MR Dixon脂肪定量技术用于骨骼肌肉系统疾病进展.pdf

第一作者高鹏(),男,河南许昌人,在读硕士.研究方向:骨骼肌肉疾病影像诊断学.E m a i l:q q c o m 通信作者张维升,大连医科大学附属第一医院放射科,.E m a i l:d l z w s c o m 收稿日期 修回日期 综述P r o g r e s s e so fMRD i x o nf a tq u a n t i f i c a t i o nt e c h n i q u e i nm u s c u l o s k e l e t a l s y s t e md i s e a s e sG A OP e n g,WANGQ i a n,ZHANGW e i s h e n g(D e p a r t m e n t o fR a d i o l o g y,t h eF i r s tA f f i l i a t e dH o s p i t a l o fD a l i a nM e d i c a lU n i v e r s i t y,D a l i a n ,C h i n a;D e p a r t m e n t o fR a d i o l o g y,Q i n g d a oT r a d i t i o n a lC h i n e s eM e d i c i n eH o s p i t a lQ i n g d a oH i s e rH o s p i t a l,Q i n g d a o ,C h i n a)A b s t r a c tMRD i x o nt e c h n o l o g yc a nb eu s e dt oq u a n t i t a t i v e l ya n a l y z et i s s u ef a tc o n t e n t,w h i c hi sc o n v e n i e n ta n dq u i c kf o re v a l u a t i n ga b n o r m a lf a tc o n t e n tc a u s e db y m u s c u l o s k e l e t a ls y s t e m d i s e a s e sa n d,h a v i n gb e e nu s e di no s t e o p o r o s i s,a n k y l o s i n gs p o n d y l i t i s,t u m o r,m u s c l ea n ds o f t t i s s u ed i s e a s e sa sw e l l a sd e g e n e r a t i v ec h a n g e so f i n t e r v e r t e b r a l d i s c s,e t c T h ea p p l i c a t i o np r o g r e s s e so fD i x o nf a tq u a n t i f i c a t i o nt e c h n i q u ei nm u s c u l o s k e l e t a ls y s t e md i s e a s e sw e r er e v i e w e di nt h i sa r t i c l e K e y w o r d s m u s c u l o s k e l e t a l d i s e a s e s;m a g n e t i cr e s o n a n c e i m a g i n g;D i x o nf a tq u a n t i f i c a t i o nt e c h n i q u eD O I:/j i s s n MRD i x o n脂肪定量技术用于骨骼肌肉系统疾病进展高鹏,王倩,张维升大连医科大学附属第一医院放射科,辽宁 大连 ;青岛市中医医院(青岛市海慈医院)影像科,山东 青岛 摘要MRD i x o n技术可定量分析组织脂肪含量,方便、快捷地评估骨骼肌肉系统疾病所致脂肪含量异常,已用于骨质疏松、强直性脊柱炎、肿瘤、肌肉软组织病变及椎间盘退行性改变等.本文就D i x o n脂肪定量技术在骨骼肌肉系统疾病中的应用进展进行综述.关键词肌骨骼疾病;磁共振成像;D i x o n脂肪定量技术 中图分类号R ;R 文献标识码A 文章编号 ()脂肪含量变化与多种骨骼肌肉系统疾病的病理过程密切相关.以非侵入性影像学方法分析脂肪含量已成为近年研究的热点,尤其MR I软组织分辨力高,对于显示骨骼肌肉系统异常具有明显优势.D i x o n为新兴MR I技术,扫描时间短、操作便捷、定量精度高,在临床和科研中拥有广阔应用前景.