磁共振波譜成像定量腰椎骨髓脂肪短中期的可重復性研究

孟 雷，李艷彬，董飛俠，潘安光

·全科醫生技能發展·

磁共振波譜成像定量腰椎骨髓脂肪短中期的可重復性研究

孟 雷1，李艷彬2*，董飛俠3，潘安光1

目的 評價磁共振波譜成像(MRS)定量腰椎骨髓脂肪短、中期的可重復性。方法 選擇2015年3—6月在溫州市第七人民醫院和溫州市中醫院健康體檢中心體檢的符合入選標準的健康女性(28.9～48.6歲)受檢者30位，基線(即研究開始時)及6個月時測定受檢者血25羥維生素D、骨鈣素、β-膠原降解產物及雌二醇。于基線、6周及6個月時分別行3次MRS掃描，測定腰3椎體骨髓脂肪分數(FF)。由2位評定者獨立測定FF，計算組內相關系數(ICC)，評價不同時間點(短期和中期)MRS測定FF的精確性。結果 共22位受檢者完成研究。評定者間與評定者內在基線、6周及6個月時測定FF的ICC為0.931～0.988。Bland-Altman法分析顯示，評定者間、評定者內測定FF的差值均落于95%可信區間內。短期和中期MRS測定FF的ICC為0.856～0.944，變異系數為2.45%～4.72%。結論 短、中期MRS測定腰椎骨髓脂肪含量具有良好的可重復性。

磁共振波譜學；骨髓脂肪；重復性

孟雷，李艷彬，董飛俠，等.磁共振波譜成像定量腰椎骨髓脂肪短中期的可重復性研究[J].中國全科醫學，2017，20(12)：1491-1494，1499.[www.chinagp.net]

MENG L，LI Y B,DONG F X，et al.Short- and mid-term reproducibility of lumbar vertebral bone marrow fat content measurements using magnetic resonance spectroscopy[J].Chinese General Practice，2017，20(12)：1491-1494，1499.

1.DepartmentofRadiology,theSeventhPeople′sHospitalofWenzhou,Wenzhou325000,China

2.LaboratoryforClinicalSpecialAssays，theSeventhPeople′sHospitalofWenzhou,Wenzhou325000,China

3.WenzhouHospitalofTraditionalChineseMedicine，Wenzhou325000,China

*Correspondingauthor:LIYan-bin,Attendingphysician;E-mail：1374792976@qq.com

骨強度不僅與骨密度、骨微結構有關，而且與骨髓微環境有關[1]。已有研究表明，骨髓脂肪在骨丟失的病理生理中具有重要作用，骨髓脂肪和骨量存在負相關關系，即骨髓脂肪含量可在一定程度上反映骨骼的強度[2-4]。因此，準確定量骨髓脂肪含量具有重要意義。目前認為，氫質子磁共振波譜成像(MRS)是定量骨髓脂肪含量的檢測標準。多項橫斷面研究采用MRS對骨髓脂肪進行定量，并分析其與骨密度、體成分的關系，部分研究采用MRS對藥物干預骨質疏松后骨髓脂肪含量的變化進行評估[3-5]。MRS的診斷價值很大程度上取決于其測量的精確度，因此，客觀評估MRS定量骨髓脂肪含量的可靠性非常重要。既往有研究在同一天內進行2次MRS來評價其精確性[5-9]，但是短期和中期MRS定量骨髓脂肪的可重復性如何仍缺乏研究。本研究擬探討短期(6周)和中期(6個月)MRS測定腰椎骨髓脂肪含量的可重復性，為縱向干預性研究計算樣本量提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2015年3—6月在溫州市第七人民醫院和溫州市中醫院健康體檢中心體檢的符合入選標準的健康女性受檢者30位，年齡28.9～48.6歲，平均年齡(41.1 ± 5.7)歲；身高147.0～171.0 cm；體質量45.0～75.0 kg，計算體質指數(BMI)。

