应用3.0T磁共振IDEA...分数诊断骨质疏松的效能评价_黄国强.pdf

论著应用 3.0T 磁共振 IDEAL-IQ 检测椎体骨髓脂肪分数诊断骨质疏松的效能评价黄国强，唐启英，王福南，朱柳红，黄玉龙，刘豪，周建军基金项目:厦门市科学技术局科研项目(编号:3502Z20214ZD1062)作者单位:361015福建，复旦大学附属中山医院厦门医院放射诊断科(黄国强，唐启英，王福南，朱柳红)，血管外科(黄玉龙);200032上海，复旦大学附属中山医院放射科(刘豪，周建军)作者简介:黄国强，大学本科，医学学士，技师，研究方向:影像学诊断。E-mail:huang guoqiang zsxmhospital com通信作者:周建军，医学博士，主任医师，博士研究生导师，研究方向:CT 和 M 影像新技术开发与应用。E-mail:zhoujianjunzs126 com 摘要 目的评价 3.0T 磁共振最小二乘估算法迭代水脂分离定量技术(IDEAL-IQ)检测椎体骨髓脂肪分数(FF)诊断骨质疏松的效能。方法选择 2021 年 2 月至 2022 年 2 月在该院进行健康体检者 51 名，其中男 25 名，女 26 名。采用双能 X 射线骨密度仪(DXA)检测骨密度值(T 值)，采用 3.0T 磁共振 IDEAL-IQ 检测椎体骨髓 FF 值，两项检查在同一天完成。以 DXA 检查结果将研究对象分为骨质正常组(T 值 1.0 SD，25 例)和骨质疏松组(T 值 2.5 SD，26 例)。比较两组 FF 值，并分析 FF 值与 T 值的相关性。采用 OC 曲线评估 FF 值诊断骨质疏松的效能。结果与骨质正常组相比，骨质疏松组年龄、FF 值较大，T 值较小，差异有统计学意义(P 0.05)。Spearman 秩相关分析结果显示，FF 值与 T 值呈负相关(rs=0.642，P 0.001)。OC 曲线分析结果显示，FF 值可用于诊断骨质疏松 AUC(95%CI)=0.922(0.879 0.965)，P 0.001，最佳截断值为 50.42%，其对应的灵敏度为 88.10%，特异度为 82.60%。结论3.0T 磁共振 IDEAL-IQ 检得椎体骨髓 FF 值与 T 值呈负相关，具有诊断骨质疏松症的应用价值。关键词 磁共振成像;脂肪分数;骨密度;骨质疏松;诊断 中图分类号 445.2 文献标识码 A 文章编号 1674 3806(2023)02 0156 04doi:10 3969/j issn 1674 3806 2023 02 11Efficacy evaluation of vertebral bone marrow fat fraction detected by 3.0T MI IDEAL-IQ in diagnosis ofosteoporosisHUANG Guo-qiang，TANG Qi-ying，WANG Fu-nan，et al Department of Diagnostic adiology，Zhongshan Hospital，Fudan University(Xiamen Branch)，Fujian 361015，China Abstract ObjectiveTo evaluate the efficacy of vertebral bone marrow fat fraction(FF)detected by 3.0Tmagnetic resonance imaging(MI)iterative decomposition of water and fat with echo asymmetrical and least-squaresestimation quantitation sequence(IDEAL-IQ)in diagnosis of osteoporosis MethodsFifty-one healthy people under-going physical examination in Zhongshan Hospital，Fudan University(Xiamen Branch)from February 2021 to February2022 were selected，including 25 males and 26 females Bone mineral density(T value)was measured by dual-energyX-ray absorptiometry(DXA)and vertebral bone marrow FF value was measured by 3.0T MI IDEAL-IQ on the sameday