應用3.0T磁共振IDEAL-IQ檢測椎體骨髓脂肪分數診斷骨質疏松的效能評價

黃國強， 唐啟英， 王福南， 朱柳紅， 黃玉龍， 劉 豪， 周建軍

人體的骨髓由紅骨髓和黃骨髓組成，紅骨髓(造血骨髓)由40%的脂肪、40%的水和20%的蛋白質組成；黃骨髓(脂肪骨髓)由80%的脂肪、15%的水和5%的蛋白質組成。隨著我國的老齡人口增加，老年人的健康問題得到越來越多關注，老年人骨質疏松的發病率呈上升趨勢，而這也增加了骨折發生的風險[1]。骨量的變化監測是骨質疏松早期防治的關鍵[2]。雙能X射線骨密度儀(dual-energy X-ray absorptiometry，DXA)是診斷骨質疏松的“金標準”[3]。而磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)不僅能顯示骨骼結構而且能測量椎體的脂肪含量，具有較高的對比度和分辨率，且有多參數值幫助診斷[4]，對早期骨質疏松診斷的靈敏度較高。MRI的非對稱回波的最小二乘估算法迭代水脂分離技術(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetrical and least-squares estimation quantitation sequence，IDEAL-IQ)是一種新型脂肪定量技術，可以測量椎體骨髓脂肪含量，反映骨髓脂肪變化[5-6]。本研究通過IDEAL-IQ檢測椎體骨髓脂肪分數(fat fraction，FF)值，分析其與DXA測得的骨密度值(T值)的相關性，探討IDEAL-IQ技術對骨質疏松的診斷能力。

1 對象與方法

1.1研究對象 選擇2021年2月至2022年2月在復旦大學附屬中山醫院廈門醫院進行健康體檢者51名，其中男25名，女26名。均行DXA掃描和磁共振成像檢查，兩項檢查在同一天完成。排除新近骨折病變者、有腰椎金屬植入物者、有MRI檢查禁忌證者、合并內分泌的代謝性疾病者、有椎體腫瘤或轉移瘤者以及有結核病史者。本研究獲醫院醫學倫理委員會批準(No.B2021-007)，所有研究對象均簽署知情同意書。

1.2檢查方法

1.2.1 DXA檢查方法及分組 采用美國豪洛捷雙能X線骨密度儀對研究對象的骨密度進行測量，去除攜帶的各種金屬物品，取平臥位。DXA按標準模式從足側向頭側掃描。掃描條件：管電壓140/100 kV，管電流2.5 mA，掃描長度20.6 cm，掃描寬度11.4 cm，掃描范圍為L1～4，獲得骨密度T值。采用世界衛生組織評分法對結果進行評價[7-8]：骨量正常(骨質正常組)，T值≥-1.0 SD；骨質疏松(骨質疏松組)，T值≤-2.5 SD；骨質較少，-2.5 SD

1.2.2 MRI檢查方法 使用GE750W3.0T磁共振儀進行檢查，受檢者取仰臥位，頭先進，手臂放置于身體兩側，下肢墊高使得腰椎生理曲度消失貼合線圈，以得到優質的圖像質量。掃描時使用8通道相控陣線圈，常規矢狀面T1WI掃描：視野(field of view，FOV)=300 mm×300 mm，層數=11，層厚=4 mm，重復時間(repetition time，TR)=474 ms，回波時間(echo time，TE)=Min Full，激勵次數(number of acquisitions，NEX)=2，間距=1 mm，翻轉角=142°，掃描時間=73 s，矩陣320 mm×224 mm。常規矢狀面T2WI掃描：FOV=300 mm×300 mm，層數=11，層厚=4 mm，TR=2 046 ms，TE=102，NEX=2，間距=1 mm，翻轉角=142°，掃描時間=130 s，矩陣320 mm×192 mm。橫斷位T2WI掃描：FOV=220 mm×220 mm，層數=20，層厚=4 mm，TR=5 207 ms，TE=120，NEX=2，間距=1 mm，翻轉角=142°，掃描時間=130 s，矩陣320 mm×192 mm。同時進行IDEAL-IQ序列檢查：FOV=300 mm×300 mm，TR=12.5 ms，TE=Min full，層厚=5 cm，翻轉角=5°，間距=1 cm，Phase=192，NEX=2。掃描結束，系統自動合成6組圖像，分別是純脂相、純水相、同相位、反相位、FF圖、R2*弛豫率圖。

1.2.3 MRI圖像測量與分析 將IDEAL-IQ所得圖像上傳至GE4.6工作站，通過工作站得到FF圖，選擇腰椎的椎體正中矢狀面測量L1～4的FF值，并且避開骨皮質、椎間盤，目標范圍盡量包含整個椎體。測量椎體L1～4目標區的FF值，同時由2名10年以上高年資醫師分別測量3次，取其測量的平均值。

2 結果

2.1兩組年齡、FF值和T值比較 與骨質正常組相比，骨質疏松組年齡、FF值較大，T值較小，差異有統計學意義(P<0.05)。見表1。骨質疏松患者和骨質正常者典型影像學表現見圖1，2。

