基于VIBE-Dixon技術(shù)的女性腰椎脂肪測量及其與骨密度的相關(guān)性

陸豐 倪建明 姜宇 趙艷軍 吳文娟 張追陽*

1.南京醫(yī)科大學(xué)附屬無錫第二人民醫(yī)院影像科，江蘇 無錫 214001 2.南京醫(yī)科大學(xué)附屬無錫第二人民醫(yī)院骨科，江蘇 無錫 214001

骨質(zhì)疏松癥是以骨密度低、骨組織微結(jié)構(gòu)退化、易導(dǎo)致脆性骨折為特征的疾病。骨質(zhì)疏松已經(jīng)成為困擾老年人群一種常見疾病，我國50歲以上女性患骨質(zhì)疏松患病率達(dá)29.13%[1]。在臨床工作中依靠骨密度來反映骨質(zhì)疏松癥情況，常用雙能X線吸收測量法(Dual-energy X-ray absorptiometry, DXA)進(jìn)行測量，但是受骨贅、退化性硬化、鈣化等因素的影響，骨密度增高，導(dǎo)致臨床工作中骨質(zhì)疏松的診斷率下降。研究[2]表明，骨髓脂肪在骨質(zhì)疏松癥的病理生理中起重要作用。VIBE-Dixon(volumetric interpolated breath-hold examination-Dixon)是三維容積內(nèi)插快速擾相技術(shù)與Dixon相結(jié)合的序列，用于快速、準(zhǔn)確地脂肪定量。既往研究主要集中在肝臟、肌肉等組織的脂肪定量，很少用于椎體骨髓脂肪含量的測量。本研究探討VIBE-Dixon技術(shù)測得的女性腰椎椎體脂肪含量與DXA的關(guān)系，并探討其與女性年齡、絕經(jīng)年限的關(guān)系。

1 材料和方法

1.1 一般資料

本研究為前瞻性研究，研究對象來自2018年1月至2019年1月“磁共振腰椎脂肪定量”研究項(xiàng)目的志愿者。每位志愿者的DXA和MRI在同一天內(nèi)完成。納入標(biāo)準(zhǔn)：志愿參加腰椎MR定量檢查及骨密度檢查且年齡21～70歲者。排除標(biāo)準(zhǔn)：糖尿病、甲狀旁腺功能亢進(jìn)、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、成骨不全、甲狀腺功能亢進(jìn)、兩年內(nèi)有骨折、骨腫瘤、骨轉(zhuǎn)移、多發(fā)性骨髓瘤、皮質(zhì)醇增多癥、肝臟代謝疾病、腎性骨營養(yǎng)不良、嚴(yán)重貧血、臥床1周以上等影響骨代謝的疾病；服用降鈣素、維生素D、皮質(zhì)類固醇雙膦酸鹽等影響骨代謝的藥物；一周內(nèi)口服或靜脈注射影響骨密度準(zhǔn)確性的造影劑等。研究通過了醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有研究對象均簽署知情同意書。本研究共納入女性患者121例，年齡21～70歲,平均(45±14)歲。具體見表1。

1.2 腰椎MR VIBE-Dixon掃描及測量

由1名有經(jīng)驗(yàn)的操作者采用Siemens MAGNETOM Skyra 3T超導(dǎo)型成像系統(tǒng)對所有研究對象行腰椎MR VIBE-Dixon檢查。VIBE-Dixon序列一次成像能產(chǎn)生正相位、反相位、水相、脂肪相4組圖像。基本參數(shù)：TR=8.21 ms，TE1=2.46 ms，TE2=3.69 ms，層厚=2 mm，slice per slab=36，F(xiàn)OV=260 mm×207 mm，矩陣=256×192，average=1，flip angle=5°，Band width=1 030 Hz/px，不施加并行采集掃描，掃描前先自動勻場，掃描時(shí)間為1 min 45 s。腰椎VIBE-Dixon序列時(shí)需要屏氣掃描，以L3為中心，包括L1-L5，包括椎體左、右邊緣。采集完圖像后，工作站分別測量L1-L4各椎體中間層面水相、脂肪相的信號強(qiáng)度，ROI設(shè)在腰椎L1-L4椎體的松質(zhì)骨。最后利用公式計(jì)算脂肪分?jǐn)?shù)(FF)=I脂肪/(I脂肪+I水)。

