IDEAL-IQ技術(shù)對骨質(zhì)疏松與轉(zhuǎn)移瘤所致椎體壓縮骨折的診斷價值

鄭召龍 玄飛 李明志 杜漢旺 曹偉 牛慶亮

濰坊市中醫(yī)院影像科，山東 濰坊 261041

骨質(zhì)疏松與轉(zhuǎn)移瘤是老年人椎體壓縮骨折的最常見病因，鑒別壓縮骨折的病因與患者的臨床治療和遠(yuǎn)期預(yù)后密切相關(guān)。傳統(tǒng)的影像學(xué)方法如X線平片、CT、放射性核素檢查對壓縮骨折病因鑒別診斷的準(zhǔn)確性及特異性均不高；目前常規(guī)MRI檢查對壓縮骨折的病因診斷主要是基于椎體形態(tài)、數(shù)目、信號及椎體周圍軟組織改變等因素，對壓縮骨折的病因診斷有一定的幫助，但是這種基于形態(tài)學(xué)的診斷對部分病變的鑒別仍然比較困難。研究表明，成年人椎體中的平均脂肪含量大約為40%，且隨著年齡及各種生理、病理狀態(tài)等因素的改變椎體的脂肪含量在動態(tài)變化，明確脂肪含量變化對疾病診斷是非常有幫助的[1-2]。隨著磁共振技術(shù)的發(fā)展，IDEAL-IQ技術(shù)作為一種新的、無創(chuàng)脂肪定量技術(shù)，在椎體病變所致骨髓脂肪含量變化方面的研究國內(nèi)少有報(bào)道。

本研究應(yīng)用IDEAL-IQ技術(shù)對椎體病變區(qū)骨髓脂肪含量進(jìn)行定量測定，旨在探索上述兩種不同病因所致椎體壓縮骨折椎體骨髓脂肪含量的變化，明確其鑒別診斷價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象

收集我院2016年10月至2018年2月椎體壓縮骨折患者的腰椎磁共振檢查資料共70例，其中35例為骨質(zhì)疏松所致，男12例，女23例，年齡55～82歲，平均年齡(66.7±13.5)歲；35例為轉(zhuǎn)移瘤所致，其中男15例，女20例；年齡53～81歲，平均年齡(61.2±16.2)歲。所有轉(zhuǎn)移瘤患者均有原發(fā)腫瘤病史，其中肺癌13例、乳腺癌9例、前列腺癌5例、原發(fā)性肝癌3例、結(jié)直腸癌3例、卵巢癌2例。轉(zhuǎn)移瘤患者中有26例經(jīng)活檢病理證實(shí)，9例轉(zhuǎn)移瘤患者均經(jīng)過6個月以上的影像隨訪，發(fā)現(xiàn)病變范圍較前進(jìn)展或出現(xiàn)新發(fā)病變者作為轉(zhuǎn)移瘤最終診斷。35例骨質(zhì)疏松壓縮骨折患者均為55歲以上的老年人，都行雙能X線骨密度儀(DXA)檢查且診斷為骨質(zhì)疏松；同時受試者在出現(xiàn)胸背部疼痛1周內(nèi)行MRI檢查，并且檢查前經(jīng)詢問病史均告知有外傷史。另外，所有患者檢查前均排除椎體各種侵入性治療，如椎體成形術(shù)、骨髓穿刺及腫瘤放化療等。本研究經(jīng)本院倫理委員會批準(zhǔn)。

