氫質(zhì)子磁共振波譜在骨質(zhì)疏松診斷中的價值

劉 智，蔡躍增，田小麗

（天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院放射科，天津300052）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和生活水平的不斷提高，人類壽命得以延長，很多國家的人口老齡化問題亦日益突出，一系列老年病愈加引起社會的普遍關(guān)注。其中，骨質(zhì)疏松癥作為老年人的常見病更是倍受矚目，骨質(zhì)疏松引起的骨折嚴(yán)重地降低了老年人的生活質(zhì)量，同時還給社會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)壓力。近年來，隨著MR設(shè)備及技術(shù)的不斷發(fā)展以及廣泛應(yīng)用，MR波譜（Magnetic Resonance Spectroscopy，MRS）技術(shù)也得以快速發(fā)展，現(xiàn)已在中樞神經(jīng)系統(tǒng)得到較為廣泛應(yīng)用，但其在骨肌系統(tǒng)方面的應(yīng)用則較少，尤其是在骨質(zhì)疏松方面的研究。據(jù)此，筆者就氫質(zhì)子磁共振波譜（1H MRS）在骨質(zhì)疏松診斷中的應(yīng)用進(jìn)行如下探討。

1 資料和方法

1.1 一般資料 40例女性志愿者，均知情同意，分為兩組：青年組（25~30歲，平均25歲）；中老年組（51~62歲，平均55歲），每組各20例。全部志愿者均無代謝性骨病、惡性腫瘤、服用激素或其他影響骨代謝藥物病史。

1.2 檢查設(shè)備及掃描參數(shù) 使用美國GE公司3.0T MR設(shè)備。先行常規(guī)腰椎掃描（矢狀位T2WI、T1WI和橫軸位T2WI），掃描結(jié)束后采用單體素點(diǎn)分辨波譜法（point resolved spectroscopy,PRESS）對腰3椎體進(jìn)行波譜采集，使用矢狀位、橫軸位T2WI及冠狀位T1WI定位（圖1）。MRS掃描參數(shù)：TR1500ms,TE 144 ms，激勵次數(shù)（NEX）8 次，體素（Voxel）為20 mm×20 mm×20 mm。掃描前需先在感興趣區(qū)周圍加飽和帶進(jìn)行勻場。所收集數(shù)據(jù)采用GE公司3.0T MR自帶的SAGE 7.0軟件進(jìn)行分析。

圖1 腰3椎體波譜采集定位像Fig 1 1H MRS positioning images of L3 vertebral body A.橫軸位T2WIB.矢狀位T2WI C.冠狀位T1WI

1.3 統(tǒng)計學(xué)處理 采用分組t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

椎體MRS主要存在兩個明顯的波峰，4.7 ppm左右的水峰和1.3～0.9 ppm之間的脂峰。波譜分析獲得的脂峰/水峰峰高（Amp）可以計算脂水比（LWR）、脂肪比（FF%）等椎體MRS相關(guān)定量指標(biāo)。LWR=Ampfat/Ampwater；FF=LWR/（LWR+1）×100%；LW（Hz）為水峰和脂峰1/2峰高處的波峰寬度。兩組MRS測量指標(biāo)如表1。中老年組的LWR和FF%明顯高于青年組，兩組的LWR、FF%具有非常顯著性的差異（P＜0.001），表明隨著年齡的增長，LWR及FF%有增高的趨勢（圖2）。青年組水峰LW高于中老年組，兩組比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001），提示隨著年齡的增大，水峰LW呈逐步變窄趨勢。兩組脂峰LW比較差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

表1 40例女性腰3椎體1H MRS相關(guān)指標(biāo)(±s)Tab 1 1H MRS relevant indicators of L3 vertebral body(±s)

表1 40例女性腰3椎體1H MRS相關(guān)指標(biāo)(±s)Tab 1 1H MRS relevant indicators of L3 vertebral body(±s)

組別青年組中老年組t P例數(shù)2020 FF（%）0.850±0.0460.945±0.0297.757＜0.001 LWR 6.204±1.97321.660±10.1286.700＜0.001水峰LW 13.641±3.1763.723±4.0198.662＜0.001脂峰LW 41.016±8.77739.093±6.1440.803＞0.05

