הצעד הראשון לאבחון הוא בדיקת ההיסטוריה הרפואית של המטופל ובדיקה קלינית יסודית. עם זאת, כאשר מופיעים נפיחות, גוש או כאב, חשוב לבצע בדיקות דימות המסייעות לאבחון ולקביעת שלב המחלה. תהליכי דימות יוצרים תמונות מפורטות של הרקמות בגפיים ושל האיברים הפנימיים.
ישנם סוגים שונים של שיטות דימות רפואיות:
- צילומי רנטגן של העצמות קובעים אם נגרם נזק לעצם, אם קיימת צמיחה של עצם חדשה או אם ישנם שברים.
- דימות תהודה מגנטית (MRI): סריקת MRI היא אמצעי דימות סטנדרטי. היא יוצרת תמונות של העצם הנגועה ושל הרקמות הסמוכות לה ומאפשרת לרופאים להעריך אם המחלה התפשטה למיקומים אחרים בגוף. סריקת MRI מועילה במיוחד בדימות של הגפיים, האגן והגו.
- ניתן להשתמש בסריקת טומוגרפיה ממוחשבת (CT) כדי להציג באופן חזותי נזק שנגרם לעצמות, וכן שאתות בחלקים אחרים בגוף (למשל בריאות או באיברים אחרים).
- גם סריקה מסוג טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET) היא אמצעי דימות אפקטיבי שניתן לקבוע באמצעותו אם הסרטן התפשט לאיברים אחרים. ניתן להשתמש בה גם כדי להעריך את השפעת הטיפול על הגידול.
- השימוש במיפויי עצמות עוזר לגלות אם הסרטן התפשט לעצמות אחרות. אמצעי זה מסוגל לאתר גרורות בשלב מוקדם יותר מצילומי רנטגן רגילים. מיפויי עצמות יכולים גם להראות את מידת הנזק שנגרם לעצם על-ידי הסרטן הראשוני.
תוצאות תהליך הדימות חשובות להמשך תכנון הטיפול.
עם זאת, רק ביופסיה – הסרת דגימה של רקמת הגידול – יכולה לספק אבחון מוחלט וסופי. פתולוג מנתח את דגימת הרקמה מתחת למיקרוסקופ ובוחן אותה במעבדה. בדיקה היסטופתולוגית זו לכאורה יכולה לקבוע אם הגידול הוא סרקומה של העצם, ואם כן - מאיזה סוג. ישנם סוגים שונים של ביופסיות: ביופסיה מסוג חיתוך שכבה וביופסיית מחט עדינה, הנבחרות בהתאם למיקום הגידול. בביופסיית מחט מבצעים חור קטן בעצם ומסירים דגימת רקמה מהגידול בעזרת מכשיר דמוי-מחט. בביופסיית חיתוך, מסירים את רקמת הגידול לאחר שמבצעים חתך קטן בגידול. במהלך הניתוח העיקרי חשוב לסלק את מסלול המחט או החתך.
בדיקות דם נוספות עשויות לסייע באיתור סרטן העצם ולגלות מידע נוסף אודות הסוג הספציפי שלו. אצל מטופלים בעלי אוסטיאוסרקומה, ייתכנו רמות גבוהות יותר בדם של אנזים מסוים (פוספטזה בסיסית או לקטט דהידרוגנאז).