椎體骨髓脂肪含量比在新診斷多發性骨髓瘤中的診斷價值

裴曉姣，潘振宇，煉宇飛，申曼，蔣濤*，黃仲夏*

本研究價值：

骨痛和骨質破壞是多數多發性骨髓瘤（MM）患者就診的主要原因，也是MM終末器官損害的主要臨床表現，故其研究進展備受關注，國際骨髓瘤工作組已把磁共振納入新診斷多發性骨髓瘤（NDMM）的診斷和療效評價標準中。MM是一種高度依賴骨髓微環境的惡性漿細胞病，從MM前期的意義未明單克隆免疫球蛋白血癥（MGUS）進展到MM，隨著骨髓中克隆性漿細胞的惡性增殖，骨髓的脂肪含量減少，使骨髓微環境向著有利于腫瘤細胞生長的方向進展。本文探究磁共振兩點T1加權Dixon技術所測椎體骨髓脂肪含量比（FF）用于新診斷多發性骨髓瘤（NDMM）患者的診斷價值，對臨床有一定指導價值。

本研究局限性：

（1）本研究病例的樣本量較小，得出的結論存在一定局限性；（2）本研究沒有治療前后骨髓椎體FF的對比變化趨勢研究。

多發性骨髓瘤（multiple myeloma，MM）是一種易發生于中老年人的單克隆漿細胞異常聚集的惡性血液病［1］。MM的發病分為三個階段：意義未明單克隆免疫球蛋白血 癥（monoclonal gammopathy of undermined significance，MGUS）、無癥狀冒煙型骨髓瘤（smoldering MM，SMM）和癥狀性多發性骨髓瘤（也稱活動性骨髓瘤），其常見的臨床表現是CRAB癥狀，高鈣血癥（Ca2+＞2.75 mmol/L，C）、腎功能不全〔肌酐（Cr）＞177μmol/L，R〕、貧血〔血紅蛋白（Hb）＜10 g//L，A〕和骨質損害（B）［1-3］。骨質損害是MM主要的臨床表現，其特征為由骨基質及骨小梁破壞所致的溶骨性穿鑿樣骨質破壞［4］。由于MM患者多以非血液系統癥狀就診，故其誤診率高達40%～60%，很難早期診斷。從MGUS到MM，隨著骨髓內漿細胞浸潤和增殖，黃骨髓成分減少，骨髓內脂肪含量發生變化，因此測量椎體骨髓脂肪含量百分比（fat fraction，FF）對于MM病情演變、早期診斷可能有重要意義［5］。

目前對于骨髓脂肪含量定量評價常用Dixon技術，也稱水-脂分離技術，由DIXON在1984年首次提出，其基本原理是依賴于水、脂肪頻率的差別，通過控制回波時間（time echo，TE）和采集時間，同時采集水和脂肪的質子相位一致和相位完全相反時的信號，得到同相位（in-Phase，IP）、反相位（out-Phase，OP）、脂相（fat-only phase，FO）和水相（water-only phase，WO）四組圖像［6-7］。有研究表明，FF可作為治療MM預后評價的一種生物學標志物［5］。因此探究不同椎體中FF在新診斷多發性骨髓瘤（newly diagnosis multiple myeloma，NDMM）、MGUS患者以及與健康對照者中的變化規律，顯得極其重要。本研究旨在探究椎體骨髓FF在MM患者病情演變中的變化規律以及椎體骨髓FF對NDMM的診斷價值。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選取2016年7月—2019年12月在北京朝陽醫院西院住院確診的MM患者30例為研究對象，其中男20例，女10例；年齡42～80歲，平均年齡為（63.7±9.6）歲。將MM患者分成NDMM組和MGUS組，其中NDMM組中包括25例NDMM患者，MGUS組中包括MGUS 4例和SMM 1例。患者確診前均完善骨髓細胞學、血尿M蛋白鑒定、免疫固定電泳、血常規、肝腎功能及影像學檢查，符合2016年國際骨髓瘤工作組的MM診斷標準［2］，患者的基線臨床數據如表1所示。選取同期于本院體檢的健康志愿者20例為健康對照組（healthy control，HC組），其中男10例，女10例；年齡55～67歲，平均年齡為（61.0±3.6）歲。

表1 患者基線臨床資料Table 1 Baseline clinical characteristics of patients with newly diagnosed multiple myeloma and monoclonal gammopathy of undetermined significance