圖2 兩組椎體1H MRS分析圖Fig 2 1H MRS analysis images of both groups

3 討論

骨質(zhì)疏松性骨折是由于骨強(qiáng)度減低所致。骨密度只能反映60%~70%骨強(qiáng)度的變化[1]。骨密度減低會使骨強(qiáng)度減弱，骨折風(fēng)險性增高。曾普遍認(rèn)為雙能 X 線吸收測量法（dual energy X-ray，DXA）是診斷骨質(zhì)疏松癥的“金標(biāo)準(zhǔn)”，并以其經(jīng)濟(jì)、簡便、輻射量少的優(yōu)勢而被廣泛地應(yīng)用于骨質(zhì)疏松的研究與診斷。但DXA測量的是面積上的骨密度，不能區(qū)分骨組織中皮質(zhì)骨和小梁骨成份，且會受骨形態(tài)大小的影響（如椎體骨質(zhì)增生及動脈壁鈣化），不能反映真實(shí)的骨密度。MRI是目前公認(rèn)的唯一一種無創(chuàng)、無輻射性檢查技術(shù)，對人體更安全，MRI消除了骨偽影的影響并對軟組織具有極佳的分辨力，因而在骨肌系統(tǒng)疾病診斷方面得到廣泛應(yīng)用。隨著高場強(qiáng)MR設(shè)備的應(yīng)用及相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，MRS技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得以飛速發(fā)展，MRS是利用質(zhì)子在化合物中共振頻率的化學(xué)位移現(xiàn)象，測定化合物組成成分及其含量的檢測技術(shù)。椎體MRS不同于神經(jīng)系統(tǒng)的MRS。中樞神經(jīng)系統(tǒng)MRS主要通過觀察N-乙酰天門冬氨酸 (NAA)、肌酸/磷酸肌酸 (Cr)、膽堿(Cho)、乳酸（Lac）等物質(zhì)含量的變化狀況來反映機(jī)體的病理生理狀態(tài)。椎體MRS可在常規(guī)腰椎MR基礎(chǔ)上通過檢測椎體骨髓內(nèi)脂肪和水分含量的變化狀況來反映骨髓的性質(zhì)，進(jìn)而評估骨量變化。目前常用的是1H MRS技術(shù)。1H MRS可通過對骨髓性質(zhì)的分析，測得活體組織代謝物的化學(xué)成分和含量，對水和脂肪進(jìn)行半定量分析。由于1H在不同化合物中的磁共振頻率存在差異，所以它們在MRS的譜線中共振峰的位置不同。1H MRS可用兩峰高度、峰底寬度、半峰值的峰寬等參數(shù)對骨髓中的水和脂肪進(jìn)行測量分析，兩個峰主要是位于4.7 ppm的水峰以及在1.3 ppm和0.9 ppm間的脂峰。常用的分析指標(biāo)有FF%、LWR、LW等。目前大多數(shù)研究者采用FF%，而LWR、LW運(yùn)用較少[2-3]。筆者通過比較FF%、LWR及LW來對青年組與中老年組進(jìn)行了對比分析。

3.1 FF%與髓腔內(nèi)脂肪含量的關(guān)系 人體骨髓分為紅骨髓和黃骨髓，即造血骨髓和脂肪骨髓。紅骨髓由近40%的水、40%的脂肪以及20%的蛋白質(zhì)組成。而黃骨髓由近15%水、80%脂肪及5%蛋白質(zhì)組成。隨著年齡增長，椎體內(nèi)紅骨髓造血組織、水分不斷減少，骨小梁變細(xì)甚至消失，小梁間隙擴(kuò)大，并由黃骨髓所填充，但主要的是脂肪組織[4-5]。骨髓的脂肪增多，在1H MRS上表現(xiàn)為1.3 ppm和0.9 ppm之間脂峰升高，甚至明顯超過4.7 ppm的水峰。本研究中老年組脂峰均明顯超過水峰。研究表明FF%隨年齡的增加而增大[6-7]。Fanucci等[2]用1H MRS研究了不同骨量組所對應(yīng)的腰椎椎體的FF%值，發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松組和骨量減少組FF%均比骨量正常組高，認(rèn)為年齡每增加1歲，F(xiàn)F%約增加2%。本研究也顯示椎體FF%隨年齡增加而增高，青年組FF%均值為0.850，中老年組FF%均值為0.945，變化趨勢與文獻(xiàn)報道相似[7-8]。絕經(jīng)期婦女有80%患骨質(zhì)疏松[9]，這是由于雌激素水平急劇下降，骨髓中脂肪組織的增加較男性更為明顯。其中飽和脂類優(yōu)于不飽和脂類，脂肪髓的增加降低了椎體對生物應(yīng)力的抵抗力，加重了骨質(zhì)疏松并具有骨折的風(fēng)險。骨髓腔內(nèi)的脂肪細(xì)胞在骨質(zhì)疏松癥發(fā)病中起著越來越肯定的作用。脂肪細(xì)胞的類型與分布、脂肪的貯存與動員、增殖與凋亡以及脂肪由脂細(xì)胞轉(zhuǎn)流向非脂細(xì)胞的異位積聚等，均可能伴有脂肪穩(wěn)態(tài)失調(diào)，并通過調(diào)節(jié)激素發(fā)生相應(yīng)的代謝改變，而導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥[10]。Grifith等[11]通過大量的研究工作，證實(shí)FF%與骨密度呈負(fù)相關(guān)，從而指出FF%對評估骨脆性具有一定的價值。利用1H MRS來分析比較不同年齡組的FF%，為研究髓腔內(nèi)脂肪含量與老年性骨質(zhì)疏松的關(guān)系提供了定量分析的客觀依據(jù)。

3.2 LWR、LW的變化趨勢 LWR可提供骨髓性質(zhì)信息[12]。本研究顯示LWR隨著年齡增加而增大，反映了隨著年齡增加骨髓內(nèi)水分含量減少而脂肪含量增多，亦符合FF%隨著年齡增加而增大的變化趨勢。水峰LW隨著年齡增大呈逐漸變窄的趨勢，而脂峰LW未見明顯變化，與多數(shù)研究者一致[10]。

MRS通過測量骨髓中水和脂肪含量，從分子水平認(rèn)識骨骼的生理、病理變化，能更敏感地評估骨骼的骨質(zhì)情況，為診斷骨質(zhì)疏松及預(yù)防其引發(fā)的骨折提供一個全新的課題。隨著MR技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展及相關(guān)軟件不斷的推陳出新，相信MRS將會在骨質(zhì)疏松的研究領(lǐng)域得到更廣泛地應(yīng)用。

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