正常人群骶髂關節脂肪含量的初步定量分析

寧秋萍，范鐵兵，于曉晶，王文生，任華，葉慧義

研究顯示強直性脊柱炎(ankylosing spondylitis，AS)患者普遍存在骨質疏松或骨量減少[1]。骨質疏松癥是脊柱關節炎最常見的并發癥，總患病率約為13%，其中中國為25%[2]。磁共振骨髓脂肪定量技術在檢測骨髓脂肪變化方面具有獨特優勢，對于AS患者和骨質疏松患者的脂肪定量具有重要價值。目前磁共振波譜分析(magnetic resonance spectroscopy，MRS)是影像學診斷中受到廣泛認可的非創傷性的研究活體組織代謝、生化構成及化合物定量的方法[3-5]，但掃描時長、呼吸運動均可影響掃描成功率，并且對主磁場的均勻性要求較高、后處理過程復雜依然是限制利用的因素[4,6]。

磁共振定量非對稱回波的最小二乘估算法迭代水脂分離序列(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least square estimation-iron quantification，IDEAL-IQ)技術通過并行采集技術提高圖像獲取速度，能準確的定量測量脂肪含量,無需屏氣，耗時較短。IDEAL-IQ技術是近年來應用于骶髂關節的新技術，本文初步探討IDEAL-IQ技術對于正常人群骶髂關節脂肪定量的初步分析。

材料與方法

1.臨床資料

本研究為前瞻性研究，獲得醫院倫理委員會審核批準，每個受檢者均簽署知情同意書。

收集2017年4-11月中國中醫科學院西苑醫院行骶髂關節MRI的60例受檢者的病例資料。納入標準：①骶髂關節發育對稱，無血液系統病變；②無腰骶部疼痛史，無骶髂關節外傷史，既往骶髂關節未訴病變；③體內無金屬及心臟起搏器。排除標準：①骶髂關節存在病理性改變(腫瘤、轉移瘤、結核等)；②雙側骶髂關節形態異常，如旋轉、傾斜等；③有甲狀腺、甲狀旁腺功能亢進及骨代謝相關疾病；④服用影響骨質代謝的藥物；⑤可能產生強直性脊柱炎骶髂關節炎的類似疾病：類風濕關節炎、痛風性關節炎、銀屑病關節炎者。

60例受檢者中男性32例，女性28例，年齡15～82歲，平均(38.83±16.40)歲。根據中國肥胖問題工作組織(WGOC)于2003年提出的中國成年人判斷超重和肥胖程度的體重指數(body mass index，BMI)的界值[7]將患者分為三組：肥胖組：BMI>24.0，共22例；正常組：BMI 18.5～23.9 kg/m2，共33例；消瘦組：BMI<18.5，共5例。按照年齡分為3組：其中15～30歲組26例，男15例，女11例，平均年齡(23.77±3.87)歲，BMI 18.26～38.82 kg/m2，平均23.27 kg/m2；31～50歲組15例，男9例，女6例，平均年齡(38.6±6.40)歲，BMI 17.72～26.56 kg/m2，平均22.55 kg/m2；51歲以上組19例，男8例，女11例，平均年齡(59.63±6.69)歲，BMI 16.90～30.04 kg/m2，平均21.98 kg/m2。

2.MRI掃描方案

采用GE Discovery 750 3.0T掃描儀，8通道相控陣體部線圈(3.0T HD8-CH TORSO AR-RAY)進行檢查?；颊呷⊙雠P位，足先進，掃描范圍包含雙側骶髂關節。常規序列：①斜軸位T1WI FSE；②斜軸位T2WI FSE。斜軸位IDEAL-IQ序列：TR 2.6 ms，TE 6.0 ms，激勵次數3，視野38 cm×38 cm，層厚4.0 mm，層間距0.4 mm，矩陣192×192，帶寬111.1，激勵次數0.5，掃描時間42 s。翻轉角3°。

