椎体骨髓脂肪含量比在新诊断多发性骨髓瘤中的诊断价值

裴晓姣，潘振宇，炼宇飞，申曼，蒋涛*，黄仲夏*

本研究价值：

骨痛和骨质破坏是多数多发性骨髓瘤（MM）患者就诊的主要原因，也是MM终末器官损害的主要临床表现，故其研究进展备受关注，国际骨髓瘤工作组已把磁共振纳入新诊断多发性骨髓瘤（NDMM）的诊断和疗效评价标准中。MM是一种高度依赖骨髓微环境的恶性浆细胞病，从MM前期的意义未明单克隆免疫球蛋白血症（MGUS）进展到MM，随着骨髓中克隆性浆细胞的恶性增殖，骨髓的脂肪含量减少，使骨髓微环境向着有利于肿瘤细胞生长的方向进展。本文探究磁共振两点T1加权Dixon技术所测椎体骨髓脂肪含量比（FF）用于新诊断多发性骨髓瘤（NDMM）患者的诊断价值，对临床有一定指导价值。

本研究局限性：

（1）本研究病例的样本量较小，得出的结论存在一定局限性；（2）本研究没有治疗前后骨髓椎体FF的对比变化趋势研究。

多发性骨髓瘤（multiple myeloma，MM）是一种易发生于中老年人的单克隆浆细胞异常聚集的恶性血液病［1］。MM的发病分为三个阶段：意义未明单克隆免疫球蛋白血 症（monoclonal gammopathy of undermined significance，MGUS）、无症状冒烟型骨髓瘤（smoldering MM，SMM）和症状性多发性骨髓瘤（也称活动性骨髓瘤），其常见的临床表现是CRAB症状，高钙血症（Ca2+＞2.75 mmol/L，C）、肾功能不全〔肌酐（Cr）＞177μmol/L，R〕、贫血〔血红蛋白（Hb）＜10 g//L，A〕和骨质损害（B）［1-3］。骨质损害是MM主要的临床表现，其特征为由骨基质及骨小梁破坏所致的溶骨性穿凿样骨质破坏［4］。由于MM患者多以非血液系统症状就诊，故其误诊率高达40%～60%，很难早期诊断。从MGUS到MM，随着骨髓内浆细胞浸润和增殖，黄骨髓成分减少，骨髓内脂肪含量发生变化，因此测量椎体骨髓脂肪含量百分比（fat fraction，FF）对于MM病情演变、早期诊断可能有重要意义［5］。

目前对于骨髓脂肪含量定量评价常用Dixon技术，也称水-脂分离技术，由DIXON在1984年首次提出，其基本原理是依赖于水、脂肪频率的差别，通过控制回波时间（time echo，TE）和采集时间，同时采集水和脂肪的质子相位一致和相位完全相反时的信号，得到同相位（in-Phase，IP）、反相位（out-Phase，OP）、脂相（fat-only phase，FO）和水相（water-only phase，WO）四组图像［6-7］。有研究表明，FF可作为治疗MM预后评价的一种生物学标志物［5］。因此探究不同椎体中FF在新诊断多发性骨髓瘤（newly diagnosis multiple myeloma，NDMM）、MGUS患者以及与健康对照者中的变化规律，显得极其重要。本研究旨在探究椎体骨髓FF在MM患者病情演变中的变化规律以及椎体骨髓FF对NDMM的诊断价值。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取2016年7月—2019年12月在北京朝阳医院西院住院确诊的MM患者30例为研究对象，其中男20例，女10例；年龄42～80岁，平均年龄为（63.7±9.6）岁。将MM患者分成NDMM组和MGUS组，其中NDMM组中包括25例NDMM患者，MGUS组中包括MGUS 4例和SMM 1例。患者确诊前均完善骨髓细胞学、血尿M蛋白鉴定、免疫固定电泳、血常规、肝肾功能及影像学检查，符合2016年国际骨髓瘤工作组的MM诊断标准［2］，患者的基线临床数据如表1所示。选取同期于本院体检的健康志愿者20例为健康对照组（healthy control，HC组），其中男10例，女10例；年龄55～67岁，平均年龄为（61.0±3.6）岁。

