MR Dixon、T2 mapping、T2＊ mapping技術(shù)定量評(píng)估腰椎原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥的可行性研究

南方醫(yī)科大學(xué)順德醫(yī)院(佛山市順德區(qū)第一人民醫(yī)院)放射科(廣東 佛山 528308)

周翠銣 胡秋根* 陳海雄 劉子蔚 張 榕

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)是一種因骨量丟失及骨微結(jié)構(gòu)受損，而致骨強(qiáng)度下降、易發(fā)生骨折的慢性全身性骨骼疾病。OP多見于絕經(jīng)后婦女及老年男性，是一種與年齡增長相關(guān)的常見病，隨著人口老齡化日趨嚴(yán)重，OP已成為我國乃至全球面臨的重要公共健康問題，骨質(zhì)疏松性骨折(亦稱“脆性骨折”)是OP的最常見并發(fā)癥，一旦發(fā)生脆性骨折將給患者帶來沉重的身體及經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[1]。OP是可防可治的，對(duì)高危人群進(jìn)行早期篩查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行適當(dāng)治療，可大大降低骨折的風(fēng)險(xiǎn)。

1994年，世界衛(wèi)生組織(WHO)推薦使用雙能X線骨密度測量(DXA)作為診斷OP的國際標(biāo)準(zhǔn)[2]，2007年國際臨床骨測量學(xué)會(huì)(ISCD) 的專家建議QCT可用于診斷OP[3]，DXA及QCT對(duì)OP的診斷標(biāo)準(zhǔn)都是基于骨密度(bone mineral density，BMD)，但是BMD只能單從骨量方面反映骨強(qiáng)度，骨強(qiáng)度還受骨質(zhì)量因素影響，因此單方面采用BMD診斷OP會(huì)存在一定的局限性，同時(shí)相關(guān)研究表明OP患者中骨折組與非骨折組的BMD存在一定交叉重疊，僅參照BMD來評(píng)估脆性骨折風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)使約一半以上的患者發(fā)生漏診[4]。本研究旨在采用磁共振水-脂分離成像(Dixon)、T2mapping、T2＊mapping定量技術(shù)從骨質(zhì)量方面評(píng)估OP，以期為臨床醫(yī)生全面診斷OP提供新的影像學(xué)檢測方法及參考指標(biāo)。

1 資料與方法

1.1 一般資料選取本院2019年6月1日至2020年6月30日門診及住院來源患者120例，年齡30～86歲，平均年齡(63±13)歲，男34例，女86例。納入標(biāo)準(zhǔn)：前后一個(gè)月內(nèi)在放射科同時(shí)做過腰椎QCT及腰椎常規(guī)MRI、Dixon、T2mapping、T2＊mapping檢查的患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：影像及臨床資料不全者；患有腰椎感染性或腫瘤性病變者；可引起骨代謝紊亂的因素，如糖尿病、慢性腎病、甲狀旁腺功能亢進(jìn)癥等患者或服用糖皮質(zhì)激素、性激素等激素治療者；腰椎內(nèi)固定或骨水泥微創(chuàng)術(shù)后者；腰椎椎體變形者；既往有化療或放療病史者。

1.2 檢查方法

1.2.1 腰椎QCT掃描及BMD測量 采用東芝Aquilion/Prime 160層螺旋CT機(jī)及美國Mindways 公司的QCT標(biāo)準(zhǔn)體模和后處理測量工作站?；颊呷⊙雠P位，掃描參數(shù)分別為管電壓120kV，管電流150mAs，F(xiàn)OV 250mm×250mm。掃描結(jié)束后將原始數(shù)據(jù)傳至QCT Pro工作站，分別測量L1-3椎體的BMD并取均值作為最終測量值，在椎體中央偏前位置勾畫感興趣區(qū)時(shí)要避開椎體骨皮質(zhì)及椎基靜脈走行區(qū)。QCT診斷標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)BMD大于120mg/cm3提示骨密度正常，當(dāng)BMD在80～120mg/cm3范圍內(nèi)提示骨量減少，當(dāng)BMD小于80mg/cm3提示OP[3]。以BMD結(jié)果為分組依據(jù)，將患者分為骨密度正常組29例、骨量減少組32例及骨質(zhì)疏松組59例。

1.2.2 腰椎MRI掃描 采用西門子Skyra 3.0T MR機(jī)進(jìn)行檢查，脊柱32通道線圈，分別對(duì)患者進(jìn)行腰椎常規(guī)MRI序列及Dixon、T2mapping、T2＊mapping序列掃描，常規(guī)序列包括矢狀面的T1WI、T2WI及橫斷面的T2WI，其中T2mapping的多回波TE分別為13.8/27.6/41.4/55.2/69.0ms，T2＊mapping的多回波TE分別為3.71/9.99/16.27/22.55/28.83ms，各個(gè)序列掃描范圍均包括L1-5椎體，具體掃描參數(shù)見表1。

