譚 輝 楊 震 樊秋菊 于 楠 楊創(chuàng)勃 于 勇 王少彧 李 悅

骨質(zhì)疏松癥是最常見的代謝性骨病，其特點是骨量減低和骨組織的微結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致骨脆性以及骨折風(fēng)險增加。如何早期診斷、預(yù)防骨質(zhì)疏松已成為全球關(guān)注的公共問題。雙能X線骨密度測量（dual X-ray absorptiometry，DXA）是量化骨質(zhì)疏松癥的標(biāo)準(zhǔn)。定量CT（quantitative computed tomography，QCT）因其可以測量體積骨密度、區(qū)分皮質(zhì)骨和小梁骨及估計骨強(qiáng)度參數(shù)等優(yōu)勢，目前在骨質(zhì)疏松研究和臨床應(yīng)用領(lǐng)域越來越受到重視［1］。近年來，有較多磁共振技術(shù)用于研究骨髓成分及骨小梁結(jié)構(gòu)并應(yīng)用于骨質(zhì)疏松癥的診斷［2］，磁共振磁化傳遞成像（magnetization transfer imaging，MTI）在全身多個系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用［3-4］，但其在腰椎中的應(yīng)用研究尚不多見。本次研究的目的是利用磁共振MTI技術(shù)評估不同骨密度的成人腰椎椎體骨髓變化情況。

方 法

1. 臨床資料

在2019年8月至2020年6月期間，回顧性分析了159例行腰椎定量CT檢查骨密度的患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：志愿參加腰椎MRI定量檢查者，年齡2l～70歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有內(nèi)分泌、代謝性疾?。ㄈ缂谞钆韵俟δ芸哼M(jìn)癥、糖尿病、庫欣綜合征、腎性骨營養(yǎng)不良等）；②服用激素類等對骨代謝影響的藥物；③腫瘤及放/化療、手術(shù)史；④MR檢查椎體有骨折等形態(tài)及信號異常；⑤MRI檢查禁忌證。本次前瞻性研究獲得醫(yī)院倫理委員會的批準(zhǔn)，患者入組前均已簽署書面知情同意書。

2. 檢查方法

CT掃描采用德國Siemens公司Sensation16層螺旋CT，結(jié)合美國Mindways公司提供的五柱形標(biāo)準(zhǔn)體模，檢查前要求被檢查者去除所有高密度異物。掃描條件：管電壓120 kV，管電流200 mA，X線管旋轉(zhuǎn)速度0.5 s/圈，螺距1.3，默認(rèn)窗寬400 HU，窗位40 HU，掃描范圍自腰1至腰5椎體下緣水平。將層厚1.25 mm、層間距1.25 mm、FOV=400 mm×400 mm的重建圖像傳輸至QCT PRO（Mindways Software Inc.，美國奧斯?。┸浖M(jìn)行分析。

MR檢查采用Siemens Magnetom Skyra 3.0 T MR掃描儀，使用16通道相控陣脊柱線圈，脊柱常規(guī)序列包括自旋回波矢狀位T1WI（TR=550 ms，TE=10 ms）、快速自旋回波矢狀位T2WI（TR=4 000 ms，TE=110 ms）、矢狀位短時間反轉(zhuǎn)恢復(fù)（short time inversion recovery，STIR）序列（TR=3 500 ms，TE=65 ms，TI=180 ms），矩陣=256×256，層厚3 mm。矢狀位快速小角度激發(fā)序列掃描兩次，一次包含MT序列（Ms），另一次不含MT序列（Mo）。MT參數(shù)：TR=405 ms，TE=3.69 ms，翻轉(zhuǎn)角=70°，并行采集技術(shù)（integrated parallel acquisition techniques，iPAT)=2，空間分辨率=1.1 mm×1.1 mm×3 mm，帶寬=250 Hz/像素，采集矩陣=192×192，F(xiàn)OV=280 mm，層數(shù)=15。每位受試者總成像時間為178 s。

3. 圖像分析

由2名具有5年以上骨肌系統(tǒng)診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)師采用雙盲法閱片，手動勾畫感興趣區(qū)（ROI）進(jìn)行測量。對每位受檢者均分別測量腰2～4椎體的骨密度（bone mineral density，BMD），每個椎體取中間連續(xù)3個層面，每層測量3次，最后取平均值。選取過程中ROI盡可能大面積測量，放置于椎體骨松質(zhì)的前2/3部，不包括骨皮質(zhì)部分，盡量避開BMD不均勻區(qū)域。骨量情況和骨質(zhì)疏松診斷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用《中國定量CT（QCT）骨質(zhì)疏松癥診斷指南（2018）》［5］：骨量正常，BMD＞120 mg/cm3；骨量減低，BMD 80～120 mg/cm3；骨質(zhì)疏松，BMD＜80 mg/cm3。MR數(shù)據(jù)在Mo和Ms圖像的矢狀位中心層面上選擇ROI（面積1.0 cm2），選取連續(xù)3層，每層測3次，取平均值。利用以下公式計算磁化傳遞率（MTR）：MTR=（Mo-Ms）/Mo×100%。

