應(yīng)用3.0T磁共振IDEAL-IQ檢測椎體骨髓脂肪分?jǐn)?shù)診斷骨質(zhì)疏松的效能評價

黃國強(qiáng)， 唐啟英， 王福南， 朱柳紅， 黃玉龍， 劉 豪， 周建軍

人體的骨髓由紅骨髓和黃骨髓組成，紅骨髓(造血骨髓)由40%的脂肪、40%的水和20%的蛋白質(zhì)組成；黃骨髓(脂肪骨髓)由80%的脂肪、15%的水和5%的蛋白質(zhì)組成。隨著我國的老齡人口增加，老年人的健康問題得到越來越多關(guān)注，老年人骨質(zhì)疏松的發(fā)病率呈上升趨勢，而這也增加了骨折發(fā)生的風(fēng)險[1]。骨量的變化監(jiān)測是骨質(zhì)疏松早期防治的關(guān)鍵[2]。雙能X射線骨密度儀(dual-energy X-ray absorptiometry，DXA)是診斷骨質(zhì)疏松的“金標(biāo)準(zhǔn)”[3]。而磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)不僅能顯示骨骼結(jié)構(gòu)而且能測量椎體的脂肪含量，具有較高的對比度和分辨率，且有多參數(shù)值幫助診斷[4]，對早期骨質(zhì)疏松診斷的靈敏度較高。MRI的非對稱回波的最小二乘估算法迭代水脂分離技術(shù)(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetrical and least-squares estimation quantitation sequence，IDEAL-IQ)是一種新型脂肪定量技術(shù)，可以測量椎體骨髓脂肪含量，反映骨髓脂肪變化[5-6]。本研究通過IDEAL-IQ檢測椎體骨髓脂肪分?jǐn)?shù)(fat fraction，F(xiàn)F)值，分析其與DXA測得的骨密度值(T值)的相關(guān)性，探討IDEAL-IQ技術(shù)對骨質(zhì)疏松的診斷能力。

1 對象與方法

1.1研究對象 選擇2021年2月至2022年2月在復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院廈門醫(yī)院進(jìn)行健康體檢者51名，其中男25名，女26名。均行DXA掃描和磁共振成像檢查，兩項檢查在同一天完成。排除新近骨折病變者、有腰椎金屬植入物者、有MRI檢查禁忌證者、合并內(nèi)分泌的代謝性疾病者、有椎體腫瘤或轉(zhuǎn)移瘤者以及有結(jié)核病史者。本研究獲醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)(No.B2021-007)，所有研究對象均簽署知情同意書。

1.2檢查方法

1.2.1 DXA檢查方法及分組 采用美國豪洛捷雙能X線骨密度儀對研究對象的骨密度進(jìn)行測量，去除攜帶的各種金屬物品，取平臥位。DXA按標(biāo)準(zhǔn)模式從足側(cè)向頭側(cè)掃描。掃描條件：管電壓140/100 kV，管電流2.5 mA，掃描長度20.6 cm，掃描寬度11.4 cm，掃描范圍為L1～4，獲得骨密度T值。采用世界衛(wèi)生組織評分法對結(jié)果進(jìn)行評價[7-8]：骨量正常(骨質(zhì)正常組)，T值≥-1.0 SD；骨質(zhì)疏松(骨質(zhì)疏松組)，T值≤-2.5 SD；骨質(zhì)較少，-2.5 SD