According to the results of DXA examination，the study subjects were divided into normal bone group(T value1.0 SD，25 cases)and osteoporosis group(T value 2.5 SD，26 cases)FF value was compared between the twogroups，and the correlation between FF value and T value was analyzed eceiver operating characteristic(OC)curvewas used to evaluate the efficacy of FF value in the diagnosis of osteoporosis esultsCompared with the normal bonegroup，the osteoporosis group had older age and larger FF value，and smaller T value，with statistically significant differ-ences between the two groups(P 0.05)The results of Spearman rank correlation showed that FF value was negativelycorrelated with T value(rs=0.642，P 0.001)The results of OC curve analysis showed that FF value can be used todiagnose osteoporosis AUC(95%CI)=0.922(0.879-0.965)，P 0.001 The best cutoff value was 50.42%，and its651Chinese Journal of New Clinical Medicine，February 2023，Volume 16，Number 2corresponding sensitivity and specificity were 88.10%and 82.60%，respectively ConclusionThe FF value of verte-bral bone marrow detected by 3.0T MI IDEAL-IQ is negatively correlated with T value，which has the application valuein the diagnosis of osteoporosis Key words Magnetic resonance imaging(MI);Fat fraction(FF);Bone density;Osteoporosis;Diagnosis人体的骨髓由红骨髓和黄骨髓组成，红骨髓(造血骨髓)由 40%的脂肪、40%的水和 20%的蛋白质组成;黄骨髓(脂肪骨髓)由 80%的脂肪、15%的水和 5%的蛋白质组成。随着我国的老龄人口增加，老年人的健康问题得到越来越多关注，老年人骨质疏松的发病率呈上升趋势，而这也增加了骨折发生的风险 1。骨量的变化监测是骨质疏松早期防治的关键 2。双能X 射线骨密度仪(dual-energy X-ray absorp-tiometry，DXA)是诊断骨质疏松的“金标准”3。而磁共振成像(magnetic resonance imaging，MI)不仅能显示骨骼结构而且能测量椎体的脂肪含量，具有较高的对比度和分辨率，且有多参数值帮助诊断 4，对早期骨质疏松诊断的灵敏度较高。MI 的非对称回波的最小二乘估算法迭代水脂分离技术(iterative decom-position of water and fat with echo asymmetrical and least-squares estimation quantitation sequence，IDEAL-IQ)是一种新型脂肪定量技术，可以测量椎体骨髓脂肪含量，反映骨髓脂肪变化 5-6。本研究通过 IDEAL-IQ 检测椎体骨髓脂肪分数(fat fraction，FF)值，分析其与DXA 测得的骨密度值(T 值)的相关性，探讨 IDEAL-IQ技术对骨质疏松的诊断能力。1对象与方法1.1研究对象选择2021 年2 月至2022 年2 月在复旦大学附属中山医院厦门医院进行健康体检者51 名，其中男25 名，女 26 名。