磁共振T₁WI、T₂WI信號強度與腰椎椎體骨密度的相關(guān)性

李腳根 繆仙花 陳宋全

[摘要] 目的 探討腰椎磁共振成像（MRI）T1WI、T2WI信號強度與腰椎椎體骨密度的相關(guān)性。 方法 收集2018～2019年進行L1～L4椎體雙能X線吸收法骨密度測定的腰椎MRI（1.5 T）成像患者198例，其中男50例、女148例。分析其雙能X線吸收法骨密度測定值、腰椎矢狀面MRI T1WI、T2WI、STIR成像、在PACS系統(tǒng)上測量的T1WI、T2WI信號強度值。對患者的椎體MRI信號強度值與椎體雙能X線吸收法骨密度測定值進行比較。 結(jié)果 患者L1～L4腰椎體的骨密度測定值與MRI的T1WI信號強度值比較，差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.05），與MRI的T2WI信號強度值無明確相關(guān)性。 結(jié)論 患者L1～L4腰椎體的骨密度測定值與MRI的T1WI信號強度值有低度相關(guān)性，與MRI的T2WI信號強度值無明顯相關(guān)性。MRI成像通過多序列信號強度變化反映骨的脂肪和水含量，T1WI信號強度值越高，則T1WI序列上信號越高，對間接判斷骨礦物質(zhì)和骨基質(zhì)含量具有非常重要的意義。

[關(guān)鍵詞] 骨質(zhì)疏松癥;骨密度;腰椎;T1WI信號強度值;T2WI信號強度值

[中圖分類號] R681? ? ? ? ? [文獻標識碼] B? ? ? ? ? [文章編號] 1673-9701（2020）36-0107-04

[Abstract] Objective To investigate the correlation between lumbar magnetic resonance imaging（MRI） T1WI and T2WI signal intensity and lumbar vertebral bone density. Methods A total of 198 patients who had undergone bone mineral density determination by dual-energy X-ray absorptiometry of L1-L4 vertebrae and lumbar spine MRI（1.5 T） imaging during 2018-2019 were collected， including 50 males and 148 females. The bone mineral density value of dual-energy X-ray absorption method and lumbar sagittal plane MRI T1WI， T2WI， STIR imaging were analyzed. The T1WI and T2WI signal intensity value on the PACS system was measured. The MRI signal intensity value of the vertebral body was compared with the bone mineral density value of the vertebral body dual-energy X-ray absorption method. Results The bone mineral density of the L1-L4 lumbar vertebrae of the subjects were compared and analyzed with the T1WI signal intensity value of MRI， and the difference was statistically significant（P<0.05）. There was no correlation difference between the bone mineral density of the L1-L4 lumbar vertebrae of the subjects and the T2WI signal intensity of MRI. Conclusion The bone mineral density of the L1-L4 lumbar vertebrae of subjects has a low correlation with the T1WI signal intensity value of MRI， but there is no apparent correlation with the T2WI signal intensity value of MRI. MRI imaging reflects the fat and water content of bone through changes in signal intensity of multiple sequences. The higher the signal intensity of T1WI， the higher the signal on the T1WI sequence， which is of great significance for indirect judgment of bone mineral and bone matrix content.

[Key words] Osteoporosis; Bone mineral density; Lumbar vertebrae; T1WI signal intensity; T2WI signal intensity

骨質(zhì)疏松癥（Osteoporosis）是以骨組織的骨量減少、骨組織的質(zhì)和量受損以及骨組織強度降低，導(dǎo)致骨的脆性增加，并且易發(fā)生骨折為特征的全身性骨病。脆性骨折（Fragitily fracture）亦稱骨質(zhì)疏松性骨折，為低能量或非暴力骨折，是指在無外傷或輕微外傷的情況下所引起的骨折，是骨質(zhì)疏松的嚴重并發(fā)癥及最終結(jié)果，據(jù)國際骨質(zhì)疏松癥基金會（IOF）2013年的統(tǒng)計結(jié)果，全球每3秒就會發(fā)生1例脆性骨折，在大于50歲的人群中，約1/2女性及1/5男性會發(fā)生首次脆性骨折[1]。脆性骨折不但嚴重降低患者的健康生活質(zhì)量，甚至威脅患者的生命，其致殘率及致死率均較高[2-3]，老年人因為骨質(zhì)疏松引發(fā)脆性骨折的風險明顯高于年輕人，且骨質(zhì)疏松引發(fā)的骨折以脊柱、髖關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)等部位為主，尤其多發(fā)生于椎體，達到近50%[4]?，F(xiàn)下普遍認為骨質(zhì)礦物質(zhì)密度（Bone mineral density，BMD）降低是發(fā)生脆性骨折的重要原因。X線、CT、MRI等影像學檢查、骨密度測定結(jié)果是診斷骨質(zhì)疏松癥、預(yù)測其風險和評價其療效的主要依據(jù)，診斷脆性骨折需滿足以下3個條件：無外傷史或僅有輕微外傷史、有明確診斷骨折的影像學檢查證據(jù)、除外繼發(fā)性骨質(zhì)疏松[5]。本研究通過在實達PACS系統(tǒng)上測量腰椎（L1～L4）的T1WI、T2WI信號強度值，探討兩者與骨密度測定值的相關(guān)性，進而反映T1、T2值與人椎體骨質(zhì)疏松的關(guān)系，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1一般資料

