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TBS iNsight ist ein Softwareprogramm, das auf den meisten DXA-Scannern von GE und Hologic installiert werden kann. Es ist eine einfache, schnelle und reproduzierbare Methode, um das Frakturrisiko auf der Grundlage einer Knochentexturbestimmung (ein Index in Bezug zur Knochenmikrostruktur), zusätzlich zur Risikobestimmung durch die auf der DXA basierenden Knochenmineraldichte, klinische Risikofaktoren und FRAX© einzuschätzen. Das Ergebnis wird als Trabecular Bone Score (TBS) ausgedrückt.
Das Verfahren erfordert keine zusätzliche Scanzeit oder Strahlenbelastung und bereitet keine zusätzliche Arbeit. Nach Abschluss des normalen DXA-Wirbelsäulenscans liegen die TBS-Ergebnisse automatisch binnen Sekunden vor. Mit TBS iNsight können auch nachträgliche Analysen älterer DXA-Scans durchgeführt werden. Vorher muss das DXA-Gerät unbedingt einer Kalibrierung mit einem TBS Phantom unterzogen werden.

TBS iNsight - Informationsschrift

DXA System:

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Spanisch

Dokumentcode:

MM-WP-067-MIG-DE-01

TBS iNsight zur Verbesserung Ihrer DXA

Die Knochenqualitäts- Bewertungstechnik zur Verbesserung der Erkennung des Frakturrisikos

Einleitung

Die Weltgesundheitsorganisation definiert Osteoporose als stumme Krankheit, die durch verminderte Knochenmasse (Knochendichte) und eine geschädigte Mikrostruktur des Knochengewebes mit der Folge einer größeren Brüchigkeit der Knochen und eines erhöhten Frakturrisikos gekennzeichnet ist[1]. Weltweit betrifft Osteoporose rund 200 Millionen Frauen und führt jährlich zu fast neun Millionen Frakturen[2,3]. Dabei erleiden eine von drei Frauen und einer von fünf Männern im Alter von über 50 Jahren eine Fraktur durch Osteoporose[4, 5]. Die Folge ist eine anschließende Verschlechterung der Lebensqualität und eine überdurchschnittliche Sterblichkeitsrate (bei Hüftfrakturen von über 20 % im ersten Jahr[6]). Bis zum Jahr 2050 wird die Anzahl von Hüftfrakturen weltweit bei Frauen voraussichtlich um 240 % und bei Männern um 310 % steigen[7].

Die DXA-Knochendichtemessung (Zwei-Spektren- Röntgen-Absorptiometrie) ist präzise, schmerzfrei und in den meisten Gegenden gut verfügbar. Aus diesen Gründen ist die DXA zu einem allgemein akzeptierten Standardverfahren für die Osteoporosediagnostik geworden. Die DXA-Knochendichtemessung nutzt zwei Röntgenstrahlungen unterschiedlichen Energieniveaus, um quantitative Informationen zur Knochenmineraldichte (BMD) zu erhalten.

Die Knochenqualitäts- Bewertungstechnik zur Verbesserung der Erkennung des Frakturrisikos Dies reicht jedoch nicht immer aus, um ein zukünftiges Frakturrisiko akkurat einzuschätzen. Es ist mittlerweile allgemein bekannt, dass die BMD nicht die einzige Eigenschaft des Knochens ist, die seine Stärke oder Zerbrechlichkeit bestimmt. Daher müssen bei der Therapieentscheidung auch weitere Aspekte berücksichtigt werden, um erste oder weitere osteoporotische Frakturen zu verhindern[8]. Es ist zum Beispiel bekannt, dass über 50% der Frakturen bei Patienten mit BMD-Werten auftreten, die nach der WHO-Osteoporoseeinschätzung nicht als „osteoporotisch“ klassifiziert werden (Abb. 1)[9]. Das bedeutet, dass außer der Knochenmineraldichte noch weitere Faktoren die Knochenstärke und das Frakturrisiko beeinflussen. Zu diesen Faktoren gehören Knochen-Makrogeometrie, Knochenmineralisierung und Knochenumbaurate[9,10]. Ein weiterer Schlüsselfaktor für die Knochenstärke ist seine Mikroarchitektur, deren Bedeutung in den letzten Jahren zunehmend erkannt wurde: Dies trägt ebenfalls der Tatsache Rechnung, dass sie bereits in der WHO Definition der Osteoporose genannt wird[10]. Dieses Erkenntnis zeigt, dass durch die Bewertung der Knochenmikrostruktur die Genauigkeit der Knochenstärkebestimmung und des sich daraus ergebenenen Frakturrisikos erheblich verbessert werden kann[11, 12].