1.2.2 MRI檢查方法 使用GE750W3.0T磁共振儀進(jìn)行檢查，受檢者取仰臥位，頭先進(jìn)，手臂放置于身體兩側(cè)，下肢墊高使得腰椎生理曲度消失貼合線圈，以得到優(yōu)質(zhì)的圖像質(zhì)量。掃描時使用8通道相控陣線圈，常規(guī)矢狀面T1WI掃描：視野(field of view，F(xiàn)OV)=300 mm×300 mm，層數(shù)=11，層厚=4 mm，重復(fù)時間(repetition time，TR)=474 ms，回波時間(echo time，TE)=Min Full，激勵次數(shù)(number of acquisitions，NEX)=2，間距=1 mm，翻轉(zhuǎn)角=142°，掃描時間=73 s，矩陣320 mm×224 mm。常規(guī)矢狀面T2WI掃描：FOV=300 mm×300 mm，層數(shù)=11，層厚=4 mm，TR=2 046 ms，TE=102，NEX=2，間距=1 mm，翻轉(zhuǎn)角=142°，掃描時間=130 s，矩陣320 mm×192 mm。橫斷位T2WI掃描：FOV=220 mm×220 mm，層數(shù)=20，層厚=4 mm，TR=5 207 ms，TE=120，NEX=2，間距=1 mm，翻轉(zhuǎn)角=142°，掃描時間=130 s，矩陣320 mm×192 mm。同時進(jìn)行IDEAL-IQ序列檢查：FOV=300 mm×300 mm，TR=12.5 ms，TE=Min full，層厚=5 cm，翻轉(zhuǎn)角=5°，間距=1 cm，Phase=192，NEX=2。掃描結(jié)束，系統(tǒng)自動合成6組圖像，分別是純脂相、純水相、同相位、反相位、FF圖、R2*弛豫率圖。

1.2.3 MRI圖像測量與分析 將IDEAL-IQ所得圖像上傳至GE4.6工作站，通過工作站得到FF圖，選擇腰椎的椎體正中矢狀面測量L1～4的FF值，并且避開骨皮質(zhì)、椎間盤，目標(biāo)范圍盡量包含整個椎體。測量椎體L1～4目標(biāo)區(qū)的FF值，同時由2名10年以上高年資醫(yī)師分別測量3次，取其測量的平均值。

2 結(jié)果

2.1兩組年齡、FF值和T值比較 與骨質(zhì)正常組相比，骨質(zhì)疏松組年齡、FF值較大，T值較小，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見表1。骨質(zhì)疏松患者和骨質(zhì)正常者典型影像學(xué)表現(xiàn)見圖1，2。

表1 兩組年齡、FF值和T值比較

L1～4的FF值分別為56.22%、51.74%、57.49%、56.42%,T值分別為-2.9、-2.6、-3.0、-2.1 L1～4的FF值分別為32.17%、35.21%、38.87%、42.92%,T值分別為-0.5、-0.3、-0.4、-0.3圖1 骨質(zhì)疏松患者的IDEAL-IQ表現(xiàn)圖 圖2 骨質(zhì)正常者的IDEAL-IQ表現(xiàn)圖

2.2T值與FF值的相關(guān)性分析結(jié)果 Spearman秩相關(guān)分析結(jié)果顯示，F(xiàn)F值與T值呈負(fù)相關(guān)(rs=-0.642，P<0.001)。

2.3FF值診斷骨質(zhì)疏松的效能分析結(jié)果 ROC曲線分析結(jié)果顯示，F(xiàn)F值具有診斷骨質(zhì)疏松的應(yīng)用價值[AUC(95%CI)=0.922(0.879～0.965)，P<0.001]，最佳截斷值為50.42%，其對應(yīng)的靈敏度為88.10%，特異度為82.60%。見圖3。

圖3 FF值診斷骨質(zhì)疏松的ROC曲線圖

3 討論

3.1骨質(zhì)疏松是一種因骨量減少、骨內(nèi)部微環(huán)境破壞導(dǎo)致骨脆性增加，增加骨折風(fēng)險的一種全身性骨骼疾病。早期診斷骨質(zhì)疏松并能及時予以干預(yù)治療是降低骨折風(fēng)險的一種方法。骨強(qiáng)度與骨密度和骨質(zhì)量有關(guān)。骨密度由骨內(nèi)的礦物質(zhì)所決定，占骨密度的70%，而骨質(zhì)量受骨內(nèi)的微環(huán)境結(jié)構(gòu)水平變化的影響，其測量方法的研究是目前熱點之一[9-10]。

