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医学影像学杂志2024年第34 卷第1 期 J Med Imaging Vol.34 No.1 2024不同 MR 设备 CSE MR 序列定量骨髓质子密度脂肪分数的一致性分析李雪峰1，罗鹏1，白杨2，蒋蕾1，左晓勇1，李冠武1，常时新11.上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院医学影像科 上海 200437；2.上海中医药大学 上海 202012【摘 要】目的探讨以单体素氢质子磁共振波谱成像（MRS）为参照，验证不同厂家 3T 化学位移编码水/脂分离 MR 序列（CSE-MRI）定量腰椎骨髓质子密度脂肪分数（PDFF）的可重复性与一致性。方法选取 38 例受试者进行腰椎 MRS（PDFFMRS）、联影 CSE-MRI（PDFFFACT）与西门子 CSE-MRI（PDFFDixion）扫描。以均方根误差（RMSE）和均方根变异系数（RMS-CV）评价 CSE-MRI 定量 PDFF 的精密度及可重复性。使用组内相关系数（ICC）评估不同观察者及观察者内测定PDFF 值的一致性。采用 Linear regression 及 Bland-Altman 分析评价不同 CSE-MRI 序列与 MRS 定量 PDFF 的可代替性及不同公司间 CSE-MRI 序列定量 PDFF 的一致性。结果PDFFMRS、PDFFFACT及 PDFFDixion定量骨髓 PDFF 值分别为58.2%（38.7%，67.0%）、56.7%（37.2%，66.6%）、56.3%（36.8%，65.4%）。PDFFFACT与 PDFFDixionRMSE 分别为 1.48%、1.57%，RMS-CV 分别为 2.37%、2.25%，可重复性良好。观察者内及观察者间测定 PDFF 具有实质性的一致性，ICC 均大于 0.99。MRS、FACT 及 Dixon VIBE 序列定量骨髓 PDFF 之间的线性回归分析，R2=0.9850.989，差异有统计学意义（P0.99.Marrow PDFF by MRS，FACT and Dixon VIBE sequence with linear regression analysis were as follows：R2=0.9850.989，all P 0.001.92.1%-97.4%data points，calculated using the BlandAltman method，were within the limits of agreement.ConclusionsThe reproducibility from UNI and Siemens for quantifying spinal marrow PDFF is good and their accuracy is equivalent to MRS.【Key words】Marrow fat；Chemical shift-encoded；Water/fat separation；Magnetic resonance imaging腰椎骨髓脂肪含量可反映骨质情况，如骨质疏松等1-2。基于化学位移编码水脂分离MRI（CSE-MRI）或可成为在骨髓中进行无创脂肪定量的新手段。相关文献3-4在探讨CSE-MRI对MRS的可替代性均表明二者有良好的一致性。这些不同的校正处理方式意味着在使用CSE-MRI时，不同的MR制造基金项目：上海市卫生和计划生育委员会科研课题（编号：201840034）作者简介：李雪峰（1987-），男，本科学历，主治医师，主要从事骨关节影像学诊断工作通信作者：常时新 E-mail：104医学影像学杂志2024年第34 卷第1 期 J Med Imaging Vol.34 No.1 2024商会采用不同的算法及模型对其进行校正，目前尚无研究证明这是否会对诊断结果产生影响。本文对不同厂家CSE-MR序列定量PDFF的可重复性与一致性进行验证，旨在明确可以利用不同厂家 CSE-MRI序列进行多中心分析。