mDIXON-Quant技術評估中老年女性骨質量的臨床研究

唐睿 湯光宇 涂云 張雪麗 季銳 華婷 諸靜其

同濟大學附屬第十人民醫院放射科，上海 200072

骨質疏松癥(osteoporosis, OP)是一種以骨量減少、骨強度降低、易導致脆性骨折為特征的全身代謝性疾病。隨著人口老齡化的加劇，OP已成為影響中老年人健康的主要疾病之一。目前，對于臨床診斷OP的金標準-雙能X線吸收測量儀(dual-energy X-ray absorptiometry, DXA)不能準確診斷OP以及預測脆性骨折已有大量報道，故尋找新的影像學標志物、準確評估OP已成為國內外研究的熱點。

雖然目前對OP的病理發生機制尚未達成共識，但國內外學者普遍認為骨髓脂肪含量的變化能夠影響骨強度，并與脆性骨折的發生關系密切[1-2]，既往針對骨髓脂肪的研究主要依賴于質子磁共振波譜(proton magnetic resonance spectroscopy,1H-MRS)，通過測量骨髓脂肪分數(fat fraction, FF)定量脂肪，但1H-MRS掃描時間長，后處理復雜，導致其在骨骼系統中的應用受限。目前有關骨髓脂肪定量技術的研究已逐漸轉向水脂分離技術，其中應用較為廣泛的主要包括Philips公司的mDixon-Quant技術和GE公司的IDEAL-IQ技術。本研究擬采用DXA和定量CT(quantitative CT, QCT)分別測量面積和體積骨密度(bone mineral density, BMD)并運用mDixon-Quant技術測量骨髓脂肪含量及鐵負荷，旨在探討不同骨量中老年女性骨髓脂肪含量及鐵負荷的差異，同時分別以DXA、QCT為診斷標準，比較mDIXON-Quant技術對骨量下降的診斷效能。

1 資料與方法

1.1 資料

研究對象為同濟大學附屬第十人民醫院體檢科患者，納入標準：①年齡≥40歲的中老年女性；②自愿參加腰椎DXA、QCT和MRI檢查。排除標準：①既往患有骨代謝異常疾病，如甲狀旁腺功能亢進、糖尿病、庫欣綜合征、腎性骨營養不良；②服用影響骨代謝藥物，如皮質類固醇、降鈣素、維生素D、雙膦酸鹽、雌激素等；③既往患有腰椎壓縮性骨折；④有惡性腫瘤及放療史者；⑤臥床超過1周以上；⑥患有嚴重抑郁癥、精神分裂癥等精神疾病或長期服用抗精神病藥物，患有幽閉恐懼癥等無法進行磁共振檢查者。最終納入研究對象126名，年齡40～78歲，平均(57.44±8.05)歲。本研究經同濟大學附屬第十人民醫院倫理委員會批準(批件號：SHSY-IEC-4.1/18-200/01)并在中國臨床試驗注冊中心注冊(注冊號：ChiCTR-IPR-16009416、ChiCTR1900024511)，所有研究對象均簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1DXA檢查：采用美國HOLOGIC公司DXA骨密度測量儀(QDR4500)，每天檢查前進行質量校正，掃描參數：電壓 76 kV，電流 3.0 mA，掃描長度 20.2 cm，掃描寬度 18.0 cm。依據骨量的DXA診斷標準，測量受試者腰1～4各椎體松質骨的面積BMD(單位為g/cm2)，取均值并記錄T值。根據WHO推薦的標準差診斷法，將受試者分為骨量正常組(T≥-1.0 SD)、骨量減少組(-2.5 SD

1.2.2QCT檢查：采用德國Siemens公司雙源CT(Somatom Force)掃描儀和Mindways公司質控體模(Mindways Software Inc, Austin, USA)。掃描參數：電壓 120 kV，電流 100 mAs，螺距 0.984∶1，層厚 5 mm，FOV 320 mm×320 mm。掃描范圍從 L1椎體上緣至L5椎體下緣。掃描后，重建1.50 mm層厚，將數據傳至QCT PRO 工作站，采用QCT PRO5.10軟件(Mindways Software Inc, Austin, USA)，通過橫斷面、冠狀面、矢狀面繪制感興趣區(region of interest, ROI)，依據骨量的QCT診斷標準，測量L1～3椎體體積BMD(單位為mg/cm3)，取平均值，根據QCT測得的BMD，將受試者分為骨量正常組(≥120 mg/cm3)、骨量減少組(80～120 mg/cm3)和OP組(≤80 mg/cm3)[3]。

