慢性腎功能衰竭患者椎體骨質(zhì)變化的磁共振波譜初步分析

高才良，曾南林，董國禮，余靈安，夏成云，郭永榜，劉 念，劉 斌，王 飛

（川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，四川 南充 637000）

慢性腎功能衰竭（CRF）簡稱慢性腎衰，又稱慢性腎功能不全。近年來隨著血液凈化技術(shù)的發(fā)展，CRF患者的生存期逐漸延長，但因腎臟疾病導(dǎo)致的電解質(zhì)紊亂、酸堿平衡失調(diào)和內(nèi)分泌紊亂而引起的骨質(zhì)變化（如骨鈣減少、骨質(zhì)疏松、腎性骨?。┮才c日俱增，成為目前影響CRF患者生存質(zhì)量的突出問題之一。雖然骨組織學(xué)檢查是診斷骨質(zhì)變化的金標(biāo)準(zhǔn)，但為有創(chuàng)檢查，臨床應(yīng)用受到一定限制。磁共振波譜（MRS）作為目前一種無創(chuàng)的檢測活體內(nèi)器官、組織細(xì)胞代謝、生化變化及化合物定量分析的方法[1]，廣泛地用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)[2]，或通過測量椎體內(nèi)脂肪含量（FF%）及脂水比（LWR）來間接的評估骨質(zhì)疏松的變化情況，但CRF患者椎體骨質(zhì)變化的MRS特征，筆者尚未見國內(nèi)外文獻報道。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

1.1.1 病變組（CRF組）

搜集川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院2011年9月—2012年2月初次就診且經(jīng)臨床確診的CRF患者64例，均知情同意，男42例，女 22例，年齡18～62歲，平均（44.8±10.8）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：臨床確診 CRF（參照美國腎臟病基金會（NKF）制定的CRF臨床實踐指南（K/DOQI）提出的診斷標(biāo)準(zhǔn)：腎小球濾過率（GFR）＜60 mL/（min·1.73m2），時間≥3 月）且排除慢性腎臟病以外的各種代謝骨病及其它相關(guān)疾病的患者。

1.1.2 對照組

同期選取來我院體檢的34名志愿者，年齡相仿，且經(jīng)體檢身體各項指標(biāo)正常，無各種代謝骨病及其它相關(guān)疾病，均知情同意，其中男22例，女12例，年齡 22～72 歲，平均（42.6±12.9）歲。

1.2 研究方法

1.2.1 設(shè)備

MR設(shè)備使用GE Signa Excite 1.5T超導(dǎo)全身磁共振掃描儀（GE Medical System，Milwaukee，WI，USA），梯度場強 38 mT/m，切換率 120 T（m·s）。脊柱MR常規(guī)序列成像使用脊柱相控陣線圈，脊柱MRS使用體線圈。

1.2.2 檢查方法

常規(guī)序列：均對病變組和對照組腰椎行矢狀面SE T1WI、快速 SE（FSE）T2WI及 STIR，橫斷面 FSE T2WI及冠狀面FSE T2WI常規(guī)序列成像。腰椎MRI常規(guī)序列成像參數(shù)見表1。腰椎常規(guī)掃描時，病變組與對照組均要求在椎體形態(tài)、骨質(zhì)信號未見異常的情況下方可進行下一步掃描，若發(fā)現(xiàn)異常則放棄本次掃描。②常規(guī)腰椎掃描結(jié)束后行L2椎體1H-MRS采集。1H-MRS采用單體素點解析波譜（PRESS）序列進行波譜采集，定位以矢狀面T2WI，同時輔以橫斷面T2WI及冠狀面T2WI，整個感興趣區(qū)（ROI）位于L2椎體松質(zhì)骨的中心位置（圖1～3）。1H-MRS的掃描參數(shù)：TR=1 500 ms，TE=35 ms， 激勵次數(shù)為 8，感興趣區(qū)容積（VOI）2.0 cm×2.0 cm×2.0 cm。然后對1HMRS感興趣區(qū)進行自動勻場并完成波譜的采集，掃描時間為84 s。波譜分析采用Saker軟件。