收集2018～2019年進行L1～L4椎體雙能X線吸收法骨密度測定的腰椎MRI（1.5 T）成像患者198例的影像學和臨床資料進行回顧性分析，其中男50例，女148例;年齡43～89歲，平均66歲。排除合并腫瘤、感染、骨折、代謝性疾病、血液系統(tǒng)疾病、激素類藥物服用史、風濕免疫系統(tǒng)疾病的患者。所有病例均進行腰椎MRI常規(guī)序列T1WI、T2WI、STIR序列掃描，并且所有患者STIR序列均無高信號征象。采用實達PACS系統(tǒng)圖像測量每例患者T1WI、T2WI序列正中矢狀面L1～L4的T1WI信號強度值與T2WI信號強度值，測量值與該患者在骨密度儀測量所得的骨密度測定值進行比較，并分析兩者之間的相關(guān)性。

1.2方法

1.2.1 MRI掃描? 腰椎MRI掃描采用飛利浦公司Achieva 1.5 T超導(dǎo)MRI成像儀，采用8通道體部相控陣線圈，包含所有腰椎，進行常規(guī)快速自旋回波矢狀面T1WI、T2WI及STIR序列掃描。在實達PACS系統(tǒng)矢狀位T1WI、T2WI圖像上對L1～L4椎體進行感興趣區(qū)測量，每個椎體在正中矢狀面上分別進行測量取得應(yīng)數(shù)值，即T1WI、T2WI的信號強度值。見封三圖5～6。

1.2.2 骨密度測定? 采用美國GE公司Lunar-DPX-MD+型雙能X射線測量儀（Dual-energy X-ray absorptiometry，DXA）進行測定，取后前位測定每位患者的L1～L4椎體骨密度值（單位：g/cm2）。根據(jù)WHO診斷分類，分為正常（T值≥-1）、低骨量（-2.5

1.3 統(tǒng)計學方法

應(yīng)用SPSS18.0統(tǒng)計學軟件進行數(shù)據(jù)分析，計量資料用（x±s）表示，采用t檢驗;分別測量L1～L4椎體的T1WI、T2WI信號強度值與骨密度儀測量得到的T值，完成散點圖，對存在線性關(guān)系的變量，再采用Pearson或Spearman秩相關(guān)分析法進行相關(guān)性分析，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

所測值相關(guān)性散點圖顯示，L1～L4椎體的骨密度均與T1WI信號強度值有低度相關(guān)性（P<0.05），與常規(guī)T2WI信號強度值無明顯相關(guān)性，未進行相關(guān)性分析。見圖1～2、表1。

3討論

隨著人們生活水平的提高，目前中國社會的老齡化程度正在逐漸加劇，骨質(zhì)疏松發(fā)生率也隨之逐步升高。由于患骨質(zhì)疏松的老年人增多，導(dǎo)致脆性骨折的患者也相應(yīng)增多，成為嚴重威脅人們、特別是老年人群健康生活質(zhì)量的重要因素。既往研究資料顯示，脆性骨折最常見的發(fā)生部位是胸腰椎椎體，以腰椎更為顯著，年齡大于70歲患骨質(zhì)疏松的老年患者中，合并不同程度的椎體壓縮性骨折的患者約占20%[6]。且椎體因骨質(zhì)疏松引發(fā)的壓縮性骨折，其自然愈合過程非常緩慢，發(fā)生再次骨折的風險明顯升高，其致殘率及致死率均較高。因患者需長時間臥床，對老年患者的健康生活質(zhì)量甚至其家屬的生活質(zhì)量均造成嚴重影響。因此，針對老年群體，特別是老年女性群體，預(yù)防骨質(zhì)疏松引起的椎體壓縮性骨折具有極其重要的臨床實際意義[7]。

