磁共振波谱成像定量腰椎骨髓脂肪短中期的可重复性研究

孟 雷，李艳彬，董飞侠，潘安光

·全科医生技能发展·

磁共振波谱成像定量腰椎骨髓脂肪短中期的可重复性研究

孟 雷1，李艳彬2*，董飞侠3，潘安光1

目的 评价磁共振波谱成像(MRS)定量腰椎骨髓脂肪短、中期的可重复性。方法 选择2015年3—6月在温州市第七人民医院和温州市中医院健康体检中心体检的符合入选标准的健康女性(28.9～48.6岁)受检者30位，基线(即研究开始时)及6个月时测定受检者血25羟维生素D、骨钙素、β-胶原降解产物及雌二醇。于基线、6周及6个月时分别行3次MRS扫描，测定腰3椎体骨髓脂肪分数(FF)。由2位评定者独立测定FF，计算组内相关系数(ICC)，评价不同时间点(短期和中期)MRS测定FF的精确性。结果 共22位受检者完成研究。评定者间与评定者内在基线、6周及6个月时测定FF的ICC为0.931～0.988。Bland-Altman法分析显示，评定者间、评定者内测定FF的差值均落于95%可信区间内。短期和中期MRS测定FF的ICC为0.856～0.944，变异系数为2.45%～4.72%。结论 短、中期MRS测定腰椎骨髓脂肪含量具有良好的可重复性。

磁共振波谱学；骨髓脂肪；重复性

孟雷，李艳彬，董飞侠，等.磁共振波谱成像定量腰椎骨髓脂肪短中期的可重复性研究[J].中国全科医学，2017，20(12)：1491-1494，1499.[www.chinagp.net]

MENG L，LI Y B,DONG F X，et al.Short- and mid-term reproducibility of lumbar vertebral bone marrow fat content measurements using magnetic resonance spectroscopy[J].Chinese General Practice，2017，20(12)：1491-1494，1499.

1.DepartmentofRadiology,theSeventhPeople′sHospitalofWenzhou,Wenzhou325000,China

2.LaboratoryforClinicalSpecialAssays，theSeventhPeople′sHospitalofWenzhou,Wenzhou325000,China

3.WenzhouHospitalofTraditionalChineseMedicine，Wenzhou325000,China

*Correspondingauthor:LIYan-bin,Attendingphysician;E-mail：1374792976@qq.com

骨强度不仅与骨密度、骨微结构有关，而且与骨髓微环境有关[1]。已有研究表明，骨髓脂肪在骨丢失的病理生理中具有重要作用，骨髓脂肪和骨量存在负相关关系，即骨髓脂肪含量可在一定程度上反映骨骼的强度[2-4]。因此，准确定量骨髓脂肪含量具有重要意义。目前认为，氢质子磁共振波谱成像(MRS)是定量骨髓脂肪含量的检测标准。多项横断面研究采用MRS对骨髓脂肪进行定量，并分析其与骨密度、体成分的关系，部分研究采用MRS对药物干预骨质疏松后骨髓脂肪含量的变化进行评估[3-5]。MRS的诊断价值很大程度上取决于其测量的精确度，因此，客观评估MRS定量骨髓脂肪含量的可靠性非常重要。既往有研究在同一天内进行2次MRS来评价其精确性[5-9]，但是短期和中期MRS定量骨髓脂肪的可重复性如何仍缺乏研究。本研究拟探讨短期(6周)和中期(6个月)MRS测定腰椎骨髓脂肪含量的可重复性，为纵向干预性研究计算样本量提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选择2015年3—6月在温州市第七人民医院和温州市中医院健康体检中心体检的符合入选标准的健康女性受检者30位，年龄28.9～48.6岁，平均年龄(41.1 ± 5.7)岁；身高147.0～171.0 cm；体质量45.0～75.0 kg，计算体质指数(BMI)。

受检者入选标准[10]：(1)未绝经妇女(因为绝经状态、雌激素水平的变化会影响骨髓脂肪含量，所以本研究仅收集绝经前健康人群)；(2)无结核、肿瘤、放化疗史等；(3)未曾使用过影响骨代谢的药物，如雌激素、糖皮质激素、双磷酸盐类药物；(4)未患有影响骨代谢的相关疾病，如糖尿病、甲状旁腺功能亢进、肾功能不全等；(5)无子宫、卵巢切除史；(6)无MRI检查禁忌证。受检者均在健康体检中心检测血尿常规及肝肾功能以确保其指标在参考范围内。向受检者解释本研究的目的，征得受检者知情同意后执行MRI检查。

