二重エネルギーX線吸収測定法
二重エネルギーX線吸収測定法
OPS-301 コード3-900

二重エネルギーX線吸収測定法（DXAまたはDEXA、骨密度検査、骨密度測定法、p-DEXA [ 1 ]とも呼ばれる）は、スペクトル画像を用いて骨密度（BMD）を測定する方法である。異なるエネルギーレベルの2本のX線ビームを患者の骨に照射する。軟部組織による吸収を差し引くことで、各ビームの骨による吸収から骨密度（BMD）を算出できる。二重エネルギーX線吸収測定法は、最も広く用いられている骨密度測定技術である。[ 2 ] [ 3 ]

DXAスキャンは、骨粗鬆症の診断と経過観察に主に用いられます。一方、核医学検査は、感染症、骨折、腫瘍などから骨が治癒しようとしている特定の骨代謝疾患に感度が高いのに対し、DXAスキャンは体組成の評価にも用いられることがあります。

物理

X線ビームが均質な物質を通過すると、物質内の深部における強度は、ランベルト・ビールの法則で説明できます。 t{\displaystyle t}

私（t）＝私0e−μt{\displaystyle I(t)=I_{0}e^{-\mu t}}、

ここで、 は初期のビーム強度、は線減衰係数です。DXAの場合、上記の式は質量減衰係数（減衰係数を物質の密度で割ったもの） で表されることがよくあります。私0{\displaystyle I_{0}}μ{\displaystyle \mu}ρ{\displaystyle \rho }

私（t）＝私0e−μt＝私0e−（μρ）tρ＝私0e−（μρ）σ{\displaystyle I(t)=I_{0}e^{-\mu t}=I_{0}e^{-({\frac {\mu }{\rho }})t\rho }=I_{0}e^{-({\frac {\mu }{\rho }})\sigma }}、

ここで、 は質量減衰係数、 は面密度である。不均質な物質と複数の物質が混在する場合、吸収関係は次のように表される。[ 4 ]（μ/ρ）{\displaystyle (\mu /\rho )}σ{\displaystyle \sigma }n{\displaystyle n}

私＝私0e−∑私＝1n（μρ）私σ私{\displaystyle I=I_{0}e^{-\sum _{i=1}^{n}({\frac {\mu }{\rho }})_{i}\sigma _{i}}}、

ここで、はそれぞれ物質の質量減衰係数と面積密度です。 （μ/ρ）私{\displaystyle (\mu /\rho )_{i}}σ私{\displaystyle \sigma _{i}}私{\displaystyle i}

軟部組織と骨はX線に対して異なる減衰係数を持つ[ 5 ] 。体内を通過する単一のX線ビームは軟部組織と骨の両方によって減衰するため、単一のビームから骨による減衰量を特定することはできません。しかし、減衰係数はX線のエネルギーによって変化し[ 5 ]、さらに重要なことに、減衰係数の比も変化する。

骨と軟部組織が混在する試料を考えてみましょう。2本の単色X線ビームを単純化したケースでは、高エネルギーX線ビームと低エネルギーX線ビームの吸収は[ 6 ]で与えられます。

私H＝私0He−（（μρ）bHσb+（μρ）sHσs）{\displaystyle I^{H}=I_{0}^{H}e^{-(({\frac {\mu }{\rho }})_{b}^{H}\sigma _{b}+({\frac {\mu }{\rho }})_{s}^{H}\sigma _{s})}}、

私L＝私0Le−（（μρ）bLσb+（μρ）sLσs）{\displaystyle I^{L}=I_{0}^{L}e^{-(({\frac {\mu }{\rho }})_{b}^{L}\sigma _{b}+({\frac {\mu }{\rho }})_{s}^{L}\sigma _{s})}}、

