磁共振波譜成像定量腰椎骨髓脂肪短中期的可重復(fù)性研究

孟 雷，李艷彬，董飛俠，潘安光

·全科醫(yī)生技能發(fā)展·

磁共振波譜成像定量腰椎骨髓脂肪短中期的可重復(fù)性研究

孟 雷1，李艷彬2*，董飛俠3，潘安光1

目的 評(píng)價(jià)磁共振波譜成像(MRS)定量腰椎骨髓脂肪短、中期的可重復(fù)性。方法 選擇2015年3—6月在溫州市第七人民醫(yī)院和溫州市中醫(yī)院健康體檢中心體檢的符合入選標(biāo)準(zhǔn)的健康女性(28.9～48.6歲)受檢者30位，基線(即研究開始時(shí))及6個(gè)月時(shí)測(cè)定受檢者血25羥維生素D、骨鈣素、β-膠原降解產(chǎn)物及雌二醇。于基線、6周及6個(gè)月時(shí)分別行3次MRS掃描，測(cè)定腰3椎體骨髓脂肪分?jǐn)?shù)(FF)。由2位評(píng)定者獨(dú)立測(cè)定FF，計(jì)算組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(ICC)，評(píng)價(jià)不同時(shí)間點(diǎn)(短期和中期)MRS測(cè)定FF的精確性。結(jié)果 共22位受檢者完成研究。評(píng)定者間與評(píng)定者內(nèi)在基線、6周及6個(gè)月時(shí)測(cè)定FF的ICC為0.931～0.988。Bland-Altman法分析顯示，評(píng)定者間、評(píng)定者內(nèi)測(cè)定FF的差值均落于95%可信區(qū)間內(nèi)。短期和中期MRS測(cè)定FF的ICC為0.856～0.944，變異系數(shù)為2.45%～4.72%。結(jié)論 短、中期MRS測(cè)定腰椎骨髓脂肪含量具有良好的可重復(fù)性。

磁共振波譜學(xué)；骨髓脂肪；重復(fù)性

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1.DepartmentofRadiology,theSeventhPeople′sHospitalofWenzhou,Wenzhou325000,China

2.LaboratoryforClinicalSpecialAssays，theSeventhPeople′sHospitalofWenzhou,Wenzhou325000,China

3.WenzhouHospitalofTraditionalChineseMedicine，Wenzhou325000,China

*Correspondingauthor:LIYan-bin,Attendingphysician;E-mail：1374792976@qq.com

骨強(qiáng)度不僅與骨密度、骨微結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與骨髓微環(huán)境有關(guān)[1]。已有研究表明，骨髓脂肪在骨丟失的病理生理中具有重要作用，骨髓脂肪和骨量存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，即骨髓脂肪含量可在一定程度上反映骨骼的強(qiáng)度[2-4]。因此，準(zhǔn)確定量骨髓脂肪含量具有重要意義。目前認(rèn)為，氫質(zhì)子磁共振波譜成像(MRS)是定量骨髓脂肪含量的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。多項(xiàng)橫斷面研究采用MRS對(duì)骨髓脂肪進(jìn)行定量，并分析其與骨密度、體成分的關(guān)系，部分研究采用MRS對(duì)藥物干預(yù)骨質(zhì)疏松后骨髓脂肪含量的變化進(jìn)行評(píng)估[3-5]。MRS的診斷價(jià)值很大程度上取決于其測(cè)量的精確度，因此，客觀評(píng)估MRS定量骨髓脂肪含量的可靠性非常重要。既往有研究在同一天內(nèi)進(jìn)行2次MRS來評(píng)價(jià)其精確性[5-9]，但是短期和中期MRS定量骨髓脂肪的可重復(fù)性如何仍缺乏研究。本研究擬探討短期(6周)和中期(6個(gè)月)MRS測(cè)定腰椎骨髓脂肪含量的可重復(fù)性，為縱向干預(yù)性研究計(jì)算樣本量提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2015年3—6月在溫州市第七人民醫(yī)院和溫州市中醫(yī)院健康體檢中心體檢的符合入選標(biāo)準(zhǔn)的健康女性受檢者30位，年齡28.9～48.6歲，平均年齡(41.1 ± 5.7)歲；身高147.0～171.0 cm；體質(zhì)量45.0～75.0 kg，計(jì)算體質(zhì)指數(shù)(BMI)。

