正常人群骶髂关节脂肪含量的初步定量分析

2020-07-25宁秋萍范铁兵于晓晶王文生任华叶慧义

放射学实践 2020年7期

宁秋萍，范铁兵，于晓晶，王文生，任华，叶慧义

研究显示强直性脊柱炎(ankylosing spondylitis，AS)患者普遍存在骨质疏松或骨量减少[1]。骨质疏松症是脊柱关节炎最常见的并发症，总患病率约为13%，其中中国为25%[2]。磁共振骨髓脂肪定量技术在检测骨髓脂肪变化方面具有独特优势，对于AS患者和骨质疏松患者的脂肪定量具有重要价值。目前磁共振波谱分析(magnetic resonance spectroscopy，MRS)是影像学诊断中受到广泛认可的非创伤性的研究活体组织代谢、生化构成及化合物定量的方法[3-5]，但扫描时长、呼吸运动均可影响扫描成功率，并且对主磁场的均匀性要求较高、后处理过程复杂依然是限制利用的因素[4,6]。

磁共振定量非对称回波的最小二乘估算法迭代水脂分离序列(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least square estimation-iron quantification，IDEAL-IQ)技术通过并行采集技术提高图像获取速度，能准确的定量测量脂肪含量,无需屏气，耗时较短。IDEAL-IQ技术是近年来应用于骶髂关节的新技术，本文初步探讨IDEAL-IQ技术对于正常人群骶髂关节脂肪定量的初步分析。

材料与方法

1.临床资料

本研究为前瞻性研究，获得医院伦理委员会审核批准，每个受检者均签署知情同意书。

收集2017年4-11月中国中医科学院西苑医院行骶髂关节MRI的60例受检者的病例资料。纳入标准：①骶髂关节发育对称，无血液系统病变；②无腰骶部疼痛史，无骶髂关节外伤史，既往骶髂关节未诉病变；③体内无金属及心脏起搏器。排除标准：①骶髂关节存在病理性改变(肿瘤、转移瘤、结核等)；②双侧骶髂关节形态异常，如旋转、倾斜等；③有甲状腺、甲状旁腺功能亢进及骨代谢相关疾病；④服用影响骨质代谢的药物；⑤可能产生强直性脊柱炎骶髂关节炎的类似疾病：类风湿关节炎、痛风性关节炎、银屑病关节炎者。

60例受检者中男性32例，女性28例，年龄15～82岁，平均(38.83±16.40)岁。根据中国肥胖问题工作组织(WGOC)于2003年提出的中国成年人判断超重和肥胖程度的体重指数(body mass index，BMI)的界值[7]将患者分为三组：肥胖组：BMI>24.0，共22例；正常组：BMI 18.5～23.9 kg/m2，共33例；消瘦组：BMI<18.5，共5例。按照年龄分为3组：其中15～30岁组26例，男15例，女11例，平均年龄(23.77±3.87)岁，BMI 18.26～38.82 kg/m2，平均23.27 kg/m2；31～50岁组15例，男9例，女6例，平均年龄(38.6±6.40)岁，BMI 17.72～26.56 kg/m2，平均22.55 kg/m2；51岁以上组19例，男8例，女11例，平均年龄(59.63±6.69)岁，BMI 16.90～30.04 kg/m2，平均21.98 kg/m2。

2.MRI扫描方案

采用GE Discovery 750 3.0T扫描仪，8通道相控阵体部线圈(3.0T HD8-CH TORSO AR-RAY)进行检查。患者取仰卧位，足先进，扫描范围包含双侧骶髂关节。常规序列：①斜轴位T1WI FSE；②斜轴位T2WI FSE。斜轴位IDEAL-IQ序列：TR 2.6 ms，TE 6.0 ms，激励次数3，视野38 cm×38 cm，层厚4.0 mm，层间距0.4 mm，矩阵192×192，带宽111.1，激励次数0.5，扫描时间42 s。翻转角3°。

3.图像后处理

IDEAL-IQ传输至GE Advantage Windows 4.6工作站，由两名分别具有5年、8年MRI骨肌系统影像诊断经验的放射科医师独立进行ROI选取和测量。采用GE ADW 4.6工作站viewer功能，参考常规MRI序列选取脂肪分量图像的ROI，进行骶髂关节骨髓脂肪分数(fat fraction，FF)的测量。ROI放置于骶髂关节双侧对称的邻近骨皮质的3个层面，髂侧及骶侧各放置1个ROI，共6个ROI，ROI平均大小约27 mm2，范围15～30 mm2，分别计算髂侧脂肪分数(Fi)和骶侧脂肪分数(Fs)的平均值。

4.统计学分析

采用SPSS 22.0统计软件包进行统计学分析。采用组内相关系数(intra-class correlation coefficient，ICC)用于分析2次重复测量参数的一致性，ICC>0.75认为一致性较好。符合正态分布的数据以均数±标准差表示，采用独立样本t检验分析不同性别间Fi和Fs的差异、采用配对样本t检验分析同一年龄分组Fi和Fs的差异。采用三因素方差分析评估年龄分组、性别、BMI分组对Fi和 Fs的交互作用；采用两因素方差分析评估性别和年龄、性别和BMI、年龄和BMI对Fi和Fs的影响，采用多元方差分析评估年龄分组、性别、BMI分组对Fi和Fs的影响。检验水准α=0.05，以P<0.05为差异有统计学意义。

