骨、肌和脂肪的測(cè)量與評(píng)價(jià)

肌骨骼系統(tǒng)(musculoskeletal system)由骨骼和肌組成，是人體實(shí)現(xiàn)站立和運(yùn)動(dòng)的前提。人體在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，骨骼增大，骨密度(bone mineral density,BMD)增加，肌體積增大，肌力增加；在成年達(dá)到峰值骨量(peak bone mass)和峰值肌量(peak muscle mass)后，隨著年齡增加骨量丟失，肌萎縮，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松(osteoporosis)和肌少癥(sarcopenia)的發(fā)生，或發(fā)生骨肌減少癥(osteosarcopenia)[1]。隨著骨強(qiáng)度下降，骨脆性增加，肌的量和功能下降，跌倒風(fēng)險(xiǎn)增加，臨床結(jié)局是發(fā)生骨質(zhì)疏松性骨折[1]。隨著我國(guó)人口的老齡化，骨質(zhì)疏松性骨折將成為嚴(yán)重威脅大眾身體健康的常見(jiàn)疾病之一[2]。

骨骼系統(tǒng)由骨與關(guān)節(jié)組成，為人體提供保護(hù)和運(yùn)動(dòng)支點(diǎn)，而骨骼肌為人體運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。保持骨量及與之相適應(yīng)的骨骼肌是保證身體健康的關(guān)鍵。缺乏運(yùn)動(dòng)、維生素D和鈣攝入不足、使用激素、老齡化、炎癥、激素水平異常、蛋白質(zhì)攝入不足、脂肪浸潤(rùn)和合并癥等因素都有可能引起骨質(zhì)疏松、肌少癥或骨肌減少癥。其發(fā)生機(jī)制是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，全身或局部多種因素參與其中，骨細(xì)胞因子(osteokines)和肌細(xì)胞因子 (myokines) 是兩個(gè)關(guān)鍵因子，骨和肌的減少，都會(huì)伴隨著骨髓和肌內(nèi)脂肪的增加，其中脂肪細(xì)胞因子(adipokines)起到重要作用[1]。骨、肌和脂肪三者間的交互作用(crosstalk)和協(xié)同作用，將是骨科研究的熱點(diǎn)之一[3-4]，而醫(yī)學(xué)影像學(xué)可以精準(zhǔn)評(píng)價(jià)和測(cè)量骨、肌和脂肪的量和質(zhì)，必將發(fā)揮重要作用。