1.2 血生化指标检测 受检者禁食8 h以上，于清晨空腹在健康体检中心采集空腹静脉血进行血尿常规、血脂、血糖、肝肾功能等常规项目检测后，进一步检测血25羟维生素D、骨钙素、β-胶原降解产物(采用化学发光法)及雌二醇(采用放射免疫法测定)。上述指标在基线(即研究开始时)及6个月分别检测一次，以除外受检者在研究期前后上述指标出现明显差异，影响骨髓脂肪的分析。

1.3 MRS检查 应用德国西门子1.5 T超导型MRI扫描仪进行图像采集，脊柱线圈联合相控阵腹部体表线圈。受检者取仰卧位，平静呼吸。MRS信号采集前常规行腰椎矢状位T1加权像(T1WI)及T2加权像(T2WI)扫描，除外受检者腰椎骨肿瘤、压缩性骨折等病变以及便于波谱体素块的准确放置。氢质子MRS扫描前先进行自动匀场，之后采用不抑水单体素点解析波谱序列进行腰3椎体MRS数据采集。具体参数如下：TR=3 000 ms，TE=30 ms，体素块大小=1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm(确保体素块位于椎体骨髓腔中央，避开骨皮质及椎间盘)，波宽=2 000 Hz，翻转角=90°，激励32次，扫描时间1′36″。受检者均在基线、6周及6个月行MRS重复扫描。MRS检查由同一位技术员完成。

扫描结束后，MRS原始数据自动导入西门子新沟通(Syngo)MR图像专用后处理工作站。选择系统自带的波谱分析软件进行分析，先做波谱基线校正，分别测定位于1.30 ppm的脂质峰及4.70 ppm的水峰信号值。计算腰3椎体骨髓脂肪分数(FF)[2,11]，FF=〔Ilipid/( Ilipid+Iwater)〕×100%；公式中Ilipid、Iwater分别为脂质峰及水峰峰下面积值，FF代表脂肪相对信号强度与总信号强度(水和脂肪)的百分比。

1.4 MRS测定FF的精确性分析 MRS数据分别由2位高年资放射科医师独立完成图像的观察分析。在每次测定FF后至少间隔2周再次对MRS数据进行第2次分析，以评价评定者内测定FF的一致性。于6周、6个月时分别行MRS检查，均由2位评定者分别测定，取同一评定者2次测定的均值以评价评定者间测量FF的一致性。

2 结果

2.1 受检者临床资料及比较 基线时共30位受检者完成MRS检查；6周时2位受检者失访，2位受检者拒绝行MRS检查；6个月时又有3位受检者失访，1位受检者拒绝行MRS检查。共22位受检者完成研究，资料完整。22例受检者身高、体质量、BMI及血生化指标在基线及6个月时差异无统计学意义(P>0.05，见表1)。

2.2 评定者间及评定者内测定FF的一致性 2位评定者在基线、6周及6个月时测定的FF比较，差异均无统计学意义(P>0.05，见表2)。评定者间及评定者内在基线、6周及6个月时测定FF的ICC均>0.80(见表3)。进一步采用Bland-Altman分析法对FF测定结果的一致性进行评价，结果显示评定者间及评定者内基线、6周及6个月时测定FF的差值均在95%CI内(见图1)。

Table 2 FF values determined by two raters at baseline conditions,6 weeks and 6 months after the beginning of study

评定者例数基线6周6个月评定者12246.22±6.6046.79±7.1147.07±6.37评定者22245.28±7.1445.61±6.2846.01±6.79t值0.9171.0291.314P值0.8200.7540.731

表1 受检者在基线及6个月时临床资料及血生化检测指标比较±s，n=22)

注：BMI=体质指数

表3 评定者间及评定者内在不同时间点测定FF的一致性

注：ICC=组内相关系数，CI=可信区间

注：a为基线时，b为6周时，c为6个月时；图中中间线条表示均值，上、下线条分别代表χ+1.96 s、χ-1.96 s，所有点落在其95%可信区间内；FF=脂肪分数

图1 Bland-Altman法评价不同时间点评定者间测定FF的一致性

Figure 1 Intra-rater agreement of FF determined at baseline conditions,6 weeks and 6 months after the beginning of study assessed by Bland-Altman plot

