal da haste femoral pelo menos 1,5 cm abaixo do trocânter
pequeno.
A Figura 15a mostra um exemplo de imagem obtida neste exame. As regiões de
interesse quantificadas são: fêmur total, colo do fêmur, trocânter,
região
intertrocantérica e região de Ward. As regiões de fêmur total e colo do fêmur são as
regiões mais usadas no diagnóstico enquanto que as regiões do trocânter e triângulo
de Ward são mais usadas para fins de pesquisa (Figuras 15 b e 15 c).7
a
b
c
Figura 15: a) Exemplo de imagem de quadril; b) Indicação dos ROI´s usados na análise. O ROI fêmur
total é a soma das 3 áreas destacadas. c) Valores obtidos para as regiões indicadas em b.
29
Antebraço
Antes de iniciar o exame, mede-se o tamanho do antebraço, como mostra a figura
16a e anota-se o valor no software do equipamento. Este dado será usado na
análise dos resultados. Nos exames de antebraço em equipamentos DXA (sem
necessidade de imersão em água), o antebraço é posicionado em cima da mesa, e o
laser centralizado entre os ossos rádio e ulna. A posição inicial da varredura vai
depender de qual braço será avaliado (esquerdo ou direito) e do sentido de
varredura do equipamento. Alguns equipamentos possuem suportes especiais para
o posicionamento do antebraço evitando a movimentação durante a varredura.
Pede-se ao paciente manter o punho relaxado e que fique com a mão fechada. A
Figura 16b mostra um exemplo de posicionamento para um exame de antebraço.
Figura 16: a) Antes de posicionar o paciente, mede-se o tamanho do antebraço e o valor é inserido
no equipamento. Esse valor será usado na análise dos ROI´s. b) Exemplo de posicionamento para a
aquisição do antebraço direito. A posição inicial do laser dependerá do lado do braço (esquerdo ou
direito).
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As regiões de interesse (ROI´s) no exame de antebraço são tipicamente: ultradistal
(UD), distal (raio médio - MID) e um terço do raio (1/3). A Figura 17 mostra as ROI´s
em uma imagem típica.
Figura 17: Imagem de antebraço mostrando as regiões de interesse (ROI´s): ultradistal (UD), distal
(raio médio - MID) e um terço do raio (1/3) e os valores obtidos em cada ROI e no total.
Corpo Total
O exame de corpo total é solicitado quando se pretende determinar o conteúdo
mineral total do corpo. Esta informação pode ser útil para estudos de balanceamento
de cálcio e estudos pediátricos.
Assim como nos outros estudos, é necessário seguir o protocolo de posicionamento
do fabricante do equipamento. O paciente é posicionado deitado em posição supina
na mesa de exames com todas as partes do corpo, incluindo os
membros
superiores, dentro do campo de varredura do equipamento. A Figura 18 mostra um
exemplo de posicionamento para a aquisição de varredura de corpo total. Os pés
estão ligeiramente virados para dentro e é aconselhável prende-los com uma fita
para que não ocorra movimentação durante a varredura. as mãos podem estar em
pronação ( com as palmas voltadas para baixo), ou a 90º graus como mostra a figura,
dependendo do protocolo do fabricante e da clínica.
31
Figura 18: Posicionamento para o exame de Corpo Total. A fita prendendo os pés ajuda a evitar
movimentos involuntários.
Os valores de BMC e BMD médios são obtidos para todo o esqueleto assim como
de algumas sub-regiões como crânio, braços, costelas, coluna lombar e torácica,
pelve, abdome, tórax e membros inferiores. Além disso, a composição do tecido
mole é quantificada em termos de gordura e tecido magro a partir de medidas em
áreas que não contem osso. A definição das regiões de interesse em exames de
corpo total é específica para cada modelo/fabricante e o operador deverá consultar o
manual do fabricante para maiores informações. A Figura 19 mostra um exemplo de
um exame de corpo total mostrando as regiões de interesse e os valores reportados.
32
Figura 19: Exemplo de uma aquisição de corpo total. Os valores para as regiões do crânio, braços,
costelas, coluna lombar e torácica, pelve, tronco e pernas são reportados, bem como as quantidades
de gordura e tecido magro.
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REFERÊNCIAS:
1
Juhl, John H., Crummy, Andrew B., Kuhlman, Janet E. Interpretação Radiológica.
7.ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan. Capítulo 6. 2000.)
2
Consenso Brasileiro de Osteoporose 2002. Rev. Bras. Reumatol. – Vol. 42 – nº 6 –
Nov/Dez 2002
3
Wilson, Charles R. “Essentials of Bone Densitometry for the Medical Physicist”.
Medical College of Wisconsin, Milwaukee, WI. AAPM 2003 Annual Meeting
4
Wahner, Heins W., Fogelman, Ignac. “The evaluation of osteoporosis: Dual energy
X-ray absorptiometry in clinical practice”.
5
6
Techinical White Paper: Bone Densitometry – CRCPD Publication E-06-5
Meirelles, Eduardo S., Diagnóstico por Imagem na Osteoporose, Arq. Bras. De
Endocrinologia Metabol. Vol. 43, nº 06, Dez/1999, p. 423 - 427
7
Dual Energy X ray absorptiometry for bone mineral density and body composition
assessment. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2010.
34