4. 統(tǒng)計學(xué)分析

對計量資料采用Kolmogorov-Smirnov法進(jìn)行正態(tài)性檢驗，符合正態(tài)分布，采用±s表示；2名影像醫(yī)師測量一致性采用Kappa分析和組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intra-class correlation coefficient，ICC）進(jìn)行評估；采用單因素方差分析（one-way ANOVA）評價不同組間MTR的顯著性；不同組間性別構(gòu)成比較采用χ2檢驗；MTR值診斷骨量減低和骨質(zhì)疏松采用ROC曲線進(jìn)行分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1.觀察者間一致性檢驗

腰椎椎體MTR值測量的重復(fù)性評價，2名放射診斷醫(yī)師MTR測量值的ICC為0.900（P＜0.05），變異系數(shù)（CV）為2.95%。

2. 一般資料

3組數(shù)據(jù)基本資料之間對比，性別、身高之間未見統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）；年齡、體重、體重指數(shù)（BMI）差異存在統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。詳見表1。

表1 3組間基本資料比較

3.不同骨量水平MTR值比較

骨量正常、骨量減低及骨質(zhì)疏松組MTR值分別為12.64±3.09、7.68±2.84和3.27±1.95，可見MTR值隨BMD值的減低而減低，組間兩兩對比，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001）。詳見表2及圖1。

表2 3組間骨密度（BMD）、磁化傳遞率（MTR）值比較±s

表2 3組間骨密度（BMD）、磁化傳遞率（MTR）值比較±s

P1為正常組與骨量減低組對比，P2為正常組與骨質(zhì)疏松組對比，P3為骨量減低組與骨質(zhì)疏松組對比；*：P＜0.05。

參數(shù)BMD/(mg·cm-3)MTR P3值0.000*0.000*骨量正常組（n=57）172.52±28.88 12.64±3.09骨量減低組（n=54）108.20±7.61 7.68±2.84骨質(zhì)疏松組（n=48）65.44±16.19 3.27±1.95 F值128.43 157.39 P值0.000*0.000*P1值0.000*0.000*P2值0.000*0.000*

4.MTR值對骨量減低及骨質(zhì)疏松的診斷效能

以QCT測量的BMD為金標(biāo)準(zhǔn)，MTR診斷骨量減低的曲線下面積（AUC）為0.875（95%CI 0.809～0.940），閾值設(shè)為10.45時，其靈敏度和特異度分別為78.90%、86.84%；診斷骨質(zhì)疏松的AUC為0.944（95%CI 0.911～0.977），閾值設(shè)為5.95時，其靈敏度和特異度分別為86.41%、89.83%（表3、圖2）。

表3 磁化傳遞率（MTR）值對骨質(zhì)疏松及骨量減低的診斷效能

討 論

骨骼主要由礦化成分（即骨皮質(zhì)和骨小梁）和非礦化成分（即骨髓）組成。骨密度測量著重于礦化成分［6］。以往對骨質(zhì)疏松的診斷主要依據(jù)是骨量減少，因為骨質(zhì)疏松導(dǎo)致骨小梁變細(xì)，礦物質(zhì)含量減少，骨密度減低。文獻(xiàn)報道［7］骨質(zhì)疏松經(jīng)治療后的骨密度增高與骨折危險性下降并無明顯關(guān)系，這說明了還存在其他因素對骨折產(chǎn)生了影響。磁共振波譜、水脂分離等［8］技術(shù)證實了骨髓中脂肪含量與骨密度的關(guān)系。研究顯示骨組織中血流量降低，血液循環(huán)及無機(jī)成分的減少也是導(dǎo)致骨質(zhì)疏松的原因之一［9］，越來越多的證據(jù)表明量化骨髓成分的技術(shù)將有助于診斷及監(jiān)測骨質(zhì)疏松癥治療療效。