椎體1H-MRS主要顯示2個明顯的波峰：水峰和脂峰。水峰位移于4.65 ppm（×10-6）左右；脂峰至少由8個部分組成，主要為亞甲基組位移于1.3 ppm左右。測量脂峰及水峰的峰下面積（Sfat和Swat），并用兩者計算每個ROI的FF%和LWR。FF計算公式為：FF=Sfat/（Sfat+Swat），F(xiàn)F%=FF×100%。LWR 計算公式為：LWR=Sfat/Swat。

1.2.3 統(tǒng)計學(xué)處理方法

使用SPSS 16.0統(tǒng)計學(xué)軟件對所得數(shù)據(jù)進行分析處理，實驗組與對照組間采用獨立樣本t檢驗，檢驗組間FF%和LWR有無差異，若P＜0.05則認(rèn)為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。FF%和LWR與GFR的相關(guān)性采用Spearman秩相關(guān)性分析，若P＜0.05則認(rèn)為兩者間具有相關(guān)性。相關(guān)變量對CRF患者的骨質(zhì)變化的診斷價值及臨界值采用受試者工作特征（ROC）曲線來判斷。

2 結(jié)果

2.1 CRF組L2椎體1H-MRS波譜特點

CRF組L2椎體1H-MRS顯示水峰在左，位移于4.65 ppm左右；主要為亞甲基組的脂峰在右，位移于 1.3 ppm左右（圖4）。CRF組 64例，F(xiàn)F%為32.50%～77.72%， 平均值±標(biāo) 準(zhǔn)差 為（52.56±10.74）%；LWR 為 0.48～3.49， 平均值±標(biāo)準(zhǔn)差為1.25±0.68。

圖1～3 L2椎體1H-MRS采集定位參考常規(guī)掃描的矢狀面（圖1），并輔以橫斷面（圖2）及冠狀面（圖3）。Figure 1～3. L2 vertebral1H-MRS acquisition position reference scan in the sagittal plane(Figure 1),supplemented by axial plane(Figure 2)and coronal plane(Figure 3).

2.2 對照組L2椎體1H-MRS波譜特點

對照組L2椎體1H-MRS顯示水峰在左，位移于4.65 ppm左右；主要為亞甲基組的脂峰在右，位移于1.3 ppm左右（圖5）。對照組34例，F(xiàn)F%為16.98%～67.23%，平均值±標(biāo)準(zhǔn)差為（43.24±12.19）%；LWR為 0.20～2.05，平均值±標(biāo)準(zhǔn)差為 0.85±0.44。

2.3 CRF組FF%、LWR均值明顯高于對照組

CRF組與對照組間FF%、LWR均值相比較，CRF組明顯高于正常對照組（圖6，7），兩者間差異具有顯著統(tǒng)計學(xué)意義（FF%：t=-3.752，P=0.000；LWR：t=-3.512，P=0.001）。

2.4 CRF組FF%、LWR與GFR的估計值（eGFR）的關(guān)系

CRF組FF%、LWR與eGFR間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。FF%、LWR隨著eGFR升高而降低（FF%：r=-0.264，P=0.035；LWR：r=-0.264，P=0.035）（圖 8，9）。

2.5 FF%、LWR對CRF患者的骨質(zhì)變化評估的ROC曲線

FF%判斷CRF患者骨質(zhì)變化的ROC曲線下面積為 0.706，95%可信區(qū)間（CI）為0.591～0.821，診斷臨界值為33.29%，靈敏度為0.984，特異度為0.296（圖10）。LWR判斷CRF患者骨質(zhì)變化的ROC曲線下面積為0.706，95%CI為0.591～0.821，診斷臨界值為50.00%，靈敏度為0.984，特異度為0.296（圖11）。