3.圖像后處理

IDEAL-IQ傳輸至GE Advantage Windows 4.6工作站，由兩名分別具有5年、8年MRI骨肌系統影像診斷經驗的放射科醫師獨立進行ROI選取和測量。采用GE ADW 4.6工作站viewer功能，參考常規MRI序列選取脂肪分量圖像的ROI，進行骶髂關節骨髓脂肪分數(fat fraction，FF)的測量。ROI放置于骶髂關節雙側對稱的鄰近骨皮質的3個層面，髂側及骶側各放置1個ROI，共6個ROI，ROI平均大小約27 mm2，范圍15～30 mm2，分別計算髂側脂肪分數(Fi)和骶側脂肪分數(Fs)的平均值。

4.統計學分析

采用SPSS 22.0統計軟件包進行統計學分析。采用組內相關系數(intra-class correlation coefficient，ICC)用于分析2次重復測量參數的一致性，ICC>0.75認為一致性較好。符合正態分布的數據以均數±標準差表示，采用獨立樣本t檢驗分析不同性別間Fi和Fs的差異、采用配對樣本t檢驗分析同一年齡分組Fi和Fs的差異。采用三因素方差分析評估年齡分組、性別、BMI分組對Fi和 Fs的交互作用；采用兩因素方差分析評估性別和年齡、性別和BMI、年齡和BMI對Fi和Fs的影響，采用多元方差分析評估年齡分組、性別、BMI分組對Fi和Fs的影響。檢驗水準α=0.05，以P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.Fi和Fs測量的一致性分析

兩名醫師計算的Fi的ICC值為0.843(95%CI：0.751～0.903)，Fs的ICC值為0.867(95%CI：0.787～0.918)。

2.不同年齡組間Fi和Fs的比較

經levene檢驗，Fi和Fs方差齊(P值分別為0.514，0.575)，各年齡組間Fi(F值=5.289，P=0.008)及Fs(F=12.680，P<0.001)差異有統計學意義。31～50歲組Fi和Fs的差異有統計學意義(P=0.006)，余15～30歲、≥51歲組Fi和Fs的差異無統計學意義(P均>0.05)，見表1。

3.不同年齡組間男性和女性骶髂關節脂肪值的組間比較

51歲以上組男性與女性的Fi、Fs差異有統計學意義；15～30歲組、31～50歲組間男女性Fi和Fs差異無統計學意義(表2)。

表2 同年齡組內男性和女性Fi和Fs比較

4.不同年齡組間、不同性別間BMI的比較

BMI平均值分別為：15～30歲組23.28±4.15；31～50歲組22.55±2.69；≥51歲組21.98±3.53。經單因素方差分析比較，三組間BMI平均值差異無統計學意義(F=0.717，P=0.493，表3)。三個年齡組男性和女性之間BMI差異無統計學意義(P均>0.05)。

表3 不同年齡組內男女性間BMI的比較

5.性別、年齡組別、BMI組別對于Fi、Fs的交互影響分析

三因素方差分析顯示性別、年齡組別、BMI組別對Fi不存在三因素交互作用，F(2，45)=1.538，P=0.226。簡單兩因素交互作用分析性結果顯示，性別和年齡組別無兩因素交互作用，F(2，45)=0.110，P=0.896；性別和BMI組別無兩因素交互作用，F(2，45)=2.879，P=0.067；年齡組別和BMI組別無兩因素交互作用，F(3，45)=2.363，P=0.084。

三因素方差分析顯示性別、年齡組別、BMI組別對Fs不存在三因素交互作用，F(2，45)=0.371，P=0.692；簡單兩因素交互作用分析性結果顯示，性別和年齡分組無兩因素交互作用，F(2，45)=2.106，P=0.134；性別和BMI組別無兩因素交互作用，F(2，45)=2.391，P=0.103；年齡組別和BMI組別無兩因素交互作用，F(3，45)=1.387，P=0.259。