受檢者入選標準[10]：(1)未絕經婦女(因為絕經狀態、雌激素水平的變化會影響骨髓脂肪含量，所以本研究僅收集絕經前健康人群)；(2)無結核、腫瘤、放化療史等；(3)未曾使用過影響骨代謝的藥物，如雌激素、糖皮質激素、雙磷酸鹽類藥物；(4)未患有影響骨代謝的相關疾病，如糖尿病、甲狀旁腺功能亢進、腎功能不全等；(5)無子宮、卵巢切除史；(6)無MRI檢查禁忌證。受檢者均在健康體檢中心檢測血尿常規及肝腎功能以確保其指標在參考范圍內。向受檢者解釋本研究的目的，征得受檢者知情同意后執行MRI檢查。

1.2 血生化指標檢測 受檢者禁食8 h以上，于清晨空腹在健康體檢中心采集空腹靜脈血進行血尿常規、血脂、血糖、肝腎功能等常規項目檢測后，進一步檢測血25羥維生素D、骨鈣素、β-膠原降解產物(采用化學發光法)及雌二醇(采用放射免疫法測定)。上述指標在基線(即研究開始時)及6個月分別檢測一次，以除外受檢者在研究期前后上述指標出現明顯差異，影響骨髓脂肪的分析。

1.3 MRS檢查 應用德國西門子1.5 T超導型MRI掃描儀進行圖像采集，脊柱線圈聯合相控陣腹部體表線圈。受檢者取仰臥位，平靜呼吸。MRS信號采集前常規行腰椎矢狀位T1加權像(T1WI)及T2加權像(T2WI)掃描，除外受檢者腰椎骨腫瘤、壓縮性骨折等病變以及便于波譜體素塊的準確放置。氫質子MRS掃描前先進行自動勻場，之后采用不抑水單體素點解析波譜序列進行腰3椎體MRS數據采集。具體參數如下：TR=3 000 ms，TE=30 ms，體素塊大小=1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm(確保體素塊位于椎體骨髓腔中央，避開骨皮質及椎間盤)，波寬=2 000 Hz，翻轉角=90°，激勵32次，掃描時間1′36″。受檢者均在基線、6周及6個月行MRS重復掃描。MRS檢查由同一位技術員完成。

掃描結束后，MRS原始數據自動導入西門子新溝通(Syngo)MR圖像專用后處理工作站。選擇系統自帶的波譜分析軟件進行分析，先做波譜基線校正，分別測定位于1.30 ppm的脂質峰及4.70 ppm的水峰信號值。計算腰3椎體骨髓脂肪分數(FF)[2,11]，FF=〔Ilipid/( Ilipid+Iwater)〕×100%；公式中Ilipid、Iwater分別為脂質峰及水峰峰下面積值，FF代表脂肪相對信號強度與總信號強度(水和脂肪)的百分比。

1.4 MRS測定FF的精確性分析 MRS數據分別由2位高年資放射科醫師獨立完成圖像的觀察分析。在每次測定FF后至少間隔2周再次對MRS數據進行第2次分析，以評價評定者內測定FF的一致性。于6周、6個月時分別行MRS檢查，均由2位評定者分別測定，取同一評定者2次測定的均值以評價評定者間測量FF的一致性。

2 結果

2.1 受檢者臨床資料及比較 基線時共30位受檢者完成MRS檢查；6周時2位受檢者失訪，2位受檢者拒絕行MRS檢查；6個月時又有3位受檢者失訪，1位受檢者拒絕行MRS檢查。共22位受檢者完成研究，資料完整。22例受檢者身高、體質量、BMI及血生化指標在基線及6個月時差異無統計學意義(P>0.05，見表1)。

2.2 評定者間及評定者內測定FF的一致性 2位評定者在基線、6周及6個月時測定的FF比較，差異均無統計學意義(P>0.05，見表2)。評定者間及評定者內在基線、6周及6個月時測定FF的ICC均>0.80(見表3)。進一步采用Bland-Altman分析法對FF測定結果的一致性進行評價，結果顯示評定者間及評定者內基線、6周及6個月時測定FF的差值均在95%CI內(見圖1)。