表1 腰椎MRI序列掃描參數(shù)

1.2.3 FF值、T2值及T2＊值的測量 腰椎MRI掃描結(jié)束后將原始數(shù)據(jù)傳至西門子圖像后處理工作站，生成FF圖及T2mapping、T2＊mapping偽彩圖(圖1～圖3)，分別在這三組圖像上選取腰椎正中矢狀位的連續(xù)3個(gè)層面，在L1-3椎體上勾畫感興趣區(qū)(面積約2.0cm2)分別測量相應(yīng)指標(biāo)并取相應(yīng)平均值作為最終測量值。

圖1～圖3 女，79歲，分別為FF圖、T2 mapping偽彩圖、T2* mapping偽彩圖，分別測量獲得FF值為66.45%、T2值為48.73ms、T2*值為26.23ms。圖4～圖6 FF值、T2值及T2*值與BMD的相關(guān)性。圖7 FF值、T2值及T2*值診斷OP的ROC曲線。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法應(yīng)用SPSS22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，本研究所有測量數(shù)據(jù)均為計(jì)量資料，以(χ-±s)表示。檢驗(yàn)FF值、T2值及T2＊值這三個(gè)測量指標(biāo)是否服從正態(tài)分布采用Shapiro-Wilk檢驗(yàn)，三個(gè)測量指標(biāo)在不同分組間的比較采用Kruskal-Wallis H非參數(shù)檢驗(yàn)，三個(gè)測量指標(biāo)與BMD的相關(guān)性分析采用Spearman相關(guān)分析，三者對(duì)OP的診斷效能采用接受者操作特性曲線(receiver operating characteristic curve，ROC曲線)分析。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 對(duì)三個(gè)分組的FF值、T2值及T2＊值進(jìn)行正態(tài)分布及方差齊性檢驗(yàn)采用Shapiro-Wilk檢驗(yàn)對(duì)三個(gè)分組的FF值、T2值及T2＊值進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示骨量減少組T2值(P=0.032)及骨質(zhì)疏松組T2＊值(P=0.017)不服從正態(tài)分布，其余各組數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布(P>0.05)；經(jīng)Levene's方差齊性檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示T2＊值方差不齊(P=0.019)，F(xiàn)F值及T2值方差齊(FF值：P=0.125，T2值：P=0.721)。

2.2 三個(gè)分組間的FF值、T2值及T2＊值比較Kruskal-Wallis H非參數(shù)檢驗(yàn)分析顯示，三個(gè)測量指標(biāo)在骨密度正常組、骨量減少組及骨質(zhì)疏松組間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)；采用Bonferroni法校正顯著性水平的事后兩兩比較發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)F值及T2＊值在任意兩組間的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(調(diào)整后P<0.001)，T2值在骨密度正常組和骨量減少組、骨密度正常組和骨質(zhì)疏松組間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(調(diào)整后P<0.001)，而在骨量減少組及骨質(zhì)疏松組間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(調(diào)整后P=0.056)，見表2。

表2 三個(gè)分組間FF值、T2值及T2＊值比較

2.3 FF值、T2值及T2＊值與BMD的相關(guān)性Spearman相關(guān)分析顯示，三個(gè)測量指標(biāo)與BMD的相關(guān)系數(shù)分別是rs(FF)=﹣0.854、rs(T2)=0.719、rs(T2＊)=﹣0.845，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見圖4～圖6。

2.4 FF值、T2值及T2值對(duì)OP的診斷效能以骨質(zhì)疏松癥為陽性事件，F(xiàn)F值、T2值及T2＊值ROC曲線的曲線下面積(areas under curve，AUC)分別是(0.918±0.024)、(0.792±0.039)、(0.894±0.028)，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見表3及圖7。通過ROC曲線兩兩對(duì)比分析得出，F(xiàn)F值與T2＊值對(duì)OP的診斷效能差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.4732)，F(xiàn)F值與T2值對(duì)OP的診斷效能差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0029)，T2值與T2＊值對(duì)OP的診斷效能差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0073)，見表3。

