2型糖尿病患者腰椎骨髓水含量磁共振T2 mapping定量分析

崔鳳珍 王世雷 曹江欣 張哲 趙月芹

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)是一種以糖代謝受損為特征的慢性代謝障礙性疾病,嚴重影響人類生活質量和生命健康,近年來發病率呈增加趨勢,也備受研究者重視。T2DM作為一種代謝性紊亂的疾病,可以引起骨骼內環境的改變,從而影響骨骼的健康狀態。T2DM與骨質疏松癥之間也可能存在著一定的聯系[1]。目前國內外對骨質疏松癥的研究很多,大多集中在對骨密度(bone mineral density,BMD)的定量分析方面,而骨髓脂肪含量(bone marrow fat,BMF)的增多也會引起骨折的發病率增高,據報道,T2DM患者BMF較非糖尿病患者高[2]。T2DM患者腰椎骨髓脂肪成分增多,會引起相應的骨髓水含量減少[3]。隨著年齡的增長,紅骨髓向黃骨髓轉換,同樣會導致骨髓脂肪成分的增加和水成分的減少。而目前對腰椎骨髓水含量的研究甚少,Ishijima等[4]研究表明腰椎骨髓水含量與年齡相關,也有性別差異,女性(25～54歲)腰椎骨髓水含量較男性(25～34歲)高。進一步研究糖尿病患者腰椎骨髓水含量及其與年齡、性別的關系,可能會降低糖尿病患者骨折發病率。雙能X射線吸收儀(dual-energy X-ray absorptiometry,DXA)和專用定量CT(quantitative CT,QCT)可以通過測定骨密度來評估骨質疏松癥,進一步反映骨髓水含量的變化,但是該檢查有輻射。MRI可以采用T2弛豫時間來評估骨髓的微結構和骨質疏松,組織T2值的改變也是反映組織微結構改變的敏感指標。目前隨著MR功能成像技術的發展,可以通過無創的方式來測量骨髓水含量。MRI-T2 mapping成像可通過非侵入性的方法測量水分子T2弛豫時間,最早主要應用在對膝關節軟骨的研究[5],現在國內外主要應用T2 mapping定量的方法進行椎間盤退變的相關性研究,分析椎間盤髓核水成分含量[6]。本研究通過T2 mapping定量的方法分析T2DM患者腰椎骨髓水含量及其相關影響因素。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇2021年7～11月在石家莊市第二醫院行腰椎MRI檢查經臨床確診的T2DM患者50例,以及非糖尿病患者55例作為對照,掃描過程中采用T2 mapping脈沖序列進行掃描。記錄患者的年齡、性別、身高、體重。最后10例患者被排除本研究,包括血管瘤5例,貧血1例,終板炎1例,轉移瘤1例,圖像質量不合格2例。最終95例患者納入本研究,其中男45例(年齡27～81歲,中位年齡57歲),女50例(年齡25～81歲,中位年齡63.5歲);年齡25～81歲,中位年齡60歲。按年齡將女性和男性分為2組,即≤50歲組(男15例,女12例)和>50歲組(男30例,女38例)。本研究經醫院倫理委員會討論通過?；颊咴跈z查前均簽署了磁共振掃描知情同意書。

1.2 納入與排除標準

1.2.1 納入標準：①無腰椎外傷史、手術史,放療病史;②無腰椎腫瘤、結核、感染病史;③無代謝和自動免疫性疾病;④無血液系統疾病及貧血病史;⑤無服用影響骨代謝的藥物(如糖皮質激素、避孕藥等)史;⑥無磁共振檢查禁忌證。

