Wolfgang Paetzold
Dr. med.
Wertigkeit der Knochendichtemessung mittels Quantitativer Ultraschalldensitometrie
(QUS) am Kalkaneus bei Osteoporose, Osteopenie und anderen metabolischen
Osteopathien.
Geboren am 15.04.1964 in Göttingen
Reifeprüfung am 19.05.1983 in Heidelberg
Studiengang der Fachrichtung Medizin vom SS 1988 bis WS 1995
Physikum am 29.08.1990 in Heidelberg
Klinisches Studium in Heidelberg
Praktisches Jahr in Heidelberg
Staatsexamen am 14.11.1995 an der Universität Heidelberg
Promotionsfach: Innere Medizin
Doktorvater: Priv.-Doz. Dr. med. Chr. Wüster
Zwei Verfahren zur Messung der Knochendichte - Quantitativer Ultraschall (QUS) als neue
Methode, und Dual X-ray absorptiometry (DXA) als etablierte Methode - wurden getestet. Sie
wurden hinsichtlich ihrer Fähigkeit verglichen, zwischen Patienten mit und ohne Osteoporose
zu unterscheiden, indem als Gold-Standard Röntgenaufnahmen der Wirbelsäule verwendet
wurden. Für die vorliegende Studie wurde anhand dieser Aufnahmen innerhalb der
Osteoporosegruppe auch eine Trennung in Frakturfälle und Osteopeniefälle vorgenommen,
um Aussagen über Patienten treffen zu können, die als sogenannte diagnostische Zweifelsfälle
in anderen Studien nicht als eigene Gruppe untersucht wurden. Die QUS-Parameter
Schallgeschwindigkeit, Speed-of-Sound (SOS), Dämpfung über mehrere Frequenzbereiche,
Broadband-Ultrasound-Attenuation (BUA), sowie der daraus abgeleitete Parameter T-
Stiffness bzw. T-Wert und der DXA-Parameter Bone-Mineral-Density (BMD) wurden
hinsichtlich ihrer Fähigkeit untersucht, zwischen Frakturfällen, Osteopeniefällen und
Gesunden zu differenzieren.
Aus einer Gesamtheit von 323 Patienten wurden 92 Frauen (31-83 Jahre) und 32 Männer (21-
75 Jahre) gewählt, die sowohl eine Röntgenuntersuchung der Wirbelsäule, eine DXA-
Untersuchung der Lendenwirbelsäule (L2-L4-DXA-BMD) sowie eine Untersuchung des
Kalkaneus mittels QUS erhalten hatten. Nach Prüfung auf Ausschlußkriterien wurden anhand
der Röntgenuntersuchung der Wirbelsäule Frakturpatienten, Osteopeniepatienten sowie
gesunde Kontrollfälle definiert. Für alle Knochendichteparameter wurden neben der
deskriptiven Statistik alterskorrigierte Mittelwerte, sowie Z-Werte der alterskorrigierten
Mittelwerte berechnet. Die diagnositische Validität der DXA- und QUS-Methode wurde
miteinander verglichen, indem über eine Untersuchung der Receiver-Operating-
Characteristics (ROC) Sensititvität und Spezifität über alle Meßbereiche in der Area under the
Curve (AUC) verrechnet wurden.
Die Berechnung des in vitro Variationskoeffizienten ergab 0,27 (+/- 0,06) für SOS, 0,98 (+/-
0,65) für BUA und 1,96% für T-Stiffness. Der in vivo Variationskoeffizient betrug 0,27% (+/-
0,1) für SOS, 1,56% (+/- 0,79%) für BUA und 1,97% für T-Stiffness. Die Testung auf
Unterschiedshypothesen im Männerkollektiv zeigte, u. a. aufgrund der geringen Fallzahl ein
durchgehend schlechtes Signifikanzniveau, so daß die folgenden Ergebnisse sich auf das
Frauenkollektiv beziehen. DXA-BMD korrelierte signifikant mit den QUS-Parametern SOS
(r=0,64 p=0,0001), BUA (r=0,66, p=0,0001) und T-Stiffness (r=0,70, p=0,0001).
Osteoporotische Patienten n=29 waren signifikant älter als Patienten der Kontrollgruppe
(n=63): 59.4 vs 51.3 Jahre, p<0,001. Die altersangepaßten Mittelwerte der Knochendichte
jeder Einzelmethode waren signifikant niedriger in der Osteoporosegruppe als in
der Kontrollgruppe. In der Patientengruppe mit Frakturen reichten die altersangepaßten
Mittelwerte als Z-Wert berechnet von -1,5 für SOS, T-Stiffness, T-Wert und L2-L4-DXA-
BMD, über -1,4 für Z-Stiffness, -1,3 für den Z-Wert bis -1,2 für BUA. In der Untergruppe der
Osteopeniker zeigten die alterskorrigierten Z-Werte folgende Rangfolge: SOS mit -1.1, T-
Wert, T-Stiffness und Z-Stiffness mit - 0,8, L2-L4 DXA-BMD mit -0,5 und BUA mit - 0,3.
Die Analyse der ROC-Kurven zeigte für die Untergruppe der Frakturpatienten, daß hier L2-
L4-DXA-BMD genausogut abschnitt wie SOS, T-Stiffness und BUA: Die Werte für die Area
under the Curve (AUC) betrugen 0,90, 0,89, 0,89 und 0,83. Die AUC-Ergebnisse der
Ospteopeniker-Untergruppe bestätigen, daß SOS besser abschneidet als T-Stiffness, L2-L4-
DXA-BMD und BUA (0,82, 0,75, 0,70 und 0,60). Aus diesen Ergebnissen läßt sich die
Schlußfolgerung ziehen, daß SOS und L2-L4-DXA-BMD die gleiche diagnostische Validität
besitzen. Die AUC-Ergebnisse und alterskorrigierten Z-Werte der Mittelwerte legen nahe, daß
SOS ein besserer Parameter als BUA und L2-L4-DXA-BMD ist, um Patienten mit
radiologischen Zeichen der Osteopenie zu entdecken. T-Stiffness scheint am ehesten die
durch DXA gemessene physikalische Entität zu repräsentieren. Unterschiedliche Reaktionen
der Parameter SOS und BUA hinsichtlich der osteopenischen und der osteoporotischen
Untergruppe werden diskutiert anhand der Hypothese, daß QUS nicht nur durch die
Knochendichte sondern ebenfalls durch die Knochenstruktur beeinflußt wird. Die vorliegende
Arbeit, sowie Untersuchungen anderer Arbeitsgruppen weisen daraufhin, daß BUA und SOS
sich in ihrer Reaktion auf qualitative Struktureigenschaften unterscheiden. QUS könnte daher
für die Entwicklung eines differenzierten Instrumentariums zur Osteoporosediagnostik
weiterentwickelt werden.
QUS ist genauso gut in der klinischen Diagnostik geeignet wie DXA zwischen
osteoporotischen und gesunden Patienten zu unterscheiden. Die Methode erscheint daher als
sinnvolle, weil preiswerte und strahlungsarme Ergänzung oder Alternative zur DXA-
Untersuchung. Im Hinblick auf die Beurteilung des zukünftigen Frakturrisikos von klinischen
Patienten sind daher weitere prospektive Studien zur Beurteilung der mittels QUS
gemessenen Knochendichte als Risikoindikator wünschenswert. Weiterhin wäre es zu
begrüßen, wenn durch noch differenziertere in vitro und in vivo-Untersuchungen das
festgestellte unterschiedliche Verhalten der Parameter SOS und BUA bezüglich der
Knochendichte und der Knochenstruktur aufgeklärt werden würde.