表1 兩組年齡、FF值和T值比較

L1～4的FF值分別為56.22%、51.74%、57.49%、56.42%,T值分別為-2.9、-2.6、-3.0、-2.1 L1～4的FF值分別為32.17%、35.21%、38.87%、42.92%,T值分別為-0.5、-0.3、-0.4、-0.3圖1 骨質疏松患者的IDEAL-IQ表現圖 圖2 骨質正常者的IDEAL-IQ表現圖

2.2T值與FF值的相關性分析結果 Spearman秩相關分析結果顯示，FF值與T值呈負相關(rs=-0.642，P<0.001)。

2.3FF值診斷骨質疏松的效能分析結果 ROC曲線分析結果顯示，FF值具有診斷骨質疏松的應用價值[AUC(95%CI)=0.922(0.879～0.965)，P<0.001]，最佳截斷值為50.42%，其對應的靈敏度為88.10%，特異度為82.60%。見圖3。

圖3 FF值診斷骨質疏松的ROC曲線圖

3 討論

3.1骨質疏松是一種因骨量減少、骨內部微環境破壞導致骨脆性增加，增加骨折風險的一種全身性骨骼疾病。早期診斷骨質疏松并能及時予以干預治療是降低骨折風險的一種方法。骨強度與骨密度和骨質量有關。骨密度由骨內的礦物質所決定，占骨密度的70%，而骨質量受骨內的微環境結構水平變化的影響，其測量方法的研究是目前熱點之一[9-10]。

3.2目前，測量脂肪的磁共振技術主要有磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)、兩點法Dixon同相位與反相位技術和三點法Dixon同相位與反相位技術(即IDEAL-IQ)。MRS測量組織內脂肪含量的方法較為成熟，也是目前脂肪含量檢測的“金標準”[11]。但是，MRS的成像時間長，后期處理對圖像的質量要求高，操作繁瑣。而且，為了保證圖像質量，應用單體素波譜成像每次只能對一個椎體進行掃描，MRS的掃描也因此較為費時，檢查費用較高。兩點法Dixon同相位與反相位技術是利用水與脂肪的進動頻率不同，通過計算機處理得到水像和脂像[12]，但是兩點法存在一定的缺陷：第一，易受主磁場的不均影響，導致計算錯誤，無法得到純水和純脂的穩定圖像；第二，檢查時間長，導致其在臨床的應用受到限制。IDEAL-IQ則針對以上兩個缺點進行了完善。IDEAL-IQ是在兩點法Dixon同相位與反相位技術的基礎上進行的升級，采用多個梯度回波以及多種采集技術對圖像信號進行采集，得到更為優質的純水和純脂參數，實現定量分析。IDEAL-IQ在一個TR時間內采用多個回波，應用fly-back技術進行重建，得到6個水和脂肪的不同相位圖像，通過區域增長法進行重建，改善了兩點法在磁場不均勻上的問題，克服了T2*衰減、脂肪的多譜峰分布、噪聲誤差、渦流導致的相位誤差及主磁場不均勻等因素，得到更高信噪比的圖像，縮短掃描時間[13-14]。

3.3研究表明，隨著骨密度的減低，骨髓內的脂肪含量增加[15-17]。骨髓內脂肪含量的變化在骨質疏松診斷和療效評價方面引起了廣泛關注。髓內的脂肪細胞增多會導致成骨細胞減少，從而使得骨強度減低[18-20]。胡磊等[21]研究結果顯示，糖尿病組腰椎脂肪含量高于對照組，骨髓細胞明顯減少，通過脂肪定量的方法可推測椎體骨密度的變化情況。以往骨質疏松診斷主要依靠DXA和定量CT(quantitative computed tomography，QCT)，無法滿足臨床的診斷需求。DXA所測量的是椎體的面積，并非整個椎體的體積，且DXA是平面攝影技術，易受骨質增生以及體位的影響，導致測量數值不夠準確。QCT雖然能測量椎體的體積，但無法測量椎體內的脂肪含量，且輻射劑量較大。DXA、QCT檢查無法顯示骨髓內的微環境改變。IDEAL-IQ可定量評價骨組織微結構，且作為一種新的脂肪定量技術，能夠反映組織內的復雜性，可重復性好，準確度高，操作方便，為臨床診斷提供了準確、客觀信息[22-24]。本研究結果顯示，骨質疏松組的FF值較骨質正常組顯著升高，FF值與T值呈負相關。ROC曲線分析結果顯示，FF值可用于骨質疏松的診斷，診斷效能好[AUC(95%CI)=0.922(0.879～0.965)，P<0.001]，這與相關研究[25-26]結果相似。

綜上所述，椎體骨髓內骨髓脂肪含量增高，會減低骨的強度，導致骨質疏松發生。IDEAL-IQ可準確定量椎體的脂肪含量，了解骨髓的生理、病理變化，為臨床診斷骨質疏松提供新的方法。但本研究由于納入對象例數較少，未能進行分層分析，研究結論尚需進一步驗證。