本文对D i x o n脂肪定量技术在骨骼肌肉系统疾病中的应用进展进行综述.D i x o n脂肪定量技术概述氢质 子 在 不 同 介 质 中 的 进 动 频 率 存 在 差 异,D i x o n技术能利用这种频率差异采集氢质子在不同相位状态下的图像.传统D i x o n技术采用梯度回波序列,于同相位与反相位个T E各采集一次信号,经处理可分离水信号与脂肪信号;但受主磁场不均匀、脂肪分子谱峰复杂及组织内铁沉积的影响,水脂分离可能不够彻底,通过增加信号采集点可对干扰因素加以校正.现有改良D i x o n技术主要包括I d e a l I Q(G E)、m D i x o nQ u a n t(P h i l i p s)和Q D i x o n(S i e m e n s),其主要优势在于定量精度高、扫描速度快、通过一次扫描可获得多种图像等;其主要问题则在于水脂频率混叠和对运动较为敏感.中国医学影像技术 年第 卷第期C h i nJM e dI m a g i n gT e c h n o l,V o l ,N oD i x o n脂肪定量技术用于骨质疏松骨质疏松是以骨量下降和骨组织微结构破坏为特征的 全 身 性 疾 病.骨 骼 矿 物 质 密 度(b o n e m i n e r a ld e n s i t y,BMD)是诊断和监测骨质疏松进展的主要手段,但骨骼质量受多种因素影响,如骨髓内脂肪沉积可致骨脆性增加,仅以BMD并不能全面反映骨骼强度.既往研究 表明,骨髓脂肪分数(f a t f r a c t i o n,F F)与BMD呈负相关,以骨髓F F预测BMD异常及诊断骨质疏松具有较高价值,骨髓F F已成为影像学评估骨质疏松的常用参数之一.L I等对比体素内不相干运动与D i x o n技术评估绝经女性骨质疏松的效能,发现基于D i x o n技术所获骨髓F F及T 值检出BMD异常的敏感度、特异度及准确率均更高.谭辉等对比 观 察 磁 化 传 递 成 像(m a g n e t i z a t i o n t r a n s f e ri m a g i n g,MT I)及D i x o n技术对于骨质疏松的应用价值,结 果 表 明 磁 化 传 递 率(m a g n e t i z a t i o nt r a n s f e rr a t i o n,MT R)与骨髓F F均可用于诊断原发性骨质疏松,联合应用二者可提高诊断效能.骨质疏松与椎旁肌F F相关,BMD正常者(BMD m g/c m)竖脊肌、多裂肌和腰大肌的F F显著低于骨量减少者(BMD m g/c m)和骨质疏松者(BMD m g/c m);控制年龄、性别和体质量指数后,竖脊肌、多裂肌和腰大肌F F与BMD均呈负相关,即肌肉萎缩可能参与骨质疏松进展,而通过肌肉功能锻炼或有助于治疗骨质疏松.有学者将影像组学与F F伪彩图相结合,发现以基于深度学习的自动分割算法构建的模型用于筛查骨质疏松的效能与手动分割相当,为开发更多有价值的定量特征奠定了基础.尽管D i x o n技术所获F F目前尚难以替代BMD用于诊断骨质疏松,但能克服BMD仅反映骨中矿物质含量的局限性,为诊治骨质疏松提供更多信息.D i x o n脂肪定量技术用于强直性脊柱炎强直性脊柱炎(a n k y l o s i n gs p o n d y l i t i s,A S)为自身免疫介导的炎性风湿性疾病,主要累及躯体中轴骨;病理性新骨形成是其特征性表现之一,可致脊柱强直和关节畸形,而局部脂肪沉积是A S急性炎症后早期改变,与骨重塑关系密切.MR I对于早期诊断A S及评估病情具有重要价值;目前研究热点为评估A S活动度.KO O等分析 例A S患者骶髂关节不同位置处骨髓F F,发现脂肪沉积区骨髓F F与病程及改良斯托 克 强 直 性 脊 柱 炎 脊 柱 评 分(m o d i f i e dS t o k ea n k y l o s i n gs p o n d y l i t i s s p i n a l s c o r e,m S A S S S)等临床指标相关.以D i x o n技术定量脂肪含量可判断A S是否处于慢性期,有助于研究其发病机制.D i x o n脂肪定量技术用于肿瘤 多发性骨髓瘤(m u l t i p l em y e l o m a,MM)MR I在骨髓瘤中的应用十分广泛.MM的恶性浆细胞浸润可破坏骨髓微环境,导致脂肪含量减少.P E I等对比 观 察D i x o n脂 肪 定 量 技 术 与MR波 谱(MRs p e c t r u m,MR S)诊断MM的价值,发现其诊断效能相当,但D i x o n技术扫描速度快、定量精度高,实用性优于MR S.