納入標準：符合MM診斷標準［2］，存在10%以上的克隆性漿細胞或病理組織活檢證實的克隆性漿細胞瘤的證據，伴血或尿中M蛋白升高，并具備CRAB癥狀之一。排除標準：淀粉樣變性、漿細胞白血病、惡性腫瘤骨轉移、其他代謝性疾病以及椎體內有鋼釘植入的患者。本研究中所有患者或家屬簽署知情同意書，并獲取本院醫院倫理委員會批準。

1.2 MRI檢查方法

1.2.1 常規MRI平掃 應用美國西門子3.0T MR核磁掃描儀，受試者均常規行腰椎矢狀位掃描，取仰臥位，平靜呼吸。矢狀位T2加權成像掃描參數如下：重復時間（time repetition，TR）=3 000 ms，TE=88 ms， 視 野（field of view，FOV）100×200，矩陣320×80，層厚4 mm，間隔0.2 mm，平均次數2，層數12，翻轉角150°，掃描時間2′19″，自由呼吸。

1.2.2 Two-point Dixon技術 應用美國西門子3.0T MR核磁掃描儀，行矢狀位T1-weighted two-point Dixon成像，掃描中心位置與矢狀T2WI序列一致。掃描參數：TR=600 ms，TE=8.8 ms / 10 ms（分別為OP和IP），FOV 280×100，層厚4 mm，間隔0.2 mm，平均次數2，層數24，翻轉角150°，掃描時間2′25″，自由呼吸。

1.2.3 圖像后處理分析 采用由Two-point T1-Dixon序列獲得圖像，將原始數據傳至西門子MR后處理工作站MRWP得到脂肪比圖像（fat fraction map，FFM），FFM =Lip/In，Dixon序列可生成四種圖像：IP、OP、FO和WO。由兩位高年資影像科大夫進行測量，在正中矢狀層面的左右連續三個層面分別測量3次，最后求平均值作為FF。使感興趣區域為整個椎體的松質骨，同時避開骨島及椎體靜脈叢。

1.3 統計學方法 采用SPSS 17.0統計軟件包和GraphPad prism 7.0進行數據處理。計量資料以（±s）表示，多組間、組內比較采用單因素方差分析；采用受試者工作特征曲線（receiver operating characteristic，ROC曲線）評估椎體FF對NDMM的診斷效能。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 NDMM組、MGUS組及HC組影像學表現 NDMM組的IP、FO圖像和FFM均顯示信號強度明顯減低（見圖1A～C）。MGUS組的IP、FO圖像和FFM信號未見明顯異常，但部分椎體內有脂肪沉積（見圖1D～E）。HC組的IP、FO圖像和FFM信號未見明顯異常（見圖1G～I）。

圖1 3組T1-weighted Dixon IP、FO和 FFM像Figure 1 T1-weighted Dixon IP images，FO images and FFM images of three groups measured by T1-weighted two-point Dixon technique at 3.0T MRI

2.2 NDMM組、MGUS組及HC組L1～5各椎體FF及平均椎體FF比較 NDMM組、MGUS組及HC組L1～5各椎體FF組間比較，差異有統計學意義（P＜0.05）；NDMM組L1～5各椎體FF均低于MGUS組和HC組，差異有統計學意義（P＜0.05）；MGUS組與HC組L1～5各椎體FF比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。三組L1～5各椎體FF組內比較，差異無統計學意義（P＞0.05，見表2）。

表2 NDMM組、MGUS組及HC組L1～5各椎體FF比較（±s，%）Table 2 Comparison of the average fat fraction of each vertebral body of L1-5 among three groups

表2 NDMM組、MGUS組及HC組L1～5各椎體FF比較（±s，%）Table 2 Comparison of the average fat fraction of each vertebral body of L1-5 among three groups

注：與MDMM組比較，aP＜0.05；HC組=健康對照組

組別 例數 L1 L2 L3 L4 L5 F值 P值NDMM 25 36.46±17.32 35.82±19.08 37.97±18.13 40.70±17.69 39.65±18.41 0.351 0.843 MGUS 5 58.34±10.55a 61.42±10.17a 65.04±7.17a 63.82±4.54a 66.78±4.73a 0.875 0.496 HC 20 65.09±4.93a 66.66±5.43a 67.16±4.94a 67.65±6.10a 67.99±4.41a 0.956 0.436 F值 29.945 27.097 28.436 24.432 27.003 P 值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