注：患者46岁，a为基线时，b为6周时，c为6个月时，基线、6周及6个月时FF分别为39.11%、39.38%、40.57%

图2 不同时间点MRS测定FF的波谱图

Figure 2 MRS spectra of FF of a representative 46-year-old participant at baseline conditions,6 weeks and 6 months after the beginning of study

2.3 短、中期MRS测定FF的精确性 短、中期MRS测定FF的ICC为0.856～0.944，CV为2.45%～4.72%(见表4)。图2为同一位46岁受检者在基线、6周及6个月时MRS 测定FF的波谱图。

表4 短、中期MRS测定FF的精确性

Table 4 Short- and mid-term accuracy assessment for quantifying FF by MRS

时间评定者1ICC 95%CI评定者2ICC 95%CI评定者1CV(%)评定者2CV(%)短期(6周与基线)0.932(0.836,0.972)0.944(0.865,0.977)2.602.45中期(6个月与基线)0.856(0.702,0.938)0.874(0.728,0.945)4.724.41中期(6个月与6周)0.925(0.819,0.969)0.918(0.817,0.961)3.623.56

注：CV=变异系数

3 讨论

3.1 骨髓脂肪含量间接反映骨质量 骨密度是目前公认的反映骨强度的有用指标，也是用于计算骨质疏松性骨折风险的主要判断因子，但其灵敏度和特异度均不高[1,13-14]。骨髓间充质干细胞具有自我更新及多向分化的潜能，在不同的诱导条件下可以分化为脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞等。骨髓内骨组织及脂肪组织的动态平衡就是由间充质干细胞向成骨细胞、脂肪细胞分化维持的[15]。若间充质干细胞成脂分化增强则成骨细胞的增殖、分化能力将下降，骨形成减少，进而引起骨量丢失、骨质疏松及骨缺损等相关代谢性骨骼疾病。已有研究证明，测定骨髓腔的骨髓脂肪含量可以在一定程度上反映骨质量[3,4,10]。因此，研究骨髓脂肪含量具有重大意义。

3.2 MRS短、中期定量骨髓脂肪含量的精确性 关于MRS测定骨髓含量的精确性的文献报道较少，且缺乏一定深度。本研究设计了MRS测定腰椎FF的短、中期可重复性研究，结果表明，短、中期MRS测定FF的ICC为0.856～0.944，CV为2.45%～4.72%；且不同评定者间或评定者内测量FF具有良好的一致性。本研究于短、中期进行精确性评估，而国内研究者对30例志愿者腰椎体同一天进行2次MRS测定来评价该技术的测量精确性，结果显示高场强MRS具有较高的骨髓脂肪含量测量精确性，CV为1.7%[9]；另有研究报道MRS重复测定FF的精确性CV为2.25%[10]。但以上研究存在一定偏倚，如同一天内2次对MRS信号进行采集，或在2次重复扫描期间未重新摆放受检者位置，所得结果也未由不同评定者独立测定FF值。国外学者报道，MRS短期定量FF的CV为1.7%～4.5%[5-8]，但其研究结论是通过测量6～8位受检者所得，样本量相对偏少。

BREDELLA等[16]对3位受检者行间隔10 d的重复MRS扫描，CV为5.0%，高于本研究CV，分析原因可能与其样本量有关。GRIFFITH等[17]对36位受检者股骨近端行MRS测定FF，2次扫描时间间隔为1周，ICC为0.78～0.85。虽然这项研究也表明MRS测定股骨近端FF具有足够高的可重复性，但MRS测定FF的ICC较本研究ICC低。这主要是因为相对于腰椎，骨髓在股骨近端的空间分布更加不均质，导致每次测定的FF值会出现变异，这也是研究者多以腰椎椎体作为测定骨髓脂肪靶点的缘故。SCHAFER等[18]调查了6例健康成年女性间隔6个月的腰椎MRS重复扫描，CV为3.8%，虽然其样本量偏少，但结论与本研究一致。

综上所述，MRS短、中期定量腰椎骨髓脂肪含量具有良好的可重复性，不同评定者间测定FF具有良好的一致性。本研究结果可以为相关骨病疗效评估或其他纵向研究设计样本量大小的计算提供科学依据。

作者贡献：孟雷、李艳彬进行试验设计与实施、资料收集整理、撰写论文并对文章负责；孟雷、董飞侠、潘安光进行试验实施、评估、资料收集；李艳彬进行质量控制及审校。

本文无利益冲突。

[1]吕厚辰,唐佩福.骨组织形态及微观结构的影像学评价及进展[J].中华骨质疏松和骨矿盐疾病杂志,2016,9(1):68-74.DOI:10.3969/j.issn.1674-2591.2016.01.012. LYU H C,TANG P F.Advancing of imaging evaluation of bone geometry and microarchitecture[J].Chinese Journal of Osteoporosis and Bone Mineral Research,2016,9(1):68-74.DOI:10.3969/j.issn.1674-2591.2016.01.012.