Table 2 FF values determined by two raters at baseline conditions,6 weeks and 6 months after the beginning of study

評定者例數基線6周6個月評定者12246.22±6.6046.79±7.1147.07±6.37評定者22245.28±7.1445.61±6.2846.01±6.79t值0.9171.0291.314P值0.8200.7540.731

表1 受檢者在基線及6個月時臨床資料及血生化檢測指標比較±s，n=22)

注：BMI=體質指數

表3 評定者間及評定者內在不同時間點測定FF的一致性

注：ICC=組內相關系數，CI=可信區間

注：a為基線時，b為6周時，c為6個月時；圖中中間線條表示均值，上、下線條分別代表χ+1.96 s、χ-1.96 s，所有點落在其95%可信區間內；FF=脂肪分數

圖1 Bland-Altman法評價不同時間點評定者間測定FF的一致性

Figure 1 Intra-rater agreement of FF determined at baseline conditions,6 weeks and 6 months after the beginning of study assessed by Bland-Altman plot

注：患者46歲，a為基線時，b為6周時，c為6個月時，基線、6周及6個月時FF分別為39.11%、39.38%、40.57%

圖2 不同時間點MRS測定FF的波譜圖

Figure 2 MRS spectra of FF of a representative 46-year-old participant at baseline conditions,6 weeks and 6 months after the beginning of study

2.3 短、中期MRS測定FF的精確性 短、中期MRS測定FF的ICC為0.856～0.944，CV為2.45%～4.72%(見表4)。圖2為同一位46歲受檢者在基線、6周及6個月時MRS 測定FF的波譜圖。

表4 短、中期MRS測定FF的精確性

Table 4 Short- and mid-term accuracy assessment for quantifying FF by MRS

時間評定者1ICC 95%CI評定者2ICC 95%CI評定者1CV(%)評定者2CV(%)短期(6周與基線)0.932(0.836,0.972)0.944(0.865,0.977)2.602.45中期(6個月與基線)0.856(0.702,0.938)0.874(0.728,0.945)4.724.41中期(6個月與6周)0.925(0.819,0.969)0.918(0.817,0.961)3.623.56

注：CV=變異系數

3 討論

3.1 骨髓脂肪含量間接反映骨質量 骨密度是目前公認的反映骨強度的有用指標，也是用于計算骨質疏松性骨折風險的主要判斷因子，但其靈敏度和特異度均不高[1,13-14]。骨髓間充質干細胞具有自我更新及多向分化的潛能，在不同的誘導條件下可以分化為脂肪細胞、成骨細胞、軟骨細胞等。骨髓內骨組織及脂肪組織的動態平衡就是由間充質干細胞向成骨細胞、脂肪細胞分化維持的[15]。若間充質干細胞成脂分化增強則成骨細胞的增殖、分化能力將下降，骨形成減少，進而引起骨量丟失、骨質疏松及骨缺損等相關代謝性骨骼疾病。已有研究證明，測定骨髓腔的骨髓脂肪含量可以在一定程度上反映骨質量[3,4,10]。因此，研究骨髓脂肪含量具有重大意義。

3.2 MRS短、中期定量骨髓脂肪含量的精確性 關于MRS測定骨髓含量的精確性的文獻報道較少，且缺乏一定深度。本研究設計了MRS測定腰椎FF的短、中期可重復性研究，結果表明，短、中期MRS測定FF的ICC為0.856～0.944，CV為2.45%～4.72%；且不同評定者間或評定者內測量FF具有良好的一致性。本研究于短、中期進行精確性評估，而國內研究者對30例志愿者腰椎體同一天進行2次MRS測定來評價該技術的測量精確性，結果顯示高場強MRS具有較高的骨髓脂肪含量測量精確性，CV為1.7%[9]；另有研究報道MRS重復測定FF的精確性CV為2.25%[10]。但以上研究存在一定偏倚，如同一天內2次對MRS信號進行采集，或在2次重復掃描期間未重新擺放受檢者位置，所得結果也未由不同評定者獨立測定FF值。國外學者報道，MRS短期定量FF的CV為1.7%～4.5%[5-8]，但其研究結論是通過測量6～8位受檢者所得，樣本量相對偏少。

