椎體脂肪化對椎體骨質(zhì)疏松性骨折風險的評價意義

徐榮健,鄭杰文,何磊,錢宇

(1.溫州醫(yī)科大學,浙江 溫州 325031;2.紹興市人民醫(yī)院骨科,浙江 紹興 312035;3.紹興文理學院,浙江 紹興 312000;4.浙江省中醫(yī)院骨科,浙江 杭州 310060)

骨質(zhì)疏松是一種由于礦物質(zhì)大量流失導致骨量下降而令骨折風險提高的疾病,由于人口老齡化加劇,骨質(zhì)疏松患者的比例明顯上升,由此引發(fā)的骨質(zhì)疏松性骨折(vertebral osteoporotic fracture,VOF)和相應并發(fā)癥的風險也隨之增加[1-2],因此,盡早發(fā)現(xiàn)疾病并可靠地評估骨質(zhì)疏松癥患者的椎體骨折風險對于預防椎體骨折和相應并發(fā)癥是十分必要的。成骨細胞和脂肪細胞來源于共同的祖細胞間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cell,BMSC),生理狀態(tài)下,在過氧化物酶體增殖物活化受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor gamma,PPAR-γ)、乙型轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor beta,TGF-β)等因素的作用下,它們的分化處于平衡狀態(tài)[3-4]。但是在某些病理狀態(tài)下,如骨質(zhì)疏松癥,這種平衡態(tài)就會被破壞,從而導致脂肪量的增加和骨量的減少[5],進而導致VOF的發(fā)生。因此本研究主要通過測量椎體脂肪化面積比(vertebral fat area ratio,VFAR)、椎體脂肪信號強度比值(vertebral fat signal ratio,VFSR)和椎體脂肪化指數(shù)(vertebral fat index,VFI)并評估其對VOF早期診斷的重要意義。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入標準：(1)行椎體后凸成形術(percutaneous kyphoplasty,PKP)患者和體檢患者;(2)行腰椎MRI常規(guī)序列及血生化檢查;(3)行PKP患者能與同時期體檢患者根據(jù)性別年齡相互配對。排除標準：(1)患有相關內(nèi)分泌疾病,如先天性骨代謝異常、甲狀旁腺亢進或功能減退等疾病;(2)長期服用影響骨質(zhì)的藥物,如華法林;(3)患有腫瘤、或者影響骨代謝的胃腸道疾病、血液系統(tǒng)疾病等疾病史患者。

本研究收集了2016年4月至2021年6月在紹興市人民醫(yī)院記錄在冊骨質(zhì)疏松性骨折并行PKP手術患者及同時期體檢患者共1 009例,在排除有嚴重代謝病、具有腫瘤病史等患者后根據(jù)性別、年齡進行相互配對,配對后剩余168例,進入最終的研究隊列(見圖1)。其中,男58例,女110例;年齡50～89歲,平均(64.78±7.32)歲。將配對后的數(shù)據(jù)分為骨折組和非骨折組,根據(jù)其MRI影像測量VFAR、VFSR、VFI并結合基線數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。骨折組的合并癥較多,35%的患者有高血壓,24%的患者有高脂血癥,且其血脂水平、甲狀腺功能和非骨折組比較,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。48%患者的年齡主要分布在60～69歲區(qū)間內(nèi),大多數(shù)的患者是女性(65%),骨折組82%患者生活環(huán)境是農(nóng)村,而非骨折組44%患者生活環(huán)境是農(nóng)村(見表1)。

圖1 符合條件參與者的流程圖

1.2 檢查方法

1.2.1 MRI成像 應用西門子1.5 MR核磁掃描儀進行腰椎成像。患者體位取仰臥位,行腰椎矢狀位掃描,MRI T1加權成像參數(shù)如下：重復時間540 ms,回波時間9 ms,視野280 mm,矩陣320 mm×80 mm,層厚4 mm,間隔0.2 mm,平均次數(shù)2次,層數(shù)13層,翻轉(zhuǎn)角150 °,掃描時間 1分51秒。

