健康成年女性腰椎骨髓成分对DWI骨髓扩散信号强度及ADC值的影响*

韩 铮,胡 亮,潘江峰,夏秀梅

(金华市中心医院医学影像科,浙江金华 321000)

扩散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)通过反映骨髓内水分子扩散情况间接反映骨髓功能状况,目前在骨髓疾病的检出[1-2]、良恶性椎体骨折鉴别[3-7]、骨髓瘤治疗疗效评估及预后[8-9]等方面显示出较高的价值。多项研究表明,在健康成年女性中,腰椎及骨盆骨髓扩散信号强度及表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)值随年龄和月经状况的不同而不同[10-14]。目前,大多数研究推测年龄和月经状况主要通过影响骨髓成分来影响骨髓扩散信号强度及ADC值[10-12,14]。研究腰椎成分对其骨髓扩散信号强度及ADC值的影响,可以全面了解骨髓组织的结构和代谢状态,并进一步认识骨髓在生理和病理状态下的变化规律,这对影像诊断及临床治疗方案的制订具有重要意义。然而,关于这两者之间的关系国内外尚未见报道。因此,本研究旨在分析健康成年女性腰椎骨髓成分对腰椎骨髓扩散信号强度及ADC值的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究回顾性分析2021年1月至2022年12月在本院接受上腹部MRI检查的健康成年女性影像学资料。研究对象纳入标准：(1)年龄≥18岁;(2)腰椎发育正常。排除标准：(1)腰椎骨折、手术及放化疗史;(2)恶性血液系统疾病、肿瘤病史;(3)激素类药物服用史;(4)近1个月内感染病史;(5)肝硬化病史;(6)DWI序列明显伪影,水脂分离序列中出现水脂错配。最终103例健康成年女性纳入本研究,年龄19～82岁,平均(50.44±13.60)岁。其中,年龄19～<30岁8例,30～<40岁17例,40～<50岁15例,50～<60岁有40例,60～<70岁有15例,70～82岁8例。本研究通过本院伦理委员会审查批准(批准号2023650101),并免除检查者知情同意。

1.2 方法

使用GE 1.5T Optima MR360扫描仪,采用8通道体部线圈及呼吸门控,行上腹部MR平扫及DWI检查,部分行增强扫描。呼吸触发轴位DWI(RTr AX DWI),TR=6 600 ms,TE=75 ms,FOV 40.0 cm×40.0 cm,层厚=6 mm,层间距=1.2 mm,矩阵=256×256,NEX=4,b值取0和800 s/mm2。两点法水脂分离(三维容积内插快速采,LAVA-Flex),TR=5.9 ms,TE = 3.1 ms,FOV 42.0 cm×33.6 cm,层厚=6 mm,层间距=-4.5 mm,矩阵=256×192。并自动生成水相、脂肪相、水+脂肪相、水-脂肪相。

1.3 图像分析

在b=800 s/mm2图像上,根据腰1椎体与邻近竖脊肌信号强度比较将研究对象分为两组：高信号组(腰椎骨髓扩散信号强度明显高于邻近竖脊肌扩散信号强度)和等低信号组(腰椎骨髓扩散信号强度低于邻近竖脊肌扩散信号强度或与之相似)。在GE ADW4.6工作站,在腰1椎体中间水平位置勾画出类圆形感兴趣区,面积为(150±25)mm2,测量腰1椎体骨髓ADC值。在明天医网PACS系统(版本号V4.9.0.4804)上,在腰1椎体中间水平位置勾画出类圆形感兴趣区,面积为(150±25)mm2,测量腰椎骨髓水相及脂肪相信号强度,计算骨髓脂肪分数,腰椎骨髓脂肪分数=脂肪相信号强度/(水相信号强度+脂肪相信号强度)×100%,见图1。由两名具有10年MRI诊断经验的影像医师分别进行上述数据测量及信号分型评价,对两者结果进行一致性分析。最后,以其中一名具有丰富肌骨影像诊断经验医师的结果作为后续研究数据。

A：腰椎骨髓扩散信号强度高于邻近竖脊肌,表现为高信号;B：腰椎骨髓扩散信号强度与邻近竖脊肌相似,表现为等信号;C：腰椎骨髓扩散信号强度低于邻近竖脊肌,表现为低信号;D：水相时腰椎骨髓信号强度测量示意图;E：脂肪相时腰椎骨髓信号强度测量示意图;F：腰椎骨髓ADC值测量示意图。

1.4 统计学处理

2 结 果

2.1 腰椎骨髓扩散信号强度、ADC值、脂肪分数测量的重复性

不同评价者腰椎骨髓扩散信号强度分型Kappa系数为0.845(95%CI：0.741～0.949),不同评价者腰椎骨髓ADC值、脂肪分数ICC分别为0.747(95%CI：0.647～0.821)、0.845(95%CI：0.780～0.893)。腰椎骨髓ADC值、脂肪分数两次测量Bland-Altman图见图2。腰椎骨髓扩散信号强度、ADC值及脂肪分数测量在不同评价者之间具有良好甚至优秀的一致性。