结果

1.Fi和Fs测量的一致性分析

两名医师计算的Fi的ICC值为0.843(95%CI：0.751～0.903)，Fs的ICC值为0.867(95%CI：0.787～0.918)。

2.不同年龄组间Fi和Fs的比较

经levene检验，Fi和Fs方差齐(P值分别为0.514，0.575)，各年龄组间Fi(F值=5.289，P=0.008)及Fs(F=12.680，P<0.001)差异有统计学意义。31～50岁组Fi和Fs的差异有统计学意义(P=0.006)，余15～30岁、≥51岁组Fi和Fs的差异无统计学意义(P均>0.05)，见表1。

3.不同年龄组间男性和女性骶髂关节脂肪值的组间比较

51岁以上组男性与女性的Fi、Fs差异有统计学意义；15～30岁组、31～50岁组间男女性Fi和Fs差异无统计学意义(表2)。

表2 同年龄组内男性和女性Fi和Fs比较

4.不同年龄组间、不同性别间BMI的比较

BMI平均值分别为：15～30岁组23.28±4.15；31～50岁组22.55±2.69；≥51岁组21.98±3.53。经单因素方差分析比较，三组间BMI平均值差异无统计学意义(F=0.717，P=0.493，表3)。三个年龄组男性和女性之间BMI差异无统计学意义(P均>0.05)。

表3 不同年龄组内男女性间BMI的比较

5.性别、年龄组别、BMI组别对于Fi、Fs的交互影响分析

三因素方差分析显示性别、年龄组别、BMI组别对Fi不存在三因素交互作用，F(2，45)=1.538，P=0.226。简单两因素交互作用分析性结果显示，性别和年龄组别无两因素交互作用，F(2，45)=0.110，P=0.896；性别和BMI组别无两因素交互作用，F(2，45)=2.879，P=0.067；年龄组别和BMI组别无两因素交互作用，F(3，45)=2.363，P=0.084。

三因素方差分析显示性别、年龄组别、BMI组别对Fs不存在三因素交互作用，F(2，45)=0.371，P=0.692；简单两因素交互作用分析性结果显示，性别和年龄分组无两因素交互作用，F(2，45)=2.106，P=0.134；性别和BMI组别无两因素交互作用，F(2，45)=2.391，P=0.103；年龄组别和BMI组别无两因素交互作用，F(3，45)=1.387，P=0.259。

多元方差分析显示年龄组别对于Fi和Fs的影响差异具有统计学意义(F=4.252，P=0.019，partial η2=0.136；F=12.694，P<0.001，partial η2=0.320)。15～30岁组与31～50岁组、31～50岁组与≥51岁组的Fi差值分别为-5.54(95%CI：-16.02～4.95，P=0.417)、-8.08(95%CI：-19.25～3.09，P=0.198)，差异无统计学意义，15～30岁组与≥51岁组的Fi差值为-13.62(95%CI：-23.38～-3.86，P=0.004)，差异具有统计学意义(表4)。15～30岁组与31～50岁组、15～30岁组与≥51岁组的Fs差值分别为-13.48(95%CI：-23.60～-3.36，P=0.006)、-21.17(95%CI：-30.58～-11.75，P<0.001)，差异具有统计学意义；31～50岁组与≥51岁组的Fs差值为-7.68(95%CI：-3.09～18.46，P=0.207)，差异无统计学意义(表4)。

表4 不同年龄组间Fi差值和Fs差值的比较

多元方差分析显示性别对于Fs的影响差异具有统计学意义(F=9.007，P=0.004，partial η2=0.143)。女性15～30岁组与≥51岁组Fs的差值为-28.493(95%CI：-42.129～-14.856，P<0.001)，差异具有统计学意义，其余各组间两两比较，Fi和Fs的差值均无统计学意义(P均>0.05)。

讨论

1.IDEEAL-IQ序列定量测量骶髂关节脂肪分数的可行性和初步定量分析

骨髓腔内脂肪含量随年龄增长逐渐增加，正常骨髓内红黄骨髓比例及成分间的差异反映髓内脂肪含量的多寡。国外文献报道30岁时髓腔内脂肪含量为40%，至100岁时髓腔内脂肪含量上升到68%[8]。国外学者采用IDEAL-IQ技术研究女性椎体骨密度和椎体脂肪显示二者呈负相关[9]。cohen等[10]报道骨髓脂肪含量在组织的不同生理、病理及解剖部位间存在特异性差异。2006年中国50岁以上人群(6944万)中男性骨质疏松症患者共1534万，占22.09%[11]。国内学者通过对1051例AS患者进行研究，发现骨质疏松的发生率为34%，其中AS男性患者骨质疏松发病率为39.32%[12]。研究显示AS患者普遍存在骨质疏松或骨量减少[13]。而骨髓中成骨细胞和脂肪细胞均由间充质干细胞分化而来，成骨细胞的减少、骨质疏松和脆性骨折的增加往往伴随脂肪细胞的增加[14]。AS患者发生脊柱骨折后，并发症及死亡率均高于正常人[15]。AS常常起自骶髂关节，因此测定健康志愿者骶髂关节的脂肪含量，对于AS患者骶髂关节脂肪化生、脂肪沉积及骨质疏松具有重要临床意义。

