中老年女性腰椎MR信号值与骨质疏松风险分层的关系及诊断价值研究

邢东炜，黄学菁，吴佳桢，翁子敬，俞健力，张闽光△

(1.上海中医药大学附属市中医医院放射科 200071；2.上海中医药大学附属曙光医院放射科 200021)

骨质疏松(osteoporosis，OP)易累及腰椎，引发骨质疏松性骨折而引起腰痛，甚至致残[1-2]。绝经后亚洲女性OP自我筛查工具(osteoporosis self-assessment tool for Asian，OSTA)因只需要年龄和体质量两个参数，使用方便，便于OP人群的筛查和自我评估，且有研究显示其灵敏度高、特异性好[3-5]。临床上腰痛患者行磁共振成像(MRI)检查的越来越多，MRI除显示形态、局灶性信号变化外，腰椎体磁共振(MR)信号普遍增高也是老年腰痛患者常见的征象之一。本研究对209例中老年女性不同OSTA-OP风险分层的腰椎常规MR信号进行对照研究，并探讨腰椎MR信号值对OP风险的诊断价值。

1 资料与方法

1.1一般资料 回顾性收集2014年1月至2016年12月在上海中医药大学附属市中医医院行腰椎MR检查的40岁以上女性。排除标准：(1)资料不全者；(2)有腰椎压缩性骨折者；(3)患有腰椎骨肿瘤和肾性骨营养不良、Paget′s病、骨软化症等可引起骨代谢病变的疾病者；(4)有严重肝肾疾病者；(5)卧床不起者。本组共纳入209例被检测者，年龄41～88岁，平均(64.27±10.23)岁；身高142～172 cm，平均(159.61±4.75)cm；体质量41～94 kg，平均(60.17±9.42)kg。

1.2方法

1.2.1腰椎MRI检查 使用德国Siemens公司Avanto 1.5T超导MRI仪，梯度场强45 mT/m，切换率200 mT·m-1·s-1，采用8通道体部相控阵线圈，包括全部腰椎，进行常规快速自旋回波(TSE)矢状面T1WI、T2WI、脂肪抑制(FS)-T2WI。各序列成像参数见表1。

1.2.2MR信号的测定和分析 测量每例被检者各个序列腰1(L1)至腰4(L4)椎体MR信号值，并测量各序列脊髓腰膨大信号值及背景信号值(噪声)的标准差。计算L1至L4椎体MR信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR)。本组209例被检者腰椎MR图像被直接上传PACS，在诊断用浏览终端上调阅常规T1WI、T2WI和FS-T2WI图像，选取腰椎正中矢状面，根据腰椎体大小选取1个椭圆形感兴趣区(ROI，面积250～300 mm2)测量L1～L4椎体信号值；根据脊髓腰膨大大小选取1个纵行椭圆形(面积75～100 mm2)测量脊髓信号值；在腰椎背侧距皮肤约10 mm处空白背景区选取1个纵行椭圆形(面积75～100 mm2)测量信号值的标准差。椎体SNR=椎体信号值/背景噪声的标准差；椎体CNR=(椎体信号值-脊髓腰膨大信号值)/背景噪声的标准差。以SNR和CNR验证腰椎体MR信号值的稳定性和可靠性。

1.2.3OSTA指数计算及分组 参照文献[3-6]：OSTA指数=0.2×[体质量(kg)-年龄(岁)]。OP风险评估：OSTA指数小于或等于-4为OP高风险组,>-4～-1为OP中等风险组，>-1为OP低风险组。

2 结 果

2.1腰椎MR信号值与SNR和CNR的相关性分析 L1～L4椎体的MR各序列信号值与SNR和CNR呈正相关，各椎体MR信号值与SNR相关系数(r)值均大于0.8(P=0.000)；与CNR之间的r值，除FS-T2WI序列位于0.67～0.71外，其余均大于0.9(P=0.000)，见表2。

2.2腰椎体MR信号值在OSTA-OP各风险级别组间差异分析 经两两比较表明，在低风险组和中、高风险组之间，L1～L4各椎体及合并L1～L4椎体后T1WI、T2WI、T2WI减FS-T2WI序列各序列的MR信号值均存在明显差异(P=0.000)，FS-T2WI序列MR信号值均无明显差异(P>0.05)；而在中风险组和高风险组之间，各椎体、各序列MR信号值均无明

表1 腰椎MR序列参数表

表2 209例被检测者腰椎椎体MR信号与SNR和CNR的相关性

SNR-R：椎体MR信号值与SNR间的r值；CNR-R：椎体MR信号值与CNR间的r值；*：P=0.000

显差异(P>0.05)，见表3～7。典型腰椎MRI信号测量图：(1)女性，75岁，体质量54 kg，OSTA指数为-4.2，处于OP高风险，L1～L4椎体T1WI、T2WI信号值较高，T2WI与FS-T2WI信号差较大，见图1；(2)女性，46岁，体质量55 kg，OSTA指数为1.8，处于OP低风险，L1～L4椎体T1WI、T2WI信号较低，T2WI与FS-T2WI信号差较小，见图2。

表3 中老年女性各OSTA-OP风险级别组间L1椎体MRI信号值比较±s)