无症状MM(a s y m p t o m a t i cMM,AMM)指意义不明单克隆丙种球蛋白血症与MM之间的阶段,由于无法准确评估进展风险,对于是否应给予积极药物治疗一直存在争议.通过骨髓活检定量骨髓浆细胞百分比可在一定程度上提示AMM进展,但不同MM病灶可能存在不同组织学行为,针对局部骨髓的活检结果 可 能 无 法 反 映 疾 病 真 实 状 态.T AKA S U等认为骨髓F F有助于甄别具有进展风险的AMM,但尚需大规模队列研究加以验证.脊柱肿瘤脊柱中轴骨是恶性肿瘤如转移癌、MM等的好发部位.常规MR I对于检出脊柱肿瘤的敏感性较高,但局灶性红骨髓增生、终板退变、急性骨质疏松压缩性骨折等良性病变骨髓信号不均,使得常规MR I定性诊断的特异性不高.D i x o n脂肪定量技术有助于鉴别脊柱良、恶性病变:相比上述良性病变,脊柱恶性肿瘤骨髓F F更低,以骨髓F F区分脊柱良恶性病变具有较高准确性 .目前尚缺乏对于不同恶性肿瘤的横向对比研究,现有研究多针对转移癌,较少涉及各类原发性骨肿瘤.探讨不同肿瘤之间骨髓脂肪含量的差异可能是未来研究方向之一.D i x o n脂肪定量技术用于肌肉软组织疾病 肩袖损伤肩袖损伤时,肌腱应力降低,可致肌肉萎缩和肩关节功能状态改变;随肌肉萎缩加重,筋膜内、外及肌腱内可出现脂肪浸润(f a t t yi n f i l t r a t i o n,F I).肌肉F I与肩袖损伤修复术后二次断裂及预后不良密切相关.G o u t a l l i e r分级系统是评价肩关节肌肉F I程度的最常用方法,但受主观因素影响.D AV I S等 基于D i x o n技术定量 块肩部肌肉的F F,其观察者内及观察者间测量结果的组内相关系数分别为 及 ,提示利用D i x o n脂肪定量技术能更客观地评估肩袖损伤患者肌肉状态,有助于临床制定精准治疗方案.进 行 性 假 肥 大 性 肌 营 养 不 良(D u c h e n n em u s c u l a rd y s t r o p h y,DMD)DMD系d y s t r o p h i n基因突变所致罕见遗传病,临床表现为渐进性肌肉功能中国医学影像技术 年第 卷第期C h i nJM e dI m a g i n gT e c h n o l,V o l ,N o衰退,其组织学特征为肌肉纤维化、肌肉水肿和肌肉F I,在运动过程中发挥辅助作用的肌肉如长收肌、股薄肌及半腱肌可出现代偿性肥大.无创、可重复检测手段对临床诊治DMD具有重要意义.与传统肌力评分系统相比,D i x o n脂肪定量技术能客观量化肌肉脂肪含量,且不易受肌肉疲劳影响,用于评估DMD进展及判断预后具有巨大潜力.在鉴别诊断方面,贝克肌营 养 不 良(B e c k e r m u s c u l a rd y s t r o p h y,BMD)与DMD在肌肉F I、萎缩及代偿性肥大的选择性累及的分布规律一致,常规MR I难以区分.研究 证实,除股薄肌外,DMD患者下肢肌肉F F均显著高于BMD患者.尽管肌肉活检或基因检测仍是诊断DMD的“金标准”,但作为非侵入性检查方法,D i x o n脂肪定量技术对于鉴别诊断DMD与BMD具有重要意义.糖尿病肌肉病变骨骼肌是胰岛素作用的重要靶器官,骨骼肌细胞胰岛素抵抗是型糖尿病发病的始动因素之一.糖尿病患者可出现骨骼肌肌量减少、脂肪沉积、血流灌注下降及线粒体功能紊乱等病理学改变.相比皮下脂肪及肌内脂肪,肌间脂肪与糖尿病的关系更为密切,肌间脂肪细胞分泌的细胞因子可通过增多炎性介质、提高局部游离脂肪酸水平而调节肌肉对于胰岛素的敏感性.YU等 采用MR m D i x o nQ u a n t技术观察 例初诊型糖尿病患者,分析其大腿肌肉各部位脂肪含量与各实验室指标的关系,发现肌间脂肪含量与血糖水平、糖化血红蛋白及胰岛素抵抗指数呈正相关,提示肌间脂肪异位沉积与胰岛素抵抗关系密切,或可成为治疗糖尿病的新的靶点.椎间盘退行性改变椎间盘与邻近椎体相互作用.椎体内血管是椎间盘营养的直接来源,软骨下骨髓和软骨终板成分改变可使灌注和营养扩散减少而影响髓核细胞代谢;另一方面,椎间盘退行性改变产生的炎性介质可破坏局部骨髓微环境.MR I可用于分析椎间盘生化成分.J I等 报道,椎体骨髓脂肪沉积可致椎间盘含水量、蛋白聚糖及胶原纤维含量降低,进而加速椎间盘退变.而另有学者 指出,软骨终板T 和椎骨骨髓F F与髓核T 独立相关,在校正患者年龄、性别和体质量指数后,例慢性腰痛患者髓核T 与软骨终板T 仍显著相关,表明软骨终板成分缺陷与椎间盘退变有关,而与椎骨骨髓F F无明显相关,即骨髓F F与椎间盘退变无关.此外,椎体骨髓脂肪含量与腰痛严重程度也存在一定相关性.