磁共振化學位移成像聯合體質指數評估青年骨量減少的價值

王珊珊，陳祖欽，賀思健，張 泉，周 欣，畢 珣，袁 飛

骨質疏松是由多種原因導致的骨密度和骨質量下降，骨微結構破壞，造成骨脆性增加，從而容易發生骨折的一種全身性骨病[1, 2]。過去認為，骨量減少所導致的骨質疏松是一種隨年齡增長不可避免的退行性改變，近年來研究表明，隨著飲食結構、生活習慣的改變，骨量減少在青年中并非個例[3]。雙源X線吸收法(dual-energy X-ray absorptiometry, DXA)是目前檢測骨密度的常規方法，但其具有電離輻射，并不推薦作為青年人的常規體檢項目之一。磁共振化學位移成像通過測定組織信號計算脂肪分數來反映組織脂肪含量的變化。此方法既往用于軟組織結構及病變的報道很多。骨髓內脂肪含量增多被認為與骨質疏松相關[4]，此方法評價骨質疏松時較多應用于腰椎[5, 6]，而評估膝關節骨髓脂肪含量的研究鮮見。本研究在此基礎上，探討應用磁共振化學位移成像評價青年人骨量減少的可行性，并結合BMI進行綜合分析比較。

1 對象與方法

1.1 對象 招募某大學2018年一年級新生共624名，均為男性，所有被試者均接受了指端骨骨密度初篩，其中58例Z值<-2者納入進一步研究。排除標準：(1)曾經或現在患有影響骨代謝疾病(例如惡性腫瘤、下丘腦或垂體疾病、糖尿病、維生素D缺乏、甲狀旁腺疾病等)；(2)曾經或正在應用影響骨代謝藥物(例如雙膦酸鹽、激素替代藥物、 糖皮質激素等)；(3)膝關節或者腰椎等大關節骨折、各種原因致臥床超過1個月；(4)曾有過金屬植入物等可能影響測量結果因素的病史。本研究方案獲本院倫理委員會批準，所有被試均簽署知情同意書。

58例接受腰椎骨密度(bonemineraldensity,BMD)檢查，其中41例Z值<-1，達到骨質減少標準，其中3例因存在既往藥物治療及骨折病史被排除，共38例納入骨量偏少組。另行招募30名志愿者中，除1例既往有過腓骨近端骨折病史被排除外，其余29例Z值均大-1，納入骨量正常組。

1.2 檢查方法

1.2.1 BMD檢查 使用Hologic QDR2000型骨密度儀，對指端骨Z值<-2者進行復查，DXA檢測受檢人員腰椎，通過自帶軟件生成Z值。

1.2.2 MRI檢查 使用SiemensVerio 3.0T MRI掃描儀，DXA檢查當天進行膝關節磁共振檢查。采用仰臥位，足先進，八通道膝關節線圈。檢查序列包括：(1)常規序列，橫斷位T2WI/TSE/FS，冠狀位T2WI/TSE/FS，矢狀位PDW/TSE。(2)DIXON法，采用3D容積內插屏氣檢查(3D volume interpolation breath-hold examination,3D VIBE)序列，掃描參數為重復時間5.65 ms，第一回波時間2.46 ms，第二回波時間3.69 ms，層厚2 mm，FOV=160×160 mm2,翻轉角9°，矩陣384x384，NEX=2。掃描結束后得到同相位圖、反相位圖，水像圖、脂像圖。

1.3 其他資料 利用電子測量儀對身高、體重進行測量，計算受試者的體質指數(body mass index,BMI)值。

1.4 圖像處理 利用工作站后處理軟件得到膝關節脂肪分數(fatfraction,FF)圖，計算公式：FF(%)=[SIfat/(SIfat+SIwater)]×100%，SIfat、SIwater分別代表脂像及水像中的信號強度。測量方法：選擇髕骨最大層面及其相鄰的兩個層面，避開骨皮質，對髕骨輪廓進行手動勾畫，每個層面分別測量兩次，取其平均值作為該層面的髕骨FF值，以三個層面髕骨FF值的平均值作為最終結果(圖1)。

圖1 一名受試者應用磁共振化學位移成像

A.同相位;B.反相位;C.脂像;D.水像;E.FF值mapping圖;F.L1-L4椎體平均骨密度Z值

2 結 果

2.1 髕骨FF值及BMI值分析 骨量偏少組與骨量正常組之間髕骨FF值、BMI值比較，兩組所有數據均符合正態分布，年齡差異無統計學意義(P=0.618)。BMI值比較，骨量偏少組低于骨量正常組，FF值比較，骨量偏少組顯著高于骨量正常組(P<0.01，表1)。

項目骨量正常組(n=29)骨量偏少組(n=38)P年齡(歲)19.3±1.319.4±1.30.618BMI(kg/m2)23.1±2.020.2±1.9<0.001FF(%)78.6±1.280.5±1.4<0.001