A：ADC值;B：脂肪分数。

2.2 腰椎骨髓扩散信号强度的影响因素

单因素分析显示,年龄、腰椎骨髓脂肪分数、月经状况为腰椎骨髓扩散信号强度的影响因素(P<0.001)。多因素分析显示,年龄(P=0.046)、腰椎骨髓脂肪分数(P=0.005)为腰椎骨髓扩散信号强度影响因素,月经状况(P=0.242)不是其影响因素,见表1、图3。

表1 影响腰椎骨髓扩散信号强度的二元logistic回归分析结果

A：年龄比较箱线图(5%～95%); B：腰椎骨髓脂肪分数比较箱线图(5%～95%);C：月经状况比较百分比图;①：等低信号组;②：高信号组;a：P<0.001。

2.3 腰椎骨髓ADC值的影响因素

单因素分析显示,年龄、腰椎骨髓脂肪分数、月经状况是腰椎骨髓ADC值的影响因素(P<0.001);多因素分析显示,腰椎骨髓脂肪分数(P<0.001)是腰椎骨髓ADC值的影响因素,年龄(P=0.497)及月经状况(P=0.082)并非腰椎骨髓ADC值影响因素,成年女性腰椎骨髓脂肪分数与ADC值呈负相关(rs=-0.607,P<0.001),见表2,图4。

表2 影响腰椎骨髓ADC值的多元线性回归分析结果

图4 女性腰椎骨髓脂肪分数与ADC值线性相关分析图

3 讨 论

本研究结果显示,在健康女性中,腰椎骨髓脂肪分数对腰椎骨髓扩散信号强度影响明显。此外,有研究发现在50岁以前,女性腰椎和骨盆的骨髓扩散表现为高信号,而在50岁之后则表现为等低信号[11-12]。这种现象可能是因为50岁前女性腰椎及骨盆内含有较多的红骨髓,而50岁之后脂肪含量明显增加,红骨髓转化为黄骨髓。本研究结果显示腰椎骨髓扩散高信号组脂肪分数较等低信号组低,与上述研究相符。黄骨髓的化学成分大约80%为脂质、15%为水、5%为蛋白,而红骨髓的化学成分大约50%为脂质、35%为水、15%为蛋白[15-16]。红骨髓含有更多的水分和血液灌注,因此其扩散信号强度及ADC值均高于黄骨髓[14,17-18]。另外,CUI等[14]研究表明腰椎骨髓扩散信号强度与骨髓内水分数相关,骨髓内水分数越高,骨髓扩散信号强度越高,这可能与T2穿透效应[指高T2信号强度的组织或成分(如水)在DWI中保留其高信号]有关。骨髓内水分数与脂肪分数呈负相关,所以本研究中健康成年女性的腰椎骨髓扩散高信号组腰椎骨髓脂肪分数较等低信号组低。本研究显示,女性腰椎骨髓脂肪分数对腰椎骨髓ADC值有影响,二者呈现一定的负相关。已有研究发现女性腰椎骨髓ADC值与年龄[10]和骨质密度[19]呈负相关。随着年龄增长,腰椎骨髓脂肪含量逐渐增加,骨密度逐渐降低,而ADC值逐渐减小,因此腰椎骨髓ADC值与腰椎骨髓脂肪分数呈现一定的负相关。本研究单因素分析结果显示,年龄是腰椎骨髓ADC值的影响因素,这与之前研究结果一致[10-13]。然而,多因素分析结果显示,年龄并不是腰椎骨髓ADC值的影响因素,作者推测年龄可能是通过影响骨髓成分间接影响腰椎骨髓ADC值。

多项研究表明,绝经前的女性腰椎红骨髓含量丰富,骨髓内含有较多的水分及血液灌注[16,20]。而绝经后的女性雌激素急剧下降,导致腰椎骨髓内脂肪急剧堆积,同时骨水分及血液灌注明显减少[16]。早期一项研究显示,女性双侧卵巢切除术后3个月(相当于人工绝经),腰椎骨量急剧减少12.5%,骨髓内脂肪含量急剧增加92%,同时骨髓血液灌注明显减少[21]。以往研究发现,女性腰椎骨髓扩散信号强度和ADC值与月经状况相关。未绝经女性腰椎骨髓扩散信号强度大多呈高信号、骨髓ADC值相对较高。而绝经后女性腰椎扩散信号大多呈等低信号,ADC值相对较低[10,14]。本研究单因素分析结果与之基本一致,但多因素分析结果显示,月经状态与腰椎骨髓扩散信号强度及ADC值不相关。这可能与引入腰椎骨髓脂肪分数有关,月经状况可能主要通过影响腰椎骨髓成分来影响腰椎骨髓扩散信号强度及ADC值。

本研究存在以下缺陷：(1)本研究为单中心,入组人群存在选择偏倚;(2)本研究为回顾性研究,仅研究了腰1椎体骨髓扩散信号强度及ADC值情况,并未测量其他腰椎骨髓情况,其原因是随着年龄增长,其他腰椎退行性改变明显,这可能会影响腰椎骨髓DWI表现;(3)本研究使用梯度回波水脂分离技术测量腰椎骨髓脂肪分数,这容易受磁场不均匀性的影响。

总之,本研究发现健康成年女性腰椎骨髓成分对腰椎骨髓扩散信号强度及ADC值有明显影响。了解腰椎骨髓DWI表现的真正影响因素,对于骨髓DWI临床实践具有一定的价值。