表1 患者基线临床资料Table 1 Baseline clinical characteristics of patients with newly diagnosed multiple myeloma and monoclonal gammopathy of undetermined significance

纳入标准：符合MM诊断标准［2］，存在10%以上的克隆性浆细胞或病理组织活检证实的克隆性浆细胞瘤的证据，伴血或尿中M蛋白升高，并具备CRAB症状之一。排除标准：淀粉样变性、浆细胞白血病、恶性肿瘤骨转移、其他代谢性疾病以及椎体内有钢钉植入的患者。本研究中所有患者或家属签署知情同意书，并获取本院医院伦理委员会批准。

1.2 MRI检查方法

1.2.1 常规MRI平扫 应用美国西门子3.0T MR核磁扫描仪，受试者均常规行腰椎矢状位扫描，取仰卧位，平静呼吸。矢状位T2加权成像扫描参数如下：重复时间（time repetition，TR）=3 000 ms，TE=88 ms， 视 野（field of view，FOV）100×200，矩阵320×80，层厚4 mm，间隔0.2 mm，平均次数2，层数12，翻转角150°，扫描时间2′19″，自由呼吸。

1.2.2 Two-point Dixon技术 应用美国西门子3.0T MR核磁扫描仪，行矢状位T1-weighted two-point Dixon成像，扫描中心位置与矢状T2WI序列一致。扫描参数：TR=600 ms，TE=8.8 ms / 10 ms（分别为OP和IP），FOV 280×100，层厚4 mm，间隔0.2 mm，平均次数2，层数24，翻转角150°，扫描时间2′25″，自由呼吸。

1.2.3 图像后处理分析 采用由Two-point T1-Dixon序列获得图像，将原始数据传至西门子MR后处理工作站MRWP得到脂肪比图像（fat fraction map，FFM），FFM =Lip/In，Dixon序列可生成四种图像：IP、OP、FO和WO。由两位高年资影像科大夫进行测量，在正中矢状层面的左右连续三个层面分别测量3次，最后求平均值作为FF。使感兴趣区域为整个椎体的松质骨，同时避开骨岛及椎体静脉丛。

1.3 统计学方法 采用SPSS 17.0统计软件包和GraphPad prism 7.0进行数据处理。计量资料以（±s）表示，多组间、组内比较采用单因素方差分析；采用受试者工作特征曲线（receiver operating characteristic，ROC曲线）评估椎体FF对NDMM的诊断效能。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 NDMM组、MGUS组及HC组影像学表现 NDMM组的IP、FO图像和FFM均显示信号强度明显减低（见图1A～C）。MGUS组的IP、FO图像和FFM信号未见明显异常，但部分椎体内有脂肪沉积（见图1D～E）。HC组的IP、FO图像和FFM信号未见明显异常（见图1G～I）。

图1 3组T1-weighted Dixon IP、FO和 FFM像Figure 1 T1-weighted Dixon IP images，FO images and FFM images of three groups measured by T1-weighted two-point Dixon technique at 3.0T MRI

2.2 NDMM组、MGUS组及HC组L1～5各椎体FF及平均椎体FF比较 NDMM组、MGUS组及HC组L1～5各椎体FF组间比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；NDMM组L1～5各椎体FF均低于MGUS组和HC组，差异有统计学意义（P＜0.05）；MGUS组与HC组L1～5各椎体FF比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。三组L1～5各椎体FF组内比较，差异无统计学意义（P＞0.05，见表2）。

表2 NDMM组、MGUS组及HC组L1～5各椎体FF比较（±s，%）Table 2 Comparison of the average fat fraction of each vertebral body of L1-5 among three groups

表2 NDMM组、MGUS组及HC组L1～5各椎体FF比较（±s，%）Table 2 Comparison of the average fat fraction of each vertebral body of L1-5 among three groups

注：与MDMM组比较，aP＜0.05；HC组=健康对照组

组别 例数 L1 L2 L3 L4 L5 F值 P值NDMM 25 36.46±17.32 35.82±19.08 37.97±18.13 40.70±17.69 39.65±18.41 0.351 0.843 MGUS 5 58.34±10.55a 61.42±10.17a 65.04±7.17a 63.82±4.54a 66.78±4.73a 0.875 0.496 HC 20 65.09±4.93a 66.66±5.43a 67.16±4.94a 67.65±6.10a 67.99±4.41a 0.956 0.436 F值 29.945 27.097 28.436 24.432 27.003 P 值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

