IDEAL-IQ定量評(píng)價(jià)老年人全脊柱椎體骨髓脂肪含量的價(jià)值

王燦云 姜黃維 任宏 于滄 經(jīng)齊峰

成人的造血骨髓大約由40%脂肪、40%水和20%蛋白質(zhì)組成，而脂肪骨髓由80%脂肪、15%水和5%蛋白質(zhì)組成[1]。近期研究發(fā)現(xiàn)，骨髓腔脂肪細(xì)胞與成骨細(xì)胞具有同源性，均起源于骨髓間充質(zhì)細(xì)胞（mesenchymal stromal cells，MSCs），而MSCs向兩者的分化受體內(nèi)外多種生理性和病理性因素的影響[2-3]。首先，在不同年齡階段，脊柱椎體骨髓的脂肪、水、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等化學(xué)成分的含量均有所不同，其骨髓構(gòu)成處于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。另一方面，脊柱椎體骨髓的各種生理性和病理性改變都與其骨髓脂肪含量密切相關(guān)[4]。前期大量研究證實(shí)，骨強(qiáng)度不僅取決于骨密度（bone mineral density，BMD），還取決于骨質(zhì)量。另外，也有研究顯示腰椎部位的BMD不能正確預(yù)測(cè)絕經(jīng)后婦女是否存在椎體骨折[5]。因此，對(duì)脊柱椎體骨髓脂肪改變進(jìn)行定量評(píng)估具有重要意義，不僅可以評(píng)估各種生理病理過(guò)程對(duì)脊柱骨髓狀態(tài)的影響，還可以通過(guò)對(duì)脊柱骨髓成分的定量分析篩查骨髓亞健康狀態(tài)人群。傳統(tǒng)的MRI脂肪含量評(píng)價(jià)主要是通過(guò)同反相位的信號(hào)差異度來(lái)間接反映，不可控因素較多，準(zhǔn)確性不高。定量非對(duì)稱回波的最小二乘估算法迭代水脂分離序列（iterativedecomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimationquantitation sequence，IDEAL-IQ）是一種全新的無(wú)創(chuàng)脂肪定量技術(shù)，其在肝臟[6]、胰腺[7]、岡上肌[8]、骶髂關(guān)節(jié)[9]、髖關(guān)節(jié)[10]等全身各部位應(yīng)用的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性已經(jīng)得到證實(shí)。本研究旨在探討IDEAL-IQ定量評(píng)價(jià)老年人全脊柱椎體骨髓脂肪含量的價(jià)值。

1 對(duì)象和方法

1.1 對(duì)象 選擇2019年6月1日至7月28日杭州市蕭山區(qū)第一人民醫(yī)院接受MRI檢查的老年健康受試者20例，男 10例，女10例，年齡 61～81歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）無(wú)內(nèi)分泌、代謝性疾病（嚴(yán)重肝腎疾病、甲狀旁腺疾病、糖尿病、先天性骨代謝異常等）；（2）未服用激素等影響骨代謝的藥物；（3）椎體無(wú)腫瘤、結(jié)核、轉(zhuǎn)移瘤等疾病及放化療史；（4）無(wú)脊柱外傷史和手術(shù)史。本研究經(jīng)杭州市蕭山區(qū)第一人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審批通過(guò)，所有受檢者均知情同意。

1.2 方法

1.2.1 MRI檢查 采用3.0TMRI設(shè)備（DiscoveryMR750W 3.0T 掃描儀；GE Healthcare，Waukeha，WI）進(jìn)行掃描。患者取仰臥位，成像序列包括常規(guī)MRI序列（T1WI、T2WI和T2IDEAL）和脂肪定量成像序列（IDEAL-IQ）。全脊柱分三段掃描，各段詳細(xì)掃描參數(shù)：正矢狀位T2WI：TR3000ms，TE 100 ms，F(xiàn)OV 300 mm×300 mm，矩陣 320×256，層間距0.4 mm，層厚4.0 mm，采集次數(shù)（NEX）2。正矢狀位T1WI：TR 800 ms，TE 12 ms，F(xiàn)OV 300 mm × 300 mm，矩陣 320×256，層間距 0.4 mm，層厚 4.0 mm，NEX 2。正矢狀位 T2IDEAL：TR 3 500 ms，TE 85 ms，F(xiàn)OV 300 mm ×300 mm，矩陣 320×224，層間距 0.4 mm，層厚 4.0 mm，采集次數(shù) 1。正矢狀位 IDEAL-IQ：TR 15.1 ms，TE 7.3 ms，F(xiàn)OV 300 mm×270 mm，矩陣 160×160，層厚 4.0 mm，NEX 0.5。

