1 H磁共振波譜技術在髖部骨質疏松癥患者病情評估中的應用

張思偉，田鐵橋，羅建東

(廣東省中醫(yī)院影像科，廣州510105)

骨質疏松癥(OP)是一種常見病、多發(fā)病，髖部骨折是其最嚴重的并發(fā)癥，治療棘手，預后差。目前髖部OP的診斷主要通過測定骨密度(BMD)，以反映患者的骨量情況，但對骨折的預測能力有限［1］。1H磁共振波譜(1H-MRS)技術能通過無創(chuàng)性觀察人體骨髓代謝及生化變化來評估骨質量的情況，為認識骨質生物學特性提供了一條新途徑，成為一種獨立于BMD測定的新方法［2］。2010年11月～2011年11月，我們采用1H-MRS技術觀察了20例OP患者骨髓參數(shù)并分析其與BMD的相關性，現(xiàn)報告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 20例OP患者，男3例，女17例;年齡35～70歲，平均50.75歲。均符合WHO的OP診斷標準［3］，排除其他影響骨代謝疾病或藥物使用者及合并有心、腦血管、肝、腎等嚴重原發(fā)病癥者。Discovery QDR雙能X線骨密度儀(美國Hologic公司)檢查示9例受試者診斷為骨質疏松(骨質疏松組)，男1例，女8例;11例診斷為低骨量(低骨量組)，男2例，女9例。另選取健康體檢、BMD檢測正常者20例為對照組，其中男5例，女15例;年齡38～69歲，平均50.1歲。

1.2 髖部1H-MRS檢查 采用德國 Siemens公司1.5T超導MR機及體部線圈，同時采用單體素點分辨波譜序列(Point resolved spectroscopy，PRESS)(TR:3 000 ms，TE:25 ms)進行波譜采集。所有病例均采用TSE T1WI序列作無角度的矢狀、橫斷和冠狀面掃描，作為1H-MRS三維空間定位圖。掃描參數(shù):TR:623 ms，TE:23 ms，矩陣 336 × 448，層數(shù)20，層厚3 mm，層間距1 mm。并分別選取股骨頭(1.5 cm ×1.5 cm ×1.5 cm)、股骨頸(1.0 cm ×1.5 cm ×1.5 cm)及股骨大粗隆區(qū)(1.5 cm ×1.5 cm ×3.0 cm)3個感興趣容積(VOI)體素。波譜采集前均進行采集部位的勻場處理，然后完成波譜采集。采集的波譜原始數(shù)據采用MR機自帶工作站SPECTROSCOPY后處理軟件包進行分析并計算以下指標:①脂肪分數(shù)(Fat fraction，F(xiàn)F):為脂肪相對信號強度振幅與總信號強度振幅(水和脂肪)的百分比，F(xiàn)F=［Ifat(Iwat+Ifat)］×100%，其中，Ifat和 Iwat分別指脂肪和水的峰值;②脂水峰比(Lipid water ratio，LWR)，LWR=Ifat/Iwat;③基線寬度 (Line width，LW)。分析上述指標與BMD的相關性。

1.3 統(tǒng)計學方法 采用SPSS13.0統(tǒng)計軟件。計量數(shù)據以ˉx±s表示，各組間的比較采用方差分析;對BMD與各分析指標之間關系采用直線相關分析，檢驗水準 α =0.05。

2 結果

2.1 三組髖部1H-MRS曲線形態(tài) 三組譜線均顯示兩個明顯的波峰，即4.7 ppm左右的水峰和1.3～0.9 ppm之間的脂峰，各組相比，骨質疏松者譜線的脂峰最為高聳，脂峰與水峰峰值相差最大;低骨量者次之，正常人譜線脂峰最為低矮，脂峰與水峰峰值相差最小。

2.2 三組髖部不同部位1H-MRS分析指標 骨質疏松組FF、LWR均高于對照組及低骨量組，而股骨頸及大粗隆區(qū)水峰LW均明顯低于對照組及低骨量組(P均＜0.05)。低骨量組FF、LWR均明顯高于對照組，而股骨頸及大粗隆區(qū)水峰LW則均明顯低于對照組(P均＜0.05)。各組間脂峰LW及股骨頭水峰LW比較無統(tǒng)計學差異，見表1。