一、BMD的測(cè)量

在骨科疾病的診療中，X線平片、CT和磁共振檢查非常重要，可以顯示骨科疾病，用于診斷、鑒別診斷和隨訪。對(duì)骨量進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)價(jià)依靠BMD測(cè)量技術(shù),其中基于X線的BMD測(cè)量技術(shù)主要包括定量CT(quantitative computed tomography,QCT)和雙能X線吸收骨密度儀(dual X-ray absorptiometry,DXA)。QCT BMD是在臨床CT掃描的基礎(chǔ)上，利用QCT體模對(duì)CT數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，以QCT分析軟件對(duì)CT圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，測(cè)得體積BMD(volumetric BMD,vBMD)，單位是mg/cm3[5-6]。QCT可以測(cè)量人體多數(shù)骨骼的松質(zhì)骨BMD，目前臨床應(yīng)用以脊柱和髖部為主。vBMD是目前臨床上最準(zhǔn)確的BMD指標(biāo)，因?yàn)樗皇芑颊呱砀?、體重、血管鈣化和骨質(zhì)增生的影響，可以更準(zhǔn)確地反映人體BMD。就骨科臨床和研究而言，患者在診療過(guò)程中常常要做CT檢查，而QCT是對(duì)CT圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，不需要額外掃描，不增加輻射，因此在臨床應(yīng)用中占有優(yōu)勢(shì)。腰椎QCT BMD<80 mg/cm3為骨質(zhì)疏松診斷標(biāo)準(zhǔn)，伴脆性骨折為嚴(yán)重骨質(zhì)疏松；QCT BMD>120 mg/cm3為正常；介于二者之間為低骨量[5-6]。以QCT測(cè)量髖部BMD時(shí)采用了類(lèi)似DXA的技術(shù)，所測(cè)得的BMD是面積BMD(areal BMD，aBMD)，診斷標(biāo)準(zhǔn)與DXA一致。QCT BMD還可以用于骨質(zhì)疏松療效監(jiān)測(cè)和骨折風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[5-6]。QCT BMD對(duì)于骨科手術(shù)規(guī)劃有獨(dú)特意義，它與臨床骨科CT掃描同步進(jìn)行，骨科醫(yī)生可以根據(jù)手術(shù)要求對(duì)特定部位進(jìn)行精準(zhǔn)BMD測(cè)量[6]。DXA是目前應(yīng)用最廣泛的BMD測(cè)量技術(shù)，用于骨質(zhì)疏松的診斷、療效監(jiān)測(cè)和骨折風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)等多個(gè)方面。DXA的優(yōu)點(diǎn)是輻射劑量低，可用于脊柱、髖部、前臂和全身檢查。采用DXA BMD診斷骨質(zhì)疏松的標(biāo)準(zhǔn)是T值<-2.5 SD，需要特別指出的是T值的計(jì)算需要參考相關(guān)中國(guó)人數(shù)據(jù)庫(kù)[6]。DXA測(cè)量的是aBMD，單位是g/cm2。DXA應(yīng)用的是平面投影成像原理，測(cè)得的aBMD是對(duì)BMD與骨大小的綜合反映，同時(shí)還受到掃描路徑脂肪含量以及鈣化程度的影響，因此在臨床應(yīng)用中需要考慮這些因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響[6]。DXA BMD測(cè)量也可以用于骨科手術(shù)前規(guī)劃。需要注意的是，采用QCT和DXA測(cè)量BMD的對(duì)象都是以松質(zhì)骨為主，皮質(zhì)骨BMD和骨強(qiáng)度的定義和評(píng)價(jià)方法與松質(zhì)骨完全不同，在對(duì)長(zhǎng)管狀骨皮質(zhì)的評(píng)價(jià)中，更重要的是測(cè)量骨的空間分布、力學(xué)參數(shù)和空隙度。除BMD以外，骨結(jié)構(gòu)也是決定骨強(qiáng)度的重要因素。骨小梁直徑只有幾百微米，QCT和DXA圖像的分辨率都無(wú)法顯示骨小梁結(jié)構(gòu)。Micro-CT圖像的分辨率可以達(dá)到十幾微米，可以清晰顯示骨小梁結(jié)構(gòu)和骨小梁的連接，但只能掃描小動(dòng)物骨骼或骨骼標(biāo)本，不能用在人體。普通磁共振不能用于測(cè)量BMD，但采用特殊線圈和掃描序列的高分辨磁共振可以顯示骨小梁結(jié)構(gòu)。