表3 FF值、T2值及T2＊值對(duì)OP的診斷效能

3 討 論

2001年美國國立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health，NIH)指出骨質(zhì)疏松癥(OP)的特征是骨強(qiáng)度下降伴骨折風(fēng)險(xiǎn)增加[5]。脆性骨折是OP最常見、最嚴(yán)重的并發(fā)癥，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年我國主要脆性骨折(腕部、椎體和髖部)約為269萬例，預(yù)測到2035年將增至483萬例(增幅達(dá)79.55%)[5]，同時(shí)據(jù)2015年預(yù)測，我國2015年、2035年和2050年用于治療主要骨質(zhì)疏松性骨折的費(fèi)用分別高達(dá)720億元、1320億元和1630億元[6]，可見脆性骨折的發(fā)病率不容樂觀，同時(shí)骨折為患者帶來的身心壓力及經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)不容小覷。WHO指出，對(duì)OP高危人群進(jìn)行早期篩查，是預(yù)防脆性骨折最有效、最經(jīng)濟(jì)的可行性措施，因此早期診斷、早期治療OP對(duì)降低骨折風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要。過去一直以BMD作為診斷OP及預(yù)測骨折風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)，然而骨骼抵抗外力的能力不僅取決于BMD，還取決于其內(nèi)部骨小梁的空間分布以及組成骨的內(nèi)在物質(zhì)構(gòu)成等因素，后者是骨質(zhì)量的重要組成部分。生理學(xué)上，骨強(qiáng)度主要由BMD和骨質(zhì)量兩個(gè)內(nèi)容構(gòu)成，BMD只能反映60%～70%骨強(qiáng)度的變化[7-8]，因此，單純地使用BMD診斷OP及預(yù)測骨折危險(xiǎn)性，其敏感性及特異性將受到一定的限制。

越來越多的研究證實(shí)，OP患者的病理生理學(xué)改變與骨髓內(nèi)水、脂肪及礦物質(zhì)含量密切相關(guān)[9-12]，磁共振Dixon技術(shù)可以無創(chuàng)地測定人體組織內(nèi)的脂肪含量，已被廣泛應(yīng)用于全身多個(gè)系統(tǒng)，尤其是脂肪肝的研究及臨床診斷中[13-14]；T2mapping技術(shù)可以反映組織內(nèi)部的水成分差異，可以通過測定T2值來分析病灶的水含量[15-16]；T2＊mapping技術(shù)亦可用于組織含水量的測定，并且可以在一定程度上反映骨髓內(nèi)礦物成分的含量，同時(shí)T2＊值與骨髓微結(jié)構(gòu)中骨小梁的數(shù)量及空間幾何形狀密切相關(guān)[17]。

本研究結(jié)果顯示，通過Dixon、T2＊mapping技術(shù)獲得的腰椎椎體FF值及T2＊值在骨密度正常組、骨量減少組及骨質(zhì)疏松組任意兩組間的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即FF值及T2＊值可用于骨密度正常、骨量減少及骨質(zhì)疏松的鑒別；通過T2mapping技術(shù)獲得的T2值在骨密度正常組和骨量減少組、骨密度正常組和骨質(zhì)疏松組間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而在骨量減少組及骨質(zhì)疏松組間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，不能用于骨量減少與骨質(zhì)疏松的鑒別。同時(shí)FF值、T2值及T2＊值與BMD的相關(guān)系數(shù)分別是-0.854、0.719、-0.845，即隨著BMD的降低，F(xiàn)F值及T2＊值呈逐漸上升、而T2值呈逐漸降低的趨勢，主要原因在于：(1)遺傳、衰老、性激素、細(xì)胞因子等多種調(diào)控因素導(dǎo)致OP患者骨吸收多于骨形成，骨重建失平衡致使骨量丟失，骨小梁稀疏變薄、排列紊亂、間隙擴(kuò)大，再加上紅黃骨髓的轉(zhuǎn)換，骨髓內(nèi)水分逐漸減少而脂肪組織逐漸增多[7,18-19]，所以T2值會(huì)降低，F(xiàn)F值會(huì)上升；(2)T2mapping是一種自旋回波序列，而T2＊mapping是一種梯度回波序列，兩者的共同點(diǎn)都是利用多回波序列采集的橫向磁豫時(shí)間，而不同點(diǎn)在于T2＊mapping序列在成像過程中施加完90度脈沖后沒有施加180度相位重聚脈沖，導(dǎo)致磁場中質(zhì)子的失相位狀態(tài)沒有被抵消，因此所產(chǎn)生的磁豫時(shí)間是被檢組織內(nèi)質(zhì)子的自旋橫向弛豫時(shí)間T2與因磁場不均勻性引起相位偏離所產(chǎn)生的橫向弛豫時(shí)間T2＊的相結(jié)合，而T2mapping采集的是真正的橫向磁豫時(shí)間T2，可見T2＊值能反映磁場的不均勻性，因此T2＊值相比于T2值更有利于顯示受檢組織結(jié)構(gòu)對(duì)磁敏感變化的差異[20]。本研究受檢組織中引起的磁敏感差異主要來源于椎體內(nèi)骨小梁的微空間幾何結(jié)構(gòu)形態(tài)及其數(shù)量，還有骨小梁與骨髓交界面磁化率的差異，由于OP患者骨髓內(nèi)骨小梁減少、間隙擴(kuò)大，再加上骨髓內(nèi)脂肪組織增多，骨小梁與骨髓的交界面減少，造成局部磁場不均勻性減弱，從而使磁豫時(shí)間延長，T2＊值增大[21]。