ここで、上付き文字と下付き文字はそれぞれ高エネルギービームと低エネルギービームを表し、下付き文字と下付き文字はそれぞれ骨と軟組織を表します。骨の面密度は、まず両方の式を について整理し、それらを互いに等しく設定し、得られた式を[ 6 ]について整理することで得られます。 H{\displaystyle H}L{\displaystyle L}b{\displaystyle b}s{\displaystyle s}σs{\displaystyle \sigma _{s}}σb{\displaystyle \sigma _{b}}

σb＝Rsln⁡（私H/私0H）−ln⁡（私L/私0L）（μ/ρ）bL−Rs（μ/ρ）bH{\displaystyle \sigma _{b}={\frac {R_{s}\ln(I^{H}/I_{0}^{H})-\ln(I^{L}/I_{0}^{L})}{(\mu /\rho )_{b}^{L}-R_{s}(\mu /\rho )_{b}^{H}}}}、

ここで、2つのエネルギーレベルにおける軟組織の質量減衰係数の比は Rs{\displaystyle R_{s}}

Rs＝（μ/ρ）sH（μ/ρ）sL{\displaystyle R_{s}={\frac {(\mu /\rho )_{s}^{H}}{(\mu /\rho )_{s}^{L}}}}。

骨の面密度は、およびを測定し、（スキャナに依存）の既知の値と、（既知の）高エネルギーレベルおよび低エネルギーレベルにおける骨および軟組織の質量減衰係数の既知の値を用いることで得られる。軟組織の密度は、上記と同様の方法で得られる。[ 6 ]σb{\displaystyle \sigma _{b}}私H{\displaystyle I^{H}}私L{\displaystyle I^{L}}私0H{\displaystyle I_{0}^{H}}私0L{\displaystyle I_{0}^{L}}σs{\displaystyle \sigma _{s}}

DXAスキャナの一種では、管電圧80 kVのセリウムフィルタを使用し、実効光子エネルギーは約40 keVと70 keVとなる。[ 7 ] DXAスキャナの別の種類では、管電圧100 kVのサマリウムフィルタを使用し、実効エネルギーは47 keVと80 keVとなる。 [ 7 ]また、管電圧は電源周波数と同期して低圧（例えば70 kV）と高圧（例えば140 kV）の間で連続的に切り替えることができ、実効エネルギーは45 keVと100 keVの間で変化する。[ 7 ]

二重X線吸収測定法とレーザーの組み合わせでは、レーザーを使用してスキャンされた領域の厚さを測定することで、軟部組織内の痩せた軟部組織と脂肪組織のさまざまな割合を制御し、精度を向上させることができます。[ 8 ]

骨密度測定

適応症

米国予防サービスタスクフォースは、 65歳以上の女性はDXAスキャンを受けることを推奨しています。[ 9 ]男性が検査を受けるべき年齢は不明ですが、[ 9 ] 70歳を推奨する情報源もあります。[ 10 ]リスクのある女性は、リスクが通常の65歳の女性と同等になったときにスキャンを受けることを検討する必要があります。

シェフィールド大学のFRAX計算機を使えば、個人のリスクを推定することができます。この計算機は、過去の脆弱性骨折、グルココルチコイドの使用、ヘビースモーカー、過度のアルコール摂取、関節リウマチ、親の股関節骨折の既往、慢性腎臓病や肝臓病、慢性呼吸器疾患、フェノバルビタールやフェニトインの長期使用、セリアック病、炎症性腸疾患、その他の臨床的リスク要因を考慮に入れています。[ 9 ]

スコアリング

大腿骨頸部（A）と腰椎（B）の骨密度のDEXA評価：ファブリー病に罹患した53歳の男性患者の股関節（A）と腰椎（B）のTスコアはそれぞれ-4.2と-4.3でした。

世界保健機関は、白人女性の骨密度に基づいて以下のカテゴリーを定義しています。

重度の（確立された）骨粗鬆症脆弱性骨折が 1 つ以上ある場合、T スコアが若年成人女性の基準平均値より -2.5 標準偏差以上低い。

骨密度は、TスコアまたはZスコアとして患者に提示されることが多いです。ATスコアは、患者の骨密度が、同性のピーク骨密度を持つ若年成人と比較した値を示します。正常なTスコアは-1.0以上、低骨密度は-1.0～-2.5、骨粗鬆症は-2.5以下です。AZスコアは、患者の骨密度を、その年齢と体重の男性または女性の平均骨密度と比較したものです。

