健康成年女性腰椎骨髓成分對DWI骨髓擴散信號強度及ADC值的影響*

韓 錚,胡 亮,潘江峰,夏秀梅

(金華市中心醫院醫學影像科,浙江金華 321000)

擴散加權成像(diffusion weighted imaging,DWI)通過反映骨髓內水分子擴散情況間接反映骨髓功能狀況,目前在骨髓疾病的檢出[1-2]、良惡性椎體骨折鑒別[3-7]、骨髓瘤治療療效評估及預后[8-9]等方面顯示出較高的價值。多項研究表明,在健康成年女性中,腰椎及骨盆骨髓擴散信號強度及表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient,ADC)值隨年齡和月經狀況的不同而不同[10-14]。目前,大多數研究推測年齡和月經狀況主要通過影響骨髓成分來影響骨髓擴散信號強度及ADC值[10-12,14]。研究腰椎成分對其骨髓擴散信號強度及ADC值的影響,可以全面了解骨髓組織的結構和代謝狀態,并進一步認識骨髓在生理和病理狀態下的變化規律,這對影像診斷及臨床治療方案的制訂具有重要意義。然而,關于這兩者之間的關系國內外尚未見報道。因此,本研究旨在分析健康成年女性腰椎骨髓成分對腰椎骨髓擴散信號強度及ADC值的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究回顧性分析2021年1月至2022年12月在本院接受上腹部MRI檢查的健康成年女性影像學資料。研究對象納入標準：(1)年齡≥18歲;(2)腰椎發育正常。排除標準：(1)腰椎骨折、手術及放化療史;(2)惡性血液系統疾病、腫瘤病史;(3)激素類藥物服用史;(4)近1個月內感染病史;(5)肝硬化病史;(6)DWI序列明顯偽影,水脂分離序列中出現水脂錯配。最終103例健康成年女性納入本研究,年齡19～82歲,平均(50.44±13.60)歲。其中,年齡19～<30歲8例,30～<40歲17例,40～<50歲15例,50～<60歲有40例,60～<70歲有15例,70～82歲8例。本研究通過本院倫理委員會審查批準(批準號2023650101),并免除檢查者知情同意。

1.2 方法

使用GE 1.5T Optima MR360掃描儀,采用8通道體部線圈及呼吸門控,行上腹部MR平掃及DWI檢查,部分行增強掃描。呼吸觸發軸位DWI(RTr AX DWI),TR=6 600 ms,TE=75 ms,FOV 40.0 cm×40.0 cm,層厚=6 mm,層間距=1.2 mm,矩陣=256×256,NEX=4,b值取0和800 s/mm2。兩點法水脂分離(三維容積內插快速采,LAVA-Flex),TR=5.9 ms,TE = 3.1 ms,FOV 42.0 cm×33.6 cm,層厚=6 mm,層間距=-4.5 mm,矩陣=256×192。并自動生成水相、脂肪相、水+脂肪相、水-脂肪相。

1.3 圖像分析

在b=800 s/mm2圖像上,根據腰1椎體與鄰近豎脊肌信號強度比較將研究對象分為兩組：高信號組(腰椎骨髓擴散信號強度明顯高于鄰近豎脊肌擴散信號強度)和等低信號組(腰椎骨髓擴散信號強度低于鄰近豎脊肌擴散信號強度或與之相似)。在GE ADW4.6工作站,在腰1椎體中間水平位置勾畫出類圓形感興趣區,面積為(150±25)mm2,測量腰1椎體骨髓ADC值。在明天醫網PACS系統(版本號V4.9.0.4804)上,在腰1椎體中間水平位置勾畫出類圓形感興趣區,面積為(150±25)mm2,測量腰椎骨髓水相及脂肪相信號強度,計算骨髓脂肪分數,腰椎骨髓脂肪分數=脂肪相信號強度/(水相信號強度+脂肪相信號強度)×100%,見圖1。由兩名具有10年MRI診斷經驗的影像醫師分別進行上述數據測量及信號分型評價,對兩者結果進行一致性分析。最后,以其中一名具有豐富肌骨影像診斷經驗醫師的結果作為后續研究數據。

A：腰椎骨髓擴散信號強度高于鄰近豎脊肌,表現為高信號;B：腰椎骨髓擴散信號強度與鄰近豎脊肌相似,表現為等信號;C：腰椎骨髓擴散信號強度低于鄰近豎脊肌,表現為低信號;D：水相時腰椎骨髓信號強度測量示意圖;E：脂肪相時腰椎骨髓信號強度測量示意圖;F：腰椎骨髓ADC值測量示意圖。

1.4 統計學處理

2 結 果

2.1 腰椎骨髓擴散信號強度、ADC值、脂肪分數測量的重復性

不同評價者腰椎骨髓擴散信號強度分型Kappa系數為0.845(95%CI：0.741～0.949),不同評價者腰椎骨髓ADC值、脂肪分數ICC分別為0.747(95%CI：0.647～0.821)、0.845(95%CI：0.780～0.893)。腰椎骨髓ADC值、脂肪分數兩次測量Bland-Altman圖見圖2。腰椎骨髓擴散信號強度、ADC值及脂肪分數測量在不同評價者之間具有良好甚至優秀的一致性。