二、肌的測(cè)量

成人骨骼肌約占體重的40%。肌隨著人體發(fā)育增加，在成年達(dá)到峰值，之后隨年齡增加而萎縮，主要表現(xiàn)為肌間和肌內(nèi)的脂肪浸潤(rùn)。正常肌CT值為40～55 Hu，脂肪組織CT值為-100～-20 Hu，骨組織CT值>400 Hu，差異較為明顯，因此在CT圖像中可以采用設(shè)定閾值的方法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量肌肉的面積(體積)。肌的大小與身高和體重相關(guān)，而肌組織CT值與肌間和肌內(nèi)脂肪浸潤(rùn)程度有關(guān)，例如老年人或惡病質(zhì)患者因肌內(nèi)脂肪浸潤(rùn)而肌CT值下降。因此，在對(duì)肌進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，測(cè)量肌的脂肪含量比肌大小更有意義[7-8]。同時(shí)還應(yīng)該注意的是，不同肌因功能不同而出現(xiàn)脂肪浸潤(rùn)的程度不同，例如在老年化過(guò)程中腰大肌脂肪浸潤(rùn)不明顯，而豎脊肌則脂肪浸潤(rùn)明顯，因此對(duì)豎脊肌的測(cè)量更有意義。在磁共振圖像上肌與骨骼、脂肪的信號(hào)差異非常明顯，測(cè)量肌的面積(體積)同樣比較容易，可以采用設(shè)定閾值或者描畫(huà)感興趣區(qū)等方法進(jìn)行測(cè)量。需要特別注意的是，在普通磁共振圖像上測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)度沒(méi)有意義。部分設(shè)備的特殊掃描序列可以直接用來(lái)測(cè)量肌的脂肪含量，如mDixon Quan(皇家飛利浦公司，荷蘭)和IDEAL IQ(通用電氣公司，美國(guó))。在對(duì)肌的評(píng)價(jià)中，除測(cè)量肌的量和脂肪浸潤(rùn)程度外，對(duì)肌力和肌功能的評(píng)價(jià)也十分重要。對(duì)肌力的評(píng)價(jià)可以采用握力器測(cè)量握力，可以測(cè)量被測(cè)者從坐位站起后走3 m折回再坐下的時(shí)間，這些測(cè)量結(jié)果對(duì)于肌少癥的評(píng)價(jià)都是非常重要的[1]。對(duì)肌少癥的研究剛剛起步，中國(guó)人群的相關(guān)數(shù)據(jù)不多，目前的診斷標(biāo)準(zhǔn)有待驗(yàn)證。

三、脂肪的測(cè)量

骨髓由紅骨髓和黃骨髓(脂肪)組成。兒童骨髓內(nèi)紅骨髓多，隨著年齡增長(zhǎng)紅骨髓不斷向黃骨髓轉(zhuǎn)換，這一轉(zhuǎn)換過(guò)程是有規(guī)律有順序的。黃骨髓的脂肪細(xì)胞和成骨細(xì)胞是由同一種干細(xì)胞分化而來(lái)，所以二者間存在負(fù)競(jìng)爭(zhēng)，此消彼長(zhǎng)。在女性絕經(jīng)期骨髓脂肪明顯增加，同時(shí)骨丟失也明顯加速，二者存在偶聯(lián)關(guān)系[3-4]。骨髓脂肪和骨小梁是混合在一起的，單獨(dú)測(cè)量骨髓脂肪含量需要特殊的測(cè)量方法，可以采用雙源CT或能譜CT，而目前使用更多的是磁共振特殊掃描序列[9]。除了骨髓脂肪，人體還有大量脂肪沉積在腹腔內(nèi)(腹內(nèi)脂肪)、皮下或臟器內(nèi)。腹內(nèi)和皮下脂肪都是純脂肪組織，在CT和磁共振圖像上都呈現(xiàn)明顯的脂肪特點(diǎn)，很容易進(jìn)行測(cè)量[10]。

總之，骨、肌和脂肪隨著人體生長(zhǎng)發(fā)育和年齡增長(zhǎng)發(fā)生變化，而且三者的變化存在交互作用，最終結(jié)局是骨質(zhì)疏松、肌少癥和肥胖。骨質(zhì)疏松和肌少癥可以單獨(dú)發(fā)生，也可以并存，結(jié)果是骨強(qiáng)度下降、跌倒風(fēng)險(xiǎn)增加和易發(fā)生骨折。脂肪的增加，尤其是肥胖，與骨質(zhì)疏松性骨折的關(guān)系尚不明確，現(xiàn)有相關(guān)研究結(jié)果也不一致。各種影像學(xué)檢查方法，包括X線、CT和磁共振都可以用來(lái)顯示骨、肌和脂肪，尤其是DXA、QCT和磁共振都可以精準(zhǔn)測(cè)量BMD、肌量以及肌的脂肪浸潤(rùn)程度和脂肪含量，這些精準(zhǔn)測(cè)量和評(píng)價(jià)為研究骨、肌和脂肪的交互作用提供了條件，必將促進(jìn)該研究領(lǐng)域的進(jìn)步[11]。