多元方差分析顯示年齡組別對于Fi和Fs的影響差異具有統計學意義(F=4.252，P=0.019，partial η2=0.136；F=12.694，P<0.001，partial η2=0.320)。15～30歲組與31～50歲組、31～50歲組與≥51歲組的Fi差值分別為-5.54(95%CI：-16.02～4.95，P=0.417)、-8.08(95%CI：-19.25～3.09，P=0.198)，差異無統計學意義，15～30歲組與≥51歲組的Fi差值為-13.62(95%CI：-23.38～-3.86，P=0.004)，差異具有統計學意義(表4)。15～30歲組與31～50歲組、15～30歲組與≥51歲組的Fs差值分別為-13.48(95%CI：-23.60～-3.36，P=0.006)、-21.17(95%CI：-30.58～-11.75，P<0.001)，差異具有統計學意義；31～50歲組與≥51歲組的Fs差值為-7.68(95%CI：-3.09～18.46，P=0.207)，差異無統計學意義(表4)。

表4 不同年齡組間Fi差值和Fs差值的比較

多元方差分析顯示性別對于Fs的影響差異具有統計學意義(F=9.007，P=0.004，partial η2=0.143)。女性15～30歲組與≥51歲組Fs的差值為-28.493(95%CI：-42.129～-14.856，P<0.001)，差異具有統計學意義，其余各組間兩兩比較，Fi和Fs的差值均無統計學意義(P均>0.05)。

討 論

1.IDEEAL-IQ序列定量測量骶髂關節脂肪分數的可行性和初步定量分析

骨髓腔內脂肪含量隨年齡增長逐漸增加，正常骨髓內紅黃骨髓比例及成分間的差異反映髓內脂肪含量的多寡。國外文獻報道30歲時髓腔內脂肪含量為40%，至100歲時髓腔內脂肪含量上升到68%[8]。國外學者采用IDEAL-IQ技術研究女性椎體骨密度和椎體脂肪顯示二者呈負相關[9]。cohen等[10]報道骨髓脂肪含量在組織的不同生理、病理及解剖部位間存在特異性差異。2006年中國50歲以上人群(6944萬)中男性骨質疏松癥患者共1534萬，占22.09%[11]。國內學者通過對1051例AS患者進行研究，發現骨質疏松的發生率為34%，其中AS男性患者骨質疏松發病率為39.32%[12]。研究顯示AS患者普遍存在骨質疏松或骨量減少[13]。而骨髓中成骨細胞和脂肪細胞均由間充質干細胞分化而來，成骨細胞的減少、骨質疏松和脆性骨折的增加往往伴隨脂肪細胞的增加[14]。AS患者發生脊柱骨折后，并發癥及死亡率均高于正常人[15]。AS常常起自骶髂關節，因此測定健康志愿者骶髂關節的脂肪含量，對于AS患者骶髂關節脂肪化生、脂肪沉積及骨質疏松具有重要臨床意義。

國內外關于IDEAL-IQ定量評估肝臟、胰腺脂肪含量的報道較多[16-19]，其在定量分析肝臟、骨髓組織脂肪方面的準確性已得到普遍認可[5,20]，但對于骶髂關節的應用報道較少。學者[21-22]通過將IDEAL-IQ技術定量結果與病理學結果對照，發現該水脂分離脂肪定量積水結果與病理學結果高度相關，并且無論機器場強大小，該技術定量結果穩定、可重復性高[23]。本研究采用IDEAL-IQ技術，掃描過程中無需控制受檢者呼吸、耗時較短，后處理過程相對簡便，數據測量的可重復性較好，為后續骨關節的脂肪定量提供了可能，有望成為脂肪測量的重要技術。與脂肪定量的金標準穿刺活檢比較，該技術為非侵入性檢查，患者檢查依從性和耐受性高。