TBS iNsight™ - Das Instrument zur Verbes- serung des Patienten-Risikoprofils

TBS iNsight ist ein Softwareprogramm, das auf den meisten DXA-Scannern von GE und Hologic installiert werden kann. Es ist eine einfache, schnelle und reproduzierbare Methode, um das Frakturrisiko auf der Grundlage einer Knochentexturbestimmung (ein Index in Bezug zur Knochenmikrostruktur)[13, 14], zusätzlich zur Risikobestimmung durch die auf der DXA basierenden Knochenmineraldichte, klinische Risikofaktoren und FRAX© einzuschätzen. Das Ergebnis wird als Trabecular Bone Score (TBS) ausgedrückt. Das Verfahren erfordert keine zusätzliche Scanzeit oder Strahlenbelastung und bereitet keine zusätzliche Arbeit. Nach Abschluss des normalen DXA-Wirbelsäulenscans liegen die TBS-Ergebnisse automatisch binnen Sekunden vor. Mit TBS iNsight können auch nachträgliche Analysen älterer DXA-Scans durchgeführt werden. Vorher muss das DXA-Gerät unbedingt einer Kalibrierung mit einem TBS Phantom unterzogen werden.

Funktionsweise

TBS ist eine Texturkennzahl, die die Variabilität der Graustufen der einzelnen Pixel im DXA-Bild der Lendenwirbelsäule auswertet und eine  indirekte, jedoch hochgradig  korrelierte  Einschätzung  der trabekulären  Mikrostruktur  ermöglicht [13-15].

me BMD buVereinfacht gesagt, beruhen die TBS-Grundlagen auf den fraktalen Eigenschaften der zweidimensional abgebildeten Mikrostruktur des Knochens[16]. Der DXA- Wirbelsäulenscan hat keine ausreichende Auflösung, um einzelne Trabekel unterscheiden zu können. Eine dichte, auf eine Ebene projizierte trabekuläre Mikrostruktur ergibt ein Bild mit einer großen Anzahl von Graustufenvariationen geringer Amplitude zwischen den Pixeln, während eine zweidimensionale Projektion einer porösen trabekulären Mikrostruktur ebenfalls ein Bild mit einer geringen Anzahl von Graustufenvariationen zwischen den Pixeln zeigt, allerdings mit einer viel höheren Amplitude. Mit anderen Worten: unterschiedliche Knochenmikrostrukturen erscheinen auf dem DXA-Bild anders und dieser Unterschied wird über die TBS-Analyse erfasst (Abb.2). Über ein Variogramm der projizierten Bilder, berechnet als die Summe der quadrierten Grauwertdifferenzen zwischen den Pixeln in einem bestimmten Abstand, kann ausgehend von den vorhandenen Variationen in den 2D-Projektionen die Integrität einer 3D-Struktur näherungsweise abgeschätzt werden. Der TBS-Wert wird aus den experimentellen Variogrammen von 2D-Projektionen abgeleitet. Er wird als die Steigung der bilogarithmischen Darstellung des Variogramms berechnet, wobei die Steigung die Rate der Amplitudenveränderungen der Graustufen angibt. Ein steiler Anstieg des Variogramms mit einem hohen TBS-Wert deutet auf eine gute, ein niedriger TBS-Wert auf eine schlechte Knochenstruktur  hin.

Klinische Bewertung des TBS

TBS wurde in mehr als 400 Veröffentlichungen analysiert, wobei weltweit mehr als 75.000 Patienten untersucht wurden, um unterschiedliche wissenschaftliche und klinische Fragen zu klären. TBS hat wiederholt seine prädiktiven Eigenschaften für Fragilitätsbrüche bewiesen, und zwar weitgehend unabhängig von BMD, klinischen Risikofaktoren und FRAX-basierter Risikoeinschätzung. Wenn der Einsatz von TBS in Verbindung mit einer dieser Apekte erfolgt, erhöht sich die Risiko-Genauigkeit erheblich. Es gibt auch immer mehr Belege dafür, dass der TBS-Wert Vorteile gegenüber dem BMD-Wert bei bestimmten Fällen mit erhöhten Frakturrisikos aufweist, bei denen die BMD- Werte irreführend sind, wie zum Beispiel bei chronischer Kortikosteroid-Anwendung, Diabetes Typ 2, chronischen Nierenerkrankungen, primärem Hyperparathyreoidismus, mit Aromatasehemmern behandelten Patienten[17, 18].