1.2 MR檢查方法

采用GE公司3.0 T Silent 750 W及PA線圈，患者取仰臥位，掃描序列包括常規(guī)矢狀位T2WI壓脂、T1WI和橫軸位T2WI及矢狀位IDEAL-IQ序列。IDEAL-IQ序列掃描參數(shù)：TR=8．5 ms，TE=Min full，NEX=3，F(xiàn)OV=36 cm×36 cm，層厚=5 mm，Phase=192，間距=0.5 mm，反轉(zhuǎn)角=4°，掃描時間108 s。掃描后系統(tǒng)自動生成6組圖像，脂肪分?jǐn)?shù)圖、R2*弛豫率圖、脂像、水像、同/反相位圖像。由兩名有經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師獨(dú)立觀察測定骨質(zhì)疏松和轉(zhuǎn)移瘤所致椎體壓縮骨折病變區(qū)的T1WI及T2WI壓脂信號強(qiáng)度，并應(yīng)用GE AW4.6工作站通過IDEAL-IQ序列對椎體病變區(qū)及正常對照椎體的骨髓脂肪含量FF值及R2*值進(jìn)行定量測定，F(xiàn)F值即脂肪分?jǐn)?shù)值，R2*值即橫向弛豫率。測量時對照常規(guī)序列圖像選擇椎體病變部位的最大矢狀面，手動勾畫感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，最大范圍包括整個椎體松質(zhì)骨部分的病變區(qū)，盡量避開骨皮質(zhì)、終板及椎間盤。為了保證結(jié)果測量的準(zhǔn)確性，入組病例所有病變區(qū)ROI勾畫的最小范圍均>20個像素單位值。取重復(fù)測量3次平均值作為最終結(jié)果；并對同一患者椎體病變區(qū)骨髓脂肪含量FF值與該患者正常鄰近椎體骨髓脂肪含量FF值相比計(jì)算其骨髓脂肪含量FF比值，以校準(zhǔn)個體因素骨髓脂肪含量變化對統(tǒng)計(jì)結(jié)果的影響(見圖1)。

圖1 A～D：53歲女性腰椎轉(zhuǎn)移瘤壓縮骨折，依次為T2WI壓脂、T1WI、FF圖及R2*圖；E～H：65歲女性骨質(zhì)疏松壓縮骨折，依次為T2WI壓脂、T1WI、FF圖及R2*圖Fig.1 A-D: Vertebral compression fractures caused by lumbar metastasis of a 53-year-old female, T2WI fat sat, T1WI, Fat fraction map and R2* map; E-H: Vertebral compression fractures caused by lumbar osteoporosis of a 65-year-old female, T2WI fat sat, T1WI, Fat fraction map and R2* map.

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

兩名觀察者所測得的骨質(zhì)疏松與轉(zhuǎn)移瘤所致椎體壓縮骨折椎體病變區(qū)FF值、FF比值及R2*值的ICC值分別為0.96、0.93、0.84，說明兩名觀察者結(jié)果具有很好的一致性，然后取兩人測得結(jié)果的平均值作為最終結(jié)果。

骨質(zhì)疏松與轉(zhuǎn)移瘤所致椎體壓縮骨折椎體病變區(qū)骨髓脂肪含量FF值分別為(15.759±5.937)%、(4.831±2.430)%；正常對照椎體骨髓的脂肪含量FF值為(50.343±11.741)%；骨質(zhì)疏松及轉(zhuǎn)移瘤所致壓縮骨折椎體病變區(qū)骨髓脂肪含量FF值均較正常對照椎體減低，兩者之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。轉(zhuǎn)移瘤所致壓縮骨折椎體病變區(qū)骨髓脂肪含量FF值較骨質(zhì)疏松組減低，兩者之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(表1)。正常對照椎體骨髓的R2*值為(127.900±40.085)Hz；骨質(zhì)疏松與轉(zhuǎn)移瘤所致椎體壓縮骨折椎體病變區(qū)R2*值分別為(94.260±31.545)Hz、(73.245±41.285)Hz，兩者之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。骨質(zhì)疏松與轉(zhuǎn)移瘤所致椎體壓縮骨折椎體病變區(qū)骨髓脂肪含量FF比值分別為(0.298±0.117)、(0.108±0.051)，兩者之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(表1)。經(jīng)ROC曲線分析，F(xiàn)F值對上述兩種壓縮骨折病因鑒別診斷的臨界值為10.58%；FF值、R2*值、FF比值鑒別骨質(zhì)疏松所致椎體壓縮骨折及轉(zhuǎn)移瘤所致椎體壓縮骨折的AUC值分別為0.967、0.715、0.921(表2)；ROC曲線分析了FF值、R2*值、FF比值對診斷的特異性及敏感性；散點(diǎn)圖直觀地反映了正常對照椎體、轉(zhuǎn)移瘤及骨質(zhì)疏松所致壓縮骨折椎體病變區(qū)骨髓脂肪含量FF值的分布情況(圖2)。