[2]施丹,史晓,王晶晶,等.绝经后女性骨髓脂肪含量与骨密度的相关性[J].中华骨质疏松和骨矿盐疾病杂志,2016,9(1):32-36.DOI：10.3969/j.issn.1674-2591.2016.01.006. SHI D,SHI X,WANG J J,et al.Correlation of bone marrow fat content with bone mineral density in postmenopausal women[J].Chinese Journal of Osteoporosis and Bone Mineral Research,2016,9(1):32-36.DOI：10.3969/j.issn.1674-2591.2016.01.006.

[3]李雪峰,李冠武,常时新,等.股骨颈强度指数及骨髓脂质在评价骨质疏松性髋部骨折中的作用[J].中国骨质疏松杂志,2016,22(2):167-170.DOI:10.3969/j.issn.1006-7108.2016.02.009. LI X F,LI G W,CHANG S X,et al.The effect of femoral strength index and marrow lipid fraction on the prediction of osteoporotic hip fractures[J].Chinese Journal of Osteoporosis,2016,22(2):167-170.DOI:10.3969/j.issn.1006-7108.2016.02.009.

[4]PATSCH J M,LI X,BAUM T,et al.Bone marrow fat composition as a novel imaging biomarker in postmenopausal women with prevalent fragility fractures[J].J Bone Miner Res,2013,28(8):1721-1728.DOI:10.1002/jbmr.1950.

[5]YANG Y,LUO X,YAN F,et al.Effect of zoledronic acid on vertebral marrow adiposity in postmenopausal osteoporosis assessed by MR spectroscopy[J].Skeletal Radiol,2015,44(10):1499-1505.DOI:10.1007/s00256-015-2200-y.

[6]LI X,KUO D,SCHAFER A L,et al.Quantification of vertebral bone marrow fat content using 3 tesla MR spectroscopy:reproducibility,vertebral variation,and applications in osteoporosis[J].J Magn Reson Imaging,2011,33(4):974-979.DOI:10.1002/jmri.22489.

[7]BREDELLA M A,FAZELI P K,MILLER K K,et al.Increased bone marrow fat in anorexia nervosa[J].J Clin Endocrinol Metab,2009,94(6):2129-2136.DOI:10.1210/jc.2008-2532.

[8]LI G W,XU Z,CHEN Q W,et al.The temporal characterization of marrow lipids and adipocytes in a rabbit model of glucocorticoid-induced osteoporosis[J].Skeletal Radiol,2013,42(9):1235-1244.DOI:10.1007/s00256-013-1659-7.

[9]尚伟,刘安龙,李文清,等.腰椎骨髓脂肪含量磁共振波谱评估的精确性及椎体间变化[J].实用放射学杂志,2015,31(5):813-815.DOI:10.3969/j.issn.1002-1671.2015.05.027. SHANG W,LIU A L,LI W Q,et al.Evaluation of fat content in vertebral bone marrow and the changes in different vertebrae using MR spectroscopy[J].Journal of Practical Radiology,2015,31(5):813-815.DOI:10.3969/j.issn.1002-1671.2015.05.027.

[10]李冠武,常时新,鲍虹,等.骨髓脂肪含量对预测骨质疏松性椎体骨折风险的初步应用[J].实用放射学杂志,2012,28(1):74-77.DOI:10.3969/j.issn.1002-1671.2012.01.019. LI G W,CHANG S X,BAO H,et al.Primary application of marrow fat contents in determining the risk of osteoporotic vertebral fracture[J].Journal of Practical Radiology,2012,28(1):74-77.DOI:10.3969/j.issn.1002-1671.2012.01.019.

[11]李冠武,常时新,秦玲娣,等.绝经后骨质疏松模型兔骨髓脂肪酸成分变化规律[J].临床放射学杂志,2014,33(3):451-455. LI G W,CHANG S X,QIN L D,et al.MR spectroscopy evaluation of marrow fatty acid composition in the ovariectomized rabbit[J].Journal of Clinical Radiology,2014,33(3):451-455.

