常规磁共振成像检查评估骨质疏松症的研究进展

王璐 黄爱兵

骨质疏松症是一种以骨量减少、骨密度降低为特征的全身代谢性疾病，可导致人体的骨脆性增加，易发生骨折。随着人口老龄化程度日益加剧，骨质疏松症已成为全球性公共健康问题，早期识别骨质疏松症对预防其继发的相关并发症至关重要。

双能X 线吸收检测法（DXA）和定量CT（QCT）检查是临床常用的评估骨质疏松症的方法，而磁共振成像（MRI）是一种无创、无电离辐射的成像技术，近年来成为评价骨质疏松症的研究热点[1]。一些学者尝试通过水-脂分离成像、MRI 波谱成像、高分辨率MRI 成像、弥散加权成像、动态增强成像及对骨皮质成像的超短回波时间MRI 成像等技术来评估骨质疏松症[2]，然而此类技术都需在常规MRI 检查序列基础上增加额外扫描序列或进行后处理，均会延长扫描时间，影响临床工作，因而难以在临床推广应用[3]。常规MRI 检查可以定量测量骨髓的脂肪含量，可用于骨质疏松症的评价和研究，近年来国内外学者在该领域取得了一些研究进展。

1 骨质疏松症诊断

目前临床医生评估骨质疏松症主要依靠骨密度测定，常用方法为DXA 和QCT 检查。

DXA 测定骨密度是目前骨质疏松症的主要诊断方法，也是诊断金标准，基于DXA 测定的骨密度值的T 值≤-2.5 为骨质疏松症诊断标准[4]。DXA的测量时间短、费用低、操作简单、辐射暴露低[5]，但其无法区分皮质骨与松质骨，以反映松质骨骨密度为主。在腰椎退行性变患者中，骨赘形成会造成骨密度的T 值假性增高，导致骨质疏松症被漏诊。

QCT 检查利用CT 扫描数据，结合质量控制和分析系统计算骨密度，可以分别测定松质骨和皮质骨的骨密度，且不受周围肌肉及椎小关节重叠的影响，因此可以准确反映骨密度变化，对骨质疏松症的诊断较DXA 更敏感，其测定结果不受脊柱退变、身高、体质量等因素影响[1]。然而，QCT检查对人体辐射性强，费用较高，且需要专业软件处理分析CT 扫描图像和体模校准，临床很难普及应用[6]。

2 常规MRI 检查评估骨质疏松症的基本原理

虽然诊断骨质疏松症主要是测量骨矿化成分，但骨髓脂肪含量的变化在骨质疏松症的形成过程中也具有相当重要的作用。骨髓脂肪细胞和成骨细胞在正常人体中含量相对稳定，而骨质疏松症患者的间充质干细胞多数向脂肪细胞分化，导致骨髓脂肪含量增加，成骨细胞减少，骨小梁萎缩后被脂肪细胞取代，进而骨强度下降[7]。MRI 图像上骨髓的不同成分可产生不同程度的信号强度[8]，脂肪组织具有高T1 信号，而研究表明高T1 信号是骨质量差的标志[9]，因此MRI 图像的T1 信号强度可以被用来评估骨质疏松症。

3 常规MRI 检查在评估骨质疏松症中的应用

3.1 M-评分

日本学者Koyama 等[10]首先证实了常规MRI检查在评估骨质疏松症方面的价值。他们开展研究，定量比较T1 加权像（T1WI）的信噪比（SNR）、T2 脂肪抑制像（FS-T2WI）的SNR、弥散加权成像序列表面弥散系数值与骨密度的相关性。结果表明，T1WI 的SNR 与骨密度具有较高相关性，其用于诊断骨质疏松症的敏感性、特异性和准确性分别为95.0%、92.9%和93.8%[10]。在上述研究的基础上，Bandirali 等[11]引入定量评价指标 M-评分，计算公式（式1）如下：

其中SNR腰椎为患者组 L1～L4椎体感兴趣区的SNR均值，SNR参考和SD参考分别为对照参考组L1～L4椎体SNR 的均值和标准差。他们的研究结果显示，M-评分与DXA 测定的骨密度值的相关系数为r＝-0.677，与T 值的相关系数为r＝-0.682。以DXA 测定值作为参考标准，M-评分界值为5.5时，受试者工作特征曲线提示，区分骨质疏松症与正常骨密度的诊断特异度为91.3%，曲线下面积（AUC）为0.83，证实了采用M-评分筛查和诊断骨质疏松症的有效性。