鉴于腰痛与脊柱影像学表现常不对应,上述发现为分析腰痛原因提供了新思路.小结与展望MRD i x o n脂肪定量及衍生技术可方便、快捷地评价骨髓或肌肉脂肪含量,对于早期诊断疾病、评估病情进展及判断预后具有重要作用,有望成为影像学生物标识.当前D i x o n脂肪定量技术虽尚多用于科研领域,期待不久的将来可实现更大程度临床应用.参考文献 R E E D E RSB WE NZ YU H e t a l 敭M u l t i e c h oD i x o nc h e m i c a ls p e c t e s s e p a r a t o n w i t h a n i t e r a t i v e l e a s t s q u a r e s e s t i m a t i o nm e t h o d J 敭M a g nR e s o nM e d 敭 L IX L UR X I EY e ta l 敭 I d e n t i f i c a t i o no fa b n o r m a lBMDa n do s t e o p o r o s i si np o s t m e n o p a u s a lw o m e n w i t h T c o r r e c t e d Q D i x o na n dr e d u c e d F OVI V I M C o r r e l a t i o nw i t hQ C T J 敭E u rR a d i o l 敭 谭辉 杨震 樊秋菊 等敭磁化传递成像及多回波D i x o n技术诊断原发 性 骨 质 疏 松 J 敭中 国 医 学 影 像 技 术 敭 Z HA O Y HUANG M S E R R AN O S O S A M e ta l 敭F a t t yi n f i l t r a t i o no fp a r a s p i n a lm u s c l e s i sa s s o c i a t e dw i t hb o n em i n e r a ld e n s i t yo ft h el u m b a rs p i n e J 敭A r c h O s t e o p o r o s 敭 Z HA OY Z HAOT C HE NS e ta l 敭 F u l l ya u t o m a t e dr a d i o m i cs c r e e n i n gp i p e l i n ef o ro s t e o p o r o s i sa n da b n o r m a lb o n ed e n s i t yw i t had e e pl e a r n i n g b a s e ds e g m e n t a t i o nu s i n gas h o r tl u m b a rm D i x o ns e q u e n c e J 敭Q u a n tI m a g i n g M e dS u r g 敭 K O OBS S ON G Y S H I NJ H e ta l 敭E v a l u a t i o no fd i s e a s ec h r o n i c i t yb y b o n e m a r r o w f a tf r a c t i o n u s i n g s a c r o i l i a cj o i n tm a g n e t i cr e s o n a n c e i m a g i n g i np a t i e n t sw i t hs p o n d y l o a r t h r i t i s Ar e t r o s p e c t i v es u d y J 敭 I n t JR h e u mD i s 敭 P E IXJ L I ANYF YANYC e t a l 敭 F a t f r a c t i o nq u a n t i f i c a t i o no f l u m b a r s p i n e C o m p a r i s o no fT w e i g h t e d t w o p o i n tD i x o na n ds i n g l e v o x e l m a g n e t i c r e s o n a n c e s p e c t r o s c o p y i n d i a g n o s i s o fm u l t i p l em y e l o m a J 敭D i a g n I n t e r v R a d i o l 敭 T AKA S UM KA I C