椎體脂肪化對椎體骨質疏松性骨折風險的評價意義

徐榮健,鄭杰文,何磊,錢宇

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

骨質疏松是一種由于礦物質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,骨質疏松患者的比例明顯上升,由此引發的骨質疏松性骨折(vertebral osteoporotic fracture,VOF)和相應并發癥的風險也隨之增加[1-2],因此,盡早發現疾病并可靠地評估骨質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干細胞(mesenchymal stem cell,BMSC),生理狀態下,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[3-4]。但是在某些病理狀態下,如骨質疏松癥,這種平衡態就會被破壞,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(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常規序列及血生化檢查;(3)行PKP患者能與同時期體檢患者根據性別年齡相互配對。排除標準：(1)患有相關內分泌疾病,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月在紹興市人民醫院記錄在冊骨質疏松性骨折并行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。將配對后的數據分為骨折組和非骨折組,根據其MRI影像測量VFAR、VFSR、VFI并結合基線數據進行統計學分析。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,差異有統計學意義(P<0.05)。48%患者的年齡主要分布在60～69歲區間內,大多數的患者是女性(65%),骨折組82%患者生活環境是農村,而非骨折組44%患者生活環境是農村(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2次,層數13層,翻轉角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影像數據導出,然后由兩名經驗豐富的骨科醫師在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域,同時標記出背部脂肪所在區域,測量其灰度值(見圖2)。分別計算出VFAR(椎體脂肪化區域面積÷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,差異均有統計學意義(P<0.05,見圖4)。在年齡亞組中,60～69歲區間內骨折組和非骨折組VFAR和VFSR差異有統計學意義(P<0.05)。>70歲區間骨折組VFAR、VFSR和VFI顯著高于非骨折組,差異均有統計學意義(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性骨骼疾病[6-7]。骨折是骨質疏松最具破壞性的后果,具有高發病率和高死亡率的特點,據估計發生髖部骨折后1年之內20%患者會死于各種并發癥,約50%患者致殘,會帶來沉重的家庭和社會負擔[2]。在骨質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疏松癥骨折的危險因素。

由于MRI能夠對脂肪體積分數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可以區別有無椎體骨折的骨質疏松患者,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]。最近一些研究發現,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,越能預測骨質疏松性骨折,這可能與年齡是骨質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,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疏松椎體骨折危險也逐漸增加[16]。同時本研究發現血脂含量過高,甲狀腺功能偏低、高血壓糖尿病等并發癥為骨質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,并且在常規臨床環境中沒有廣泛使用。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)本研究為小樣本數據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傷或癥狀發作后而不是之前進行掃描,需要在骨折發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的診斷性能與常規測量(如BMD或CT值)的診斷性能,并探索VFAR、VFSR和VFI在常規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性評估骨質疏松性骨折風險的實用工具。