由于各組內L1～5各椎體FF比較無差異，因此使用L1～5椎體FF均值表示各組平均椎體FF，進行組間單因素方差分析比較。NDMM組、MGUS組及HC組平均椎體FF分別為：（37.92±17.74）%、（63.08±7.16）%和（66.91±4.79）%，三組平均椎體FF比較，差異有統計學意義（F=28.714，P＜0.001）。其中，NDMM組平均椎體FF低于HC組，差異有統計學意義（t=-7.821，P＜0.001）；NDMM組平均椎體FF低于MGUS組，差異有統計學意義（t=-5.264，P＜0.001）；MGUS組平均椎體FF與HC組比較，差異無統計學意義（t=-1.135，P=0.623）。

2.3 FF對NDMM的預測效能 FF診斷NDMM的ROC曲線下面積（AUC）95%CI為0.946（0.917，0976），最佳截斷值為59.35%，靈敏度和特異度分別為87.20%、96.00%（見圖2）。

圖2 FF診斷NDMM的ROC曲線Figure 2 ROC curve of fat fraction of vertebral bone marrow for the diagnosis of newly diagnosed multiple myeloma

3 討論

MM是一種漿細胞異常增殖于骨髓的惡性血液病［1］。美國梅奧醫院Kyle教授長期跟蹤研究發現，絕大部分MM患者來自無癥狀骨髓瘤前期階段，MGUS和SMM分別以每年1%和2%的速度向癥狀性MM進展［8-11］。骨髓瘤異常增殖引起的溶骨性骨質破壞是MM造成終末器官損害的重要病理基礎［1］。80%以上的NDMM患者會伴有溶骨性病灶，70%的患者因首發癥狀為骨痛就診［12］，溶骨性骨破壞通常發生于中軸骨富含紅骨髓部位，如脊柱、骨盆、肋骨、顱骨等。

正常骨髓是由紅骨髓和黃骨髓組成。紅骨髓是由30%～40%水、40%～60%脂肪和10%～20%蛋白質組成，而黃骨髓是由15%水、80%脂肪和5%蛋白質組成［13-14］。隨著年齡增大，老年人骨髓內紅骨髓向黃骨髓轉化，黃骨髓含量增多，因此脂肪含量增高。然而MM患者骨髓中，由于漿瘤細胞異常增殖，造成骨質破壞、骨小梁丟失及黃骨髓含量降低。本研究結果顯示，NDMM組L1～5各椎體FF及平均椎體FF均明顯低于MGUS組和HC組，表明NDMM組由于漿細胞瘤浸潤，脂肪含量明顯減低，脂肪組織被漿細胞瘤替代，與GEITH等［14］研究結果類似。

MGUS和SMM患者無CRAB癥狀，偶爾經實驗室檢查M蛋白確診［3］。本研究中MGUS組與HC組相比，椎體FF未見明顯統計學差異；MGUS組在影像圖上與HC組MRI表現未見明顯異常。L1～5椎體FF在NDMM組、MGUS組及HC組中組內縱向比較均未見明顯統計學差異，表明L1～5椎體內的FF隨著椎體位置不同，其內脂肪分布未見明顯差異。此結果與BAUM等［15］的研究不同，其認為椎體內脂肪含量的分布因年齡、性別和位置不同有明顯差異，40、50歲椎體脂肪含量在女性和男性中相比差異不顯著；但60歲和70歲時椎體脂肪含量女性高于男性；此外，在兩性解剖位置中，最顯著的差異變化位于下腰椎水平。此外，NDMM組和HC組平均椎體FF均未受性別的顯著影響，未見明顯統計學差異。

傳統上MM的骨病檢測是通過全身X線（whole body X ray，WBXR）檢查觀察溶骨性破壞［1］，但是WBXR檢查溶骨性破壞，骨小梁丟失30%以上才能觀察到肉眼所見的骨質破壞［16］。隨著檢查技術地不斷發展，IMWG建議檢測骨病的檢查方法包括CT（全身低劑量CT）、MRI以及PET-CT等［17-18］。MRI是一種無創無輻射檢查且對于骨髓受浸潤較敏感，但常規的T1、T2圖像僅用于描述性診斷，不能應用于NDMM的定量分析。