WHO委員会は男性や非白人女性の定義を作成するのに十分なデータを持っていませんでした。[ 11 ]

小児の骨量評価にDXAを用いる場合、特別な配慮が必要です。具体的には、小児の骨密度を成人の基準データと比較（Tスコアを算出）すると、小児の骨密度が過小評価されてしまいます。これは、小児の骨密度が成人よりも低いためです。これは、小児における骨粗鬆症の過剰診断につながる可能性があります。骨密度欠乏の過大評価を避けるため、BMDスコアは通常、同じ性別と年齢の基準データと比較（Zスコアを算出）されます。

また、年齢以外にも、DXA法で測定された骨密度の解釈を混乱させる要因が示唆されている変数が存在します。重要な交絡変数の一つは骨の大きさです。DXA法は、身長の高い被験者の骨密度を過大評価し、身長の低い被験者の骨密度を過小評価することが示されています。この誤差は、DXA法による骨密度の計算方法に起因します。DXA法では、骨密度（スキャン対象の骨によるX線の減衰として測定）を、スキャン部位の面積（これも装置によって測定）で割ります。

DXA は面積を使用して BMD (aBMD: 面骨密度) を計算するため、質量を体積で割った真の骨密度を正確に測定するものではありません。DXA BMDを体積骨密度と区別するために、研究者は DXA BMD を面骨密度 (aBMD) と呼ぶことがあります。 骨の大きさの違いによる交絡効果は、骨密度の計算で深さの値が欠落していることに起因します。 DXA 技術は体積を推定する際に問題があるにもかかわらず、骨のミネラル含有量のかなり正確な測定値です。 この欠点を修正する方法には、DXA による投影面積測定値から近似値を算出する方法があります。 このように調整された DXA BMD の結果は骨見かけ密度 (BMAD) と呼ばれ、骨ミネラル含有量と骨の体積の立方体推定値の比です。 aBMD の結果と同様に、BMAD の結果は骨の体積の近似値を使用するため、真の骨ミネラル密度を正確に表しません。 BMAD は主に研究目的で使用されており、臨床現場ではまだ使用されていません。

定量的コンピュータ断層撮影(QCT)などの他の画像化技術は骨の体積を測定できるため、DXA の結果のように骨の大きさによる交絡の影響を受けにくいです。

患者様にとって、BMD測定は毎回同じ機器、あるいは少なくとも同じメーカーの機器で繰り返し行うことが重要です。機器間の誤差や、あるメーカーの基準から別のメーカーの基準への測定値の変換は、測定感度を失わせるほどの大きな誤差をもたらす可能性があります。

ストロンチウムのサプリメントを摂取すると、DEXA検査で骨密度が過大評価される原因となる。これはストロンチウムがカルシウムよりもX線を強く吸収するためである。[ 12 ]

DXAは海綿骨スコアの測定にも使用できる。[ 13 ] [ 14 ]

小児科の臨床実践

DXAは、比較的安価で、入手しやすく、使いやすく、成人の骨密度を正確に推定できるため、これまでのところ骨密度測定に最も広く使用されている技術です。[ 15 ]

国際臨床骨密度測定学会（ISCD）の公式見解は、骨量減少を誘発する可能性のある疾患を有する患者、骨量減少を引き起こすことが知られている医薬品を処方される患者、または治療を受けており、モニタリングが必要な場合は、患者の骨密度検査を行うことである。ISCDは、骨密度と小児の骨折リスクとの間に明確な相関関係は解明されていないと述べている。小児における骨粗鬆症の診断は、骨密度測定基準に基づいて行うことはできない。Tスコアは小児には禁止されており、DXAレポートにも記載されるべきではない。したがって、成人における骨粗鬆症および骨減少症のWHO分類は小児には適用できないが、Zスコアは診断の補助として使用できる。[ 16 ]