1资料与方法1.1一般资料选取2018年5月至2020年7月在我院就诊的健康受试者38例，其中男性8例，女性30例，年龄1784 岁，平均年龄（55.818.4）岁，均行腰椎 MRI 检查。纳入标准：1）健康良好行动自如者；2）无手术史、无肿瘤及放化疗史；3）能够独立完成问卷调查；4）无 MRI 检查禁忌证（如心脏起搏器植入史等）。排除标准：1）长期（超过3个月）使用影响骨代谢的药物，如糖皮质激素、雌激素、双膦酸盐等；2）伴有影响骨代谢的疾病，如糖尿病、Paget 病、垂体及下丘脑疾病等；3）腰椎骨折史；4）子宫及卵巢切除史等。在入组时对健康受试者的身高、体重等一般资料进行准确记录，并计算体质量指数（body mass index，BMI；kg/m2）。本文经医院伦理委员会批准通过，所有健康受试者均知情同意。1.2检查方法MRI检查：采用西门子公司（Siemens Verio）、联影公司（uMR 780）3.0T MR扫描仪进行扫描。首先进行腰椎的常规扫描，包括矢状位 T1WI 和矢状位T2WI，做腰椎形态学分析，对骨折、血管瘤和占位性等病变进行排除。腰椎常规T1WI及T2WI扫描完成后分别行西门子 L3 椎体单体素 MRS 扫描以及 3D Dixon VIBE 扫描，最后在联影 MR 扫描仪执行 3D FACT序列扫描。MRS 扫描：为便于 L3 椎体中心部位的体素块（volume of interest，VOI）能够定位准确，之后会分别在VOI前后、左右、上下6个方位添加饱和带（饱和带与VOI距离23mm）以避免被周围组织干扰5。由于1H-MRS的长TR可以使T1偏倚效应的影响最小化，短TE可以起到降低J耦合效应的作用，且使用多TE采集可以达到计算T2及每个波峰各自的T2校正的峰下面积值（水与脂肪或脂肪与脂肪间具有不同T2值）的目的6。多回波CSE-MRI成像：多回波3D扰相梯度回波序列，频率编码设为 A/P，可以对呼吸伪影进行优化。由于在人体骨髓中水与脂肪之间的T1值有较大的差别，所以较小的翻转角可以使T1偏倚效应最小化7，见表1。1.3图像分析MRS数据测量及图像分析：采用jMRUI 软件对T2校正的MRS谱线进行后处理，利用AMARES算法对图像进行滤波重建、零填充、相位校正，频率的设置限制在 0.05 ppm 之间。计算质子脂肪分数，PDFF=Ilipid/（Ilipid+Iwater）100%。其 中，Ilipid为 1.30 ppm、2.25 ppm、5.2 ppm 脂峰的峰下面积，Iwater为4.65 ppm H2O质子峰下面积。CSE-MRI数据测量及图像分析：采用区域增长算法来评估磁场场图变化，以解决静场强B0不均一性带来的水脂分离效果的影响8。同时采用预先设定的多波峰脂肪模型并运用 T2*来进行校正。CSE-MRI扫描结束后系统自动重建水像图、脂像图及定量的PDFF mapping 9。PDFF mapping由1位低年资医师（已接受训练）和1位高年资放射科医师分别独立完成所有受试者的骨髓脂肪含量数据分析。选择经过腰椎（矢状位，L1L4椎体）最正中的3个层面的图像，手工绘制ROIs，ROI要最大范围的包括整个椎体的松质骨部分，避开骨皮质及终板，并取3个层面ROI均值作为最终结果。表1受试者腰椎CSE-MRI及MRS各序列参数参数重复时间（ms）回波时间（ms）带宽（HzPixel）矩阵FOV（cm2）VOI（cm3）层厚（mm）层数激励次数间距（%）翻转角（）扫描时间（min）L3椎体MRS（西门子）600011/15/20/25500040961.5 1.5 1.5-64-903 2 3D Dixon VIBE（西门子）101.48，TE=1.21300256 25640 403121031 7 3D Fact（联影）13.671.76，TE=1.5930256 25640 4031210317.5 105医学影像学杂志2024年第34 卷第1 期 J Med Imaging Vol.34 No.1 2024可重复性与精密度分析：在38例受试者中随机选取8例进行三次联影、西门子CSE-MRI重复扫描（成像参数保持一致，每次扫描床进出并重新摆放位置），使用 RMSE（，绝对值）评估 CSE-MRI 定量PDFF的精密度。