IDEAL-IQ定量评价老年人全脊柱椎体骨髓脂肪含量的价值

王灿云 姜黄维 任宏 于沧 经齐峰

成人的造血骨髓大约由40%脂肪、40%水和20%蛋白质组成，而脂肪骨髓由80%脂肪、15%水和5%蛋白质组成[1]。近期研究发现，骨髓腔脂肪细胞与成骨细胞具有同源性，均起源于骨髓间充质细胞（mesenchymal stromal cells，MSCs），而MSCs向两者的分化受体内外多种生理性和病理性因素的影响[2-3]。首先，在不同年龄阶段，脊柱椎体骨髓的脂肪、水、蛋白质、矿物质等化学成分的含量均有所不同，其骨髓构成处于动态变化过程。另一方面，脊柱椎体骨髓的各种生理性和病理性改变都与其骨髓脂肪含量密切相关[4]。前期大量研究证实，骨强度不仅取决于骨密度（bone mineral density，BMD），还取决于骨质量。另外，也有研究显示腰椎部位的BMD不能正确预测绝经后妇女是否存在椎体骨折[5]。因此，对脊柱椎体骨髓脂肪改变进行定量评估具有重要意义，不仅可以评估各种生理病理过程对脊柱骨髓状态的影响，还可以通过对脊柱骨髓成分的定量分析筛查骨髓亚健康状态人群。传统的MRI脂肪含量评价主要是通过同反相位的信号差异度来间接反映，不可控因素较多，准确性不高。定量非对称回波的最小二乘估算法迭代水脂分离序列（iterativedecomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimationquantitation sequence，IDEAL-IQ）是一种全新的无创脂肪定量技术，其在肝脏[6]、胰腺[7]、冈上肌[8]、骶髂关节[9]、髋关节[10]等全身各部位应用的准确性和可重复性已经得到证实。本研究旨在探讨IDEAL-IQ定量评价老年人全脊柱椎体骨髓脂肪含量的价值。

1 对象和方法

1.1 对象 选择2019年6月1日至7月28日杭州市萧山区第一人民医院接受MRI检查的老年健康受试者20例，男 10例，女10例，年龄 61～81岁。纳入标准：（1）无内分泌、代谢性疾病（严重肝肾疾病、甲状旁腺疾病、糖尿病、先天性骨代谢异常等）；（2）未服用激素等影响骨代谢的药物；（3）椎体无肿瘤、结核、转移瘤等疾病及放化疗史；（4）无脊柱外伤史和手术史。本研究经杭州市萧山区第一人民医院医学伦理委员会审批通过，所有受检者均知情同意。

1.2 方法

1.2.1 MRI检查 采用3.0TMRI设备（DiscoveryMR750W 3.0T 扫描仪；GE Healthcare，Waukeha，WI）进行扫描。患者取仰卧位，成像序列包括常规MRI序列（T1WI、T2WI和T2IDEAL）和脂肪定量成像序列（IDEAL-IQ）。全脊柱分三段扫描，各段详细扫描参数：正矢状位T2WI：TR3000ms，TE 100 ms，FOV 300 mm×300 mm，矩阵 320×256，层间距0.4 mm，层厚4.0 mm，采集次数（NEX）2。正矢状位T1WI：TR 800 ms，TE 12 ms，FOV 300 mm × 300 mm，矩阵 320×256，层间距 0.4 mm，层厚 4.0 mm，NEX 2。正矢状位 T2IDEAL：TR 3 500 ms，TE 85 ms，FOV 300 mm ×300 mm，矩阵 320×224，层间距 0.4 mm，层厚 4.0 mm，采集次数 1。正矢状位 IDEAL-IQ：TR 15.1 ms，TE 7.3 ms，FOV 300 mm×270 mm，矩阵 160×160，层厚 4.0 mm，NEX 0.5。

1.2.2 图像分析 采用GE 4.7工作站进行图像拼接、图像评价和质子密度脂肪分数（proton density fat fraction，PDFF）测量。由2位放射科副主任医师独立完成受试者全脊柱椎体（C2～L5）骨髓PDFF数据测量。选择每个椎体的PDFF图像最大矢状面，手动勾画ROI（最大范围包括整个椎体的松质骨部分，避开骨皮质、终板及椎间盘，示意图见图1-A），每个椎体测量3次取平均值。每次测量均以常规图像作为参照。

1.3 统计学处理 采用SPSS 26统计软件。计量资料以±s表示，组间比较采用独立样本t检验。观察者间测量PDFF值的一致性采用Bland-Altman分析。采用Pearson相关分析C2～L5椎体骨髓PDFF和年龄之间的相关性。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 全脊柱椎体骨髓PDFF图像及一致性分析 全脊柱椎体骨髓PDFF图像的ROI勾画示例及全脊柱椎体骨髓PDFF伪彩图见图1（插页）。观察者间测量全脊柱椎体骨髓PDFF的一致性较高，见图2。

图1 全脊柱椎体骨髓质子密度脂肪分数（PDFF）定量图（a：全脊柱椎体骨髓PDFF测量的ROI勾画示意图；b：68岁老年女性全脊柱椎体骨髓PDFF伪彩图，伪彩图左侧为统一的渐变伪彩图彩色样式和阈值范围；c：78岁老年男性全脊柱椎体骨髓PDFF伪彩图）