1.2.2 圖像分析 采用GE 4.7工作站進(jìn)行圖像拼接、圖像評(píng)價(jià)和質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)（proton density fat fraction，PDFF）測(cè)量。由2位放射科副主任醫(yī)師獨(dú)立完成受試者全脊柱椎體（C2～L5）骨髓PDFF數(shù)據(jù)測(cè)量。選擇每個(gè)椎體的PDFF圖像最大矢狀面，手動(dòng)勾畫ROI（最大范圍包括整個(gè)椎體的松質(zhì)骨部分，避開骨皮質(zhì)、終板及椎間盤，示意圖見圖1-A），每個(gè)椎體測(cè)量3次取平均值。每次測(cè)量均以常規(guī)圖像作為參照。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 26統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料以±s表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。觀察者間測(cè)量PDFF值的一致性采用Bland-Altman分析。采用Pearson相關(guān)分析C2～L5椎體骨髓PDFF和年齡之間的相關(guān)性。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 全脊柱椎體骨髓PDFF圖像及一致性分析 全脊柱椎體骨髓PDFF圖像的ROI勾畫示例及全脊柱椎體骨髓PDFF偽彩圖見圖1（插頁(yè)）。觀察者間測(cè)量全脊柱椎體骨髓PDFF的一致性較高，見圖2。

圖1 全脊柱椎體骨髓質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)（PDFF）定量圖（a：全脊柱椎體骨髓PDFF測(cè)量的ROI勾畫示意圖；b：68歲老年女性全脊柱椎體骨髓PDFF偽彩圖，偽彩圖左側(cè)為統(tǒng)一的漸變偽彩圖彩色樣式和閾值范圍；c：78歲老年男性全脊柱椎體骨髓PDFF偽彩圖）

圖2 觀察者間測(cè)量全脊柱椎體骨髓PDFF值的Bland-Altman分析

2.2 老年男性組與老年女性組C2～L5椎體骨髓PDFF的比較 老年女性組全脊柱椎體骨髓的PDFF整體高于老年男性組（均P＜0.01），見表1。老年男性組全脊柱椎體骨髓 PDFF 從 C2～7、T1～6、T7～12至 L1～5分別為 0.51±0.06、0.43±0.02、0.47±0.03、0.58±0.03；老年女性組全脊柱椎體骨髓 PDFF 從 C2～7、T1～6、T7～12至 L1～5分別為 0.64±0.05、0.62±0.02、0.66±0.02、0.75±0.03，老年女性組 C2～7、T1～6、T7～12和 L1～5的全脊柱椎體骨髓 PDFF 均高于老年男性組（均 P＜0.05），見圖 3。老年人 C2～7、T1～6、T7～12至 L1～5的全脊柱椎體骨髓PDFF與年齡均無(wú)相關(guān)性（r=0.105、0.09、0.026、0.053，均 P ＞0.05）。

表1 老年男性組與老年女性組C2～L5椎體骨髓PDFF的比較

圖 3 老年男性組與老年女性組 C2～7、T1～6、T7～12 至 L1～5 椎體骨髓原子密度脂肪分?jǐn)?shù)（PDFF）的比較

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，IDEAL-IQ可以快速無(wú)創(chuàng)地對(duì)老年人全脊柱椎體骨髓脂肪進(jìn)行“一站式”定量評(píng)價(jià)。老年人全脊柱椎體骨髓PDFF呈現(xiàn)出明顯的解剖學(xué)變異，老年女性組頸椎、胸椎和腰椎的椎體骨髓PDFF均高于老年男性組。

本研究納入人群為老年人，老年女性雌激素水平的改變可能加劇了其全脊柱椎體骨髓脂肪的增加，造成其PDFF均高于老年男性。Baum等[11]通過(guò)對(duì)28例年輕志愿者全脊柱椎體骨髓脂肪的研究發(fā)現(xiàn)，他們的脊柱椎體PDFF呈現(xiàn)明顯的解剖學(xué)差異，男性組整體高于女性組。該研究納入的受試人群年齡偏小，平均年齡為26歲，不能反映年齡的增長(zhǎng)尤其是老年女性由于激素水平的改變對(duì)全脊柱椎體骨髓脂肪構(gòu)成的影響。隨著年齡的增長(zhǎng)，女性體內(nèi)雌激素水平下降，導(dǎo)致成骨細(xì)胞增殖分化作用減弱，刺激破骨細(xì)胞的成熟，這是絕經(jīng)后女性好發(fā)骨質(zhì)疏松的主要原因之一[12]。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在不同誘導(dǎo)因素下可分化為骨、軟骨、脂肪、骨髓及神經(jīng)等結(jié)構(gòu)，其中老齡及雌激素水平都是影響因素，有研究證實(shí)骨小梁結(jié)構(gòu)衰敗與骨髓脂肪組織增多同步發(fā)生[13]。Patsch等[14]研究者報(bào)道，MR光譜學(xué)檢測(cè)骨髓脂肪成分與絕經(jīng)后女性脆性骨折有關(guān)，可作為一種新的不依賴BMD的骨折風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具。因此，雌激素水平、椎體骨髓脂肪含量及骨質(zhì)疏松之間有著間接的關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)老年人群全脊柱椎體骨髓PDFF與年齡無(wú)相關(guān)性，可能與納入的受試者年齡偏大和年齡跨度較小有關(guān)。