上述研究結(jié)果表明隨著骨密度的變化，F(xiàn)F值、T2值及T2＊值會(huì)按一定的規(guī)律發(fā)生相應(yīng)的變化，此外，本研究通過這三個(gè)指標(biāo)相關(guān)ROC曲線診斷效能的分析中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)F值、T2值及T2＊值診斷骨質(zhì)疏松的臨界值分別為60.90%、52.71ms、21.41ms，這意味著當(dāng)進(jìn)行腰椎MRI-Dixon、T2mapping、T2＊mapping定量檢查時(shí)，在對(duì)檢查圖像進(jìn)行定量測量的過程中若發(fā)現(xiàn)FF值大于60.90%、T2值小于52.71ms、T2＊值大于21.41ms時(shí)，就要考慮骨質(zhì)疏松的可能。

既往有不少學(xué)者利用MRI技術(shù)對(duì)骨質(zhì)疏松癥展開研究，但他們的研究大多是圍繞單一的一個(gè)技術(shù)，主要是評(píng)價(jià)該技術(shù)對(duì)骨質(zhì)疏松癥到底有無診斷意義，而沒有綜合比較這些技術(shù)之間哪個(gè)對(duì)骨質(zhì)疏松癥的診斷更勝一籌。本研究通過分析ROC曲線下面積(AUC)及Youden指數(shù)發(fā)現(xiàn)，采用FF值、T2值及T2＊值指標(biāo)評(píng)估骨質(zhì)疏松癥具有良好的診斷價(jià)值；通過ROC曲線兩兩對(duì)比分析得出，F(xiàn)F值與T2＊值對(duì)骨質(zhì)疏松癥的診斷效能差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.4732)，F(xiàn)F值與T2值對(duì)骨質(zhì)疏松癥的診斷效能差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0029)，T2值與T2＊值對(duì)骨質(zhì)疏松癥的診斷效能差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0073)，表明對(duì)于骨質(zhì)疏松癥的診斷價(jià)值，F(xiàn)F值優(yōu)于T2值，T2＊值優(yōu)于T2值，而FF值與T2＊值之間沒有可比性，這一研究結(jié)果可以為臨床醫(yī)生優(yōu)先選擇哪一種檢查方法提供參考依據(jù)。

本研究獲得的FF值及T2＊值與BMD的相關(guān)系數(shù)以及對(duì)OP的診斷效能分析中AUC、特異度均高于Wu等[17]、翟樹佳等[22]的研究結(jié)果，但靈敏度沒有上述學(xué)者的研究結(jié)果高，同時(shí)FF值與T2＊值評(píng)估OP的臨界值也跟上述學(xué)者的研究結(jié)果不一致，原因可能在于：(1)本研究納入的研究例數(shù)比上述學(xué)者的研究例數(shù)多，且受試者的年齡段跨度相對(duì)較廣；(2)受試者分組標(biāo)準(zhǔn)不一致，上述學(xué)者的分組標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)雙能X線吸收法(dualenergy X-ray absorptiometry，DXA)測量得出的BMD，有別于本研究利用QCT獲得的BMD，前者測量得到的是二維的面積骨密度，測量結(jié)果容易受到受檢骨體積、形態(tài)大小、骨質(zhì)增生、骨旁韌帶鈣化等因素的影響，而QCT測量得到的是三維的體積骨密度，反映的是真正松質(zhì)骨內(nèi)的骨密度，準(zhǔn)確性高于DXA[23]；(3)MR機(jī)型號(hào)不一致等原因。

本研究的不足之處在于納入研究的例數(shù)不夠多，難以對(duì)不同年齡段及性別等不同因素進(jìn)行分組分析；研究得出的臨界值需要更多的研究例數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證支持；僅對(duì)L1-3椎體進(jìn)行測量研究，沒有納入其它易引起脆性骨折的部位。

綜上所述，磁共振Dixon、T2mapping、T2＊mapping技術(shù)不但具有無創(chuàng)、無輻射、數(shù)據(jù)后處理方便的優(yōu)勢，還可以分別通過測定腰椎FF值、T2值及T2＊值反映椎體骨質(zhì)量情況，對(duì)OP做出初步評(píng)估，為OP的全面診斷提供新的影像學(xué)檢測方法及參考指標(biāo)。