1.3 腰椎DXA檢查

采用GE Healthcare Lunar Prodigy Advance骨密度測量儀進(jìn)行雙能X線骨密度測量。檢查前，按照制造商的建議進(jìn)行質(zhì)量控制程序。檢查時(shí)，研究對象仰臥位，雙下肢抬高，范圍從T12下1/2至L5椎體上1/2。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 圖像特征

121例受試者行腰椎MRI掃描后，均獲得滿意的同相位像、反相位像、水相和脂肪相圖像，未出現(xiàn)水、脂分離錯誤。所有腰椎MRI圖像信號均勻，解剖結(jié)構(gòu)清晰，無明顯運(yùn)動偽影，見圖1。

圖1 患者腰椎MRI圖像注：A-D分別是同相位、反相位、水相、脂肪相。FF為61.1%。Fig.1 MRI image of the lumbar spine

2.2 基本特征

五組研究對象的分組情況、體質(zhì)指數(shù)、L1-L4平均腰椎椎體骨髓脂肪分?jǐn)?shù)、L1-L4平均骨密度比較見表1。不同組間體質(zhì)指數(shù)、骨密度值、 L1-L4椎體平均骨髓脂肪含量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 五組研究對象體質(zhì)指數(shù)、骨密度、骨髓脂肪含量測量結(jié)果及比較

2.3 FF 年齡相關(guān)性分析

L1-L4椎體平均骨髓脂肪含量與年齡呈正相關(guān)(r=0.659，P<0.01)。

2.4 BMD、FF 與絕經(jīng)年限的相關(guān)性分析

BMD隨椎體FF上升呈下降趨勢(圖2)。L1-L4椎體平均BMD隨絕經(jīng)年限的延長呈下降趨勢(圖3)；L1-L4椎體平均骨髓FF隨絕經(jīng)年限的延長呈上升趨勢(圖4)。兩者都分別在1～5年、11～25年變化明顯(圖3，圖4)。

圖2 脂肪分?jǐn)?shù)與骨密度關(guān)系Fig.2 The relationship between fat fraction and bone mineral density

圖3 絕經(jīng)年限與骨密度關(guān)系Fig.3 The relationship between menopausal years and bone mineral density

圖4 絕經(jīng)年限與脂肪分?jǐn)?shù)關(guān)系Fig.4 The relationship between menopausal years and fat fraction

3 討論

骨質(zhì)疏松癥以絕經(jīng)后女性和老年男性最常見。目前主要通過DXA評估骨質(zhì)疏松。然而，DXA具有一定局限性。特別是，大多數(shù)脆性骨折患者的骨密度不低，不滿足DXA診斷骨質(zhì)疏松癥的標(biāo)準(zhǔn)，并被錯誤地歸類為沒有骨質(zhì)疏松癥。此外，從50歲到80歲的髖部骨折風(fēng)險(xiǎn)增加了30倍并不能用骨密度降低來解釋，骨密度降低只能預(yù)測髖部骨折風(fēng)險(xiǎn)增加4倍[3]。由于DXA不能完全評估骨折風(fēng)險(xiǎn)，研究人員試圖確定骨質(zhì)疏松癥的其他風(fēng)險(xiǎn)因素或治療靶點(diǎn)。生物學(xué)研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞存在于骨髓腔，其分化為脂肪細(xì)胞或成骨細(xì)胞。骨髓脂肪組織(bMAT)并不是一個簡單的填充物，而是一個與骨重建、造血和免疫細(xì)胞分化、能量代謝密切相關(guān)的動態(tài)內(nèi)分泌器官。已有研究表明，bMAT脂肪細(xì)胞產(chǎn)生的飽和脂肪酸可抑制間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖，并對成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的分化具有脂毒作用[4]。女性椎體骨髓的脂肪比例在61～70歲達(dá)到高峰[1]。