1.2.3MRI檢查：采用Philips公司3.0 T MR(Ingenia)掃描儀，16通道相控陣脊柱線圈，行腰椎自旋回波矢狀位T1WI(TR 400 ms, TE 9 ms)、快速自旋回波矢狀位T2WI(TR 2 000 ms, TE 90 ms)以及快速自旋回波矢狀位T2W/SPAIR(TR 2 500 ms, TE 80 ms)掃描，矩陣256×256，層厚4 mm，排除炎癥和占位性病變后再進行腰椎矢狀位mDIXON-Quant掃描，掃描參數：TR 5.6 ms, TE 0.95 ms，層厚 2 mm，反轉角3°，6個梯度回波，回波間隔時間1.3 ms, FOV 400 mm×350 mm×230 mm，三維圖像分辨率 2.50 mm×2.50 mm×6.00 mm，敏感度編碼2，NSA 1次，掃描結束后，系統自動生成水相、脂肪相、同相位、反相位、FF圖以及T2*圖，在機器自帶的ISP V7工作站測量矢狀位中央層面L1～5椎體松質骨的FF以及T2*值，ROI的大小、形狀和位置與QCT測量所用矢狀位ROI保持一致，取平均值。

1.2.4測量值的重復性評估：在研究對象中隨機抽取30例，由甲、乙兩名經培訓合格的放射診斷醫師采用同一方法分別進行測量，1周以后甲醫師再次使用同一方法重復測量一次，分別采用組內相關系數檢驗一致性好以后，所有的數據改由甲醫師獨立測量。

1.3 統計分析

應用SPSS 25.0軟件進行統計學分析，對DXA、QCT、MRI檢查的參數進行正態性檢驗，經檢驗符合正態分布，以均數±標準差表示。采用單因素方差分析(one-way ANOVA)比較三組間BMD(DXA/QCT)、FF以及T2*值的差異。使用Kappa值檢驗DXA與QCT對低骨量診斷的一致性，≤0.4為一致性差，0.4～0.75為一致性一般，≥0.75為一致性好。采用Pearson相關分析進行FF、T2*值與BMD(DXA/QCT)間的相關性分析。繪制受試者工作特征曲線(receiver operating characteristic curve, ROC)，計算曲線下面積(area under curve, AUC)，分析比較FF和T2*值對低骨量的診斷效能。P<0.05為差異有統計學意義。采用組內相關系數(intraclass correlation coefficient, ICC)評價兩名測量者及同一名測量者2次測量值的可重復性，ICC越接近1表明結果的一致性越好。

2 結果

2.1 測量值重復性檢驗

測量者對腰椎BMD、FF、T2*值重復性檢驗結果見表1。甲、乙兩名測量者間及甲測量者二次測量間ICC一致性較好(>0.80)。

2.2 不同骨量組間FF以及T2*值的比較

以DXA測得的BMD進行分組比較(DXA分組)：骨量正常組、骨量減少組和OP組的BMD、FF以及T2*值見表2，骨量正常組與OP組FF和T2*值、骨量減少組與OP組FF比較差異有統計學意義(P<0.05)。以QCT測得的BMD進行分組比較(QCT分組)：骨量正常組、骨量減少組和OP組的BMD、FF以及T2*值見表3，骨量正常組與骨量減少組、骨量正常組與OP組FF及T2*值比較差異有統計學意義(P<0.05)。DXA與QCT對低骨量(DXA：T<-1.0 SD；QCT：BMD<120 mg/cm3)診斷的一致性評分Kappa值為0.462。

表2 各組FF、T2*值和BMD(DXA)比較

表3 各組FF、T2*值和BMD(QCT)比較

2.3 FF、T2*值與BMD相關性分析

DXA分組相關性分析：FF與BMD呈負相關(r=-0.365，P=0.000；校正年齡因素后r=-0.205，P=0.022)，T2*值與BMD呈負相關(r=-0.221，P=0.013；校正年齡因素后r=-0.205，P=0.022),見圖1A1、圖1A 2；QCT分組相關性分析：FF與BMD呈負相關(r=-0.687，P=0.000；校正年齡因素后r=-0.497，P=0.000)，T2*值與BMD呈負相關(r=-0.360，P=0.000；校正年齡因素后r=-0.393，P=0.000)，見圖1B1、圖1B2。