受檢者入選標(biāo)準(zhǔn)[10]：(1)未絕經(jīng)婦女(因?yàn)榻^經(jīng)狀態(tài)、雌激素水平的變化會(huì)影響骨髓脂肪含量，所以本研究?jī)H收集絕經(jīng)前健康人群)；(2)無結(jié)核、腫瘤、放化療史等；(3)未曾使用過影響骨代謝的藥物，如雌激素、糖皮質(zhì)激素、雙磷酸鹽類藥物；(4)未患有影響骨代謝的相關(guān)疾病，如糖尿病、甲狀旁腺功能亢進(jìn)、腎功能不全等；(5)無子宮、卵巢切除史；(6)無MRI檢查禁忌證。受檢者均在健康體檢中心檢測(cè)血尿常規(guī)及肝腎功能以確保其指標(biāo)在參考范圍內(nèi)。向受檢者解釋本研究的目的，征得受檢者知情同意后執(zhí)行MRI檢查。

1.2 血生化指標(biāo)檢測(cè) 受檢者禁食8 h以上，于清晨空腹在健康體檢中心采集空腹靜脈血進(jìn)行血尿常規(guī)、血脂、血糖、肝腎功能等常規(guī)項(xiàng)目檢測(cè)后，進(jìn)一步檢測(cè)血25羥維生素D、骨鈣素、β-膠原降解產(chǎn)物(采用化學(xué)發(fā)光法)及雌二醇(采用放射免疫法測(cè)定)。上述指標(biāo)在基線(即研究開始時(shí))及6個(gè)月分別檢測(cè)一次，以除外受檢者在研究期前后上述指標(biāo)出現(xiàn)明顯差異，影響骨髓脂肪的分析。

1.3 MRS檢查 應(yīng)用德國(guó)西門子1.5 T超導(dǎo)型MRI掃描儀進(jìn)行圖像采集，脊柱線圈聯(lián)合相控陣腹部體表線圈。受檢者取仰臥位，平靜呼吸。MRS信號(hào)采集前常規(guī)行腰椎矢狀位T1加權(quán)像(T1WI)及T2加權(quán)像(T2WI)掃描，除外受檢者腰椎骨腫瘤、壓縮性骨折等病變以及便于波譜體素塊的準(zhǔn)確放置。氫質(zhì)子MRS掃描前先進(jìn)行自動(dòng)勻場(chǎng)，之后采用不抑水單體素點(diǎn)解析波譜序列進(jìn)行腰3椎體MRS數(shù)據(jù)采集。具體參數(shù)如下：TR=3 000 ms，TE=30 ms，體素塊大小=1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm(確保體素塊位于椎體骨髓腔中央，避開骨皮質(zhì)及椎間盤)，波寬=2 000 Hz，翻轉(zhuǎn)角=90°，激勵(lì)32次，掃描時(shí)間1′36″。受檢者均在基線、6周及6個(gè)月行MRS重復(fù)掃描。MRS檢查由同一位技術(shù)員完成。

掃描結(jié)束后，MRS原始數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)入西門子新溝通(Syngo)MR圖像專用后處理工作站。選擇系統(tǒng)自帶的波譜分析軟件進(jìn)行分析，先做波譜基線校正，分別測(cè)定位于1.30 ppm的脂質(zhì)峰及4.70 ppm的水峰信號(hào)值。計(jì)算腰3椎體骨髓脂肪分?jǐn)?shù)(FF)[2,11]，F(xiàn)F=〔Ilipid/( Ilipid+Iwater)〕×100%；公式中Ilipid、Iwater分別為脂質(zhì)峰及水峰峰下面積值，F(xiàn)F代表脂肪相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度與總信號(hào)強(qiáng)度(水和脂肪)的百分比。