3.2目前，測量脂肪的磁共振技術(shù)主要有磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)、兩點法Dixon同相位與反相位技術(shù)和三點法Dixon同相位與反相位技術(shù)(即IDEAL-IQ)。MRS測量組織內(nèi)脂肪含量的方法較為成熟，也是目前脂肪含量檢測的“金標(biāo)準(zhǔn)”[11]。但是，MRS的成像時間長，后期處理對圖像的質(zhì)量要求高，操作繁瑣。而且，為了保證圖像質(zhì)量，應(yīng)用單體素波譜成像每次只能對一個椎體進(jìn)行掃描，MRS的掃描也因此較為費時，檢查費用較高。兩點法Dixon同相位與反相位技術(shù)是利用水與脂肪的進(jìn)動頻率不同，通過計算機(jī)處理得到水像和脂像[12]，但是兩點法存在一定的缺陷：第一，易受主磁場的不均影響，導(dǎo)致計算錯誤，無法得到純水和純脂的穩(wěn)定圖像；第二，檢查時間長，導(dǎo)致其在臨床的應(yīng)用受到限制。IDEAL-IQ則針對以上兩個缺點進(jìn)行了完善。IDEAL-IQ是在兩點法Dixon同相位與反相位技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的升級，采用多個梯度回波以及多種采集技術(shù)對圖像信號進(jìn)行采集，得到更為優(yōu)質(zhì)的純水和純脂參數(shù)，實現(xiàn)定量分析。IDEAL-IQ在一個TR時間內(nèi)采用多個回波，應(yīng)用fly-back技術(shù)進(jìn)行重建，得到6個水和脂肪的不同相位圖像，通過區(qū)域增長法進(jìn)行重建，改善了兩點法在磁場不均勻上的問題，克服了T2*衰減、脂肪的多譜峰分布、噪聲誤差、渦流導(dǎo)致的相位誤差及主磁場不均勻等因素，得到更高信噪比的圖像，縮短掃描時間[13-14]。

3.3研究表明，隨著骨密度的減低，骨髓內(nèi)的脂肪含量增加[15-17]。骨髓內(nèi)脂肪含量的變化在骨質(zhì)疏松診斷和療效評價方面引起了廣泛關(guān)注。髓內(nèi)的脂肪細(xì)胞增多會導(dǎo)致成骨細(xì)胞減少，從而使得骨強(qiáng)度減低[18-20]。胡磊等[21]研究結(jié)果顯示，糖尿病組腰椎脂肪含量高于對照組，骨髓細(xì)胞明顯減少，通過脂肪定量的方法可推測椎體骨密度的變化情況。以往骨質(zhì)疏松診斷主要依靠DXA和定量CT(quantitative computed tomography，QCT)，無法滿足臨床的診斷需求。DXA所測量的是椎體的面積，并非整個椎體的體積，且DXA是平面攝影技術(shù)，易受骨質(zhì)增生以及體位的影響，導(dǎo)致測量數(shù)值不夠準(zhǔn)確。QCT雖然能測量椎體的體積，但無法測量椎體內(nèi)的脂肪含量，且輻射劑量較大。DXA、QCT檢查無法顯示骨髓內(nèi)的微環(huán)境改變。IDEAL-IQ可定量評價骨組織微結(jié)構(gòu)，且作為一種新的脂肪定量技術(shù)，能夠反映組織內(nèi)的復(fù)雜性，可重復(fù)性好，準(zhǔn)確度高，操作方便，為臨床診斷提供了準(zhǔn)確、客觀信息[22-24]。本研究結(jié)果顯示，骨質(zhì)疏松組的FF值較骨質(zhì)正常組顯著升高，F(xiàn)F值與T值呈負(fù)相關(guān)。ROC曲線分析結(jié)果顯示，F(xiàn)F值可用于骨質(zhì)疏松的診斷，診斷效能好[AUC(95%CI)=0.922(0.879～0.965)，P<0.001]，這與相關(guān)研究[25-26]結(jié)果相似。

綜上所述，椎體骨髓內(nèi)骨髓脂肪含量增高，會減低骨的強(qiáng)度，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松發(fā)生。IDEAL-IQ可準(zhǔn)確定量椎體的脂肪含量，了解骨髓的生理、病理變化，為臨床診斷骨質(zhì)疏松提供新的方法。但本研究由于納入對象例數(shù)較少，未能進(jìn)行分層分析，研究結(jié)論尚需進(jìn)一步驗證。