1.2.2 排除標準：①不符合上述入選標準任意一條者;②圖像質量不合格。

1.3 影像檢查方法 采用美國GE1.5超導型MR機。信號采集選用體線圈,掃描序列包括矢狀位T2WI(TR 2005 ms,TE 120 ms,FOV 32 cm×32 cm,層厚4.0 mm,層間距1.0 mm,矩陣320×256,采集次數4);矢狀位T1WI(TR 556 ms,TE 12.9 ms, FOV 32 cm×32 cm,層厚4.0 mm,層間距1.0 mm,矩陣320×192,采集次數2);矢狀位STIR(TR 3085 ms,TE 42 ms,FOV 32 cm×32cm,層厚4.0 mm,層間距1.0 mm,矩陣288×192,采集次數4);軸位T2WI(TR 2220 ms,TE 120 ms,FOV 22 cm×22cm,層厚4.0 mm,層間距1.0 mm,矩陣288×224,采集次數4)。矢狀位T2 mapping：采用多回波SE序列,共采集8回波(TR 2000 ms,TE 12.3、24.6、36.8、49.1、61.4、73.7、86,98.2 ms,FOV 32 cm×20 cm,層厚4.0 mm,層間距1.0 mm,矩陣256×256,采集次數1,掃描時間為8 min 31 s)。

1.4 數據測量

1.4.1 將掃描的T2 mapping原始數據傳到GE(ADW4.6)后處理工作站,利用自帶的Function tool軟件生成T2 mapping原始圖及偽彩圖測量。數據測量由1名有10年放射科工作經驗不了解患者病情的放射科醫師采用盲法進行,具體測量方法：打開Functool軟件,選擇對應選項 “T2 map”。①可信區間(confidence)及閾值選擇(Threshold)選擇：選用閾值10,可信區間雙側95%;②T2值范圍選擇：在彩色標尺中,T2值范圍統一設置為0～200 ms。

1.4.2 感興趣區(regions of interest,ROI)的標準化：測量包括L1～L5共5個椎體,測量均選取正中矢狀面原始圖像,測量面積范圍為150～180 mm2。測量者在T2 mapping原始圖像上手動繪制橢圓形ROI,ROI自動復制到T2 mapping彩圖。ROI盡可能包括整個椎體骨部分,避開骨皮質、終板及椎間盤及血管,記錄患者L1～L5椎體偽彩圖上生成的T2 mapping值,計算L1～L5椎體骨髓平均T2 mapping值。見圖1、2。

圖1 矢狀位T2 map 圖2 T2 colored map

1.5 體重指數(body mass index,BMI)狀況：BMI=體重(kg)÷身高(m)的平方。依據中國參考標準(因為專家認為WHO的標準不是非常適合中國人的情況),分為過輕：<18.5 kg/m2;正常：18.5～23.9 kg/m2;偏胖24～27.9 kg/m2;肥胖≥28 kg/m2;重度肥胖≥30 kg/m2;極重度肥胖≥40 kg/m2。本研究因為偏胖、肥胖、重度肥胖和極重度肥胖各組人數較少,都歸為超重組,過輕組人數為0,所以將患者分為2組,正常組：18.5 ～23.9 kg/m2;超重組≥24 kg/m2。

2 結果

2.1 T2DM組與非糖尿病組L1～L5椎體骨髓平均T2 mapping值比較 T2DM組低于非糖尿病組,差異有統計學意義(P<0.05)。見表1。

表1 T2DM組與非糖尿病組L1～L5椎體骨髓平均T2 mapping值比較 ms,

2.2 L1～L5各椎體T2DM組與非糖尿病組骨髓T2 mapping值比較 L1、L2、L3、L5各椎體T2DM組與非糖尿病組患者的骨髓T2 mapping值差異有統計學意義(P<0.05),L4椎體T2DM組與非糖尿病組患者的骨髓T2 mapping值差異無統計學意義(P>0.05)。見表2。

表2 L1～L5各椎體T2DM組與非糖尿病組骨髓T2 mapping值比較 ms,

2.3 T2DM組腰椎骨髓平均T2 mapping值不同性別和全部患者不同BMI比較 T2DM組女性和男性、全部患者BMI正常組和超重組腰椎骨髓平均T2 mapping值差異無統計學意義(P>0.05)。見表3。

表3 T2DM組腰椎骨髓平均T2 mapping值不同性別和全部患者不同BMI比較 ms,

2.4 L1～L5椎體骨髓平均T2 mapping值與年齡的相關性 T2DM組、非糖尿病組及全部患者L1～L5椎體骨髓平均T2 mapping值與年齡均呈負相關(r=-0.413,P=0.000;r=-0.354,P=0.015。)。見圖3、4。