MTI是磁化率傳遞效應(yīng)，其可以對施加射頻脈沖前后信號強(qiáng)度的差異進(jìn)行量化，通過MTR參數(shù)可測量組織內(nèi)相關(guān)的自由水質(zhì)子和大分子的磁化交換效能，能客觀地反映組織結(jié)構(gòu)變化［10］。研究顯示［11］MTR可以定量監(jiān)測膠質(zhì)母細(xì)胞瘤對放化療療效反應(yīng)。近期有文獻(xiàn)［12］報道了DWI和MTI聯(lián)合能提高強(qiáng)直性脊柱炎的診斷能力及預(yù)測其活動性，證實MTI在骨骼應(yīng)用中具有一定潛力。本次結(jié)果顯示觀察者間一致性檢測良好，說明MTI技術(shù)在檢測腰椎內(nèi)組織結(jié)構(gòu)變化中具有可行性。本次基本資料顯示性別、身高之間未見統(tǒng)計學(xué)差異。不同骨密度組之間年齡差異顯著，眾所周知，骨質(zhì)疏松癥是增齡性疾病，隨著年齡增加，骨密度逐漸減低。傳統(tǒng)觀點認(rèn)為體重對骨形成有積極的影響，體重減低會影響骨密度，本次數(shù)據(jù)組間BMI之間差異說明BMI是影響B(tài)MD的因素，但并未見二者有顯著相關(guān)性，雖然體重對骨密度有重要影響，但體脂和骨密度之間的聯(lián)系復(fù)雜，可能與體脂分布有關(guān)，所以二者關(guān)系需要大樣本及進(jìn)一步研究證明。

本次研究表明，MTR值隨著骨密度的降低而降低，與正常對照組比較，骨量減少和骨質(zhì)疏松的值明顯低于骨密度正常者，統(tǒng)計學(xué)差異顯著。骨骼是復(fù)合層級結(jié)構(gòu)，主要由Ⅰ型膠原（40%）、羥基磷灰石（45%）和水（15%）組成［13］。富含膠原蛋白的骨基質(zhì)由成骨細(xì)胞分泌，隨年齡增長，成骨細(xì)胞減少，骨重建失衡造成骨丟失，骨密度減低。而磁化傳遞是氫質(zhì)子在自由水、結(jié)合水、蛋白大分子之間傳遞能量的過程，MTR值減低說明骨質(zhì)密度減低時，骨質(zhì)中3個分子池之間能量傳遞發(fā)生改變。有研究報道［14］MTR在診斷克羅恩病腸壁中是否存在纖維化具有較高準(zhǔn)確度，Ⅰ型膠原蛋白越多，MTR越高，結(jié)合本次結(jié)果，我們可以認(rèn)為隨著年齡增加，腰椎椎體中膠原蛋白減少是MTR值降低的原因。還有一個因素考慮為，當(dāng)紅骨髓轉(zhuǎn)化為黃骨髓，骨髓脂肪細(xì)胞分化增加導(dǎo)致成骨細(xì)胞分化減少，Ⅰ型膠原和一些非膠原蛋白是成骨細(xì)胞分化的標(biāo)志物，能反映成骨細(xì)胞分化表型特征，進(jìn)一步說明MTR值可以間接反映骨質(zhì)疏松時骨細(xì)胞水平變化程度。而且，當(dāng)較多脂肪細(xì)胞填充骨小梁的空間時，限制了自由水質(zhì)子與蛋白大分子轉(zhuǎn)運的能力，這也是MTR值減低的原因。我們研究結(jié)果顯示，MTR值預(yù)測骨量減低與骨質(zhì)疏松的AUC分別為0.875、0.944，MTR閾值分別為10.45、5.95；診斷骨量減低、骨質(zhì)疏松的靈敏度和特異度分別為79.90%、86.84%和86.41%、89.83%（P＜0.001）。ROC曲線顯示MTR值可以靈敏地反映骨量的變化，可以推測MTR值較骨密度能更早反映骨質(zhì)疏松癥骨微結(jié)構(gòu)變化，為早期臨床干預(yù)提供一定依據(jù)，但其診斷特異度不高，考慮可能原因為年齡分布、椎體黃骨髓分布不均、骨小梁微骨折伴隨不同程度水腫等原因有關(guān)，使診斷效能受到一定影響，需要多點重復(fù)測定進(jìn)一步證實。臨床中監(jiān)測骨質(zhì)疏松治療療效的主要方法是連續(xù)測量骨密度，但指南中［15］指出早期監(jiān)測骨密度的變化對預(yù)測抗骨吸收藥物治療反應(yīng)的價值有限，基于MTR值對骨量反應(yīng)的靈敏度，提示其對骨質(zhì)疏松癥療效監(jiān)測可能具有潛在應(yīng)用價值。本次研究存在一定局限性，MTR的閾值設(shè)定至關(guān)重要，在此過程需要大樣本數(shù)據(jù)，這也是后期研究的方向。

綜上所述，磁共振MTR序列可以靈敏、可靠地反映骨量變化，是骨質(zhì)疏松檢查的新手段，可以作為生物學(xué)標(biāo)志物在定量評估、早期制訂有效的治療策略方面提供更多有價值的信息。