2.2 FF、BMI及兩指標聯合判定骨量減少分析 應用ROC對FF、BMI及兩指標聯合方法進行分析(圖2)：FF判定骨量減少的敏感度、特異度、AUC、臨界點分別為68.4%，75.9%，0.808(95%CI：0.693～0.894)，79.6%；BMI判定骨量減少的敏感度、特異度、AUC、臨界點分別為73.4%，89.7%，0.858(95%CI：0.751～0.931)，21.1 kg/m2；兩指標聯合診斷骨量減少敏感度、特異度、AUC分別為86.8%、86.2%、0.920(95%CI:0.858～0.982)。聯合檢測與FF及BMI單獨檢測相比，準確率提高，差異有統計學意義(P=0.0136，P=0.0187，圖2)。

圖2 BMI+FF兩指標單獨與聯合診斷骨量減少的ROC曲線比較

3 討 論

既往認為，青年人并不是骨質疏松的好發人群，65歲以下無骨質疏松癥狀的女性是否需要進行DXA檢測目前仍存在爭議[7]。但在此次對青年人群的骨質情況調查研究發現，骨量減少在青年人群中并不少見。骨量減少將增加患者骨折的風險，老年時期骨質疏松性骨折的發生與青年時期骨峰值的累計息息相關。骨峰值是指人一生中獲得的最大的骨密度值，一般在骨骺愈合后幾年內達到。骨峰值每增加10%，未來骨質疏松性骨折的發病將減少50%[8]。而峰值骨量在個體達到18歲時，已基本達到90%[3]，所以青少年時期是骨峰值形成的關鍵時期。

骨骼成分包括有機物(骨皮質、骨小梁)及無機物(骨髓組織)。既往研究中對于有機物研究較多，無機物對骨質量的影響在近年才逐漸被重視起來。骨髓內脂肪細胞與成骨細胞均起源于間充質干細胞[9, 10]，骨髓內脂肪細胞增多將抑制成骨細胞的活動，進而抑制骨生成[11]。越來越多的證據表明，骨質疏松與骨內脂肪沉積直接相關[12]。

目前用磁共振方法評估骨質疏松的常用方法主要包括磁共振氫質子波譜成像(1H-Magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS)、動態對比增強MRI(dynamiccontrast-enhancedMRI,DCE-MRI)及化學位移成像三種。作為一種可以無創測定活體組織代謝及生化指標的功能性磁共振檢查方法，MRS被認為是骨髓脂肪定量的金標準[9, 12]，但由于檢查時間過長及感興趣區的選擇限制[10]使其無法廣泛使用；DCE-MRI通過注射對比劑后獲取Ktrans、Ve等參數來評定骨質的情況，Zhu等[13]發現，DCE-MRI的測量參數之一Ktrans可以早期反映骨髓灌注情況，數值降低代表血管收縮增強和血管內皮細胞間隙縮小，這可能是骨質疏松癥早期的原因。但由于對比劑的使用及掃描時間過長的原因，限制了其在實際臨床中的應用。

磁共振化學位移成像技術通過脂肪質子和水質子共振的頻率不同，在一個重復時間內設定兩個或多個特定回波時間，在很短的掃描時間內就可以得到同相位及反相位圖，再通過簡單計算即可得出脂肪分數圖。其操作簡便、耗時短等優勢被認為是1H-MRS的最佳替代檢查[12]。臨床上，磁共振化學位移成像技術多用于肝臟及腎上腺的病變的檢查[14]，朱進等[15]也將其應用于脊旁肌脂肪浸潤的評估，但在膝關節進行骨髓脂肪定量測量的報道不多。

目前，膝關節骨密度的測定在感興趣區的選擇，測量的長度、體位，甚至測量軟件等問題上尚未達成一致標準[16-18]。Murohy等[19]發現，髕骨骨量可以反映整體膝關節骨質的情況，敏感度較高。

BMI作為目前常用的衡量人體肥胖程度的指標，綜合體現飲食、運動及遺傳因素對身體的影響。BMI容易獲得，應用廣泛[20]，且在既往研究中發現BMI與骨密度值存在正相關性[21]。但不能反映全身及局部脂肪量的多少，而脂肪組織對骨量的影響是多方面且不容忽視的[22, 23]。利用BMI及FF聯合的方法進一步提高了青年骨量減少的檢出率，聯合應用兩種方法AUC達到0.920(95%CI：0.858～0.982)，說明兩指標聯合診斷具有較高的診斷效能。并且聯合方法量化了骨髓內脂肪的含量，相對于單純的骨密度檢測，其對骨質疏松性骨折的預測性更強[24]。

綜上所述，骨髓脂肪組織與體質指數聯合檢測，對骨量減少的檢出具有較高的效能，并且可以提供骨內脂肪組織的定量信息，有助于對尚未形成統一規范的測量部位骨量及骨髓脂肪進行檢查，具有較好的應用前景及臨床價值。