圖3 T2DM組L1～L5椎體骨髓平均T2 mapping值與年齡相關的散點圖

圖4 非糖尿病組L1～L5椎體骨髓平均T2 mapping值與年齡相關的散點圖

2.5 不同性別患者腰椎骨髓平均T2 mapping值年齡≤50歲組與>50歲組比較 女性患者年齡≤50歲組腰椎骨髓平均T2 mapping值(146.44±13.04)ms高于>50歲組的(133.53±12.06)ms(t=3.172,P=0.003);男性患者年齡≤50歲組腰椎骨髓平均T2 mapping值(140.16±12.14)ms與>50歲組的(138.59±12.73)ms比較,差異無統計學意義(t=0.396,P=0.694)。

3 討論

T2DM又稱非胰島素依賴型糖尿病或成人發病型糖尿病,是一種慢性代謝疾病,多在35～40歲之后發病,占糖尿病患者的90%以上。其病因主要是胰島素分泌不足和胰島素抵抗,可引起糖、脂肪、蛋白質代謝紊亂[7]。T2DM可通過不同環節影響骨代謝過程,從而影響骨髓成分,引起骨髓中脂肪含量增加,水成分減少,可能會導致骨質疏松,甚至引起骨折[8]。T2 mapping技術是一種多回波脈沖序列,可定量檢測骨髓中水分子的微小變化,T2mapping值可反映骨髓中的水含量。姚曉龍等[9]采用T2 mapping序列測量了骶髂關節骨髓T2值的變化,發現強直脊柱炎患者骶髂關節的早期改變。本研究旨在采用T2 mapping序列定量分析T2DM患者腰椎骨髓的水含量及其相關的影響因素。

本研究發現T2DM患者腰椎骨髓平均T2 mapping值較非糖尿病患者低。L1、L2、L3、L5各椎體T2DM患者的T2mapping值也比非糖尿病患者低。T2DM患者血糖水平升高,破壞體內鈣、磷代謝的平衡狀態。由于滲透性利尿機制,糖尿病患者要排出大量葡萄糖,同時也造成體內鈣、磷、鎂等礦物元素被大量排出體外,從而導致低鈣、低鎂的狀態。這種狀態會刺激甲狀旁腺素分泌增多,使人體的溶骨作用增強,于是骨就會被“溶蝕”出現孔洞,導致骨質疏松。骨骼中,成骨細胞引起骨骼的再生,即“骨構建”。胰島素通過成骨細胞表面的胰島素受體,對成骨細胞的“骨構建”功能進行調節。由于糖尿病患者的胰島素絕對或相對缺乏,造成成骨細胞的“骨構建”作用減弱,所以人體容易出現骨質疏松[10]。骨質疏松會引起骨髓脂肪成分的增多以及水含量的減少[11]。這可能是造成糖尿病患者腰椎骨髓水含量較非糖尿病患者低的原因。對于腰椎骨髓成分的分析大多集中在對骨髓脂肪含量的定量測量方面,而對骨髓水含量的研究相對較少。

本研究發現T2DM組、非糖尿病組腰椎骨髓T2 mapping值與年齡呈負相關,與先前研究結果[12,13]相一致。隨著年齡的增長,腰椎椎體的紅骨髓逐漸向黃骨髓轉換,至25歲時,基本完成全身的骨髓轉換,但仍有骨髓存在于脊柱等中軸骨和四肢骨的近端,因此在成人腰椎椎體骨髓成分中,也存在著紅骨髓向黃骨髓的生理性轉換,只不過較成人之前,這種轉換相對較慢。紅黃黃骨髓的轉換會引起骨髓成分中水、脂肪、蛋白質比例的變化。正常紅骨髓含有40%水分、40%脂肪和20%蛋白質;黃骨髓含有15%水分、80%脂肪和5%蛋白質[14]。隨著紅黃骨髓的轉換,骨髓中的含水量逐漸減少,脂肪成分逐漸增加,導致骨髓組織中的T2值逐漸減低。Ruschke等[12]對260例患者進行了MRS成像,所有數據均采用水-脂肪模型進行處理。研究發現,女性和男性L4或L5椎體骨髓水含量T2值均與年齡呈負相關(女性：r= 0.429,P<0.001;男性：r= 0.210,P<0.001。)。Cui等[13]研究也發現女性腰椎骨髓水含量T2 mapping值與年齡呈負相關(r=0.351,P= 0.003)。

