核磁共振成像影像测量表观扩散系数、信号强度比值与骨质疏松腰椎疾病发生发展的关系

彭海洲，张孜君，赵文，郑晓风

1.北京航天总医院骨科，北京100076；2.北京航天总医院影像科，北京100076

前言

骨质疏松是一种常见的代谢性疾病，以单位体积内骨组织量减少为特点［1］。骨质疏松好发于老年人，由于年龄的增大，机体激素水平发生变化，使破骨细胞活动增加、成骨细胞功能减退，骨脆性增加。骨骼疼痛和易于骨折是骨质疏松的主要特征［2］。随着我国老龄化的不断加剧，近年来骨质疏松发生率有逐年升高趋势，已经严重威胁着人类生命的健康［3］。因此，采取及时有效的诊治，临床意义重大。常规的骨密度检测方法有双能X 线吸收法（DXA）、超声和X线法等，它们可对骨密度进行直接测量，但存在辐射强、无法校正骨骼厚度等缺陷［4］。随着影像学的不断发展，核磁共振成像（MRI）影像技术在骨质疏松检测上逐渐得到应用，信号强度比值（SIR）是反映脂肪含量的重要指标，近年来有研究显示骨质疏松患者骨髓内脂肪组织往往显著增加，提示研究脂肪组织含量变化以对骨质疏松进行评价可能存在一定价值［5］。表观扩散系数（ADC）能够反映骨组织中水分子的布朗运动，检测其水平能够对骨质情况做进一步评价［6］。鉴于此，本研究通过MRI测量ADC、SIR，分析二者与骨质疏松腰椎疾病发生发展的相关性。

1 资料与方法

1.1 基本资料

选取2011年3月～2017年1月在北京航天总医院行骨密度检查的235例腰椎疾病患者为研究对象，经DXA 检查分为骨量正常组（98 例）、骨量减少组（52例）和骨质疏松组（85例），3组性别构成、年龄比较差异均无统计学意义（P＞0.05），具有可比性，如表1所示。本研究经过本院伦理委员会批准。

表1 3组一般资料比较Tab.1 Comparison of general data in 3 groups

纳入标准：①所有患者经DXA 扫描确诊；②年龄35～80岁；④所有患者或其家属自愿签署知情同意书。排除标准：①腰椎骨折患者；②合并甲状腺功能亢进或骨代谢相关疾病患者；③合并血液系统疾病、肝肾功能不全者；④服用影响骨代谢药物患者；⑤合并恶性肿瘤、近期手术史者。

1.2 方法

（1）腰椎DXA 测量。采用R7000 型超声骨密度仪（以色列毕美特有限公司）对所有受试者进行腰椎L2～4骨密度（BMD）测量，所有操作均由同一名具有相应资质的主治医师完成，并得出反映骨密度的T值。骨密度正常：T值在-1.0 个标准差以上；骨量减少：T值在-1.0～-2.5个标准差之间；骨质疏松：T值小于-2.5个标准差。

（2）MRI测量［7］。采用Achieva 1.5 T 磁共振成像仪（荷兰飞利浦公司）首先进行常规腰椎扫描，以排除椎体占位病变，包括矢状位T1WI（TR/TE 400/8 ms）和T2WI（TR/TE 2 740/100 ms）；随后进行腰椎DWI扫描，采用自旋回波单次激发回波平面成像序列，TR、TE分别为5 500、100 ms，层厚和层间距分别为5和0 mm，视野（FOV）为16.0 cm×30.2 cm，扩散系数（b值）设置300 s/mm2。在ADC图（自动生成）上测量腰椎L2～4的ADC值，每个椎体测量3次，取其平均值为最终结果。最后给予受试者双回波MRI检查，采用Dual-FFE加脂肪抑制扫描，矢状位T1WI 设置TR 为150 ms，正相位和反相位TE分别为4.61、2.30 ms，层厚/层间距为3.2 mm/0 mm，FOV为48 cm×44 cm，翻转角90°，扫描15层，扫描时间39.1 s；轴位T1WI设置TR为110 ms，TE为2.5 ms，层厚/层间距为10 mm/2 mm，FOV 为48 cm×44 cm，翻转角80°，扫描时间20.2 s。

（3）图像分析。将收集到的数据上传至MR后处理工作站，解剖定位图选择轴位T1WI压脂图像，获得正、反回波椎体信号强度图像。由两名具有相应资质的资深医师对图像进行评估，以矢状位L2椎体中心位置为正中位，截取面积为100～105 mm2的圆形感兴趣区域，计算SIR：SIR=反回波信号强度/正回波信号强度。各椎体均测量3次，取平均值为最终结果。

1.3 统计学方法

采用SPSS 20.0 统计软件进行数据分析，计量资料以均数±标准差表示，3组间比较采用方差分析，计数资料用例数（%）表示，采用χ2检验，采用Spearman相关分析检测MRI 影像测量的ADC、SIR 值与DXA所测BMD的相关性，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3组ADC、SIR值和BMD比较