溫勇等[15]通過(guò)回顧分析1 079例年齡≥50歲的骨質(zhì)疏松性椎體骨折患者的流行病學(xué)特征發(fā)現(xiàn)，老年椎體骨折患者中60～69歲年齡段的比例最高，且女性明顯多于男性，男女總?cè)藬?shù)比為1∶2.2；椎體骨折好發(fā)節(jié)段為T11～L2，胸腰椎骨折患者均隨著年齡增加而增加，腰椎骨折患者顯著多于胸椎骨折。李石倫等[16]納入2 443例老年脊柱骨折的研究也得到了相似的結(jié)論。由此可見，對(duì)于老年人群，女性的脊柱骨折風(fēng)險(xiǎn)要明顯高于男性。本研究發(fā)現(xiàn)老年女性全脊柱椎體骨髓PDFF高于老年男性，PDFF的顯著升高可能增加了老年女性脊柱骨折的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，對(duì)老年人群全脊柱椎體骨髓脂肪的定量評(píng)估有望成為預(yù)測(cè)老年人脊柱骨折風(fēng)險(xiǎn)的重要影像學(xué)方法，這需要進(jìn)一步研究。

目前，測(cè)定組織內(nèi)脂肪含量的MRI序列很多，傳統(tǒng)的磁共振波譜（MRS）和水脂分離技術(shù)（DIXON）都可以對(duì)組織內(nèi)脂肪含量進(jìn)行定量或者半定量分析。MRS定量分析脂肪含量較為成熟，但是MRS掃描時(shí)間長(zhǎng)、影響因素較多，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多個(gè)椎體的同時(shí)掃描，后處理較為復(fù)雜，很難廣泛的應(yīng)用于脊柱椎體骨髓脂肪含量的測(cè)定。水脂分離技術(shù)最早是由Thomas Dixon教授于1984年提出[17]，后來(lái)又經(jīng)過(guò)不同階段的改進(jìn)，其水脂分離效果不斷提高。但是，該技術(shù)運(yùn)用于脂肪含量測(cè)定面臨諸多問(wèn)題。首先，這些技術(shù)均基于脂肪單峰模型，不能全面評(píng)價(jià)脂肪信號(hào)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定量。其次，這些技術(shù)在一定程度上無(wú)法克服外部條件和個(gè)體因素對(duì)水脂分離完全性的影響。

IDEAL-IQ技術(shù)通過(guò)在一個(gè)TR中采集6個(gè)回波，得到6幅關(guān)于水和脂肪相位差異的圖像，通過(guò)應(yīng)用區(qū)域增長(zhǎng)法進(jìn)行重建可有效克服射頻場(chǎng)不均勻得影響。因此IDEAL-IQ技術(shù)可以克服T2衰減、脂肪的多譜峰分布、噪聲和梯度渦流等影響，從而得到PDFF[18]。IDEAL-IQ對(duì)人體脂肪的定量評(píng)價(jià)已經(jīng)得到大量的證實(shí)[6-9，19]。由于IDEAL-IQ技術(shù)是基于梯度回波序列，掃描速度快，同時(shí)可以一定程度抑制運(yùn)動(dòng)偽影，尤其適用于全脊柱的掃描，可以實(shí)現(xiàn)“一站式”的全脊柱椎體骨髓脂肪定量評(píng)價(jià)。同前研究一樣，本研究發(fā)現(xiàn)脊柱椎體PDFF沿全脊柱呈現(xiàn)出明顯的解剖學(xué)變異，提示大范圍脊柱椎體PDFF評(píng)價(jià)的必要性。

綜上所述，IDEAL-IQ可以快速簡(jiǎn)便地定量評(píng)價(jià)老年人椎體骨髓的脂肪含量，了解人體的骨髓生理、病理變化，從而為疾病的評(píng)估及診斷提供了一個(gè)全新的思路，同時(shí)也為老年人群脊柱骨折風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估提供了一種全新的影像學(xué)依據(jù)。