2.31H-MRS分析指標與 BMD的相關性 股骨頭、股骨頸及大粗隆區(qū)的FF與整體髖BMD值均呈負相關(r分別為 －0.58、－0.48、－0.40，P均 ＜0.05)，股骨頭、股骨頸及大粗隆區(qū)的LWR與整體髖BMD值均呈負相關(r分別為 －0.58、－0.48、－0.40，P 均 ＜0.05)，而股骨頭、股骨頸及大粗隆區(qū)的脂峰和水峰LW均與整體髖BMD值無明顯相關性(P 均 ＞0.05)。

表1 各組髖部不同部位1H-MRS分析指標比較(ˉx±s)

3 討論

人體骨髓分為紅骨髓和黃骨髓。紅骨髓具有造血功能，其成分包括40%水、40%脂肪、20%蛋白;黃骨髓無造血功能，成分包括15%水、80%脂肪、5%蛋白，主要成分是脂肪細胞。不同年齡階段骨髓內脂肪、水、蛋白質、礦物質等成分的量不斷變化，剛出生的嬰兒體內大部分為紅骨髓，隨著年齡增長直至成人，部分紅骨髓生理性轉換為黃骨髓;其轉化始于外周骨，逐漸向中軸骨發(fā)展。25歲左右，人體骨髓的分布趨于穩(wěn)定，紅骨髓主要集中于中軸骨、肱骨及股骨近端，其余部分以黃骨髓為主。紅黃骨髓這種生理性轉換，反映出人體骨髓隨年齡增長，骨髓的脂肪相應增多水分相應減少。已有組織形態(tài)學研究證實了該種變化:人體骨髓隨年齡增長，造血組織、骨小梁萎縮，脂肪組織相應增多，并由脂肪組織來替代骨小梁和造血組織萎縮后所殘余空間位置，該改變在OP患者更為顯著［4］。干細胞研究亦發(fā)現(xiàn)，脂肪細胞和成骨細胞有共同前體細胞即骨髓間充質干細胞，兩者同源，相互競爭，因而骨髓脂肪細胞增多會競爭性抑制成骨細胞的分化和成骨作用，從而可能導致 OP 的發(fā)生［5］。Liney 等［6］應用 3.0T MR 對16名健康者的跟骨與腰椎行1H-MRS研究，發(fā)現(xiàn)跟骨FF明顯較L3椎體FF高，L3的FF與年齡呈正相關(P=0.003)，但跟骨的FF與年齡無相關性(P=0.14)，F(xiàn)F具有從L1椎體向L5椎體逐漸增加的趨勢。Griffith在其腰椎1H-MRS研究中亦發(fā)現(xiàn)OP患者腰椎骨髓脂肪含量高于正常人［7］。本研究顯示低骨量組、骨質疏松組左股骨FF及LWR均明顯高于對照組，且FF及LWR與全髖BMD均呈負相關(P均＜0.05)，這種變化以骨質疏松組最為明顯，與已有文獻報道結果一致。反映骨量異常者骨髓脂肪含量相應增多，且骨質疏松越嚴重則骨髓內脂肪含量就越高，提示骨髓脂肪含量與骨代謝有相關性，骨髓脂肪含量相應增多可能與OP的發(fā)生存在關聯(lián)。

目前常用的OP診斷方法主要是通過測定BMD來反映患者的骨量情況。骨量是指一定長度或體積內的骨礦物質含量，而是否發(fā)生骨折，取決于骨強度。骨強度主要反映于骨量和骨質量兩個方面;骨質量是指骨的微結構、骨轉換率、微損傷積累、材料強度及礦化程度。研究顯示骨量只代表骨強度的70% ～85%，其不反映骨結構，不能單獨作為骨強度的替代物，對骨折的預測能力有限［1］。當骨的微結構發(fā)生變化、而骨量未改變時，其骨強度已下降。