RMS-CV（%）评价其可重复性10。1.4统计学分析采用SPSS v23软件包对数据进行统计学分析，数据的正态性采用 Shapiro-Wilk 检验法进行检验。若数据符合正态分布则采用（-x s）表示，若数据不符合正态分布就用中位数（四分位数）M（25%，75%）表达。采用 Linear regression 及 Bland-Altman法评价CSE-MRI与MRS定量PDFF的可代替性以及不同公司的CSE-MRI定量PDFF的一致性。采用组内相关系数（intra-class correlation coefficient，ICC）及其 95%可信区间评估观察者内及观察者间的一致性。以P0.05为差异有统计学意义，得到的概率均为双侧概率。2结果2.1不同序列定量PDFF的结果PDFFMRS、PDFFFACT及 PDFFDixon不同序列定量 38例受试者腰椎骨髓 PDFF 分别为 58.2%（38.7%，67.0%）、56.7%（37.2%，66.6%）、56.3%（36.8%，65.4%）。受试者行MRS、FACT及Dixon VIBE扫描的代表性图像（图1）。2.2测量PDFF的一致性评价观察者内（一位观察者的两次观察结果）测量PDFF具有良好一致性，ICC=0.998，95%可信区间为0.991.00。同样，2位独立观察者测量PDFF具有较好的一致性，ICC=0.994，95%可信区间为 0.991.00。2.3CSE-MRI不同序列测量PDFF的可重复性随机选取 8 例分别在联影公司及西门子公司MR设备下做3次CSE-MRI重复扫描，MRSE分别为1.48%、1.57%，RMS-CV分别为2.37%、2.25%。2.4不同序列定量PDFF的可互换性FACT、MRS定量 38例的线性回归分析结果如下，R2=0.989，r=0.994 差 异 有 统 计 学 意 义（P0.001），显 示 了 良 好 的 一 致 性（图 2A）。Dixon VIBE、MRS定量PDFF的线性回归分析（图2B），R2=0.988，r=0.994，差异有统计学意义（P0.001）。FACT、Dixon VIBE 定量 PDFF 的线性回归分析（图2C），R2=0.985，r=0.993，差异有统计学意义（P0.001）。采用Bland-Altman分析评价腰椎脂肪定量测量结果的一致性，PDFFFACT与PDFFMRS差值97.4%的点落在 95%可信区间内，一致性良好。PDFFDixon与PDFFMRS差值 92.1%的点落在 95%可信区间内。PDFFFACT与PDFFDixon差值92.1%的点落在95%可信区间内（图3）。3讨论单体素MRS测定骨髓脂肪含量已得到成熟的应用11。但MRS同样有局限性：扫描耗时、体素小、后处理复杂，维持匀场的时间及对谱线分析的时间也相对较长。另外，目前MRS对腰椎进行定量骨髓脂肪含量时也只是选取单一L3椎体作为靶点进行扫描，临床中MRS很难对多个椎体进行同时扫描。由于骨髓腔骨小梁的存在，很容易产生磁敏感效应，而这样的磁敏感效应极其容易使得MRS谱线中水峰与脂肪峰严重重叠12。CSE-MRI克服了MRS的空间分辨率要求，特别1A1B1C图1女，46岁。MRS、FACT及Dixon VIBE扫描的代表性图像。图1A MRS，PDFFMRS=42.9%；、分别为5.2 ppm、2.25 ppm、1.30 ppm脂峰，为4.65 ppm水峰；图1B PDFFFACT=42.1%；图1C PDFFDixon=40.6%。106医学影像学杂志2024年第34 卷第1 期 J Med Imaging Vol.34 No.1 2024是在红髓分布不均匀的区域（如股骨近端、脊柱）。此外，CSE-MRI的扫描时间比MRS大大缩短。在图像分析中与MRS只能展示波形不同，CSE-MRI还可以查看骨髓空间分布。