应用3.0T磁共振IDEAL-IQ检测椎体骨髓脂肪分数诊断骨质疏松的效能评价

黄国强， 唐启英， 王福南， 朱柳红， 黄玉龙， 刘 豪， 周建军

人体的骨髓由红骨髓和黄骨髓组成，红骨髓(造血骨髓)由40%的脂肪、40%的水和20%的蛋白质组成；黄骨髓(脂肪骨髓)由80%的脂肪、15%的水和5%的蛋白质组成。随着我国的老龄人口增加，老年人的健康问题得到越来越多关注，老年人骨质疏松的发病率呈上升趋势，而这也增加了骨折发生的风险[1]。骨量的变化监测是骨质疏松早期防治的关键[2]。双能X射线骨密度仪(dual-energy X-ray absorptiometry，DXA)是诊断骨质疏松的“金标准”[3]。而磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)不仅能显示骨骼结构而且能测量椎体的脂肪含量，具有较高的对比度和分辨率，且有多参数值帮助诊断[4]，对早期骨质疏松诊断的灵敏度较高。MRI的非对称回波的最小二乘估算法迭代水脂分离技术(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetrical and least-squares estimation quantitation sequence，IDEAL-IQ)是一种新型脂肪定量技术，可以测量椎体骨髓脂肪含量，反映骨髓脂肪变化[5-6]。本研究通过IDEAL-IQ检测椎体骨髓脂肪分数(fat fraction，FF)值，分析其与DXA测得的骨密度值(T值)的相关性，探讨IDEAL-IQ技术对骨质疏松的诊断能力。

1 对象与方法

1.1研究对象 选择2021年2月至2022年2月在复旦大学附属中山医院厦门医院进行健康体检者51名，其中男25名，女26名。均行DXA扫描和磁共振成像检查，两项检查在同一天完成。排除新近骨折病变者、有腰椎金属植入物者、有MRI检查禁忌证者、合并内分泌的代谢性疾病者、有椎体肿瘤或转移瘤者以及有结核病史者。本研究获医院医学伦理委员会批准(No.B2021-007)，所有研究对象均签署知情同意书。

1.2检查方法

1.2.1 DXA检查方法及分组 采用美国豪洛捷双能X线骨密度仪对研究对象的骨密度进行测量，去除携带的各种金属物品，取平卧位。DXA按标准模式从足侧向头侧扫描。扫描条件：管电压140/100 kV，管电流2.5 mA，扫描长度20.6 cm，扫描宽度11.4 cm，扫描范围为L1～4，获得骨密度T值。采用世界卫生组织评分法对结果进行评价[7-8]：骨量正常(骨质正常组)，T值≥-1.0 SD；骨质疏松(骨质疏松组)，T值≤-2.5 SD；骨质较少，-2.5 SD

1.2.2 MRI检查方法 使用GE750W3.0T磁共振仪进行检查，受检者取仰卧位，头先进，手臂放置于身体两侧，下肢垫高使得腰椎生理曲度消失贴合线圈，以得到优质的图像质量。扫描时使用8通道相控阵线圈，常规矢状面T1WI扫描：视野(field of view，FOV)=300 mm×300 mm，层数=11，层厚=4 mm，重复时间(repetition time，TR)=474 ms，回波时间(echo time，TE)=Min Full，激励次数(number of acquisitions，NEX)=2，间距=1 mm，翻转角=142°，扫描时间=73 s，矩阵320 mm×224 mm。常规矢状面T2WI扫描：FOV=300 mm×300 mm，层数=11，层厚=4 mm，TR=2 046 ms，TE=102，NEX=2，间距=1 mm，翻转角=142°，扫描时间=130 s，矩阵320 mm×192 mm。横断位T2WI扫描：FOV=220 mm×220 mm，层数=20，层厚=4 mm，TR=5 207 ms，TE=120，NEX=2，间距=1 mm，翻转角=142°，扫描时间=130 s，矩阵320 mm×192 mm。同时进行IDEAL-IQ序列检查：FOV=300 mm×300 mm，TR=12.5 ms，TE=Min full，层厚=5 cm，翻转角=5°，间距=1 cm，Phase=192，NEX=2。扫描结束，系统自动合成6组图像，分别是纯脂相、纯水相、同相位、反相位、FF图、R2*弛豫率图。

1.2.3 MRI图像测量与分析 将IDEAL-IQ所得图像上传至GE4.6工作站，通过工作站得到FF图，选择腰椎的椎体正中矢状面测量L1～4的FF值，并且避开骨皮质、椎间盘，目标范围尽量包含整个椎体。测量椎体L1～4目标区的FF值，同时由2名10年以上高年资医师分别测量3次，取其测量的平均值。

2 结果

2.1两组年龄、FF值和T值比较 与骨质正常组相比，骨质疏松组年龄、FF值较大，T值较小，差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。骨质疏松患者和骨质正常者典型影像学表现见图1，2。