A：ADC值;B：脂肪分數。

2.2 腰椎骨髓擴散信號強度的影響因素

單因素分析顯示,年齡、腰椎骨髓脂肪分數、月經狀況為腰椎骨髓擴散信號強度的影響因素(P<0.001)。多因素分析顯示,年齡(P=0.046)、腰椎骨髓脂肪分數(P=0.005)為腰椎骨髓擴散信號強度影響因素,月經狀況(P=0.242)不是其影響因素,見表1、圖3。

表1 影響腰椎骨髓擴散信號強度的二元logistic回歸分析結果

A：年齡比較箱線圖(5%～95%); B：腰椎骨髓脂肪分數比較箱線圖(5%～95%);C：月經狀況比較百分比圖;①：等低信號組;②：高信號組;a：P<0.001。

2.3 腰椎骨髓ADC值的影響因素

單因素分析顯示,年齡、腰椎骨髓脂肪分數、月經狀況是腰椎骨髓ADC值的影響因素(P<0.001);多因素分析顯示,腰椎骨髓脂肪分數(P<0.001)是腰椎骨髓ADC值的影響因素,年齡(P=0.497)及月經狀況(P=0.082)并非腰椎骨髓ADC值影響因素,成年女性腰椎骨髓脂肪分數與ADC值呈負相關(rs=-0.607,P<0.001),見表2,圖4。

表2 影響腰椎骨髓ADC值的多元線性回歸分析結果

圖4 女性腰椎骨髓脂肪分數與ADC值線性相關分析圖

3 討 論

本研究結果顯示,在健康女性中,腰椎骨髓脂肪分數對腰椎骨髓擴散信號強度影響明顯。此外,有研究發現在50歲以前,女性腰椎和骨盆的骨髓擴散表現為高信號,而在50歲之后則表現為等低信號[11-12]。這種現象可能是因為50歲前女性腰椎及骨盆內含有較多的紅骨髓,而50歲之后脂肪含量明顯增加,紅骨髓轉化為黃骨髓。本研究結果顯示腰椎骨髓擴散高信號組脂肪分數較等低信號組低,與上述研究相符。黃骨髓的化學成分大約80%為脂質、15%為水、5%為蛋白,而紅骨髓的化學成分大約50%為脂質、35%為水、15%為蛋白[15-16]。紅骨髓含有更多的水分和血液灌注,因此其擴散信號強度及ADC值均高于黃骨髓[14,17-18]。另外,CUI等[14]研究表明腰椎骨髓擴散信號強度與骨髓內水分數相關,骨髓內水分數越高,骨髓擴散信號強度越高,這可能與T2穿透效應[指高T2信號強度的組織或成分(如水)在DWI中保留其高信號]有關。骨髓內水分數與脂肪分數呈負相關,所以本研究中健康成年女性的腰椎骨髓擴散高信號組腰椎骨髓脂肪分數較等低信號組低。本研究顯示,女性腰椎骨髓脂肪分數對腰椎骨髓ADC值有影響,二者呈現一定的負相關。已有研究發現女性腰椎骨髓ADC值與年齡[10]和骨質密度[19]呈負相關。隨著年齡增長,腰椎骨髓脂肪含量逐漸增加,骨密度逐漸降低,而ADC值逐漸減小,因此腰椎骨髓ADC值與腰椎骨髓脂肪分數呈現一定的負相關。本研究單因素分析結果顯示,年齡是腰椎骨髓ADC值的影響因素,這與之前研究結果一致[10-13]。然而,多因素分析結果顯示,年齡并不是腰椎骨髓ADC值的影響因素,作者推測年齡可能是通過影響骨髓成分間接影響腰椎骨髓ADC值。

多項研究表明,絕經前的女性腰椎紅骨髓含量豐富,骨髓內含有較多的水分及血液灌注[16,20]。而絕經后的女性雌激素急劇下降,導致腰椎骨髓內脂肪急劇堆積,同時骨水分及血液灌注明顯減少[16]。早期一項研究顯示,女性雙側卵巢切除術后3個月(相當于人工絕經),腰椎骨量急劇減少12.5%,骨髓內脂肪含量急劇增加92%,同時骨髓血液灌注明顯減少[21]。以往研究發現,女性腰椎骨髓擴散信號強度和ADC值與月經狀況相關。未絕經女性腰椎骨髓擴散信號強度大多呈高信號、骨髓ADC值相對較高。而絕經后女性腰椎擴散信號大多呈等低信號,ADC值相對較低[10,14]。本研究單因素分析結果與之基本一致,但多因素分析結果顯示,月經狀態與腰椎骨髓擴散信號強度及ADC值不相關。這可能與引入腰椎骨髓脂肪分數有關,月經狀況可能主要通過影響腰椎骨髓成分來影響腰椎骨髓擴散信號強度及ADC值。

本研究存在以下缺陷：(1)本研究為單中心,入組人群存在選擇偏倚;(2)本研究為回顧性研究,僅研究了腰1椎體骨髓擴散信號強度及ADC值情況,并未測量其他腰椎骨髓情況,其原因是隨著年齡增長,其他腰椎退行性改變明顯,這可能會影響腰椎骨髓DWI表現;(3)本研究使用梯度回波水脂分離技術測量腰椎骨髓脂肪分數,這容易受磁場不均勻性的影響。

總之,本研究發現健康成年女性腰椎骨髓成分對腰椎骨髓擴散信號強度及ADC值有明顯影響。了解腰椎骨髓DWI表現的真正影響因素,對于骨髓DWI臨床實踐具有一定的價值。