M-评分为临床采用常规MRI 检查筛查骨质疏松症提供了可能，且常规MRI 检查具有无辐射、无需额外成像序列的优点[11]。其不足之处在于，M-评分未对不同MRI 设备进行标准化，无法直接比较不同设备的数据结果。此外，脊柱退行性改变的严重程度及肥胖等因素也有可能对M-评分结果产生影响。

3.2 椎体骨质量评分

3.2.1 计算方法

由于M-评分存在一定局限性，Ehresman 等[12]学者提出基于腰椎MRI 图像的T1WI 的椎体骨质量（VBQ）评分来评估骨质疏松症，计算公式为VBQ 评分＝腰椎椎体信号强度/脑脊液信号强度。其中，腰椎椎体信号强度为T1WI 正中矢状面L1～L4椎体感兴趣区内骨小梁的平均信号强度。为了便于消除不同MRI 系统可能造成的测量差异，选择正中矢状面上L3椎体水平感兴趣区的脑脊液信号强度为基数进行校正（图1）[12]。脑脊液提供了相对均匀的信号，且在不同个体间的组成恒定。

图1 MRI 正中矢状面T1W1 图像计算VBQ 评分示意图[12] 红圈为使用PACS 软件在MRI 正中矢状面T1W1 图像上选择的测量椎体及脑脊液信号强度的感兴趣区；黄色方框为PACS 软件自动读取的选定感兴趣区的面积及信号强度数值（包含最大值、最小值、平均值），一般采用平均值代表感兴趣区的信号强度

3.2.2 评估骨质疏松症

Ehresman 等[12]回顾性分析了68 例因脊柱手术接受腰椎MRI 检查的患者，使用VBQ 评分评估其骨质疏松情况。结果表明，VBQ 评分预测骨质疏松症的准确率为0.81，与DXA 股骨颈T 值及总体最低T 值具有相关性（r＝0.51）[12]。Kim 等[13]回顾性分析61 例脊柱手术患者的VBQ 评分,并与基于QCT 计算的骨密度值进行相关性分析。结果显示，VBQ 评分能够有效鉴别骨质疏松症，AUC 为0.754，VBQ 评分界值为2.6 时诊断骨质疏松症的特异度为90%。该研究进一步证实了VBQ 评分用于评估骨质疏松症的有效性。

吕永威等[14]回顾性分析99 例中国人VBQ 评分与骨质量的关系，结果显示VBQ 评分预测骨量异常（骨量减少和骨质疏松症）的准确率为86%，与国外研究结果基本一致[15]。刘浩等[16]对163例绝经后女性的研究结果显示，骨质疏松症组的VBQ 评分明显高于骨量正常组，当VBQ 界值为3.08时，该评分预测骨质疏松症的准确率为81.9%，诊断敏感度为86.1%，特异度为75.0%，表明VBQ 评分对绝经后女性的骨质疏松情况具有良好的评估价值。

上述研究结果均基于50 岁以上行脊柱手术的患者人群，一些学者对特殊人群也采用VBQ 评分来评估骨密度。青少年特发性脊柱侧凸（AIS）是儿童和青少年最常见的脊柱畸形，这些患者常伴有骨质量减少。Ramos 等[1]比较了50 例AIS 患者和50 例年龄、性别匹配的未受AIS 影响的健康人群的VBQ 评分，结果表明AIS 组的VBQ 评分为2.5，明显高于健康组的VBQ 评分（2.1）。该研究为采用VBQ 评分评估AIS 患者的骨质量提供了依据。

