體質(zhì)成分的研究現(xiàn)狀和影像學(xué)評估

閆東, 程曉光

中國是世界上老年人口絕對數(shù)最多的國家。截至2015年底，我國60歲以上人口已超過2.1億，約占總?cè)丝诘?5.5%；65歲以上人口近1.4億，約占總?cè)丝诘?0.1%[1]。隨著年齡的增長，作為人體體質(zhì)主要成分的骨骼、肌肉、脂肪也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化[2]，繼而引發(fā)骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)、肌肉減少癥(sarcopenia)、肥胖癥等嚴(yán)重影響人們健康和生活質(zhì)量的疾病，已成為世界各國面臨的嚴(yán)重公共健康問題。

本期專題“體質(zhì)成分的影像學(xué)評估”應(yīng)用DXA、QCT和MRI等多種影像學(xué)方法評估骨密度、肌肉以及脂肪含量，反應(yīng)了臨床和影像醫(yī)生對體質(zhì)成分的高度關(guān)注。

體質(zhì)成分的研究現(xiàn)狀

1.骨骼、肌肉和脂肪間的相互聯(lián)系

體質(zhì)成分主要有3部分組成，即骨骼、肌肉和脂肪，都是重要的內(nèi)分泌器官[3]。它們之間存在復(fù)雜的交互作用，形成骨-肌肉-脂肪的軸鏈反應(yīng)。①肌肉與骨密度：多項(xiàng)研究證明肌肉質(zhì)量與不同部位的骨密度正相關(guān)[4-6]。足夠的肌肉質(zhì)量產(chǎn)生的機(jī)械負(fù)荷可以增加成骨細(xì)胞相關(guān)基因的合成和表達(dá)，刺激成骨細(xì)胞增殖、分化和礦化，從而調(diào)節(jié)骨量和骨結(jié)構(gòu)，增加骨密度，降低骨折風(fēng)險(xiǎn)。肌肉退化和功能減低會(huì)導(dǎo)致骨組織微結(jié)構(gòu)變化，最終導(dǎo)致骨質(zhì)疏松。骨肌減少癥概念的提出進(jìn)一步提示骨骼、肌肉作為運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)兩大組成部分間的密切關(guān)系。②脂肪與骨密度：脂肪和肌肉類似，也可以通過對骨骼施加機(jī)械應(yīng)力，從而改善骨的生物力學(xué)，使骨骼質(zhì)量得到提高。此外，脂肪還可以通過分泌產(chǎn)生的脂聯(lián)素、瘦素和雌激素來調(diào)節(jié)骨密度。但是脂肪質(zhì)量對骨密度的作用存在爭議。一些研究認(rèn)為脂肪質(zhì)量與骨密度呈正相關(guān)，前者越高，骨質(zhì)疏松的程度越低，骨骼的健康程度就越好[4,7-8]。而另一些研究則認(rèn)為脂肪質(zhì)量與骨密度呈負(fù)相關(guān)：肥胖導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子水平的增加，從而促進(jìn)骨吸收[9]；肌肉的脂肪浸潤也增加了骨折風(fēng)險(xiǎn)[10]。還有研究指出高脂肪質(zhì)量只有在肌肉質(zhì)量足夠時(shí)才起保護(hù)作用。③脂肪與肌肉：研究表明脂肪增加會(huì)造成肌肉再生的代謝紊亂；同時(shí)，脂肪組織對肌肉的浸潤也增加了發(fā)生肌肉減少癥的風(fēng)險(xiǎn)[11]。

2.骨質(zhì)疏松癥、肥胖癥與肌肉減少癥

骨質(zhì)疏松癥作為最常見的骨骼疾病，是一種以骨量低，骨組織微結(jié)構(gòu)損壞，導(dǎo)致骨脆性增加，易發(fā)生骨折為特征的全身性骨病[12]。研究表明2016年我國60歲以上的老年人骨質(zhì)疏松癥患病率為36%[13]。預(yù)測至2050年因骨質(zhì)疏松性骨折所致的醫(yī)療支出將高達(dá)1745億元[14]，說明OP已成為我國重要的公共衛(wèi)生問題。肥胖被WHO定義為與健康有明顯風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的身體內(nèi)過量脂肪積累，常伴發(fā)糖尿病、脂肪肝、高血壓、冠心病等多種慢性疾病，成為威脅人類健康的主要“殺手”。肌肉減少癥是指與增齡相關(guān)的進(jìn)行性、廣泛性肌肉含量減少、肌力下降和肌肉功能減退的綜合征[15]，可導(dǎo)致嚴(yán)重的健康問題，如心肺功能受損、增加中老年人跌倒、骨折的風(fēng)險(xiǎn)和致殘、致死率。