1.4 MRS測(cè)定FF的精確性分析 MRS數(shù)據(jù)分別由2位高年資放射科醫(yī)師獨(dú)立完成圖像的觀察分析。在每次測(cè)定FF后至少間隔2周再次對(duì)MRS數(shù)據(jù)進(jìn)行第2次分析，以評(píng)價(jià)評(píng)定者內(nèi)測(cè)定FF的一致性。于6周、6個(gè)月時(shí)分別行MRS檢查，均由2位評(píng)定者分別測(cè)定，取同一評(píng)定者2次測(cè)定的均值以評(píng)價(jià)評(píng)定者間測(cè)量FF的一致性。

2 結(jié)果

2.1 受檢者臨床資料及比較 基線時(shí)共30位受檢者完成MRS檢查；6周時(shí)2位受檢者失訪，2位受檢者拒絕行MRS檢查；6個(gè)月時(shí)又有3位受檢者失訪，1位受檢者拒絕行MRS檢查。共22位受檢者完成研究，資料完整。22例受檢者身高、體質(zhì)量、BMI及血生化指標(biāo)在基線及6個(gè)月時(shí)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，見表1)。

2.2 評(píng)定者間及評(píng)定者內(nèi)測(cè)定FF的一致性 2位評(píng)定者在基線、6周及6個(gè)月時(shí)測(cè)定的FF比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，見表2)。評(píng)定者間及評(píng)定者內(nèi)在基線、6周及6個(gè)月時(shí)測(cè)定FF的ICC均>0.80(見表3)。進(jìn)一步采用Bland-Altman分析法對(duì)FF測(cè)定結(jié)果的一致性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示評(píng)定者間及評(píng)定者內(nèi)基線、6周及6個(gè)月時(shí)測(cè)定FF的差值均在95%CI內(nèi)(見圖1)。

Table 2 FF values determined by two raters at baseline conditions,6 weeks and 6 months after the beginning of study

評(píng)定者例數(shù)基線6周6個(gè)月評(píng)定者12246.22±6.6046.79±7.1147.07±6.37評(píng)定者22245.28±7.1445.61±6.2846.01±6.79t值0.9171.0291.314P值0.8200.7540.731

表1 受檢者在基線及6個(gè)月時(shí)臨床資料及血生化檢測(cè)指標(biāo)比較±s，n=22)

注：BMI=體質(zhì)指數(shù)

表3 評(píng)定者間及評(píng)定者內(nèi)在不同時(shí)間點(diǎn)測(cè)定FF的一致性

注：ICC=組內(nèi)相關(guān)系數(shù)，CI=可信區(qū)間

注：a為基線時(shí)，b為6周時(shí)，c為6個(gè)月時(shí)；圖中中間線條表示均值，上、下線條分別代表χ+1.96 s、χ-1.96 s，所有點(diǎn)落在其95%可信區(qū)間內(nèi)；FF=脂肪分?jǐn)?shù)

圖1 Bland-Altman法評(píng)價(jià)不同時(shí)間點(diǎn)評(píng)定者間測(cè)定FF的一致性

Figure 1 Intra-rater agreement of FF determined at baseline conditions,6 weeks and 6 months after the beginning of study assessed by Bland-Altman plot

注：患者46歲，a為基線時(shí)，b為6周時(shí)，c為6個(gè)月時(shí)，基線、6周及6個(gè)月時(shí)FF分別為39.11%、39.38%、40.57%

圖2 不同時(shí)間點(diǎn)MRS測(cè)定FF的波譜圖

Figure 2 MRS spectra of FF of a representative 46-year-old participant at baseline conditions,6 weeks and 6 months after the beginning of study