圖2 A：骨質(zhì)疏松、轉(zhuǎn)移瘤及正常椎體骨髓脂肪含量FF值分布散點(diǎn)圖；B：FF值、R2*值及FF比值鑒別骨質(zhì)疏松及轉(zhuǎn)移瘤所致椎體壓縮骨折ROC曲線的特異性及敏感性Fig.2 A: Scatter diagram of fat fraction content in bone marrow of osteoporosis, tumor metastasis and normal vertebral body; B: FF, R2* value and FF ratio to identify the specificity and sensitivity of ROC curve of vertebral compression fracture caused by osteoporosis and tumor metastasis.

表1 骨質(zhì)疏松組及轉(zhuǎn)移瘤組壓縮骨折各參數(shù)值間的統(tǒng)計(jì)學(xué)比較Table 1 Statistical comparison of parameters of compression fractures between the osteoporosis group and the metastatic tumor group

表2 ROC曲線分析判斷各參數(shù)值診斷效能的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果Table 2 Statistical results of diagnostic efficacy of each parameter value determined by ROC

3 討論

骨質(zhì)疏松和轉(zhuǎn)移瘤所致椎體壓縮骨折在病變椎體數(shù)目、形態(tài)、信號及椎體周圍軟組織腫塊等MR征象上存在一定的差別，但是影像學(xué)上對于骨質(zhì)疏松及轉(zhuǎn)移瘤所致椎體壓縮骨折的病因做明確診斷仍是難點(diǎn)[3]。骨質(zhì)疏松所致急性壓縮骨折引起的骨髓水腫、出血與轉(zhuǎn)移瘤中骨髓被腫瘤細(xì)胞浸潤置換在T1WI上通常表現(xiàn)為低信號、T2WI壓脂序列表現(xiàn)為高信號。Kim等[4]在應(yīng)用T1WI信號強(qiáng)度鑒別骨質(zhì)疏松急性壓縮骨折與轉(zhuǎn)移瘤壓縮骨折的研究中，對兩種病因所致壓縮骨折的信號強(qiáng)度改變分析差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

本研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移瘤組所致壓椎體縮骨折的FF值及FF比值均較骨質(zhì)疏松組減低，通過ROC曲線顯示兩參數(shù)在鑒別兩種病因的壓縮骨折時AUC值及敏感性、特異性均較高，與Kim等[4]及Schmeel等[5]基于mDXION-Quant技術(shù)在椎體脂肪分?jǐn)?shù)測定在良惡性病變鑒別中的一致性較好。本研究與上述兩研究結(jié)果的一致性也說明同樣基于Dixon原理的GE公司的IDEAL-IQ與Phillips 公司的mDIXON-Quant兩種脂肪定量技術(shù)測定結(jié)果在不同廠家設(shè)備中應(yīng)用的一致性較好。