[12]HANSEN P,JOHANNSEN F E,HANGAARD S,et al.Navicular bone position determined by positional MRI:a reproducibility study[J].Skeletal Radiol,2016,45(2):205-211.DOI:10.1007/s00256-015-2272-8.

[13]方圆,李静.社区精神病患者骨质疏松性骨折风险评估[J].中国全科医学,2015,18(14)：1675-1679.DOI:10.3969/j.issn.1007-9572.2015.14.018. FANG Y,LI J.Risk assessment of osteoporotic fracture in psychiatric patients in community[J].Chinese General Practice,2015,18(14)：1675-1679.DOI:10.3969/j.issn.1007-9572.2015.14.018.

[14]孙艳格，阮祥燕，杜雪平，等.骨质疏松性骨折风险预测简易工具筛查社区绝经后妇女骨量异常的效果评价[J].中国全科医学，2016，19(14)：1620-1624.DOI:10.3969/j.issn.1007-9572.2016.14.003. SUN Y G,RUAN X Y,DU X P,et al.Effectiveness of FRAX for osteopenia in the screening of abnormal bone mass among community postmenopausal women[J].Chinese General Practice，2016，19(14)：1620-1624.DOI:10.3969/j.issn.1007-9572.2016.14.003.

[15]PACCOU J,HARDOUIN P,COTTEN A,et al.The role of bone marrow fat in skeletal health:usefulness and perspectives for clinicians[J].J Clin Endocrinol Metab,2015,100(10):3613-3621.DOI:10.1210/jc.2015-2338.

[16]BREDELLA M A,FAZELI P K,DALEY S M,et al.Marrow fat composition in anorexia nervosa[J].Bone,2014,66(7):199-204.DOI:10.1016/j.bone.2014.06.014.

[17]GRIFFITH J F,YEUNG D K,CHOW S K,et al.Reproducibility of mr perfusion and1H spectroscopy of bone marrow[J].J Magn Reson Imaging,2009,29(6):1438-1442.DOI:10.1002/jmri.21765.

[18]SCHAFER A L,LI X,SCHWARTZ A V,et al.Changes in vertebral bone marrow fat and bone mass after gastric bypass surgery:a pilot study[J].Bone,2015,74(5):140-145.

(本文编辑：赵跃翠)

Short- and Mid-term Reproducibility of Lumbar Vertebral Bone Marrow Fat Content Measurements Using Magnetic Resonance Spectroscopy

MENGLei1，LIYan-bin2*,DONGFei-xia3，PANAn-guang1

Objective To investigate the short- and mid-term reproducibility of lumbar vertebral bone marrow fat fraction(FF) measurements using magnetic resonance spectroscopy(MRS).Methods The selected participants meeting the inclusion criteria of this study were 30 healthy females(aged 28.9 to 48.6 years) who underwent physical examination in Physical Examination Center of the Seventh People′s Hospital of Wenzhou and Wenzhou Hospital of Traditional Chinese Medicine from March to June in 2015.The following clinical parameters were collected,serum 25-hydroxy vitamin D,osteocalcin,β-CTx and estradiol measured at baseline(at the beginning of study) and 6 months after the beginning of study.At baseline,6 weeks and 6 months after the beginning of study,MRS scanning was performed in the participants,and the 3rd lumbar vertebra(L3) bone marrow FF was determined by two independent raters,respectively.The short-(at both baseline and 6 weeks after the beginning of study) and mid-term(at 6 months after the beginning of study) accuracy of MRS-based FF measurements was assessed by using interclass correlation coefficient(ICC),Bland-Altman plot and coefficient of variance(CV).Results Twenty-two participants completed the study.The inter- and intra-rater agreement for FF measurements at baseline,6 weeks and 6 months after the beginning of study was excellent(ICCranged from 0.931 to 0.988).All data points calculated using the Bland-Altman plot,were within the 95% limits of agreement;theICCfor the short- and mid-term agreement was excellent(ICCranged from 0.856 to 0.944);theCVfor the reproducibility of FF measured over the short- and mid-term was 2.45%-4.72%.Conclusion MRS is a reproducible method for short- and mid-term quantification of lumbar vertebral bone marrow fat content.

Magnetic resonance spectroscopy；Marrow fat;Reproducibility

R 445.2

A

10.3969/j.issn.1007-9572.2017.12.016

2016-12-10；

2017-03-05)

1.325000浙江省温州市第七人民医院放射科

2.325000浙江省温州市第七人民医院特检科

3.325000 浙江省温州市中医院

*通信作者：李艳彬，主治医师；E-mail：1374792976@qq.com