2.3 短、中期MRS測(cè)定FF的精確性 短、中期MRS測(cè)定FF的ICC為0.856～0.944，CV為2.45%～4.72%(見表4)。圖2為同一位46歲受檢者在基線、6周及6個(gè)月時(shí)MRS 測(cè)定FF的波譜圖。

表4 短、中期MRS測(cè)定FF的精確性

Table 4 Short- and mid-term accuracy assessment for quantifying FF by MRS

時(shí)間評(píng)定者1ICC 95%CI評(píng)定者2ICC 95%CI評(píng)定者1CV(%)評(píng)定者2CV(%)短期(6周與基線)0.932(0.836,0.972)0.944(0.865,0.977)2.602.45中期(6個(gè)月與基線)0.856(0.702,0.938)0.874(0.728,0.945)4.724.41中期(6個(gè)月與6周)0.925(0.819,0.969)0.918(0.817,0.961)3.623.56

注：CV=變異系數(shù)

3 討論

3.1 骨髓脂肪含量間接反映骨質(zhì)量 骨密度是目前公認(rèn)的反映骨強(qiáng)度的有用指標(biāo)，也是用于計(jì)算骨質(zhì)疏松性骨折風(fēng)險(xiǎn)的主要判斷因子，但其靈敏度和特異度均不高[1,13-14]。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞具有自我更新及多向分化的潛能，在不同的誘導(dǎo)條件下可以分化為脂肪細(xì)胞、成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞等。骨髓內(nèi)骨組織及脂肪組織的動(dòng)態(tài)平衡就是由間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞分化維持的[15]。若間充質(zhì)干細(xì)胞成脂分化增強(qiáng)則成骨細(xì)胞的增殖、分化能力將下降，骨形成減少，進(jìn)而引起骨量丟失、骨質(zhì)疏松及骨缺損等相關(guān)代謝性骨骼疾病。已有研究證明，測(cè)定骨髓腔的骨髓脂肪含量可以在一定程度上反映骨質(zhì)量[3,4,10]。因此，研究骨髓脂肪含量具有重大意義。

3.2 MRS短、中期定量骨髓脂肪含量的精確性 關(guān)于MRS測(cè)定骨髓含量的精確性的文獻(xiàn)報(bào)道較少，且缺乏一定深度。本研究設(shè)計(jì)了MRS測(cè)定腰椎FF的短、中期可重復(fù)性研究，結(jié)果表明，短、中期MRS測(cè)定FF的ICC為0.856～0.944，CV為2.45%～4.72%；且不同評(píng)定者間或評(píng)定者內(nèi)測(cè)量FF具有良好的一致性。本研究于短、中期進(jìn)行精確性評(píng)估，而國(guó)內(nèi)研究者對(duì)30例志愿者腰椎體同一天進(jìn)行2次MRS測(cè)定來評(píng)價(jià)該技術(shù)的測(cè)量精確性，結(jié)果顯示高場(chǎng)強(qiáng)MRS具有較高的骨髓脂肪含量測(cè)量精確性，CV為1.7%[9]；另有研究報(bào)道MRS重復(fù)測(cè)定FF的精確性CV為2.25%[10]。但以上研究存在一定偏倚，如同一天內(nèi)2次對(duì)MRS信號(hào)進(jìn)行采集，或在2次重復(fù)掃描期間未重新擺放受檢者位置，所得結(jié)果也未由不同評(píng)定者獨(dú)立測(cè)定FF值。國(guó)外學(xué)者報(bào)道，MRS短期定量FF的CV為1.7%～4.5%[5-8]，但其研究結(jié)論是通過測(cè)量6～8位受檢者所得，樣本量相對(duì)偏少。