H I Y T AN I C e t a l 敭 I t e r a t i v ed e c o m p o s i t i o no fw a t e ra n df a tw i t he c h oa s y mm e t r ya n dl e a s t s q u a r e se s t i m a t i o n I D E A L m a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n ga sab i o m a r k e rf o rs y m p t o m a t i c m u l t i p l e m y e l o m a J 敭P L o S O n e e 敭 Y O O HJ HON GSH K I M D H e ta l 敭M e a s u r e m e n to ff a tc o n t e n t i nv e r t e b r a lm a r r o wu s i n gam o d i f i e dd i x o ns e q u e n c et od i f f e r e n t i a t eb e n i g nf r o m m a l i g n a n tp r o c e s s e s J 敭 JM a g nR e s o nI m a g i n g 敭 P A R KS D O HUH J 敭D i f f e r e n t i a t i o no fb o n e m e t a s t a s e sf r o mb e n i g nr e d m a r r o w d e p o s i t i o n so ft h es p i n e T h er o l eo ff a t s u p p r e s s e dT w e i g h t e di m a g i n gc o m p a r e dt of a tf r a c t i o nm a p J 敭中国医学影像技术 年第 卷第期C h i nJM e dI m a g i n gT e c h n o l,V o l ,N oE u rR a d i o l 敭 D AV I S D L K E S L E RT G I L O T R AMN e t a l 敭Q u a n t i f i c a t i o no f s h o u l d e rm u s c l e i n t r a m u s c u l a r f a t t y i n f i l t r a t i o no nT w e i g h t e d MR I A v i a b l ea l t e r n a t i v et ot h e G o u t a l l i e rc l a s s i f i c a t i o ns y s t e m J 敭 S k e l e t a lR a d i o l 敭 卜姗姗 肖江喜 朱颖 等敭杜氏肌营养不良与贝氏肌营养不良常规MR I的 对 比 研 究 J 敭中 国 医 学 影 像 技 术 敭 卜姗姗 肖江喜 朱颖 等敭 MR定量功能成像对杜氏肌营养不良与贝氏肌营养不良的鉴别诊断 J 敭中国医学影像学杂志 敭 YUF HE B CHE N L e ta l 敭 I n t e r m u s c u l a rf a tc o n t e n ti ny o u n gC h i n e s em e nw i t hn e w l yd i a g n o s e d t y p ed i a b e t e s B a s e do n MR m D I X ON Q u a n t q u a n t i t a t i v e t e c h n i q u e J 敭 F r o n tE n d o c r i n o l L a u s a n n e 敭 J IY HON G W L I U M e t a l 敭 I n t e r v e r t e b r a l d i s c d e g e n e r a t i o na s s o c i a t e dw i t hv e r t e b r a lm a r r o wf a t a s s e s s e du s i n gq u a n t i t a t i v em a g n e t i c r e s o n a n c e i m a g i n g J 敭 S k e 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