Einige der wichtigsten Ergebnisse wurden erst vor kurzem von Gruppen international anerkannter Knochenspezialisten kompakt zusammengefasst in Übersichtsartikeln veröffentlicht[17,19-23]. Eine kurze Liste relevanter Studien ist in Tabelle 1 aufgeführt. Die wichtigsten Resultate der Studien sind:

  • Der TBS-Wert ist bei Männern und Frauen in der Postmenopause mit Wirbel-, Hüft- oder den wichtigsten osteoporostischen Frakturen im Vergleich zu Kontrollpersonen niedriger.
  • TBS prognostiziert bei Frauen und Männern unabhängig von Lendenwirbelsäulen-BMD-Messungen und klinischen Risikofaktoren die wichtigsten osteoporostischen Frakturen, sowie Wirbel- und Hüftfrakturen. Daher stellt TBS eine wertvolle Ergänzung zu diesen etablierten Ansätzen dar. Der größte Nutzen ergibt sich bei Personen, deren BMD-Werte im osteopenischen Bereich liegen.
  • TBS kann als Justierungsparameter des FRAX- Instruments dienen, um osteoporotische Frakturen in Verbindung mit anderen klinischen Risikofaktoren besser vorhersagen zu können [Abbildung 5]. In Verbindung mit FRAX ergibt sich der größte Nutzen von TBS bei Personen, deren BMD-Werte in der Nähe einer Interventionsschwelle liegen (bis zu 25 % der Patienten sind davon betroffen).
  • Bei einer Meta-Analyse von 14 prospektiven Kohorten[24] wurden TBS-Schwellenwerte auf der Grundlage einer Aufteilung in Terzile bewertet. Im Hochrisiko-Terzil (TBS < 1,23) war das Risiko für die wichtigsten osteoporotischen Frakturen mehr als doppelt so hoch wie im Niedrigrisiko- Terzil (TBS > 1,31) [Abbildung 4].
  • TBS kann unterstützend bei der Diagnose von Osteoporose und anderen Erkrankungen eingesetzt werden, die zu einer veränderten trabekulären Konchenmikrostruktur führen, und die Beurteilung des Frakturrisikos erleichtern. Die betreffenden Erkrankungen sind u.a. Diabetes, Hyperparathyreoidismus, HIV, chronische Nierenerkrankungen oder Patienten unter Behandlung mit Glukokortikoiden oder Aromatasehemmern[20].
  • In mehreren Studien wurde über die Kurzzeit- Reproduzierbarkeit von TBS-Bestimmungen berichtet, wobei die Werte von 1,1 % bis 2,1 % C.V.[19] reichten;
  • Auch wenn der BMD-Wert stärkere Veränderungen (in der Amplitude) gegenüber den verschiedenen medimakmentösen Behandlungen, die den Knochenstoffwechsel beeinflussen, zeigt, kann auch der TBS Wert in der routinemäßigen klinischen Praxis nützlich sein und kann so bei bestimmten Therapien, Ärzten bei der langfristigen Überwachung des Therapieerfolgs helfen [Tabelle 3, Abbildung 6];
  • Im Gegensatz zu BMD erwiesen sich TBS-Ergebnisse als durch Osteophyten unbeeinflusst. Diese führen beim BMD bei Patienten in der späten Postmenopause und bei Patienten mit Osteoarthritis häufig zu Artefakten[25];
  • Der Einsatz von TBS wurde von vielen lokalen, nationalen und internationalen medizinischen Fachgesellschaften befürwortet [Tabelle 2].

Empfehlung von TBS in Leitlinien

Mehr als 12 nationale und internationale medizinische Fachgesellschaften und Arbeitsgruppen haben die Rolle von TBS auf Basis der Auswertung der wissenschaftlichen Literatur bewertet. In Tabelle 2 sind die wichtigsten derzeit verfügbaren Leitlinienempfehlungen bis zum Jahr 2018 aufgelistet. TBS wurde darüber hinaus in 2 Leitlinien zur Behandlung von Hyperparathyreoidismus aufgenommen[22, 23].