骨质疏松组和骨量减少组ADC值均显著低于骨量正常组，且骨质疏松组显著低于骨量减少组；骨质疏松组SIR值显著高于骨量减少组和骨量正常组，差异有统计学意义（P＜0.05）；骨量正常组、骨量减少组和骨质疏松组BMD 值逐渐减小，组间差异显著（P＜0.05），如表2所示。

2.2 ADC、SIR值和BMD相关性分析

Spearman相关性分析表明，ADC值与BMD呈正相关（r=0.325,P=0.006），ADC 值与T值呈正相关（r=0.342,P=0.002）；SIR 值与BMD 呈负相关（r=-0.601,P=0.000），SIR值与T值呈负相关（r=-0.523,P=0.000）。

表2 3组ADC、SIR和BMD比较（±s）Tab.2 Comparison of ADC,SIR and BMD in 3 groups(Mean±SD)

表2 3组ADC、SIR和BMD比较（±s）Tab.2 Comparison of ADC,SIR and BMD in 3 groups(Mean±SD)

ADC：表观扩散系数；SIR：信号强度比值；BMD：骨密度

组别骨量正常组骨量减少组骨质疏松组F值P值n 98 52 85- -ADC/10-3 mm∙s-1 0.461±0.125 0.310±0.062 0.285±0.047 86.725 0.000 SIR 0.382±0.101 0.507±0.125 0.589±0.148 63.894 0.000 BMD/mg∙cm-3 163.1±25.6 98.2±11.0 58.6±14.4 675.991 0.000

3 讨论

骨质疏松是一种以骨量下降、骨微结构发生恶化导致骨脆性增加的系统性疾病，原发性骨质疏松好发于老年人和绝经后女性［8］。目前对于骨质疏松发生机制的研究尚无定论，早前认为是由于破骨细胞过度活化所致，现在更倾向于骨髓间充质干细胞分化成骨障碍，成骨与破骨的动态失衡导致［9］。腰椎骨质疏松以腰痛为主要临床症状，严重者可导致骨质疏松椎体骨折，对人类生命健康和正常生活造成严重威胁。因此，对骨质疏松进行尽早诊断和及时治疗具有重要意义。尽管DXA仍是临床诊断骨质疏松及其程度的金标准［10］，但其具有辐射强、无法评价骨微细结构等缺点。近年来，随着核磁共振和影像学技术的发展［11］，高分辨率MRI、MRI 驰豫等相继出现，但均难以用于骨质疏松的常规检查。因此，寻找一种简便、直观的定量指标评价骨微细结构以反映骨质疏松的发生发展进程，在临床上极具应用价值。

对于腰椎骨组织而言，ADC 值是反映组织内水分子随机扩散程度即布朗运动的定量指标，能够说明骨质状况。正反相位成像即双回波成像，是一种基于脂水分离技术的新型成像方法，正反相位成像的基本原理为生物组织内水分子和脂肪组织间的频率差，该成像方法具有兼容性良好、分离迅速和可定量检测等特点［12-13］。SIR为反相信号强度与正相信号强度比值，是目前正反相位成像反映组织脂肪含量的定量指标。骨质疏松的主要病理特点之一是骨髓脂肪大量沉积且出现变性，因此，测量腰椎SIR 可能对骨质疏松的进展具有一定评价作用［14-16］。综合以上背景，本研究通过MRI 测量ADC、SIR 值，分析二者与骨质疏松腰椎疾病发生发展的相关性，期望为骨质疏松的发生发展提供一种更为有效的诊断方法。

本研究结果显示，骨质疏松患者ADC 值显著低于正常人，SIR 值显著高于健康人，提示ADC 和SIR值与骨质疏松具有一定相关性。分析认为，骨质疏松患者骨髓脂肪发生变性，脂肪出现大量沉积，原来骨髓内其他水分多的组织发生缺血坏死，造成SIR值升高；同时由于增加的脂肪填充了扩大的骨缝隙，抑制细胞外水分子的扩散，而ADC 值主要反映细胞外自由水分子的扩散运动，从而使ADC 值减小［17-18］。张灵艳等［19］先前研究指出与骨量正常者相比，骨质疏松患者SIR值显著升高，这与本研究结果相似。此外，本研究结果显示，ADC、SIR 值与DXA 所测BMD、T值具有显著相关性，提示ADC、SIR值能够较好地反映骨髓BMD，二者水平能够辅助判断疾病进展情况。

综上所述，MRI 测量的ADC、SIR 值能够较好地反映机体BMD情况，对骨质疏松的椎体进行定量评价，较好地反映骨质疏松腰椎疾病的发生发展情况。MRI 检测作为一种无创、快捷方法对骨质疏松具有重要的辅助诊断作用，值得在临床进一步应用。