目前，診斷骨質(zhì)疏松的輔助檢查主要包括影像學檢查、骨密度測定及相關(guān)實驗室檢查，其中影像學檢查首選X線檢查，因其經(jīng)濟且簡便，但X線檢查對骨的早期丟失不敏感，存在一定局限性;其次是CT檢查，CT圖像密度分辨率更高，可以顯示細微骨折，同時還可進行多平面重建，以更加全面地顯示檢查部位骨的情況，但其相較于X線檢查輻射強度更高，價格也相對較高;MRI檢查無輻射，且各組織之間對比度高，較X線和CT檢查能夠更加靈敏地顯示椎體骨髓的早期改變，圖像對細微骨折產(chǎn)生的骨髓水腫非常敏感，但MRI的信號尚未標準化，目前還不能用于骨質(zhì)疏松的診斷[5]。不同患者或同一患者不同時期腰椎磁共振T1WI圖像呈現(xiàn)出的信號強度不同，腰椎椎體信號強度隨骨質(zhì)疏松的程度而變化，越嚴重的骨質(zhì)疏松，其信號強度越高[8]。正常骨髓主要含有3種成分，即骨髓組織、脂肪組織和骨小梁，骨髓又包括紅骨髓和黃骨髓，紅骨髓中脂肪和水各占40%左右，而黃骨髓中含有80%的脂肪和15%的水[9]。影響MR信號強度的因素很多，其中一方面是組織本身的特性，包括質(zhì)子密度、T1值、T2值等，質(zhì)子密度大、T1值越短、T2值越長，則該組織的MR信號越強。脊柱是成人紅骨髓含量最多的部位之一，隨著年齡增大，椎體骨質(zhì)疏松，其中紅骨髓逐漸被黃骨髓替代。脂肪組織是T1值短、T2值長的組織，其T1及T2值分別為200 ms及80 ms;因為骨髓中的脂肪組織T1弛豫時間極短，表現(xiàn)為T1WI像明顯的高信號，與周圍骨質(zhì)形成良好對比;T2WI像正常黃骨髓的信號也表現(xiàn)為較高信號，但相對T1WI像的高信號則偏低，而紅骨髓的信號則相對偏高，兩者之間對比性差[8];正常黃骨髓在T1WI像中表現(xiàn)為高信號，與皮下脂肪的信號強度相近，紅骨髓在T1WI像中表現(xiàn)為等信號或稍高信號，即T1WI圖像椎體表現(xiàn)為高信號的主要原因是含有豐富脂肪組織的黃骨髓。因此，T1WI圖像能清楚顯示骨髓內(nèi)因水和脂肪比例失調(diào)引起的信號改變[10]，本研究結(jié)果顯示，骨密度與MRI的T2WI信號強度值無明顯相關(guān)性，與上述觀點一致。

綜上所述，骨密度值與骨質(zhì)疏松程度呈正相關(guān)，本研究即以MRI檢查中T1WI、T2WI序列的T1、T2信號強度值為基礎(chǔ)，通過與骨密度值進行比較，分析兩者之間的相關(guān)性，以間接反映T1WI、T2WI信號強度值與腰椎骨質(zhì)疏松程度的關(guān)系。本研究結(jié)果顯示，T1WI序列的T1WI信號強度值與骨密度值之間呈負相關(guān)，即T1WI信號強度值越高、骨密度值就越低，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）;而T2WI信號強度值與骨密度值之間無明顯相關(guān)性。T1WI信號強度值越高，則T1WI序列圖像信號越高，即在PACS系統(tǒng)上腰椎椎體的T1WI圖像信號越高，進而間接反映出腰椎骨密度越低，骨質(zhì)疏松程度越明顯。腰椎骨質(zhì)疏松程度與磁共振T1WI信號強度間相關(guān)性。骨質(zhì)疏松患者椎體骨髓中脂肪含量的增加，以及增加程度的不同將直接影響椎體在T1WI圖像上的信號強度。骨小梁在正常的松質(zhì)骨中排列緊密，填充于其間的骨髓能起到緩沖支撐的作用，當骨質(zhì)疏松發(fā)生時，紅骨髓向黃骨髓的轉(zhuǎn)化增多，骨髓脂肪細胞隨之增多。因脂肪細胞的支撐作用弱于造血細胞，骨強度即相應(yīng)降低，脆性隨之增加。其機制可能是競爭性抑制學說，即成骨細胞與脂肪細胞的共同祖細胞是骨髓間充質(zhì)干細胞，干細胞可向成骨或成脂兩個方向分化，在分化過程中，由于成骨細胞與脂肪細胞之間的關(guān)系為相互競爭性抑制關(guān)系，一旦發(fā)生骨質(zhì)疏松，干細胞向成脂細胞方向的分化能力增強，抑制了干細胞向成骨細胞的分化，故降低了骨強度，反之亦然[11-13]。Gatti等[14]的研究資料顯示，預(yù)測骨質(zhì)疏松性骨折的最佳指標是骨密度，具體部位的骨密度測定值對該部位骨折的預(yù)測效果較好，而身體某部位的骨密度測定值對非該部位骨折的預(yù)測率小于30%[15]，故為預(yù)測骨質(zhì)疏松引起的腰椎脆性骨折，應(yīng)測量腰椎的骨密度值、對腰椎MRI的T1WI圖像進行分析。

目前，骨密度掃描儀在我國大部分縣級醫(yī)院普及率不高，但MRI（特別是1.5 T MRI）較為普及，本研究中所使用的T1WI、T2WI序列為腰椎MRI檢查的常規(guī)序列，采用MRI腰椎T1WI常規(guī)序列檢查作為初步篩查工具，對患者腰椎椎體骨密度及骨質(zhì)疏松情況進行評價，其檢查時間短、無輻射、操作簡單易行，值得推廣。

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（收稿日期：2020-10-14）