3 討論

MRS技術(shù)應(yīng)用的日趨廣泛，掃描技術(shù)也較成熟。筆者前瞻性的研究了64例CRF患者和年齡相仿的34例健康志愿者L2椎體FF%及LWR，觀察、分析兩組間的差異，并分析FF%及LWR與eGFR的相關(guān)性，間接的評估CRF患者的骨質(zhì)變化情況。

3.1 選擇L2椎體的松質(zhì)骨進行FF%、LWR測定的意義

本組選擇L2椎體的松質(zhì)骨進行FF%、LWR測定，是因為：①脊柱椎體為松質(zhì)骨，Gerakis等[3]研究表明松質(zhì)骨的代謝轉(zhuǎn)換率是皮質(zhì)骨的8倍，故其骨質(zhì)變化較皮質(zhì)骨快得多，且MRI為目前觀察骨髓變化和測定骨髓信號改變最敏感的方法。MRI成像清晰的顯示松質(zhì)骨，便于1H-MRS波譜采集時ROI的選取及定位。②L2椎體退變相對于下腰椎不明顯，盡量避免了椎體退變的影響。③CRF骨質(zhì)丟失常發(fā)生于下半身持重部位（如腰、背、髖、膝關(guān)節(jié)等），且L2椎體為CRF時國際推薦檢測部位L2～L4之一。

3.2 FF%、LWR的意義及臨床價值

MRS在脊柱常規(guī)MRI成像基礎(chǔ)上，可利用FF%、LWR間接的評估骨髓的變化對骨質(zhì)含量所帶來的影響[4]。其主要理論基礎(chǔ)為：體內(nèi)紅骨髓與黃骨髓兩者所含脂肪和水成分不同，而MRS譜線中的水峰信號主要由紅骨髓產(chǎn)生，而脂峰信號主要來源于黃骨髓。就FF%、LWR與骨質(zhì)含量的相關(guān)性而言，國內(nèi)外文獻[4-7]表明呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。筆者對34例健康志愿者行1H-MRS采集，測得椎體FF%平均值±標(biāo)準(zhǔn)差為（43.24±12.19）%，這與虞志康等[8]對 30 例不同年齡健康志愿者測得的椎體FF%平均值±標(biāo)準(zhǔn)差為（45.0±20.2）%和 Tang等[9]對 24 例正常患者測得的椎體FF%平均值±標(biāo)準(zhǔn)差為（48.79±7.1）%相接近。而LWR平均值±標(biāo)準(zhǔn)差為0.85±0.44，與虞志康等[8]對30例不同年齡健康志愿者測得的LWR平均值為0.76亦相接近。雖有一定出入，筆者認(rèn)為這可能與對照組內(nèi)的性別比例、年齡段分布情況及MRI機型等因素相關(guān)。

對64例CRF患者進行1H-MRS采集，測得L2椎體的平均FF%和平均LWR均高于正常對照組。這可能是因為CRF時鈣吸收減少、鈣磷代謝異常、慢性酸中毒、營養(yǎng)不良、繼發(fā)甲狀旁腺功能亢進導(dǎo)致的骨吸收增強和骨礦化缺陷等常見原因[10]，最終引起骨質(zhì)含量減少。而且進入CRF終末期時，幾乎100%患者出現(xiàn)腎性骨病[11]。隨著骨質(zhì)的流失，骨小梁的萎縮，同時伴有脂肪含量代償性的增加，并因骨質(zhì)減少、骨小梁萎縮而留下的空間將由脂肪細(xì)胞來填充[12-13]，從而使得椎體FF%增加。而1H-MRS譜線脂峰下面積與椎體的脂肪含量呈正比關(guān)系，即椎體脂肪含量越高1H-MRS譜線的脂峰下面積越大，進而使LWR增大。但并不是所有的CRF患者的FF%和LWR均高于對照組，筆者認(rèn)為可能與病程的長短、病程中是否有補鈣史、年齡、性別、身體指數(shù)及個體差異等因素有關(guān)。