1.2.2 圖像后處理分析 將配對好的受檢者MRI影像數(shù)據(jù)導出,然后由兩名經(jīng)驗豐富的骨科醫(yī)師在Photoshop上對椎體脂肪的面積和信號值進行定量測定。選取L1～4椎體各個影像中矢狀位層面中脂肪化最嚴重椎體層面作為感興趣區(qū)域(region of interest,ROI),首先采用T1加權像圖像,甄別脂肪化,再在T2加權像和脂肪抑制像上進行進一步鑒別,最后再在T1加權像上進行測量。測量時盡量避免選中椎間盤、椎后靜脈叢等解剖異常區(qū)域,同時標記出背部脂肪所在區(qū)域,測量其灰度值(見圖2)。分別計算出VFAR(椎體脂肪化區(qū)域面積÷所在椎體矢狀位面積)、VFSR(所在椎體矢狀位平均灰度值÷背部脂肪灰度值)、VFI(VFAR÷VFSR)。

圖2 MRI T1像上勾畫椎體病變部位最大矢狀面,分別測量VFAR、VFSR、VFI

2 結 果

2.1 骨折組和非骨折組及亞組比較分析

2.1.1 骨折組與非骨折組分析 比較了骨折組和非骨折的VFAR、VFSR和VFI,并進行配對樣本t檢驗分析,骨折組的VFAR、VFSR和VFI顯著高于非骨折組,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05,見圖3)。

圖3 骨折組和非骨折組比較分析

2.1.2 性別年齡亞組分析 將骨折組和非骨折組分別根據(jù)性別和年齡進一步細分亞組,在性別亞組中,不論是男性還是女性,骨折組VFAR和VFI顯著高于非骨折組,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05,見圖4)。在年齡亞組中,60～69歲區(qū)間內(nèi)骨折組和非骨折組VFAR和VFSR差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。>70歲區(qū)間骨折組VFAR、VFSR和VFI顯著高于非骨折組,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05,見圖5)。

圖4 按性別亞組比較分析

圖5 按年齡亞組比較分析

2.2 ROC曲線分析 VFAR判斷VOF的ROC曲線下面積為0.643 0,95%CI 55.91%～72.69%,診斷VOF的最佳截斷值為0.157 6,其靈敏度和特異度為90.24%、53.85%。VFSR判斷VOF的ROC曲線下面積為0.580 8,95%CI 49.45%～66.71%,診斷VOF的最佳截斷值為0.741 5,其靈敏度和特異度為20.24%、96.43%。VFI判斷VOF的ROC曲線下面積為0.645 5,95%CI 56.14%～72.97%,診斷VOF的最佳截斷值為0.102 2,其靈敏度和特異度為59.52%、73.81%(見圖6)。

圖6 VFAR、VFSR、VFI診斷OVCF的ROC曲線

3 討 論

骨質(zhì)疏松癥是一種以低骨量為特點或骨微結構退化、骨強度降低,從而導致骨折風險增加的系統(tǒng)性骨骼疾病[6-7]。骨折是骨質(zhì)疏松最具破壞性的后果,具有高發(fā)病率和高死亡率的特點,據(jù)估計發(fā)生髖部骨折后1年之內(nèi)20%患者會死于各種并發(fā)癥,約50%患者致殘,會帶來沉重的家庭和社會負擔[2]。在骨質(zhì)疏松癥的進展過程中,骨量的減少一方面是由于破骨細胞和成骨細胞失衡導致的,另一方面,BMSC成骨分化能力減弱,成脂分化能力增強,導致骨形成下降和骨髓脂肪組織堆積,椎體脂肪化程度也隨之增加[8-9]。因此,椎體脂肪化可能是骨質(zhì)疏松癥骨折的危險因素。