由于各组内L1～5各椎体FF比较无差异，因此使用L1～5椎体FF均值表示各组平均椎体FF，进行组间单因素方差分析比较。NDMM组、MGUS组及HC组平均椎体FF分别为：（37.92±17.74）%、（63.08±7.16）%和（66.91±4.79）%，三组平均椎体FF比较，差异有统计学意义（F=28.714，P＜0.001）。其中，NDMM组平均椎体FF低于HC组，差异有统计学意义（t=-7.821，P＜0.001）；NDMM组平均椎体FF低于MGUS组，差异有统计学意义（t=-5.264，P＜0.001）；MGUS组平均椎体FF与HC组比较，差异无统计学意义（t=-1.135，P=0.623）。

2.3 FF对NDMM的预测效能 FF诊断NDMM的ROC曲线下面积（AUC）95%CI为0.946（0.917，0976），最佳截断值为59.35%，灵敏度和特异度分别为87.20%、96.00%（见图2）。

图2 FF诊断NDMM的ROC曲线Figure 2 ROC curve of fat fraction of vertebral bone marrow for the diagnosis of newly diagnosed multiple myeloma

3 讨论

MM是一种浆细胞异常增殖于骨髓的恶性血液病［1］。美国梅奥医院Kyle教授长期跟踪研究发现，绝大部分MM患者来自无症状骨髓瘤前期阶段，MGUS和SMM分别以每年1%和2%的速度向症状性MM进展［8-11］。骨髓瘤异常增殖引起的溶骨性骨质破坏是MM造成终末器官损害的重要病理基础［1］。80%以上的NDMM患者会伴有溶骨性病灶，70%的患者因首发症状为骨痛就诊［12］，溶骨性骨破坏通常发生于中轴骨富含红骨髓部位，如脊柱、骨盆、肋骨、颅骨等。

正常骨髓是由红骨髓和黄骨髓组成。红骨髓是由30%～40%水、40%～60%脂肪和10%～20%蛋白质组成，而黄骨髓是由15%水、80%脂肪和5%蛋白质组成［13-14］。随着年龄增大，老年人骨髓内红骨髓向黄骨髓转化，黄骨髓含量增多，因此脂肪含量增高。然而MM患者骨髓中，由于浆瘤细胞异常增殖，造成骨质破坏、骨小梁丢失及黄骨髓含量降低。本研究结果显示，NDMM组L1～5各椎体FF及平均椎体FF均明显低于MGUS组和HC组，表明NDMM组由于浆细胞瘤浸润，脂肪含量明显减低，脂肪组织被浆细胞瘤替代，与GEITH等［14］研究结果类似。

MGUS和SMM患者无CRAB症状，偶尔经实验室检查M蛋白确诊［3］。本研究中MGUS组与HC组相比，椎体FF未见明显统计学差异；MGUS组在影像图上与HC组MRI表现未见明显异常。L1～5椎体FF在NDMM组、MGUS组及HC组中组内纵向比较均未见明显统计学差异，表明L1～5椎体内的FF随着椎体位置不同，其内脂肪分布未见明显差异。此结果与BAUM等［15］的研究不同，其认为椎体内脂肪含量的分布因年龄、性别和位置不同有明显差异，40、50岁椎体脂肪含量在女性和男性中相比差异不显著；但60岁和70岁时椎体脂肪含量女性高于男性；此外，在两性解剖位置中，最显著的差异变化位于下腰椎水平。此外，NDMM组和HC组平均椎体FF均未受性别的显著影响，未见明显统计学差异。

传统上MM的骨病检测是通过全身X线（whole body X ray，WBXR）检查观察溶骨性破坏［1］，但是WBXR检查溶骨性破坏，骨小梁丢失30%以上才能观察到肉眼所见的骨质破坏［16］。随着检查技术地不断发展，IMWG建议检测骨病的检查方法包括CT（全身低剂量CT）、MRI以及PET-CT等［17-18］。MRI是一种无创无辐射检查且对于骨髓受浸润较敏感，但常规的T1、T2图像仅用于描述性诊断，不能应用于NDMM的定量分析。