BREDELLA等[16]對3位受檢者行間隔10 d的重復MRS掃描，CV為5.0%，高于本研究CV，分析原因可能與其樣本量有關。GRIFFITH等[17]對36位受檢者股骨近端行MRS測定FF，2次掃描時間間隔為1周，ICC為0.78～0.85。雖然這項研究也表明MRS測定股骨近端FF具有足夠高的可重復性，但MRS測定FF的ICC較本研究ICC低。這主要是因為相對于腰椎，骨髓在股骨近端的空間分布更加不均質，導致每次測定的FF值會出現變異，這也是研究者多以腰椎椎體作為測定骨髓脂肪靶點的緣故。SCHAFER等[18]調查了6例健康成年女性間隔6個月的腰椎MRS重復掃描，CV為3.8%，雖然其樣本量偏少，但結論與本研究一致。

綜上所述，MRS短、中期定量腰椎骨髓脂肪含量具有良好的可重復性，不同評定者間測定FF具有良好的一致性。本研究結果可以為相關骨病療效評估或其他縱向研究設計樣本量大小的計算提供科學依據。

作者貢獻：孟雷、李艷彬進行試驗設計與實施、資料收集整理、撰寫論文并對文章負責；孟雷、董飛俠、潘安光進行試驗實施、評估、資料收集；李艷彬進行質量控制及審校。

本文無利益沖突。

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(本文編輯：趙躍翠)

Short- and Mid-term Reproducibility of Lumbar Vertebral Bone Marrow Fat Content Measurements Using Magnetic Resonance Spectroscopy

MENGLei1，LIYan-bin2*,DONGFei-xia3，PANAn-guang1

Objective To investigate the short- and mid-term reproducibility of lumbar vertebral bone marrow fat fraction(FF) measurements using magnetic resonance spectroscopy(MRS).Methods The selected participants meeting the inclusion criteria of this study were 30 healthy females(aged 28.9 to 48.6 years) who underwent physical examination in Physical Examination Center of the Seventh People′s Hospital of Wenzhou and Wenzhou Hospital of Traditional Chinese Medicine from March to June in 2015.The following clinical parameters were collected,serum 25-hydroxy vitamin D,osteocalcin,β-CTx and estradiol measured at baseline(at the beginning of study) and 6 months after the beginning of study.At baseline,6 weeks and 6 months after the beginning of study,MRS scanning was performed in the participants,and the 3rd lumbar vertebra(L3) bone marrow FF was determined by two independent raters,respectively.The short-(at both baseline and 6 weeks after the beginning of study) and mid-term(at 6 months after the beginning of study) accuracy of MRS-based FF measurements was assessed by using interclass correlation coefficient(ICC),Bland-Altman plot and coefficient of variance(CV).Results Twenty-two participants completed the study.The inter- and intra-rater agreement for FF measurements at baseline,6 weeks and 6 months after the beginning of study was excellent(ICCranged from 0.931 to 0.988).All data points calculated using the Bland-Altman plot,were within the 95% limits of agreement;theICCfor the short- and mid-term agreement was excellent(ICCranged from 0.856 to 0.944);theCVfor the reproducibility of FF measured over the short- and mid-term was 2.45%-4.72%.Conclusion MRS is a reproducible method for short- and mid-term quantification of lumbar vertebral bone marrow fat content.

Magnetic resonance spectroscopy；Marrow fat;Reproducibility

R 445.2

A

10.3969/j.issn.1007-9572.2017.12.016

2016-12-10；

2017-03-05)

1.325000浙江省溫州市第七人民醫院放射科

2.325000浙江省溫州市第七人民醫院特檢科

3.325000 浙江省溫州市中醫院

*通信作者：李艷彬，主治醫師；E-mail：1374792976@qq.com