圖1 DXA與QCT分組中FF、T2*與BMD的相關性分析Fig.1 Correlation analysis of FF, T2* and BMD in DXA and QCT groups 注：A1：DXA分組中，FF與BMD的Pearson相關性分析圖；A2：DXA分組中，T2*與BMD的Pearson相關性分析圖；B1：QCT分組中，FF與BMD的Pearson相關性分析圖；B2：QCT分組中，T2*與BMD的Pearson相關性分析圖。

2.4 FF、T2*值診斷效能分析

分別對DXA分組及QCT分組進行ROC曲線分析：以低骨量(DXA分組：T<-1.0 SD；QCT分組：BMD<120 mg/cm3)為診斷陽性。DXA分組中單獨使用FF進行診斷分析，AUC=0.625；單獨使用T2*進行分析，AUC=0.631；聯合應用FF、T2*分析，AUC=0.657。QCT分組中單獨使用FF進行診斷分析，AUC=0.799；單獨使用T2*進行分析，AUC=0.700；聯合應用FF、T2*分析，AUC=0.813。見表4、表5、圖2、圖3。

表4 DXA分組FF、T2*的ROC曲線分析Table 4 ROC curve analysis of FF and T2* in DXA groups

表5 QCT分組FF、T2*的ROC曲線分析Table 5 ROC curve analysis of FF and T2* in QCT groups

圖2 DXA分組中FF、T2*、FF+T2*的ROC曲線Fig.2 FF, T2*, FF+T2* ROC curves in DXA groups

圖3 QCT分組中FF、T2*、FF+T2*的ROC曲線Fig.3 FF, T2*, FF+T2* ROC curves in QCT groups

3 討論

采用BMD評估骨骼改變不能完全反映骨骼的生物力學特征，對OP診斷和預測脆性骨折仍有局限性[4]。有研究[5-7]指出，骨髓脂肪含量的增高使骨量減低且早于骨量改變。同時，近年研究[8-9]發現鐵蓄積也可能是OP發生的獨立危險因素，鐵離子使氧化應激增加致成骨、破骨前體細胞分化異常，過量的鐵沉積還能通過促進I型膠原蛋白降解從而降低BMD，目前檢測鐵沉積的最佳方法是T2*MRI技術，已被廣泛應用于肝臟、心臟,但在骨骼方面應用較少，已報道的少量研究[10]顯示T2*值與BMD之間存在一定負相關。mDixon-Quant技術作為改良的水脂分離技術，已證實與1H-MRS所測得的FF值有較強的相關性[11-12]。因此，mDixon-Quant技術替代1H-MRS定量骨髓脂肪具備可行性。

采用MRS測量骨髓脂肪含量的研究[13-14]發現隨著BMD的減低，FF逐漸升高，二者呈負相關。幾項使用mDixon-Quant和IDEAL-IQ技術的研究[15-17]也指出FF、T2*值均與BMD呈負相關。本研究使用的兩種骨量診斷方法得出的結果均顯示隨著BMD的降低，FF與T2*值逐漸升高，在校正年齡因素后，FF、T2*值與BMD仍呈負相關，與上述研究報道一致。在以DXA為標準分組時，本研究結果顯示FF、T2*值與BMD僅呈弱負相關(r值分別為-0.365、-0.221)。Li等[16]的研究結果同樣顯示FF與BMD的相關性較弱(r=-0.459)。而翟樹佳等[18]使用同樣方法得出了FF、T2*值與BMD的相關性較強(r值分別為-0.628、-0.468)的結論，造成差異的原因可能是前者以單個椎體測量，并且研究對象的平均年齡也較高。本研究使用QCT為標準進行診斷分組后，FF與BMD的相關性顯著升高(r=-0.687)，在校正年齡因素后r=-0.497，稍低于相關研究的結果[17,19]，造成差異的可能原因是本研究人群僅限于中老年女性，由于受雌激素顯著下降的影響，女性在絕經后BMD與骨髓脂肪含量的變化明顯不同于男性[20]。Griffith等[21]指出60歲以上的女性，骨髓脂肪含量顯著高于同齡男性。張勇等[22]的研究也證實女性50歲后骨髓脂肪含量的增加速度加快，高于同齡男性，60歲后BMD的下降速度加快，低于同齡男性。