均行 DXA 扫描和磁共振成像检查，两项检查在同一天完成。排除新近骨折病变者、有腰椎金属植入物者、有 MI 检查禁忌证者、合并内分泌的代谢性疾病者、有椎体肿瘤或转移瘤者以及有结核病史者。本研究获医院医学伦理委员会批准(No B2021-007)，所有研究对象均签署知情同意书。1.2检查方法1.2.1DXA 检查方法及分组采用美国豪洛捷双能X 线骨密度仪对研究对象的骨密度进行测量，去除携带的各种金属物品，取平卧位。DXA 按标准模式从足侧向头侧扫描。扫描条件:管电压 140/100 kV，管电流2.5 mA，扫描长度20.6 cm，扫描宽度11.4 cm，扫描范围为 L1 4，获得骨密度 T 值。采用世界卫生组织评分法对结果进行评价 7-8:骨量正常(骨质正常组)，T 值 1.0 SD;骨质疏松(骨质疏松组)，T 值2.5 SD;骨质较少，2.5 SD T 值 1.0 SD(本研究未有纳入)。1.2.2MI 检查方法使用GE750W3.0T 磁共振仪进行检查，受检者取仰卧位，头先进，手臂放置于身体两侧，下肢垫高使得腰椎生理曲度消失贴合线圈，以得到优质的图像质量。扫描时使用 8 通道相控阵线圈，常规矢状面 T1WI 扫描:视野(field of view，FOV)=300 mm 300 mm，层数=11，层厚=4 mm，重复时间(repetition time，T)=474 ms，回波时间(echo time，TE)=Min Full，激励次数(number of acquisitions，NEX)=2，间距=1 mm，翻转角=142，扫描时间=73 s，矩阵320 mm 224 mm。常规矢状面 T2WI 扫描:FOV=300 mm 300 mm，层数=11，层厚=4 mm，T=2 046 ms，TE=102，NEX=2，间距=1 mm，翻转角=142，扫描时间=130 s，矩阵 320 mm 192 mm。横断位 T2WI扫描:FOV=220 mm 220 mm，层数=20，层厚=4 mm，T=5 207 ms，TE=120，NEX=2，间距=1 mm，翻转角=142，扫描时间=130 s，矩阵320 mm 192 mm。同时进行 IDEAL-IQ 序列检查:FOV=300 mm 300 mm，T=12.5 ms，TE=Min full，层厚=5 cm，翻转角=5，间距=1 cm，Phase=192，NEX=2。扫描结束，系统自动合成6 组图像，分别是纯脂相、纯水相、同相位、反相位、FF 图、2*弛豫率图。1.2.3MI 图像测量与分析将 IDEAL-IQ 所得图像上传至 GE4.6 工作站，通过工作站得到 FF 图，选择腰椎的椎体正中矢状面测量 L1 4的 FF 值，并且避开骨皮质、椎间盘，目标范围尽量包含整个椎体。测量椎体 L1 4目标区的 FF 值，同时由2 名10 年以上高年资医师分别测量3 次，取其测量的平均值。1.3统计学方法应用 SPSS27.0 统计学软件进行数据分析。符合正态分布的计量资料以均数 标准差(?x s)表示，组间比较采用成组 t 检验;不符合正态分布的计量资料以中位数(下四分位数，上四分位数)M(P25，P75)表示，组间比较采用秩和检验。采用 Spearman 秩相关分析探讨 T 值与 FF 值的相关性。采用受试者工作特征(receiver operating charac-teristic，OC)曲线法评估 FF 值诊断骨质疏松的效能。P 0.05 为差异有统计学意义。751中国临床新医学2023 年2 月第 16 卷第 2 期2结果2.1两组年龄、FF 值和 T 值比较与骨质正常组相比，骨质疏松组年龄、FF 值较大，T 值较小，差异有统计学意义(P 0.05)。见表 1。骨质疏松患者和骨质正常者典型影像学表现见图1，2。表 1两组年龄、FF 值和 T 值比较(?x s)，M(P25，P75)组别例数年龄(岁)FF 值(%)T 值骨质疏松组2668.47 7.5651.27(50.20，59.19)3.35(3.67，2.70)骨质正常组2557.76 10.2744.47(39.78，50.16)0.00(0.65，0.67)t/Z3.4595.6616.831P0.0020.0010.001L1 4的 FF 值分别为 56.22%、51.74%、57.49%、56.42%，T 值分别为2.9、2.6、3.0、2.1图 1骨质疏松患者的IDEAL-IQ 表现图L1 4的 FF 值分别为 32.17%、35.21%、38.87%、42.92%，T 值分别为0.5、0.3、0.4、0.3图2骨质正常者的IDEAL-IQ表现图2.2T 值与 FF 值的相关性分析结果Spearman 秩相关分析结果显示，FF 值与 T 值呈负相关(rs=0.642，P 0.001)。