在随机选取的8例所做的3次 CSE-MRI重复扫描中，联影 FACT序列与西门子Dixon VIBE序列定量PDFF的RMSE分别为1.48%、1.57%，RMS-CV分别为2.37%、2.25%，其结果均小于5.00%，提示有非常好的精密度与可重复性。在进行骨髓 PDFF 定量的 CSE-MRI 水/脂成像中，由于包括脂肪谱中多峰问题、T1偏移和T2*衰减效应的存在，在这些综合因素的共同作用下会带来对PDFF准确性的影响13。首先，多峰的存在应该通过在信号模型中加入一个预校准的多峰脂肪谱解决。其次，对于T1偏移效应的校正可以采用预先估计的 T1值并结合低翻转角（35）映射技术。第三，小梁骨的存在缩短了水和脂肪成分的T2*，会引起所测量的梯度回波信号随着回波时间而快速衰减14。双T2*校正可以对脂肪组分所估计的准确性加以提高，但这会对脂肪定量的精度产生负面影响。正因为其精确性的降低，所以当先验已知的水T2的方法已被使用时，会再使用一个单一的T2*进行校正或用T2 校正（其中T2 表示可逆自旋弛豫常数）。在对所有的混杂效应进行校正后，有文献15研究证实了MRS和CSE-MRI成像对测定的骨髓PDFF具有良好的一致性。骨髓脂肪组织在疾病诊断与监测（如骨质疏松症、血液性相关疾病、乳腺癌或前列腺癌骨转移等）中提供了客观化的信息，具有重要的临床价值。现阶 段 在 临 床 研 究 中 mDIXON-quant、IDEAL-IQ、Dixon VIBE 序列均应用于定量骨髓脂肪相关疾病16-17，由此可见，CSE-MRI在骨髓脂肪定量上应用前景广泛。本文中联影FACT与西门子Dixon VIBE序列及 MRS 所测得的 PDFF 之间具有良好的一致性。提示CSE-MRI序列或许可以取代MRS定量脂肪含量，也提示不同厂家 CSE-MRI 序列定量骨髓PDFF具有可比性。本文还存在以下不足之处：首先，MRS与CSE-MRI所测靶点不完全一致。MRS仅针对L3单一椎体进行扫描测量，所测定的定量 PDFF值只能反映L3 椎体的脂肪含量，而 CSE-MRI 进行扫描测定的PDFF值为L1L4椎体均值，这可能会对两者之间的比较带来偏差。其次，本文在使用T2 校正时假设了骨髓中所有脂肪成分的T2值均相等，但实际上不同脂肪峰的T2弛豫时间会存在细微的差别，这可能会对进行定量骨髓 PDFF 的准确值产生较小的影响。综上所述，本文结果证实了两个厂家的 CSE-MRI序列之间与MRS的腰椎骨髓定量PDFF具有良好的一致性，具有高度线性相关、偏倚小且有良好的可重复性。将来可以应用 CSE-MRI序列取代 MRS来定量脂肪含量，也可以利用不同厂家CSE-MRI序列进行多中心研究。2A2B2C3A3B3C图2 FACT、Dixon VIBE及MRS定量PDFF的线性回归分析。图3 FACT、Dixon VIBE及MRS定量PDFF Bland-Altman分析（n=38，Mean 1.96 SD代表95%可信区间）。107医学影像学杂志2024年第34 卷第1 期 J Med Imaging Vol.34 No.1 2024参考文献：1范敬争，姜玉艳，张蔷.骨髓脂肪异常浸润与老年骨质疏松的关系 J.中华骨质疏松和骨矿盐疾病杂志，2022，15（1）：66-73.2张鑫涛，赵银霞，李勉文，等.腰椎骨髓脂肪含量评估骨质疏松及其影响因素多元线性回归分析 J.实用放射学杂志，2021，37（1）：102-106.3祝乐群，李冠武，施丹，等.多回波化学位移编码水/脂MRI评估骨髓脂肪的可行性研究 J.实用放射学杂志，2018，34（2）：283-286.4孙金磊，李葆青，王月卿，等.磁共振波谱和mDixon-quant评价椎体骨髓脂肪含量的比较 J.中华骨质疏松和骨矿盐疾病杂志，2016，9（4）：6-9.5VIKRAM V S，DEBORAH M M，CLIFFORD J R，et al.Type 2 diabetes and the skeleton：New insights into sweet bonesJ.Lancet 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