Mögliche Interpretation des TBS-Werts im allgemeinen Patientenmanagement

Der TBS-Bericht wird gleichzeitig mit dem normalen DXA- Ausdruck der Lendenwirbelsäule erstellt. Der Bericht (Abb. 3) zeigt einen Gesamt-TBS-Wert, die TBS-Zuordnung der Wirbelsäule und liefert altersspezifische Referenzwerte.

TBS lässt sich leicht mit dem BMD T-Score kombinieren, (vgl. Abb.4). Die abgebildete Interpretationstabelle wurde anhand einer Meta-Analyse[24] und der Manitoba-Studie[26] erstellt und liefert eine Frakturrisikoklassizierung für die wichtigsten osteoporotischen Frakturen, die sowohl von dem von der WHO für die BMD festgelegten T-Score- Bereich (normal, osteopenisch, osteoporotisch) als auch von den TBS-Schwellenwerten abhängt. Beispielsweise fällt eine osteopenische Frau mit einem T-Score der Lendenwirbelsäule von -2,2 in eine Risikoklasse für Frakturen von etwa 5-7 auf 1.000 Frauen pro Jahr. Durch die zusätzliche Berücksichtigung des TBS-Werts der Patientin (z.B.: 1,180) fällt sie in eine höhere Risikogruppe mit 10 bis 14 Frakturen auf 1.000 Frauen pro Jahr. Das bedeutet, dass das kombinierte Frakturrisiko dieser Frau dem Frakturrisiko einer osteoporotischen Frau ähnelt. So kann der TBS-Wert genutzt werden, um das Frakturrisiko eines Patienten besser zu bestimmen und dadurch das gesamte Therapiemanagement dieses Patienten zu verbessern.

Verbesserte Frakturprognose mit TBS adjus- tiertem FRAX

TBS kann leicht als FRAX-Modifikator verwendet werden (Abb. 5). Wie von ISCD[12] und IOF/ESCEO[11] empfohlen, kann TBS in Verbindung mit FRAX und BMD verwendet werden, um die FRAX- Wahrscheinlichkeit einer Fraktur bei Frauen in der Postmenopause und älteren Männern zu korrigieren[12]. Das FRAX-Instrument basiert auf individuellen Patientenmodellen, die die mit klinischen Risikofaktoren verbundenen Risiken, sowie den BMD-Wert am Schenkelhals berücksichtigen.

Modelle zur Anpassung der Frakturwahrscheinlichkeit von FRAX unter Berücksichtigung des TBS-Werts wurden in großen bevölkerungsbasierten Kohorten[46] entwickelt und in einer Meta- Analyse mit 17.809 Männern und Frauen aus 14 prospektiven bevölkerungsbasierten Kohorten kreuzvalidiert[24]. Die Autoren waren der Meinung, dass sowohl für Hüftfrakturen als auch für die wichtigsten osteoporotischen Frakturen die Integration des TBS-Anpassungsfaktors zu einer Verbesserung des Risikogradienten führt. Andere unabhängige Studien berichten über eine verbesserte Frakturvorhersage unter Verwendung des um TBS bereinigten FRAX- Werts bei primärer oder sekundärer Osteoporose[47-49].