MRS是目前惟一能無創(chuàng)性獲得活體代謝及生化變化的檢查技術，MRS中1H波譜臨床應用最廣。在MR均勻磁場中，同種元素的同一種原子由于化學環(huán)境的不同可引起化學結構的變化，其共振頻率亦有差異，這種頻率差異稱為化學位移?；瘜W位移是MRS的基礎，由于不同化合物之間存在頻率差異，MRS才能將不同的化合物分辨出來。MRS譜線的橫軸表示化學位移即頻率，縱軸表示各種具有不同化學物的信號強度。MRS以檢測物與參照物共振頻率相比得到的相對值的百萬分之一(ppm)來表示。在正常組織中，某種代謝物的濃度恒定。當組織發(fā)生病變時，代謝物濃度即發(fā)生改變。新近1HMRS研究表明應用FF參數(shù)能有效評估人體椎骨骨髓成分變化［7，8］。本研究結果顯示股骨頭、股骨頸及大粗隆區(qū)的FF及LWR與整體髖BMD值均呈負相關，髖部骨髓脂肪含量隨BMD減低而增加，與已有文獻報道結果一致。我們還發(fā)現(xiàn)各興趣區(qū)的脂峰和水峰LW均與整體髖BMD值無明顯相關性，與文獻結果不完全相同［9，10］，可能與 LW和靜態(tài)主磁場及檢查部位本身局部磁場的均勻性有關，在不同研究報道中使用的MR機型不同，所采用的磁體類型、勻場技術等不同，導致MRS采集時主磁場的勻場性可能存在差異，從而使得反映局部磁場不均勻性的LW受到影響。因此，參數(shù)LW的應用價值有待進一步研究，而應用FF、LWR為參數(shù)的1H-MRS檢查可用來評估股骨骨髓脂肪含量，通過股骨骨髓脂肪含量變化可預測OP的發(fā)生。

總之，骨髓脂肪含量與BMD存在相關性，骨髓脂肪細胞增多可能導致OP的發(fā)生。1H-MRS檢查能有效顯示骨髓分子生化成分變化，通過對骨髓中水和脂肪含量進行半定量分析，可為評價OP及預防其引發(fā)的骨折提供新思路。但OP和骨髓脂肪含量之間相互作用的機制尚有待進一步研究。

［1］Crawford RP，Cann CE，Keaveny TM.Finite element models predict in vitro vertebral body compressive strength better than quantitative computed tomography［J］.Bone，2003，33(4):744-750.

［2］Schellinger D，Lin CS，Lim J，et al.Bone marrow fat and bone mineral density on proton MR spectroscopy and dual-energy X-ray absorptiometry:their ratio as a new indicator of bone weakening［J］.AJR，2004，183(6):1761-1765.

［3］Kanis JA.Diagnosis of osteoporosis and assessment of fracture risk［J］.Lancet，2002，359(9321):1929-1936.

［4］Verma S，Rajaratnam JH，Denton J，et al.Adipocytic proportion of bone marrow is inversely related to bone formation in osteoporosis［J］.JClin Pathol，2002，55(9):693-698.

［5］Gimble JM，Nuttall ME.Bone and fat:old questions，new insights［J］.Endocrine，2004，23(2-3):183-188.

［6］Liney GP，Bernard CP，Manton DJ，et al.Age，gender，and skeletal variation in bone marrow composition:a preliminary study at 3.0 Tesla［J］.JMagn Reson Imaging，2007，26(3):787-793.

［7］Griffith JF，Yeung DK，Antonio GE，et al.Vertebral marrow fat content and diffusion and perfusion indexes in women with varying bone density:MR evaluation［J］.Radiology，2006，241(3):831-838.

［8］Fanucci E，Manenti G，Masala S，et al.Multiparameter characterisation of vertebral osteoporosis with 3-T MR［J］.Radiol Med，2007，112(2):208-223.

［9］Schellinger D，Lin CS，Hatipoglu HG，et al.Potential value of vertebral proton MR spectroscopy in determining bone weakness［J］.Am JNeuroradiol，2001，22(8):1620-1627.

［10］Shih TT，Chang CJ，Hsu CY，et al.Correlation of bone marrow lipid water content with bone mineral density on the lumbar spine［J］.Spine，2004，29(24):2844-2850.