BREDELLA等[16]對(duì)3位受檢者行間隔10 d的重復(fù)MRS掃描，CV為5.0%，高于本研究CV，分析原因可能與其樣本量有關(guān)。GRIFFITH等[17]對(duì)36位受檢者股骨近端行MRS測(cè)定FF，2次掃描時(shí)間間隔為1周，ICC為0.78～0.85。雖然這項(xiàng)研究也表明MRS測(cè)定股骨近端FF具有足夠高的可重復(fù)性，但MRS測(cè)定FF的ICC較本研究ICC低。這主要是因?yàn)橄鄬?duì)于腰椎，骨髓在股骨近端的空間分布更加不均質(zhì)，導(dǎo)致每次測(cè)定的FF值會(huì)出現(xiàn)變異，這也是研究者多以腰椎椎體作為測(cè)定骨髓脂肪靶點(diǎn)的緣故。SCHAFER等[18]調(diào)查了6例健康成年女性間隔6個(gè)月的腰椎MRS重復(fù)掃描，CV為3.8%，雖然其樣本量偏少，但結(jié)論與本研究一致。

綜上所述，MRS短、中期定量腰椎骨髓脂肪含量具有良好的可重復(fù)性，不同評(píng)定者間測(cè)定FF具有良好的一致性。本研究結(jié)果可以為相關(guān)骨病療效評(píng)估或其他縱向研究設(shè)計(jì)樣本量大小的計(jì)算提供科學(xué)依據(jù)。

作者貢獻(xiàn)：孟雷、李艷彬進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施、資料收集整理、撰寫論文并對(duì)文章負(fù)責(zé)；孟雷、董飛俠、潘安光進(jìn)行試驗(yàn)實(shí)施、評(píng)估、資料收集；李艷彬進(jìn)行質(zhì)量控制及審校。

本文無利益沖突。

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(本文編輯：趙躍翠)

Short- and Mid-term Reproducibility of Lumbar Vertebral Bone Marrow Fat Content Measurements Using Magnetic Resonance Spectroscopy

MENGLei1，LIYan-bin2*,DONGFei-xia3，PANAn-guang1

Objective To investigate the short- and mid-term reproducibility of lumbar vertebral bone marrow fat fraction(FF) measurements using magnetic resonance spectroscopy(MRS).Methods The selected participants meeting the inclusion criteria of this study were 30 healthy females(aged 28.9 to 48.6 years) who underwent physical examination in Physical Examination Center of the Seventh People′s Hospital of Wenzhou and Wenzhou Hospital of Traditional Chinese Medicine from March to June in 2015.The following clinical parameters were collected,serum 25-hydroxy vitamin D,osteocalcin,β-CTx and estradiol measured at baseline(at the beginning of study) and 6 months after the beginning of study.At baseline,6 weeks and 6 months after the beginning of study,MRS scanning was performed in the participants,and the 3rd lumbar vertebra(L3) bone marrow FF was determined by two independent raters,respectively.The short-(at both baseline and 6 weeks after the beginning of study) and mid-term(at 6 months after the beginning of study) accuracy of MRS-based FF measurements was assessed by using interclass correlation coefficient(ICC),Bland-Altman plot and coefficient of variance(CV).Results Twenty-two participants completed the study.The inter- and intra-rater agreement for FF measurements at baseline,6 weeks and 6 months after the beginning of study was excellent(ICCranged from 0.931 to 0.988).All data points calculated using the Bland-Altman plot,were within the 95% limits of agreement;theICCfor the short- and mid-term agreement was excellent(ICCranged from 0.856 to 0.944);theCVfor the reproducibility of FF measured over the short- and mid-term was 2.45%-4.72%.Conclusion MRS is a reproducible method for short- and mid-term quantification of lumbar vertebral bone marrow fat content.

Magnetic resonance spectroscopy；Marrow fat;Reproducibility

R 445.2

A

10.3969/j.issn.1007-9572.2017.12.016

2016-12-10；

2017-03-05)

1.325000浙江省溫州市第七人民醫(yī)院放射科

2.325000浙江省溫州市第七人民醫(yī)院特檢科

3.325000 浙江省溫州市中醫(yī)院

*通信作者：李艷彬，主治醫(yī)師；E-mail：1374792976@qq.com