本研究對BMD測量同時使用了DXA與QCT兩種技術，DXA作為一種傳統的測量方法，具備輻射少、方便快捷等優點，但DXA測量的BMD為面積BMD，易受骨質增生、椎前血管鈣化等因素影響，造成測量結果較實際偏高，出現假陰性現象。Li等[23]以DXA和QCT對絕經后婦女OP檢出率做過相關研究，顯示DXA和QCT的檢出率分別為17.1%、46.4%，兩者間存在顯著性的差異，并且部分DXA診斷為陰性而QCT陽性的患者已出現椎體壓縮性骨折。因此，根據既往的研究推測，DXA診斷的低骨量敏感性將會低于QCT，但本研究中QCT診斷低骨量敏感性反而低于DXA，通過文獻復習推測腹部脂肪堆積很可能是造成這一現象的原因，Yu等[24]在模擬體脂增加對DXA和QCT的測量影響時發現，在添加脂肪層后，降低了DXA測量的脊柱BMD值，同時增加了QCT測量的脊柱BMD值，并且與既往研究相比，DXA的準確性降低了1～2倍，但對QCT的影響很小。由于大部分中老年女性存在腹部脂肪堆積，更易產生測量誤差。與DXA相比，QCT測量的體積BMD減少了骨質增生、鈣化等因素的影響，對OP的診斷更加準確，但也增加了輻射劑量。本研究分別以DXA和QCT測得的低骨量為標準，對mDixon-Quant技術參數進行診斷效能分析，目前尚未見相關文獻報道。DXA分組FF、T2*值的AUC分別是0.625、0.631，診斷效能一般，與翟樹佳等[18]的結果(FF、T2*的AUC分別為0.82、0.79)相比，相差較大，但用測量單個椎體的各項參數來反映腰椎骨質量的變化這一方法存在較大誤差，因此筆者推測出現差異的原因可能與診斷標準以及研究椎體不一致有關。本研究QCT分組FF、T2*值的AUC分別是0.799、0.700，診斷效能明顯提高，與報道的結果接近[17,19]，且診斷效能優于DXA，同時也發現單獨應用FF可獲得較好的診斷效能，而單獨應用T2*效果不佳。Wu等[10]也指出，T2*與BMD之間的相關性并不理想，對骨質量的評估價值有限，聯合FF與T2*值能更準確的反映骨強度變化。FF、T2*值與BMD的相關性提示骨髓脂肪含量增加關聯骨量減少，這可能與骨髓間充質干細胞向成骨細胞和脂肪細胞分化紊亂密切相關，聯合過量鐵沉積促進破骨作用，共同導致BMD降低。本研究顯示骨量減少的同時伴隨FF與T2*不同程度的增加，ROC曲線顯示了FF與T2*在鑒別骨量正常與骨量減少時各項參數均處于較高水平，提示依靠FF與T2*臨界值能夠較好地預測骨量正常與骨量減少患者，可作為篩查低骨量人群潛在的影像學檢測指標，同時也為OP治療和療效隨訪的提供靶點。

當然，本研究也存在以下不足之處：①研究樣本相對較?。虎谟捎赒CT診斷的OP人數過少，故將骨量減少組與OP組合并為低骨量組進行ROC曲線分析，未對mDixon-Quant測量參數診斷OP進行單獨的ROC曲線分析；③本研究數據為初步結果，目前入組患者尚在隨訪中，所需時間較長，mDixon-Quant的臨床價值有待隨訪結果驗證。

綜上所述，mDixon-Quant技術作為一項快速、簡便、無創的檢查方法，能夠同時定量腰椎椎體的FF與T2*值，反映椎體骨質量的變化，克服單一骨量評估OP的不足，其評估以QCT為標準的低骨量的效能優于DXA，聯合應用QCT與mDIXON-Quant技術能更好地綜合評估中老年女性骨強度，有望為臨床提供較理想的篩查、治療和隨訪OP的靶點。