OP、肥胖癥和肌肉減少癥的重要臨床和社會(huì)意義已不言而喻。作為診斷和評價(jià)指標(biāo)的骨密度、肌肉和脂肪含量等體質(zhì)成分測量就自然成為研究的焦點(diǎn)；而且由于其相互間存在密切關(guān)聯(lián)和協(xié)同作用，也增加了研究難度。

體質(zhì)成分的影像學(xué)評估

1.雙能X線骨密度儀(DXA)

雙能X線骨密度儀(dual x-ray absorptiometry，DXA)最早于20世紀(jì)60年代由Jacobson開始使用；其原理是利用兩種不同能量X線穿過組織時(shí)發(fā)生不同程度衰減實(shí)現(xiàn)對組織成分的分離和評估。DXA可較準(zhǔn)確地對人體骨骼、脂肪和肌肉成分進(jìn)行評估[16]，是目前測量體質(zhì)成分較為常用的檢測方法；同時(shí)因其具有操作簡便、快速、輻射低、測量結(jié)果相對準(zhǔn)確的特點(diǎn)，在臨床上得到了廣泛應(yīng)用。但DXA是二維掃描，所測的是面積骨密度，受骨骼大小的影響，且無法區(qū)分皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨，可因骨質(zhì)增生、椎小關(guān)節(jié)和間盤退變以及動(dòng)脈鈣化、體位等影響，使測量值產(chǎn)生誤差[17]。此外，DXA無法單獨(dú)對某塊肌肉內(nèi)部的脂肪進(jìn)行精準(zhǔn)量化測量。

2.定量CT(QCT)

定量CT(quantitative computed tomography，QCT)技術(shù)是由美國加州大學(xué)舊金山分校(UCSF)放射科的Cann和Genant教授于1980年提出[18]。它是利用臨床上常規(guī)使用的CT機(jī)，將校準(zhǔn)體模置于檢查部位和CT床之間與患者同步掃描，再經(jīng)過專業(yè)軟件分析從而測得骨密度。最新的非同步QCT無需將體模置于患者身下，只要每月掃描體模質(zhì)控1次，就可得到與此前同步QCT高度一致的結(jié)果[19]，同時(shí)增加了患者的舒適度。①骨密度測量：QCT作為一種三維成像測量技術(shù)，所測得的結(jié)果是真正意義上的體積骨密度，單位是mg/cm3，不受檢測骨體積、形態(tài)的影響，能更好地反映骨質(zhì)疏松時(shí)骨密度的變化；而且，其診斷骨質(zhì)疏松只需做一個(gè)部位，可據(jù)臨床需要選擇脊柱或髖部[20]。目前，測量腰椎松質(zhì)骨骨密度是最常使用的方法；通常取2個(gè)腰椎，即L1和L2[21]。骨密度絕對值>120mg/cm3為骨密度正常；80～120mg/cm3為低骨量；<80mg/cm3為骨質(zhì)疏松。②脂肪測量：QCT作為一種無創(chuàng)、快速的影像檢查手段，除骨密度測量的優(yōu)勢外，在分析內(nèi)臟脂肪含量、肌肉脂肪浸潤等方面也有較高的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，已被廣泛用于肥胖、脂肪肝、肌肉減少癥等疾病的診斷與評估。①內(nèi)臟脂肪測量：因?yàn)橹九c骨骼肌肉的CT值有明顯差異，所以QCT采用閾值的方法區(qū)分圖像內(nèi)的脂肪與非脂肪組織，并通過軟件半自動(dòng)勾畫出腹內(nèi)和皮下脂肪邊界，可以測量腹部總脂肪、腹內(nèi)和皮下脂肪面積，為研究肥胖提供了檢測手段，已廣泛用于肥胖相關(guān)的疾病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測和療效評估。②肝臟脂肪測量：QCT通過軟件自動(dòng)輸出QCT骨密度、斜率和區(qū)域一致性校正值，據(jù)相關(guān)計(jì)算公式可以得到肝臟脂肪體積百分比。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明QCT所測得的肝臟脂肪含量與化學(xué)萃取法得到的結(jié)果高度相關(guān)[22-23]。人體研究也證實(shí)QCT測量的肝臟脂肪百分?jǐn)?shù)與MR mDixon所得結(jié)果之間有較好的一致性[24,25]。QCT肝臟脂肪含量測量為臨床診斷肝臟脂肪變性、監(jiān)測疾病進(jìn)展和療效評價(jià)提供了重要參考。③肌肉脂肪測量：肌肉脂肪浸潤是肌肉力量降低、反映肌肉退變程度關(guān)鍵指標(biāo)之一，也與肌肉減少癥的診斷、骨質(zhì)疏松性骨折等密切相關(guān)。因此，肌肉脂肪測量近來成為新的研究熱點(diǎn)[26-29]。目前，QCT肌肉脂肪測量主要應(yīng)用在頸椎和腰椎的椎旁肌肉，通過軟件得到肌肉和脂肪面積并計(jì)算出肌肉脂肪浸潤程度。需要注意的是QCT不能直接測量肌細(xì)胞內(nèi)的脂肪含量。