磁共振技術(shù)進(jìn)行脂肪定量是近年來的研究熱點(diǎn)。臨床應(yīng)用和研究的領(lǐng)域包括非酒精性脂肪性肝炎、肌肉疾病、肥胖、惡病質(zhì)和骨骼肌減少癥等。Dixon技術(shù)與傳統(tǒng)MRS脂肪定量方法相比，節(jié)省了掃描時(shí)間，提高了工作效能。Grimm等[5]、Le Ster等[6]、翟樹佳等[7]、柳勇等[8]證實(shí)Dixon技術(shù)在肌肉、椎體、胰腺脂肪定量方面是可靠的。本實(shí)驗(yàn)采用的兩點(diǎn)式VIBE-Dixon技術(shù)基于3D區(qū)域增長算法，一定程度上改善局部磁場不均勻性對的水、脂分離的影響，得到的水、脂分離結(jié)果更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定。采用小FOV，序列掃描前須先進(jìn)行勻場，盡量減少磁場不均勻性，更準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)水、脂分離。同時(shí)，采用設(shè)置5°翻轉(zhuǎn)角以減少T1權(quán)重的影響[6]。Grimm等[5]通過比較兩點(diǎn)式與三點(diǎn)式、六點(diǎn)式方法發(fā)現(xiàn)同、反相位的兩點(diǎn)式Dixon水、脂分離技術(shù)是可靠的。

研究發(fā)現(xiàn)，女性腰椎椎體骨密度隨脂肪分?jǐn)?shù)上升呈下降趨勢，與之前的研究[8,10-13]一致。同時(shí)，女性腰椎L1-L4平均椎體骨髓脂肪含量與年齡呈正相關(guān)，脂肪分?jǐn)?shù)隨年齡增長呈上升趨勢，與利用MRS技術(shù)測量腰椎椎體脂肪含量的研究結(jié)果一致[13]。

研究發(fā)現(xiàn)，絕經(jīng)期女性的腰椎椎體骨密度、脂肪分?jǐn)?shù)分別隨絕經(jīng)年限的延長呈下降趨勢和上升趨勢，尤其是絕經(jīng)后1～5年、11～25年變化明顯。與女性絕經(jīng)后8年左右易出現(xiàn)骨質(zhì)疏松癥[14]的觀點(diǎn)是一致的，說明絕經(jīng)年限與女性骨質(zhì)疏松程度密切相關(guān)，腰椎椎體脂肪分?jǐn)?shù)具有預(yù)警價(jià)值。

本研究的局限性：①本研究測量的FF值是基于磁共振信號強(qiáng)度的基礎(chǔ)上得到的，影響信號強(qiáng)度的因素很多，特別是翻轉(zhuǎn)角，本文沒有比較不同翻轉(zhuǎn)角引起的骨髓脂肪分?jǐn)?shù)的變化；②兩點(diǎn)式VIBE-Dixon技術(shù)無法對脂肪成分進(jìn)行測定。絕經(jīng)前、后骨髓脂肪酸成分的變化可能是引起骨質(zhì)疏松程度的重要因素[15]；③影響骨質(zhì)疏松程度的因素很多，在實(shí)驗(yàn)中無法完全排除，同時(shí)樣本量偏少。

綜上所述，MR VIBE-Dixon技術(shù)測量腰椎椎體骨髓脂肪含量，豐富了骨質(zhì)疏松檢查手段。它的高效性使得腰椎磁共振一站式檢查成為可能，在提供傳統(tǒng)圖像信息的同時(shí)提供椎體的脂肪含量信息，將在定量、精確評估骨質(zhì)疏松程度、骨折風(fēng)險(xiǎn)等方面提供重要參考。