表1 两组年龄、FF值和T值比较

L1～4的FF值分别为56.22%、51.74%、57.49%、56.42%,T值分别为-2.9、-2.6、-3.0、-2.1 L1～4的FF值分别为32.17%、35.21%、38.87%、42.92%,T值分别为-0.5、-0.3、-0.4、-0.3图1 骨质疏松患者的IDEAL-IQ表现图 图2 骨质正常者的IDEAL-IQ表现图

2.2T值与FF值的相关性分析结果 Spearman秩相关分析结果显示，FF值与T值呈负相关(rs=-0.642，P<0.001)。

2.3FF值诊断骨质疏松的效能分析结果 ROC曲线分析结果显示，FF值具有诊断骨质疏松的应用价值[AUC(95%CI)=0.922(0.879～0.965)，P<0.001]，最佳截断值为50.42%，其对应的灵敏度为88.10%，特异度为82.60%。见图3。

图3 FF值诊断骨质疏松的ROC曲线图

3 讨论

3.1骨质疏松是一种因骨量减少、骨内部微环境破坏导致骨脆性增加，增加骨折风险的一种全身性骨骼疾病。早期诊断骨质疏松并能及时予以干预治疗是降低骨折风险的一种方法。骨强度与骨密度和骨质量有关。骨密度由骨内的矿物质所决定，占骨密度的70%，而骨质量受骨内的微环境结构水平变化的影响，其测量方法的研究是目前热点之一[9-10]。

3.2目前，测量脂肪的磁共振技术主要有磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，MRS)、两点法Dixon同相位与反相位技术和三点法Dixon同相位与反相位技术(即IDEAL-IQ)。MRS测量组织内脂肪含量的方法较为成熟，也是目前脂肪含量检测的“金标准”[11]。但是，MRS的成像时间长，后期处理对图像的质量要求高，操作繁琐。而且，为了保证图像质量，应用单体素波谱成像每次只能对一个椎体进行扫描，MRS的扫描也因此较为费时，检查费用较高。两点法Dixon同相位与反相位技术是利用水与脂肪的进动频率不同，通过计算机处理得到水像和脂像[12]，但是两点法存在一定的缺陷：第一，易受主磁场的不均影响，导致计算错误，无法得到纯水和纯脂的稳定图像；第二，检查时间长，导致其在临床的应用受到限制。IDEAL-IQ则针对以上两个缺点进行了完善。IDEAL-IQ是在两点法Dixon同相位与反相位技术的基础上进行的升级，采用多个梯度回波以及多种采集技术对图像信号进行采集，得到更为优质的纯水和纯脂参数，实现定量分析。IDEAL-IQ在一个TR时间内采用多个回波，应用fly-back技术进行重建，得到6个水和脂肪的不同相位图像，通过区域增长法进行重建，改善了两点法在磁场不均匀上的问题，克服了T2*衰减、脂肪的多谱峰分布、噪声误差、涡流导致的相位误差及主磁场不均匀等因素，得到更高信噪比的图像，缩短扫描时间[13-14]。

3.3研究表明，随着骨密度的减低，骨髓内的脂肪含量增加[15-17]。骨髓内脂肪含量的变化在骨质疏松诊断和疗效评价方面引起了广泛关注。髓内的脂肪细胞增多会导致成骨细胞减少，从而使得骨强度减低[18-20]。胡磊等[21]研究结果显示，糖尿病组腰椎脂肪含量高于对照组，骨髓细胞明显减少，通过脂肪定量的方法可推测椎体骨密度的变化情况。以往骨质疏松诊断主要依靠DXA和定量CT(quantitative computed tomography，QCT)，无法满足临床的诊断需求。DXA所测量的是椎体的面积，并非整个椎体的体积，且DXA是平面摄影技术，易受骨质增生以及体位的影响，导致测量数值不够准确。QCT虽然能测量椎体的体积，但无法测量椎体内的脂肪含量，且辐射剂量较大。DXA、QCT检查无法显示骨髓内的微环境改变。IDEAL-IQ可定量评价骨组织微结构，且作为一种新的脂肪定量技术，能够反映组织内的复杂性，可重复性好，准确度高，操作方便，为临床诊断提供了准确、客观信息[22-24]。本研究结果显示，骨质疏松组的FF值较骨质正常组显著升高，FF值与T值呈负相关。ROC曲线分析结果显示，FF值可用于骨质疏松的诊断，诊断效能好[AUC(95%CI)=0.922(0.879～0.965)，P<0.001]，这与相关研究[25-26]结果相似。

综上所述，椎体骨髓内骨髓脂肪含量增高，会减低骨的强度，导致骨质疏松发生。IDEAL-IQ可准确定量椎体的脂肪含量，了解骨髓的生理、病理变化，为临床诊断骨质疏松提供新的方法。但本研究由于纳入对象例数较少，未能进行分层分析，研究结论尚需进一步验证。