由于MRI能夠?qū)χ倔w積分數(shù)進行相對精確的估計[10]。因此,測量脂肪化程度已被提議作為一種非侵入性工具來診斷多種疾病,例如肝脂肪變性[11]。在本研究中,骨折組的VFAR、VFSR、VFI高于非骨折組,差異有統(tǒng)計學意義,表明了基于MRI T1影像資料測量得到的VFAR、VFSR、VFI可以區(qū)別有無椎體骨折的骨質(zhì)疏松患者,這表明其也可能是骨折風險的有效評估工具,這與以往研究得出的結論基本一致[1,12]。最近一些研究發(fā)現(xiàn),椎體的脂肪含量與腰椎骨密度呈負相關[13-14],有助于預測和評估骨質(zhì)疏松癥,與本研究結果類似,不過在之前的研究中,僅評估了絕經(jīng)后婦女的椎體脂肪含量和骨密度,然而本研究中將骨折組和非骨折組細分性別亞組時,不論男性組還是女性組,骨折組和非骨折組差異均有統(tǒng)計學意義,表明這可能是人群中存在的普遍情況。在年齡亞組中,隨著年齡的增長,骨折組和非骨折組椎體脂肪化程度的差異顯示出逐漸增加的趨勢,說明隨著年齡的增長,骨折組和非骨折組之間的VFAR、VFSR、VFI差異越顯著,越能預測骨質(zhì)疏松性骨折,這可能與年齡是骨質(zhì)疏松椎體骨折的獨立危險因素有關[15],即隨著年齡增加,BMSC分化由成骨向成脂方向偏移,同時破骨細胞處于激活狀態(tài),椎體大量丟失的骨量逐漸被脂肪所替代,MRI影像上的VFAR、VFSR、VFI也隨之逐漸增加,最終導致的結果是骨質(zhì)疏松椎體骨折危險也逐漸增加[16]。同時本研究發(fā)現(xiàn)血脂含量過高,甲狀腺功能偏低、高血壓糖尿病等并發(fā)癥為骨質(zhì)疏松性骨折的危險因素,這與既往研究基本相符[15,17-18]。

重要的是將VFAR、VFSR、VFI的診斷性能與常規(guī)測量,如骨密度(bone mineral density,BMD)或CT值的診斷性能進行比較,這些測量目前通常用于骨質(zhì)疏松性骨折的診斷[19-20]。通過雙能X射線骨密度儀測量的BMD被廣泛用作骨質(zhì)疏松癥的診斷工具,因為它反映了整體骨量。然而,BMD不能提供有關骨骼微結構的信息,這可能是骨折發(fā)生的重要因素。另一方面,CT值可以提供關于骨骼微結構的信息,但輻射劑量相對較高,并且在常規(guī)臨床環(huán)境中沒有廣泛使用。通過MRI測量的VFAR、VFSR、VFI可以提供額外的骨折風險信息,并且作為一種非侵入性工具,它不會使患者暴露于電離輻射中。

本研究有一定的局限性,(1)本研究為小樣本數(shù)據(jù)且缺乏長期隨訪研究。只有168例病例納入分析,大量患者被排除在研究之外,這可能影響了樣本的代表性。排除率高的可能原因包括嚴格的入選和排除標準,以及難以招募符合標準的患者。在未來的研究中會增加病例樣本量,多中心研究椎體脂肪化是否可以作為骨質(zhì)疏松性骨折的生物學診斷指標會更有意義。(2)本研究獲得的影像資料僅在創(chuàng)傷或癥狀發(fā)作后而不是之前進行掃描,需要在骨折發(fā)生前評估的前瞻性研究來評估個體骨折風險。(3)需要更多的研究來比較VFAR、VFSR和VFI的診斷性能與常規(guī)測量(如BMD或CT值)的診斷性能,并探索VFAR、VFSR和VFI在常規(guī)臨床實踐中的應用潛力。

綜上所述,本研究表明,VFAR、VFSR和VFI作為非入侵性生物標志,對診斷椎體骨質(zhì)疏松性骨折有一定價值,從臨床角度看,評價患者椎體脂肪化程度有望成為無創(chuàng)性評估骨質(zhì)疏松性骨折風險的實用工具。