TBS zur Behandlungskontrolle: Review ausgewählter Studien

Der TBS-Parameter, der durch das trabekuläre Muster beeinflusst wird, könnte auch durch Behandlungen beeinflusst werden, von denen bekannt ist, dass sie die Knochenmikrostruktur verändern. TBS wurde in verschiedenen pharmazeutischen Studien verwendet, um den Effekt von antiresorptiven (Verlangsamung des Knochenverlustes) oder anabolischen (Förderung des Knochenaufbaus) Osteoporosetherapien zu bewerten. Bisphosphonate (Alendronat, Zoledronat usw.) und Denosumab gehören zu den Antiresorptiva, während Teriparatid als Anabolikum einzuordnen ist. Die in Tabelle 3 zusammengefassten Studien dienten dem Vergleich der Wirkung von Medikamenten entweder gegenüber Placebos oder gegenüber Referenzmedikamenten. Abbildung 6 zeigt die zusammengefassten Ergebnisse. Interessanterweise unterscheiden sich die verschiedenen wirksamen Therapien für Osteoporose hinsichtlich des Ausmaßes, in dem sie TBS beeinflussen. Bisphosphonate haben eine sehr geringe Auswirkung, andere Medikamente wie PTH/PTH erhöhen im Allgemeinen den TBS-Wert im Bereich von 1-2 Prozent pro Jahr. Diese Erkenntnisse scheinen im Einklang mit dem Wirkungsmechanismus der Wirkstoffe zu stehen. Tatsächlich würde man mit einem Bisphosphonat keine Verbesserung der Mikrostruktur (und damit des TBS-Werts) erwarten, während der Mineralisierungsgrad und damit auch der BMD-Wert zunimmt. Diese Primärstudien zeigen, dass die Bewertung von BMD und TBS während der Behandlungskontrolle interessant sein kann. Veränderungen von BMD und TBS nach 24 Monaten Veränderung von BMD (LWS) Abbildung 6: Grafische Darstellung der Veränderungen von TBS und BMD über einen standardisierten Zeitraum von 24 Monaten (zusammengefasste Daten aus den oben genannten Studien). Hinweis: Diese Grafik ist kein direkter Vergleich, sondern eine Zusammenfassung unterschiedlicher Studien, die nicht direkt miteinander verglichen werden können. MHT = menopausale Hormontherapie, BP = Bisphosphonate, DMAB = Denosumab, PTH = Parathormon. Zusammengenommen legen diese Studien nahe, dass der TBS-Wert bei Behandlungen, die den BMD-Wert erhöhen, tendenziell zunimm,. Das Ausmaß der TBS-Zunahme ist normalerweise weniger ausgeprägt als die BMD-Änderung. Im Gegensatz dazu ist das Ausmaß der TBS-Abnahme ohne Behandlung der BMD-Abnahme sehr ähnlich. Es scheint klinisch daher Sinn zu machen, einen Anstieg sowohl der Knochenmasse (BMD) als auch der Knochenqualität (TBS) bei der Behandlungskontrolle zu berücksichtigen.

Zusammenfassung

Der Trabecular Bone Score (TBS) beruht auf der Messung der Graustufenstruktur von Bildern aus der 2 Spektren- Röntgen-Absorptiometrie (DXA). Er gibt Aufschluss über die Knochen-Mikromikroarchitektur und liefert skelettäre Informationen zusätzlich zur Standard- Knochenmineraldichtemessung (BMD). Dieses zusammenfassende Dokument stellt die einzigartige Methode zur Beurteilung der Knochentextur vor. Sie ermöglicht eine zusätzliche Bewertung der Knochenmikrostruktur und damit der Knochenstärke, die nicht nur das zukünftige Frakturrisiko vorhersagt, sondern dies auch unabhängig von BMD, klinischen Risikofaktoren und dem FRAX und ohne zusätzliche Messung. Die Methode verbessert die Genauigkeit dieser Verfahren, wenn sie als ergänzender Test zu DXA hinzugefügt wird. Darüber hinaus zeigen Studien die diagnostische Genauigkeit, sowohl für die primäre als auch für die sekundäre Osteoporose bei Frauen oder Männern, sowie die Empfindlichkeit gegenüber langzeitigen Veränderungen, die entweder das Ergebnis einer wirksamen Behandlung (mit steigendem TBS-Wert) oder eines fortschreitenden Knochenverlustes ohne wirksame Behandlung (mit sinkendem TBS-Wert) sind. In einigen Szenarien – zum Beispiel bei Patienten mit Diabetes Typ 2 oder mit Erkrankungen, die mit einer verstärkten Verkalkung der Wirbelsäule einhergehen, wie degenerative Wirbelsäulenerkrankungen oder Spondylitis – übertrifft TBS sogar das Goldstandard-Diagnoseverfahren der Osteoporose: die DXA gemessene BMD.

Wenn Frax genutzt wird, ermöglicht die Nutzung von TBS als Justierungsparameter für FRAX Ärzten eine genauere Beurteilung des Frakturrisikos ohne Veränderung des bestehenden Arbeitsablaufs in Bezug auf:

  • Einfache Integration von TBS in die tägliche klinische Praxis
  • Verbesserte Frakturvorhersagbarkeit mit FRAX
  • Verfeinerung der individuellen Frakturrisikobewertung
  • Engere Auswahl von Patienten, die eine therapeutische Behandlung benötigen.

Allgemein ist TBS iNsight ein nützliches Instrument für die Frakturrisikovorhersage in klinischen Situationen in Verbindung mit BMD und klinischen Risikofaktoren.

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