MRI技术用于评估椎体骨髓FF的方法，主要包括波谱技术（MRS）、Dixon技术及IDEAL技术［7，19-21］。但有研究表明，In-phase和Out-of-phase MRI技术（即水脂肪分离早期技术）比波谱技术更适用于临床扫描，因为前者扫描操作更容易、更快速、后处理更简单；而波谱技术对技术需求更高，耗时更长以及后处理更复杂［22］。Dixon技术主要用于肝脏、乳腺及肌肉等脂肪含量较多的地方［23-25］，但近年来也有研究用于测量椎体骨髓FF，但鲜有研究用于MM患者中轴骨的骨髓FF的检测。TAKASU等［21］研究认为，FF可作为MM的生物学标记，用于区分症状性骨髓瘤和无症状性骨髓瘤，FF与骨髓浆细胞瘤百分比相比具有较高的灵敏度和特异度。LATIFOLTOJAR等［5］已经证明局灶性病灶信号的脂肪分数（signal fat fraction，sFF）可作为NDMM治疗反应的影像学生物标志物。BRAY等［26］认为whole-body Dixon序列的四个图像中，仅FO比IP对MM提供更高的病变检测率。FF诊断NDMM的AUC95%CI为0.946（0.917，0976），最佳截断值为59.35%，灵敏度和特异度分别为87.20%、96.00%，表明FF对于诊断NDMM具有一定的诊断效能。

如前所述，脂肪组织是老年人骨髓的主要组成成分。MM是高度依赖骨髓微环境的疾病，从MGUS进展到MM，骨髓脂肪含量减少，造成骨髓微环境改变，微环境趋于异常，使其更有利于肿瘤生长。骨髓微环境改变，宏观主要表现在两方面：（1）从MGUS进展到MM，胆固醇含量减低［27］；（2）MRI测量椎体内骨髓含量，NDMM组的FF明显低于MGUS组。

骨髓微环境改变，微观主要表现血清中脂类代谢产物的异常改变。前期研究结果显示，在症状性与治疗后达到部分缓解以上的MM患者比较，两组间存在明显变化的血清特征代谢物，其水平升高的脂类物质主要为磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺类；下降的脂类主要为肉毒碱类，可以区分MM患者与HC，且可预测早期MM的病情进展或复发，可作为NDMM活动性生物学标志物［27］。美国梅奥医院等知名MM研究中心的研究提示，通过快捷、灵敏和准确的质谱分析，获得MM患者特征的代谢分子组学的变化可用于MGUS、SMM（无症状MM）和NDMM的鉴别诊断［28-29］。从常规生化检测的胆固醇改变到MRI的脂肪改变，再到质谱检测重大发现的微观脂肪酸等分子的代谢改变，预示MM患者这些肿瘤微环境改变，不仅有助于MM诊断，更重要的是，上述因素可能参与MM发病，有可能作为未来MM治疗的新靶点。

本研究局限性：（1）本研究NDMM组以及MGUS组病例数较少。整体病例的样本量也较少，为小样本数据。未来的研究中，增大病例样本量采集，对于研究初诊患者脂肪含量的变化以及FF是否可作为MM疾病的生物学诊断指标，评估疾病的预后更有意义。（2）本研究没有治疗前后骨髓椎体FF的对比变化趋势研究。（3）由于MM免疫分型较多，分组依据较多，较小的样本量无法分析不同免疫分型MM中椎体FF的变化，这是接下来重点研究工作。（4）骨髓内脂肪含量与脂类代谢物质是否有关联，是否可以作为诊断MM新定量诊断参数值，影像学标志物与实验室标志物的相关性，有待更深一步研究。

总之，NDMM组FF明显低于MGUS组和HC组，Dixon所测FF改变，预示NDMM患者这些肿瘤微环境的改变，不仅有助于NDMM诊断，更有可能作为未来MM治疗的新靶点。

作者贡献：裴晓姣进行实验操作、数据收集、统计分析和论文撰写；潘振宇主导本项目的研究设计；黄仲夏负责论文的质控和论文修改；蒋涛提供建设性讨论建议；炼宇飞、申曼参与临床和影像数据收集和分析；蒋涛、黄仲夏对文章整体负责、监督管理。

本文无利益冲突。