2.正常人群骶髂關節FF值在不同年齡段的表現

15～30歲組FF值特點：本研究15～30歲組男性的Fi和Fs值高于女性，15～30歲組Fi和Fs均低于≥51歲歲組。該年齡段男性脂肪值高于女性，考慮此年齡段女性黃骨髓化較男性緩慢[24]。本研究15～30歲組Fi及Fs值高于國外研究報道[25]的25歲健康志愿者的腰5椎體骨髓質子密度脂肪分數值(proton density fat fraction，PDFF)(32.4%)，考慮解剖部位、年齡構成不同，而且IDEAL-IQ與PDFF的成像原理不同；研究證實個體內不同椎體之間或不同個體之間椎體脂肪含量因性別、年齡、病種等因素也存在差異。Cohen等[10]通過對比骨質疏松患者和健康志愿者股骨與腰3椎體的PDFF值發現，健康志愿者股骨PDFF值為60.2%，高于腰3椎體骨髓FF值。本研究表明15～30歲組骶髂關節脂肪含量最少，與之前的研究一致[26]。

31～50歲組FF值特點：本研究該組男女性間Fi值和Fs值無明顯差異，31～50歲組Fs值明顯高于15～30歲組。國外學者[17-18]通過髂骨病理解剖研究發現，20～65歲的人群中，脂肪組織的含量從15%增加到60%左右。25歲左右人類骨髓轉化過程基本完成，這一年齡段女性紅骨髓及男性骨小梁豐富，此時男女性骨髓內脂肪信號無明顯差別。

≥51歲組FF值特點：本研究≥51歲組女性Fi和Fs值均顯著高于男性，該年齡段Fi和Fs均顯著高于15～30歲組。本研究與既往Aoki等[27]研究的結果一致，顯示絕經期及圍絕經期FF值顯著升高，原因考慮女性體內雌激素水平驟降，導致骨轉換增加，骨鈣大量丟失[28]，成骨細胞和破骨細胞活性也相應調節，導致骨小梁逐漸稀疏并伴隨骨髓脂肪含量增多[8]。研究表明該年齡段女性黃骨髓化加速，脂肪含量明顯高于男性[4]，本研究≥51歲組FF值為61.74±12.46，接近于60歲骨質疏松患者的PDFF的數值(67.5%)[25]。

本研究在排除了BMI差異的情況下，表明隨年齡增長，Fi和Fs值逐漸增高，年齡對于Fi和Fs的影響差異具有統計學意義，這一結論與文獻報道的隨年齡增長會導致骨髓脂肪含量增加一致[4]。各年齡分組女性髂骨及骶骨的脂肪含量較男性稍多，但差異無統計學意義，考慮女性在未絕經之前造血組織較同齡男性多，而且周期性生理性失血刺激造血組織增生活躍有關[29]。

3.本研究的臨床意義和展望

脂肪化生是公認的中軸型脊柱關節炎(spondyloarthritis，SpA)的特點，并且疾病發展過程中均可出現，軟骨下脂肪化生的組織病理學原因不明。既往研究認為T1WI序列上皮質下骨髓和骨質侵蝕部位的脂肪化生是SpA新骨形成病理生理過程中很關鍵的步驟[30-31]?？紤]到在急性期、穩定期以及男性、女性AS骶髂關節炎患者均可發現脂肪沉積病變，AS骶髂關節炎患者可以同時發生脂肪化生和骨質侵蝕，筆者設想健康志愿者骶髂關節脂肪含量低于AS患者，但AS骶髂關節炎活動性以及性別對于脂肪含量無明顯影響，推測骶髂關節脂肪含量增加，可作為早期診斷AS的重要線索。筆者下一步研究將對比AS患者與健康志愿者骶髂關節脂肪含量的差異，探討骶髂關節FF值是否可一定程度上反映AS骶髂關節炎的活動性。

4.本研究的局限性

本研究不足之處在于樣本量所限，測量數據存在偏倚，并且無病理結果做參照，未考慮藥物治療對FF值的影響。IDEAL-IQ序列作為短時高效定量分析性骨質FF值的MR掃描序列，其骶髂關節脂肪含量測定操作簡便，值得進一步研究。