一部のクリニックでは、栄養性くる病、狼瘡、ターナー症候群などの小児患者に対してDXAスキャンを日常的に実施している場合があります。[ 17 ] DXAは骨成熟度[ 18 ]と体脂肪組成[ 19 ]を測定できることが実証されており、薬物療法の効果を評価するために使用されてきました。[ 20 ]また、小児科医が小児の骨量獲得障害の診断と治療のモニタリングを行う際にも役立つ可能性があります。[ 21 ]

しかし、DXAは小児科ではまだ初期段階にあり、DXAには限界や欠点があることが広く認識されています。診断目的のDXA検査は専門施設以外では実施すべきではないという見解[ 22 ]があり、専門施設以外で検査を実施した場合は、その分野の専門家に相談することなく結果を解釈すべきではないという見解もあります[ 22 ] 。さらに、骨量が少ない成人に投与される医薬品のほとんどは、厳密に監視された臨床試験でのみ小児に投与できます。

DXAで測定した全身カルシウムは、成人では体内中性子放射化法を用いて検証されている[ 23 ] [ 24 ]が、これは小児には適しておらず、小児サイズの動物で研究が行われている。[ 23 ] [ 24 ]

体組成測定

肥満者のDXA脂肪影

DXAスキャンは、いくつかの重要な注意点を除けば、体組成と脂肪含有量を水圧体重計に匹敵する高精度で測定するためにも使用できます。 [ 25 ] DXAスキャンからは、低解像度の「脂肪影」画像も生成され、体全体の脂肪分布の全体的な印象を与えます。[ 26 ] DXAはミネラルと除脂肪軟部組織（LST）を非常に正確に測定しますが、DXAが実際に測定するLSTや体細胞量（BCM）から脂肪量を差し引いて間接的に脂肪量を計算する方法のため、歪んだ結果をもたらす可能性があることが示唆されています。[ 27 ]

DXAスキャンは、家族性部分性脂肪異栄養症などの異常な脂肪分布を伴う疾患の診断に有用なツールとして示唆されている。[ 28 ] [ 29 ] [ 26 ]また、特に臨床研究を行うために、小児の肥満を評価するためにも使用されている。[ 30 ]

まれな先天性全身性リポジストロフィーの小児におけるDXA脂肪影

放射線被ばく

DXAはX線を用いて骨密度を測定します。DEXAシステムの放射線量は少なく、[ 31 ] 0.001 mSvと、標準的な胸部X線や歯科X線よりもはるかに低い値です。[ 32 ] [ 33 ]しかし、旧式のDEXA放射線源（ X線発生装置ではなく放射性同位元素を使用）による放射線量は35 mGyにも達することがあり、[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]これは放射線健康基準から見て有意な線量とみなされます。

規制

アメリカ合衆国

DXA検査技師に対する規制は州によって大きく異なります。DXAは被ばく線量が低いため、他の放射線画像診断技術のような規制は適用されません。DXA装置の操作に必要な資格は、米国の各州によって異なります。例えば、カリフォルニア州では講習と州主催の試験が義務付けられていますが、メリーランド州ではDXA技師に対する要件はありません。多くの州では、国際臨床密度測定学会（ISCD）によるトレーニングコースの受講と資格認定が義務付けられています。

オーストラリア

オーストラリアでは、州や準州によって規制が異なります。例えば、ビクトリア州では、DXAスキャンを実施する者は、骨密度計の安全な使用に関する認定コースの修了が義務付けられています。[ 37 ]ニューサウスウェールズ州とクイーンズランド州では、DXA技師になるには、理科、看護学、またはその他の関連する学部課程の履修経験があれば十分です。環境保護庁（EPA）が技師の免許取得を監督していますが、これは厳格とは程遠く、規制は存在しません。

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