图2 观察者间测量全脊柱椎体骨髓PDFF值的Bland-Altman分析

2.2 老年男性组与老年女性组C2～L5椎体骨髓PDFF的比较 老年女性组全脊柱椎体骨髓的PDFF整体高于老年男性组（均P＜0.01），见表1。老年男性组全脊柱椎体骨髓 PDFF 从 C2～7、T1～6、T7～12至 L1～5分别为 0.51±0.06、0.43±0.02、0.47±0.03、0.58±0.03；老年女性组全脊柱椎体骨髓 PDFF 从 C2～7、T1～6、T7～12至 L1～5分别为 0.64±0.05、0.62±0.02、0.66±0.02、0.75±0.03，老年女性组 C2～7、T1～6、T7～12和 L1～5的全脊柱椎体骨髓 PDFF 均高于老年男性组（均 P＜0.05），见图 3。老年人 C2～7、T1～6、T7～12至 L1～5的全脊柱椎体骨髓PDFF与年龄均无相关性（r=0.105、0.09、0.026、0.053，均 P ＞0.05）。

表1 老年男性组与老年女性组C2～L5椎体骨髓PDFF的比较

图 3 老年男性组与老年女性组 C2～7、T1～6、T7～12 至 L1～5 椎体骨髓原子密度脂肪分数（PDFF）的比较

3 讨论

本研究发现，IDEAL-IQ可以快速无创地对老年人全脊柱椎体骨髓脂肪进行“一站式”定量评价。老年人全脊柱椎体骨髓PDFF呈现出明显的解剖学变异，老年女性组颈椎、胸椎和腰椎的椎体骨髓PDFF均高于老年男性组。

本研究纳入人群为老年人，老年女性雌激素水平的改变可能加剧了其全脊柱椎体骨髓脂肪的增加，造成其PDFF均高于老年男性。Baum等[11]通过对28例年轻志愿者全脊柱椎体骨髓脂肪的研究发现，他们的脊柱椎体PDFF呈现明显的解剖学差异，男性组整体高于女性组。该研究纳入的受试人群年龄偏小，平均年龄为26岁，不能反映年龄的增长尤其是老年女性由于激素水平的改变对全脊柱椎体骨髓脂肪构成的影响。随着年龄的增长，女性体内雌激素水平下降，导致成骨细胞增殖分化作用减弱，刺激破骨细胞的成熟，这是绝经后女性好发骨质疏松的主要原因之一[12]。骨髓间充质干细胞在不同诱导因素下可分化为骨、软骨、脂肪、骨髓及神经等结构，其中老龄及雌激素水平都是影响因素，有研究证实骨小梁结构衰败与骨髓脂肪组织增多同步发生[13]。Patsch等[14]研究者报道，MR光谱学检测骨髓脂肪成分与绝经后女性脆性骨折有关，可作为一种新的不依赖BMD的骨折风险评估工具。因此，雌激素水平、椎体骨髓脂肪含量及骨质疏松之间有着间接的关系。本研究发现老年人群全脊柱椎体骨髓PDFF与年龄无相关性，可能与纳入的受试者年龄偏大和年龄跨度较小有关。

温勇等[15]通过回顾分析1 079例年龄≥50岁的骨质疏松性椎体骨折患者的流行病学特征发现，老年椎体骨折患者中60～69岁年龄段的比例最高，且女性明显多于男性，男女总人数比为1∶2.2；椎体骨折好发节段为T11～L2，胸腰椎骨折患者均随着年龄增加而增加，腰椎骨折患者显著多于胸椎骨折。李石伦等[16]纳入2 443例老年脊柱骨折的研究也得到了相似的结论。由此可见，对于老年人群，女性的脊柱骨折风险要明显高于男性。本研究发现老年女性全脊柱椎体骨髓PDFF高于老年男性，PDFF的显著升高可能增加了老年女性脊柱骨折的风险。另一方面，对老年人群全脊柱椎体骨髓脂肪的定量评估有望成为预测老年人脊柱骨折风险的重要影像学方法，这需要进一步研究。

目前，测定组织内脂肪含量的MRI序列很多，传统的磁共振波谱（MRS）和水脂分离技术（DIXON）都可以对组织内脂肪含量进行定量或者半定量分析。MRS定量分析脂肪含量较为成熟，但是MRS扫描时间长、影响因素较多，无法实现多个椎体的同时扫描，后处理较为复杂，很难广泛的应用于脊柱椎体骨髓脂肪含量的测定。水脂分离技术最早是由Thomas Dixon教授于1984年提出[17]，后来又经过不同阶段的改进，其水脂分离效果不断提高。但是，该技术运用于脂肪含量测定面临诸多问题。首先，这些技术均基于脂肪单峰模型，不能全面评价脂肪信号，无法实现精准定量。其次，这些技术在一定程度上无法克服外部条件和个体因素对水脂分离完全性的影响。

IDEAL-IQ技术通过在一个TR中采集6个回波，得到6幅关于水和脂肪相位差异的图像，通过应用区域增长法进行重建可有效克服射频场不均匀得影响。因此IDEAL-IQ技术可以克服T2衰减、脂肪的多谱峰分布、噪声和梯度涡流等影响，从而得到PDFF[18]。IDEAL-IQ对人体脂肪的定量评价已经得到大量的证实[6-9，19]。由于IDEAL-IQ技术是基于梯度回波序列，扫描速度快，同时可以一定程度抑制运动伪影，尤其适用于全脊柱的扫描，可以实现“一站式”的全脊柱椎体骨髓脂肪定量评价。同前研究一样，本研究发现脊柱椎体PDFF沿全脊柱呈现出明显的解剖学变异，提示大范围脊柱椎体PDFF评价的必要性。

综上所述，IDEAL-IQ可以快速简便地定量评价老年人椎体骨髓的脂肪含量，了解人体的骨髓生理、病理变化，从而为疾病的评估及诊断提供了一个全新的思路，同时也为老年人群脊柱骨折风险的评估提供了一种全新的影像学依据。