MRI技術用于評估椎體骨髓FF的方法，主要包括波譜技術（MRS）、Dixon技術及IDEAL技術［7，19-21］。但有研究表明，In-phase和Out-of-phase MRI技術（即水脂肪分離早期技術）比波譜技術更適用于臨床掃描，因為前者掃描操作更容易、更快速、后處理更簡單；而波譜技術對技術需求更高，耗時更長以及后處理更復雜［22］。Dixon技術主要用于肝臟、乳腺及肌肉等脂肪含量較多的地方［23-25］，但近年來也有研究用于測量椎體骨髓FF，但鮮有研究用于MM患者中軸骨的骨髓FF的檢測。TAKASU等［21］研究認為，FF可作為MM的生物學標記，用于區分癥狀性骨髓瘤和無癥狀性骨髓瘤，FF與骨髓漿細胞瘤百分比相比具有較高的靈敏度和特異度。LATIFOLTOJAR等［5］已經證明局灶性病灶信號的脂肪分數（signal fat fraction，sFF）可作為NDMM治療反應的影像學生物標志物。BRAY等［26］認為whole-body Dixon序列的四個圖像中，僅FO比IP對MM提供更高的病變檢測率。FF診斷NDMM的AUC95%CI為0.946（0.917，0976），最佳截斷值為59.35%，靈敏度和特異度分別為87.20%、96.00%，表明FF對于診斷NDMM具有一定的診斷效能。

如前所述，脂肪組織是老年人骨髓的主要組成成分。MM是高度依賴骨髓微環境的疾病，從MGUS進展到MM，骨髓脂肪含量減少，造成骨髓微環境改變，微環境趨于異常，使其更有利于腫瘤生長。骨髓微環境改變，宏觀主要表現在兩方面：（1）從MGUS進展到MM，膽固醇含量減低［27］；（2）MRI測量椎體內骨髓含量，NDMM組的FF明顯低于MGUS組。

骨髓微環境改變，微觀主要表現血清中脂類代謝產物的異常改變。前期研究結果顯示，在癥狀性與治療后達到部分緩解以上的MM患者比較，兩組間存在明顯變化的血清特征代謝物，其水平升高的脂類物質主要為磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺類；下降的脂類主要為肉毒堿類，可以區分MM患者與HC，且可預測早期MM的病情進展或復發，可作為NDMM活動性生物學標志物［27］。美國梅奧醫院等知名MM研究中心的研究提示，通過快捷、靈敏和準確的質譜分析，獲得MM患者特征的代謝分子組學的變化可用于MGUS、SMM（無癥狀MM）和NDMM的鑒別診斷［28-29］。從常規生化檢測的膽固醇改變到MRI的脂肪改變，再到質譜檢測重大發現的微觀脂肪酸等分子的代謝改變，預示MM患者這些腫瘤微環境改變，不僅有助于MM診斷，更重要的是，上述因素可能參與MM發病，有可能作為未來MM治療的新靶點。

本研究局限性：（1）本研究NDMM組以及MGUS組病例數較少。整體病例的樣本量也較少，為小樣本數據。未來的研究中，增大病例樣本量采集，對于研究初診患者脂肪含量的變化以及FF是否可作為MM疾病的生物學診斷指標，評估疾病的預后更有意義。（2）本研究沒有治療前后骨髓椎體FF的對比變化趨勢研究。（3）由于MM免疫分型較多，分組依據較多，較小的樣本量無法分析不同免疫分型MM中椎體FF的變化，這是接下來重點研究工作。（4）骨髓內脂肪含量與脂類代謝物質是否有關聯，是否可以作為診斷MM新定量診斷參數值，影像學標志物與實驗室標志物的相關性，有待更深一步研究。

總之，NDMM組FF明顯低于MGUS組和HC組，Dixon所測FF改變，預示NDMM患者這些腫瘤微環境的改變，不僅有助于NDMM診斷，更有可能作為未來MM治療的新靶點。

作者貢獻：裴曉姣進行實驗操作、數據收集、統計分析和論文撰寫；潘振宇主導本項目的研究設計；黃仲夏負責論文的質控和論文修改；蔣濤提供建設性討論建議；煉宇飛、申曼參與臨床和影像數據收集和分析；蔣濤、黃仲夏對文章整體負責、監督管理。

本文無利益沖突。