表4 中老年女性各OSTA-OP风险级别组间L2椎体MRI信号值比较±s)

表5 中老年女性各OSTA- OP风险级别组间L3椎体MRI信号值比较±s)

表6 中老年女性各OSTA- OP风险级别组间L4椎体MRI信号值比较±s)

表7 中老年女性各OSTA- OP风险级别组间合并L1～L4椎体MRI信号值比较±s)

A：T1WI；B：T2WI；C：FS-T2WI

图1 OP高风险组腰椎MRI信号测量图

A：T1WI；B：T2WI；C：FS-T2WI

图2 OP低风险组腰椎MRI信号测量图

2.3腰椎体MR信号值对OSTA-OP风险的诊断价值分析 利用ROC曲线分析209例中老年女性腰椎体MRI信号值对OSTA-OP风险的诊断价值，结果表明，各椎体T1WI、T2WI、T2WI减FS-T2WI序列MRI信号值对于OSTA-OP低风险ROC曲线下面积(AUC)在0.751～0.818(P=0.000)；渐进95%CI均在0.674～0.885(不包括0.5)，其灵敏度61.9%～81.0%、特异度65.2%～80.9%。各椎体FS-T2WI序列信号值对OSTA-OP低风险的诊断价值、所有序列对OSTA-OP高风险的诊断价值均较低，AUC均在0.6以下(P>0.05)，渐进95%CI下限均在0.5以下，见表8。

3 讨 论

中老年人群骨量丢失增加，尤其是女性受卵巢功能减退、雌激素减少的影响，骨量丢失更加明显，形成老年性骨质疏松症[7]。OSTA仅涉及体质量和年龄两个指标，简单有效。OP是单位体积内骨组织量减少，即骨基质的矿物质和有机成分都减少。临床上检测骨矿物质的含量相对容易，如目前作为金标准的双能X射线吸收法测定骨矿物质密度[8]。但是，活体检测骨基质的有机成分较为困难。为促进精准医疗，OP的诊断需要依靠CT和MRI等对骨微结构、几何形态等生物力学特征的影像学研究[9-10]。

随着年龄的增加，由于对造血需求的降低，发生红黄骨髓的转换，骨髓中脂肪细胞增多，形成黄骨髓。尽管脂肪量对骨矿物质沉积和骨量峰值的作用存在争议[11]。但是，有尸检发现髂嵴骨髓脂肪含量从30岁的40%增加到100岁的68%，脂肪细胞的大小和数量随着年龄的增长而增加。脊椎的脂肪，小于55岁男性较高，55～65岁男性随年龄逐渐增加，而女性陡然增加，使老年女性的骨髓脂肪含量高于男性[12]。不同的方法研究发现，骨密度的降低伴随着骨髓脂肪含量的增加，且与OP相关。组织形态学研究表明骨髓脂肪与骨形成呈负相关[12]。

MRI对OP、骨髓脂肪的研究报道主要是利用磁共振氢质子波谱(1H-MRS)、Dixon法水脂分离技术及弥散加权成像等[13-16]。但是，笔者在日常工作中发现，常规MR T1WI和T2WI图像中老年人脊柱椎体骨质信号较高，而FS-T2WI序列无明显变化，推测与老年性骨质疏松症、骨组织量减少、脂肪浸润增加有关。通过比较不同OSTA-OP风险级别中老年女性间L1～L4椎体常规MR T1WI、T2WI、FS-T2WI信号值和T2WI与FS-T2WI信号差值发现，OSTA-OP高、中等风险组腰椎体MR T1WI、T2WI信号值和T2WI与FS-T2WI信号差值明显高于低风险组，FS-T2WI信号值无明显差异，印证了笔者的推测。中风险组和高风险组间各序列MR信号值均无明显差异，可能与高风险组病例较少有关。

MR T1WI、T2WI、FS-T2WI成像是常规做法，所有MRI技术人员和诊断医生都很熟悉，与1H-MRS、Dixon法水脂分离技术及弥散加权成像比较，技术要求不高，成像时间短。虽然1H-MRS被认为是MRI衡量脂肪组织的金标准，但是MRS检查对技术和设备要求较高，且常用MRS有成像区域小、感兴趣区不完全代表整体状况的限制[12]。所以，在常规MR T1WI、T2WI、FS-T2WI诊断中，除关注是否有与OP有关的形态学和局部性信号变化、隐形骨折外[2，17-18]，MR信号有无普遍增高、结合被检查者的年龄和体质量情况，对OP的提示和筛选具有较大意义。

考虑到常规MR信号的稳定性和可靠性，本研究对腰椎MR信号值与SNR和CNR进行了相关性分析，结果表明，除FS-T2WI序列外，各腰椎体、各序列MR信号值与SNR、CNR均呈正相关，r值分别在0.8以上和0.9以上。表明本研究MR各序列L1～L4信号值是稳定和可靠的，其分析结果具有稳定性和可靠性。本研究ROC曲线分析表明腰椎体MR T1WI和T2WI信号值对中老年女性OP低风险具有较高的诊断价值，对OP高风险的诊断准确性较低。本研究OSTA-OP高风险病例较少、相关结果可能不可靠，有待增加样本量进一步研究。

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