3.3 CRF患者的骨質(zhì)變化與腎功能的相關(guān)性

骨質(zhì)含量和腎功能之間是否具有相關(guān)性，目前尚有較大爭議。有文獻研究表明CRF患者骨鈣減少、骨質(zhì)疏松、腎性骨病的患病率很高。一般GFR低于60 mL/min時開始出現(xiàn)較明顯的并發(fā)癥，且隨著腎衰竭程度的加重，骨質(zhì)疏松程度加重[14]。然而Hsu等[15]的研究結(jié)果認(rèn)為腎功能的下降程度與骨質(zhì)含量之間不存在相關(guān)性。

雖然核素GFR是判斷腎臟功能的金標(biāo)準(zhǔn)，但臨床上完成GFR核醫(yī)學(xué)檢查的病例數(shù)均較少，故本實驗采用臨床普遍使用的eGFR來估計腎臟的功能。eGFR是指通過建立數(shù)學(xué)模型，用血清肌酐推算GFR的方法，本方法具有快速、簡單和經(jīng)濟的特點。CRF組患者均按照腎臟疾病飲食修正（MDRD）公式計算eGFR。本實驗通過FF%、LWR與eGFR相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，CRF患者的FF%、LWR與eGFR呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.264，P=0.035 和 r=-0.264，P=0.035），從而間接證明了CRF患者的骨質(zhì)變化與腎功能具有一定相關(guān)性，但相關(guān)性不是很密切。筆者認(rèn)為這可能與我們利用的是FF%及LWR間接的來評估腎功能減退引起的椎體骨質(zhì)變化有關(guān)，而患者椎體的FF%及LWR還受年齡、性別等因素的影響。

3.4 利用FF%及LWR間接評估CRF患者骨質(zhì)變化的靈敏度及特異度分析

筆者通過ROC曲線來量化FF%、LWR對CRF患者骨質(zhì)變化的評估價值，確定出臨界值，并有相應(yīng)的靈敏度及特異度。得出FF%與LWR對CRF患者骨質(zhì)變化的評估價值基本一致，即靈敏度（0.984）較好，特異度（0.296）較差，整個方法具有一定的診斷價值（Az=0.706）。這與MRS對脂水信號敏感性高的理論基礎(chǔ)相符合，即MRS譜線中信號主要反應(yīng)的是椎體內(nèi)紅骨髓與黃骨髓兩者所含脂肪和水的成分。

3.5 本研究的意義及不足

人體任何部位骨質(zhì)的丟失都會增加患疾病的風(fēng)險，而CRF患者骨質(zhì)的丟失臨床上則以骨痛、骨折、骨變形為主要表現(xiàn)形式，關(guān)注CRF患者骨質(zhì)變化問題具有重要的臨床意義。本研究采用的1H-MRS是一種分析骨髓疾病有效、無創(chuàng)性的方法[15-16]，并可對相關(guān)化合物進行定量分析的MR技術(shù)[2]。且相對于其他原子核，氫質(zhì)子在人體中含量豐富并具有磁化率，是臨床最常應(yīng)用的波譜，所以利用1H-MRS測定椎體FF%、LWR也具有很好的可行性。

本研究樣本量較小，使結(jié)果存有一定的偏差。且CRF的發(fā)生機制十分復(fù)雜，臨床分期也較多，故應(yīng)增大樣本量進一步觀察、研究。

總之，1H-MRS可以無創(chuàng)地測定椎體 FF%、LWR。CRF組患者L2椎體的平均FF%、平均LWR高于對照組，且FF%、LWR與eGFR呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，進而可以用FF%及LWR來間接的評估CRF患者的骨質(zhì)變化情況，且為一種無創(chuàng)的影像學(xué)檢測方法。

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