QCT與DXA類似，具有較高輻射量；但可與常規(guī)臨床CT檢查(如胸腹部CT、健康體檢低劑量胸部CT等)相結(jié)合，能在不增加受試者輻射劑量的基礎(chǔ)上，只需1次掃描即可在滿足臨床影像診斷的基礎(chǔ)上同時(shí)進(jìn)行QCT分析，完成骨密度、脂肪面積、肝臟和肌肉脂肪含量等測量，做到多病共檢，滿足臨床與科研的雙需求，勢必在骨質(zhì)疏松診斷、肥胖、脂肪肝和肌肉減少癥等評價(jià)中具有越來越廣泛的應(yīng)用前景[30-31]。

3.磁共振成像

MRI越來越顯示出在體質(zhì)分析方面的巨大潛力。MR的常規(guī)T1WI和T2WI序列可以對脂肪浸潤程度進(jìn)行定性評估，而無法實(shí)現(xiàn)定量測量。磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)成像和基于化學(xué)位移編碼的水脂分離(chemical shift encoded water-fat separation，CSE-WFS)成像技術(shù)可以對脂肪進(jìn)行定量研究，被用于評價(jià)肝臟、骨髓以及骨骼肌中脂肪含量；所測得的質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)(proton density fat fraction,PDFF)可以實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞內(nèi)脂肪含量的定量測量，是目前公認(rèn)的一種可以精確量化人體組織脂肪含量的影像學(xué)標(biāo)志物[32- 33]。

MRS通常采用氫質(zhì)子(1H)波譜技術(shù)在1997即被證實(shí)可以測量肌細(xì)胞內(nèi)和肌細(xì)胞間脂質(zhì)；隨后的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也進(jìn)一步證實(shí)所測的脂肪含量與病理結(jié)果高度相關(guān)[34]。但1H-MRS掃描時(shí)間長，后處理復(fù)雜，且水脂峰存在重疊，使其應(yīng)用受限。Dixon是利用CSE-WFS成像的技術(shù)，將不對稱采集的回波與迭代算法相結(jié)合，從而提高了水脂分離的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性[35]；其衍生序列由于廠家不同而名稱各異，如GE公司的IDEAL/IDEAL-IQ、Siemens公司的LiverLab和Philips公司的mDixon和mDixon Quant。研究顯示多回波mDixon技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確地完成肝臟脂肪定量測量[36]。mDixon Quant技術(shù)可一次屏氣采集6個(gè)回波，同時(shí)結(jié)合7峰值脂肪模型和T2*校正，提供精確的脂肪定量結(jié)果[37]。但是，由于MRI檢查預(yù)約周期長、費(fèi)用高和掃描時(shí)間較長等多方面原因，限制了其在臨床的脂肪測量中的應(yīng)用。