3.2.3 预测骨质疏松症相关并发症

骨质疏松性椎体压缩性骨折（OVCF）是最常见的脆性骨折类型，约占骨质疏松性骨折的50%[17]。既往研究表明，DXA 测定对预测老年患者新发脆性骨折的价值有限[18-19]。Ehresman 等[20]的研究显示,DXA 测定的骨密度值不能作为新发骨折的预测指标，而骨质疏松症和骨折高危人群的VBQ 评分明显高于健康人群，其可作为预测新发脆性骨折的独立影响因素（OR＝2.40，P＝0.003）。Li 等[21]的研究同样显示，OVCF 患者VBQ 评分（4.0）明显高于无骨折者（3.5），L1～L4的DXA 最低T 值（-2.9）明显低于无骨折者（-0.7）,多元回归分析表明新发椎体骨折与VBQ 评分（OR＝2.58，P＜0.01）及L1～L4的DXA T 值（OR＝0.32，P＜0.001）密切相关。

脊柱转移性肿瘤患者可发生椎体骨折，给患者生存质量带来很大影响，既往缺乏有效方法来预测这类患者的新发骨折风险。Ehresman 等[8]对105 例脊柱转移性肿瘤患者进行回顾性研究，结果表明脊柱肿瘤不稳定评分和VBQ 评分是评估患者新发椎体骨折的有效因子，当两者联合应用时预测准确率达89%。

对于接受脊柱手术的患者，术前骨质量评估非常重要，骨质量不佳是脊柱融合手术后再次翻修、内固定失败、邻近节段骨折、融合器下沉和移位等发生的危险因素[22-24]。DXA 测定骨密度并不能充分预测脊柱手术后骨质疏松相关并发症的发生[25]。一项回顾性研究表明，相较于DXA 测定评估骨密度，术前采用VBQ 评分评估骨质量能够更有效地预测腰椎融合手术后再手术的风险[24]。另一项研究纳入242 例脊柱手术患者，其中111 例（45.87%）手术后出现融合器下沉，多元logistic 回归分析表明VBQ 评分升高、融合器放置偏后及使用肾型融合器是融合器下沉的危险因素。进一步分析表明，术后融合器下沉与VBQ 评分呈中度相关（r＝0.512），而与腰椎DXA 最低T 值无显著相关性，VBQ 评分对术后融合器下沉的预测准确度可达85.6%[26]。

然而有学者认为，与标准的椎体骨密度测量相比，特定部位的骨密度评估对预测术后并发症更有意义。Jones 等[27]建立了一种新的基于手术相邻椎体终板骨质量（EBQ）的MRI 评估方法，该方法是在与手术部位相邻的上、下2 个终板相距3 mm 的软骨下骨处分别放置感兴趣区域，EBQ 值＝上、下终板信号强度平均值/L3水平脑脊液信号强度平均值。研究结果显示，高EBQ 值是侧方腰椎椎间融合术后融合器严重下沉的独立影响因素，基于EBQ 值的融合器下沉严重程度预测模型较基于VBQ 的预测模型具有更好的应用价值。

3.2.4 VBQ 评分的影响因素

VBQ 评分保持了早期M-评分的诊断效用[8]，同时以L3椎体水平脑脊液的信号强度作为基准校正，可以在不同患者之间进行直接比较[20]，消除了不同MRI 设备之间无法直接比较的局限性,具有更广的临床应用价值。Mierke 等[28]对VBQ 评分临床应用的可靠性进行评估。他们通过分层分析的方法，消除脊柱疾患、内固定使用及不同MRI设备等因素的影响，研究结果显示不同观察者间及观察者内均具有较高的一致性。另一些学者的研究也得到类似结果[12,29-30]。

然而对于椎管狭窄患者，因无法获取脑脊液信号，VBQ 评分的临床使用有一定限制。有学者尝试采用VBQ脂肪评分作为替代方法评估骨质量，即以腰椎后部的皮下脂肪信号强度作为基准校正。但VBQ脂肪与DXA 测定的总体最低骨密度T 值呈较差的正相关（r＝0.090，P＝0.421），一些学者不推荐使用[31]。

此外，应用VBQ 评分评估骨质量时，需要考虑年龄[21]、血清高密度脂蛋白水平[32]等因素的影响。

4 结语

常规MRI 检查可以对骨质疏松症进行诊断及进行OVCF 筛查，其能够反映患者骨质量水平及变化，且不会增加额外费用，避免了辐射暴露的风险，是对DXA 测定的有效补充。VBQ 评分对于骨质疏松症及骨折的治疗和预防都具有重要作用[33-35]，有较好的临床应用价值。