2.3FF 值诊断骨质疏松的效能分析结果OC 曲线分析结果显示，FF 值具有诊断骨质疏松的应用价值 AUC(95%CI)=0.922(0.879 0.965)，P 0.001，最佳截断值为 50.42%，其对应的灵敏度为 88.10%，特异度为 82.60%。见图 3。图 3FF 值诊断骨质疏松的 OC 曲线图3讨论3.1骨质疏松是一种因骨量减少、骨内部微环境破坏导致骨脆性增加，增加骨折风险的一种全身性骨骼疾病。早期诊断骨质疏松并能及时予以干预治疗是降低骨折风险的一种方法。骨强度与骨密度和骨质量有关。骨密度由骨内的矿物质所决定，占骨密度的70%，而骨质量受骨内的微环境结构水平变化的影响，其测量方法的研究是目前热点之一 9-10。3.2目前，测量脂肪的磁共振技术主要有磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，MS)、两点法 Dixon同相位与反相位技术和三点法 Dixon 同相位与反相位技术(即 IDEAL-IQ)。MS 测量组织内脂肪含量的方法较为成熟，也是目前脂肪含量检测的“金标准”11。但是，MS 的成像时间长，后期处理对图像的质量要求高，操作繁琐。而且，为了保证图像质量，应用单体素波谱成像每次只能对一个椎体进行扫描，MS 的扫描也因此较为费时，检查费用较高。两点法 Dixon同相位与反相位技术是利用水与脂肪的进动频率不同，通过计算机处理得到水像和脂像 12，但是两点法存在一定的缺陷:第一，易受主磁场的不均影响，导致计算错误，无法得到纯水和纯脂的稳定图像;第二，检查时间长，导致其在临床的应用受到限制。IDEAL-IQ则针对以上两个缺点进行了完善。IDEAL-IQ 是在两点法 Dixon 同相位与反相位技术的基础上进行的升级，采用多个梯度回波以及多种采集技术对图像信号进行采集，得到更为优质的纯水和纯脂参数，实现定量分析。IDEAL-IQ 在一个 T 时间内采用多个回波，应用 fly-back 技术进行重建，得到 6 个水和脂肪的不同相位图像，通过区域增长法进行重建，改善了两点法在磁场不均匀上的问题，克服了 T2*衰减、脂肪的多谱峰分布、噪声误差、涡流导致的相位误差及主磁场不均匀等因素，得到更高信噪比的图像，缩短扫描时间13-14。3.3研究表明，随着骨密度的减低，骨髓内的脂肪含量增加 15-17。骨髓内脂肪含量的变化在骨质疏松诊断和疗效评价方面引起了广泛关注。髓内的脂肪细胞增多会导致成骨细胞减少，从而使得骨强度减低 18-20。胡磊等 21 研究结果显示，糖尿病组腰椎脂肪含量高于对照组，骨髓细胞明显减少，通过脂肪定量的方法可推测椎体骨密度的变化情况。以往骨质疏松诊断主要依靠 DXA 和定量 CT(quantitative computed tomo-graphy，QCT)，无法满足临床的诊断需求。DXA 所测量的是椎体的面积，并非整个椎体的体积，且 DXA 是平面摄影技术，易受骨质增生以及体位的影响，导致851Chinese Journal of New Clinical Medicine，February 2023，Volume 16，Number 2测量数值不够准确。QCT 虽然能测量椎体的体积，但无法测量椎体内的脂肪含量，且辐射剂量较大。DXA、QCT 检查无法显示骨髓内的微环境改变。IDEAL-IQ可定量评价骨组织微结构，且作为一种新的脂肪定量技术，能够反映组织内的复杂性，可重复性好，准确度高，操作方便，为临床诊断提供了准确、客观信息 22-24。本研究结果显示，骨质疏松组的 FF 值较骨质正常组显著升高，FF 值与 T 值呈负相关。OC 曲线分析结果显示，FF 值可用于骨质疏松的诊断，诊断效能好 AUC(95%CI)=0.922(0.879 0.965)，P 0.001，这与相关研究 25-26 结果相似。综上所述，椎体骨髓内骨髓脂肪含量增高，会减低骨的强度，导致骨质疏松发生。IDEAL-IQ 可准确定量椎体的脂肪含量，了解骨髓的生理、病理变化，为临床诊断骨质疏松提供新的方法。但本研究由于纳入对象例数较少，未能进行分层分析，研究结论尚需进一步验证。参考文献 1Cheng X，Yuan H，Cheng J，et al Chinese expert consensus on thediagnosis of osteoporosis by imaging and bone mineral densityJ Quant Imaging Med 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