国内外关于IDEAL-IQ定量评估肝脏、胰腺脂肪含量的报道较多[16-19]，其在定量分析肝脏、骨髓组织脂肪方面的准确性已得到普遍认可[5,20]，但对于骶髂关节的应用报道较少。学者[21-22]通过将IDEAL-IQ技术定量结果与病理学结果对照，发现该水脂分离脂肪定量积水结果与病理学结果高度相关，并且无论机器场强大小，该技术定量结果稳定、可重复性高[23]。本研究采用IDEAL-IQ技术，扫描过程中无需控制受检者呼吸、耗时较短，后处理过程相对简便，数据测量的可重复性较好，为后续骨关节的脂肪定量提供了可能，有望成为脂肪测量的重要技术。与脂肪定量的金标准穿刺活检比较，该技术为非侵入性检查，患者检查依从性和耐受性高。

2.正常人群骶髂关节FF值在不同年龄段的表现

15～30岁组FF值特点：本研究15～30岁组男性的Fi和Fs值高于女性，15～30岁组Fi和Fs均低于≥51岁岁组。该年龄段男性脂肪值高于女性，考虑此年龄段女性黄骨髓化较男性缓慢[24]。本研究15～30岁组Fi及Fs值高于国外研究报道[25]的25岁健康志愿者的腰5椎体骨髓质子密度脂肪分数值(proton density fat fraction，PDFF)(32.4%)，考虑解剖部位、年龄构成不同，而且IDEAL-IQ与PDFF的成像原理不同；研究证实个体内不同椎体之间或不同个体之间椎体脂肪含量因性别、年龄、病种等因素也存在差异。Cohen等[10]通过对比骨质疏松患者和健康志愿者股骨与腰3椎体的PDFF值发现，健康志愿者股骨PDFF值为60.2%，高于腰3椎体骨髓FF值。本研究表明15～30岁组骶髂关节脂肪含量最少，与之前的研究一致[26]。

31～50岁组FF值特点：本研究该组男女性间Fi值和Fs值无明显差异，31～50岁组Fs值明显高于15～30岁组。国外学者[17-18]通过髂骨病理解剖研究发现，20～65岁的人群中，脂肪组织的含量从15%增加到60%左右。25岁左右人类骨髓转化过程基本完成，这一年龄段女性红骨髓及男性骨小梁丰富，此时男女性骨髓内脂肪信号无明显差别。

≥51岁组FF值特点：本研究≥51岁组女性Fi和Fs值均显著高于男性，该年龄段Fi和Fs均显著高于15～30岁组。本研究与既往Aoki等[27]研究的结果一致，显示绝经期及围绝经期FF值显著升高，原因考虑女性体内雌激素水平骤降，导致骨转换增加，骨钙大量丢失[28]，成骨细胞和破骨细胞活性也相应调节，导致骨小梁逐渐稀疏并伴随骨髓脂肪含量增多[8]。研究表明该年龄段女性黄骨髓化加速，脂肪含量明显高于男性[4]，本研究≥51岁组FF值为61.74±12.46，接近于60岁骨质疏松患者的PDFF的数值(67.5%)[25]。

本研究在排除了BMI差异的情况下，表明随年龄增长，Fi和Fs值逐渐增高，年龄对于Fi和Fs的影响差异具有统计学意义，这一结论与文献报道的随年龄增长会导致骨髓脂肪含量增加一致[4]。各年龄分组女性髂骨及骶骨的脂肪含量较男性稍多，但差异无统计学意义，考虑女性在未绝经之前造血组织较同龄男性多，而且周期性生理性失血刺激造血组织增生活跃有关[29]。

3.本研究的临床意义和展望

脂肪化生是公认的中轴型脊柱关节炎(spondyloarthritis，SpA)的特点，并且疾病发展过程中均可出现，软骨下脂肪化生的组织病理学原因不明。既往研究认为T1WI序列上皮质下骨髓和骨质侵蚀部位的脂肪化生是SpA新骨形成病理生理过程中很关键的步骤[30-31]。考虑到在急性期、稳定期以及男性、女性AS骶髂关节炎患者均可发现脂肪沉积病变，AS骶髂关节炎患者可以同时发生脂肪化生和骨质侵蚀，笔者设想健康志愿者骶髂关节脂肪含量低于AS患者，但AS骶髂关节炎活动性以及性别对于脂肪含量无明显影响，推测骶髂关节脂肪含量增加，可作为早期诊断AS的重要线索。笔者下一步研究将对比AS患者与健康志愿者骶髂关节脂肪含量的差异，探讨骶髂关节FF值是否可一定程度上反映AS骶髂关节炎的活动性。