本研究發現T2DM患者女性和男性、全部患者BMI正常組和超重組腰椎骨髓水含量T2 mapping值無差異。Ishijima等[4]對211例5～84歲的健康志愿者進行了椎體磁共振掃描,結果發現,25～54歲女性患者的腰椎骨髓水含量超過同年齡組男性的腰椎骨髓水含量,而55歲之后男女腰椎骨髓水含量沒有顯著差異,原因考慮與女性體內的雌激素水平有關系。本研究中比較的人群為2型糖尿病患者,年齡段為27～81歲,且50歲之前的女性2型糖尿病患者較少(10例),因此可能導致T2DM患者女性和男性腰椎骨髓水含量T2 mapping值無明顯差異,以后需要更大樣本的研究證實。目前尚未發現腰椎骨髓水含量與BMI的相關性研究,但是BMI增高對人體骨骼產生的是積極影響還是消極影響仍存在爭議,還需要進一步研究。

女性患者年齡≤50歲組腰椎骨髓水含量T2 mapping值高于>50歲組。而男性患者年齡≤50歲組腰椎骨髓水含量T2 mapping值與>50歲組差別無統計學意義。推測可能與女性的雌激素有關。50歲正值中國女性絕經期年齡,50歲之前女性雌激素水平較男性高,雌激素刺激骨髓造血能力,引起骨髓水含量較高。女性絕經以后,卵巢功能退化,雌激素分泌逐漸減低,分化為成骨細胞能力減低,反而促進間充質干細胞分化為脂肪細胞,使腰椎骨髓的脂肪含量增加,水含量降低[15,16]。并且Cui等[13]研究也發現女性腰椎骨髓水含量T2 mapping值與雌激素成正相關(r=0.325,P=0.006)。而男性雌激素水平隨年齡增長僅有輕度降低[17]。Ishijima等[4]研究發現5～44歲女性腰椎骨髓水含量變化幅度相對較小(5～14歲,78.9%;15～24歲,75%;25～34歲,69.3%;35～44歲,70.9%),而45～84歲腰椎骨髓水含量明顯降低(45～54歲,61.1%;55～64歲,49.7%;65～74歲,46%;75～84歲,39.7%),而男性50歲前后腰椎骨髓水含量變化幅度相對較小(35～44歲,51.1%;45～54歲,52.9%;55～64歲,48.8%);與本研究結果一致。

綜上所述,T2DM患者腰椎骨髓平均T2 mapping值較非糖尿病患者低。腰椎骨髓平均T2 mapping值與年齡呈負相關,與BMI無明顯關系。女性50歲之前腰椎骨髓平均T2 mapping值高于50歲之后,而男性腰椎骨髓平均T2 mapping值50歲之前與50歲之后無明顯差異,說明女性激素水平可能是影響腰椎骨髓水含量的一個重要因素。了解T2DM患者腰椎骨髓水含量及其相關影響因素,做到早期發現、早期干預、早期治療,有助于臨床醫生降低T2DM患者腰椎骨折風險。此外在判斷腰椎骨質疏松及骨髓水含量相關的病變中,要考慮到糖尿病、年齡、性別等因素的影響。同時本研究也進一步證實了T2 mapping技術用于評估腰椎骨髓水含量的可行性,是評價腰椎骨髓水含量無創、簡單、便捷的檢查方法。