骨質(zhì)疏松和轉(zhuǎn)移瘤所致椎體壓縮骨折的不同組織病理學(xué)基礎(chǔ)決定了兩者間的骨髓脂肪含量不一致[6-7]。轉(zhuǎn)移瘤作為椎體的一種外侵組織置換了正常的骨髓成分，其腫瘤組織通常表現(xiàn)為富水且乏脂肪；同時轉(zhuǎn)移瘤的發(fā)生是一個相對緩慢的過程，各種腫瘤因子也會激活骨髓微環(huán)境的調(diào)節(jié)，導(dǎo)致脂肪細(xì)胞及成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)化的減低。骨質(zhì)疏松時，由于成骨細(xì)胞的功能減退，骨形成明顯減少并有脂肪組織填充[8-9]。在輕微外力作用下發(fā)生椎體壓縮骨折和骨髓水腫，骨折早期椎體內(nèi)部主要表現(xiàn)為壓縮骨折所致的骨髓水腫及少量出血。因此，椎體壓縮骨折區(qū)FF值較正常對照椎體FF值降低。同時，與轉(zhuǎn)移瘤的椎體相比骨質(zhì)疏松壓縮骨折椎體的骨髓脂肪含量及水含量均不同程度的增加。IDEAL-IQ技術(shù)通過測定上述多種原因?qū)е碌墓撬柚兄九c水的動態(tài)變化，并通過公式：脂像/(水像+脂像)計(jì)算獲得脂肪分?jǐn)?shù)值(FF值)[10]；以此證實(shí)了轉(zhuǎn)移瘤較骨質(zhì)疏松所致壓縮骨折椎體骨髓脂肪含量FF值減低更明顯。本研究中經(jīng)ROC曲線分析得到的兩種壓縮骨折病因鑒別診斷的椎體骨髓脂肪含量FF值的臨界值為10.58%。

IDEAL-IQ是在IDEAL技術(shù)上改進(jìn)的MR脂肪定量技術(shù)，其能提供精確的脂肪定量結(jié)果，測量結(jié)果與活檢結(jié)果及MRS 檢測結(jié)果一致性好。IDEAL-IQ單次掃描可以獲得6組圖像，且解決了T2*衰減、脂肪多譜峰分布、渦流和噪聲偏差等諸多因素對FF值測量準(zhǔn)確性的影響[11-12]。IDEAL-IQ技術(shù)較以往的骨密度、能譜CT及MRS等脂肪定量技術(shù)相比，操作簡單、可重復(fù)性好且無輻射，通過一次掃描獲得6組對比圖像，在脂肪分?jǐn)?shù)圖及R2*弛豫率圖上放置ROI可以直接測得骨髓脂肪含量FF值及R2*值而無需進(jìn)一步計(jì)算。因此，該技術(shù)在常規(guī)的臨床中應(yīng)用可行性好。

本研究存在以下不足：首先，沒有分析年齡、性別等因素導(dǎo)致的椎體骨髓脂肪含量變化對結(jié)果的影響。張勇等[13]的研究顯示腰椎椎體的骨髓脂肪含量與年齡呈正相關(guān)，且50歲以后女性椎體骨髓含量高于男性。本研究由于病例數(shù)相對較少，沒有對不同年齡段及不同性別患者進(jìn)行分組比較。但是本研究所有研究對象均為53歲以上的老年人，且骨質(zhì)疏松組與轉(zhuǎn)移瘤組患者年齡分布差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。其次，本研究沒有對不同起源的轉(zhuǎn)移瘤進(jìn)行分組分析，因?yàn)樵l(fā)腫瘤不同所導(dǎo)致的椎體轉(zhuǎn)移瘤的生物學(xué)行為不同，按原發(fā)腫瘤進(jìn)行分組比較也是課題進(jìn)一步研究的方向。最后，研究中只對骨質(zhì)疏松與轉(zhuǎn)移瘤所致椎體部位的壓縮骨折進(jìn)行了分析，鑒于轉(zhuǎn)移瘤的好發(fā)部位常以椎弓根為主，這也是本研究的不足之處。

總之，磁共振IDEAL-IQ椎體骨髓脂肪含量的測定對骨質(zhì)疏松與轉(zhuǎn)移瘤所致椎壓縮骨折有重要的鑒別診斷價值，F(xiàn)F值及FF比值定量參數(shù)測定可以作為磁共振定性診斷椎體壓縮骨折病因的一種有效方法。