正常人群骶髂關(guān)節(jié)脂肪含量的初步定量分析

寧秋萍，范鐵兵，于曉晶，王文生，任華，葉慧義

研究顯示強(qiáng)直性脊柱炎(ankylosing spondylitis，AS)患者普遍存在骨質(zhì)疏松或骨量減少[1]。骨質(zhì)疏松癥是脊柱關(guān)節(jié)炎最常見(jiàn)的并發(fā)癥，總患病率約為13%，其中中國(guó)為25%[2]。磁共振骨髓脂肪定量技術(shù)在檢測(cè)骨髓脂肪變化方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，對(duì)于AS患者和骨質(zhì)疏松患者的脂肪定量具有重要價(jià)值。目前磁共振波譜分析(magnetic resonance spectroscopy，MRS)是影像學(xué)診斷中受到廣泛認(rèn)可的非創(chuàng)傷性的研究活體組織代謝、生化構(gòu)成及化合物定量的方法[3-5]，但掃描時(shí)長(zhǎng)、呼吸運(yùn)動(dòng)均可影響掃描成功率，并且對(duì)主磁場(chǎng)的均勻性要求較高、后處理過(guò)程復(fù)雜依然是限制利用的因素[4,6]。

磁共振定量非對(duì)稱回波的最小二乘估算法迭代水脂分離序列(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least square estimation-iron quantification，IDEAL-IQ)技術(shù)通過(guò)并行采集技術(shù)提高圖像獲取速度，能準(zhǔn)確的定量測(cè)量脂肪含量,無(wú)需屏氣，耗時(shí)較短。IDEAL-IQ技術(shù)是近年來(lái)應(yīng)用于骶髂關(guān)節(jié)的新技術(shù)，本文初步探討IDEAL-IQ技術(shù)對(duì)于正常人群骶髂關(guān)節(jié)脂肪定量的初步分析。

材料與方法

1.臨床資料

本研究為前瞻性研究，獲得醫(yī)院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)，每個(gè)受檢者均簽署知情同意書(shū)。

收集2017年4-11月中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院行骶髂關(guān)節(jié)MRI的60例受檢者的病例資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：①骶髂關(guān)節(jié)發(fā)育對(duì)稱，無(wú)血液系統(tǒng)病變；②無(wú)腰骶部疼痛史，無(wú)骶髂關(guān)節(jié)外傷史，既往骶髂關(guān)節(jié)未訴病變；③體內(nèi)無(wú)金屬及心臟起搏器。排除標(biāo)準(zhǔn)：①骶髂關(guān)節(jié)存在病理性改變(腫瘤、轉(zhuǎn)移瘤、結(jié)核等)；②雙側(cè)骶髂關(guān)節(jié)形態(tài)異常，如旋轉(zhuǎn)、傾斜等；③有甲狀腺、甲狀旁腺功能亢進(jìn)及骨代謝相關(guān)疾病；④服用影響骨質(zhì)代謝的藥物；⑤可能產(chǎn)生強(qiáng)直性脊柱炎骶髂關(guān)節(jié)炎的類似疾病：類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎、銀屑病關(guān)節(jié)炎者。

60例受檢者中男性32例，女性28例，年齡15～82歲，平均(38.83±16.40)歲。根據(jù)中國(guó)肥胖問(wèn)題工作組織(WGOC)于2003年提出的中國(guó)成年人判斷超重和肥胖程度的體重指數(shù)(body mass index，BMI)的界值[7]將患者分為三組：肥胖組：BMI>24.0，共22例；正常組：BMI 18.5～23.9 kg/m2，共33例；消瘦組：BMI<18.5，共5例。按照年齡分為3組：其中15～30歲組26例，男15例，女11例，平均年齡(23.77±3.87)歲，BMI 18.26～38.82 kg/m2，平均23.27 kg/m2；31～50歲組15例，男9例，女6例，平均年齡(38.6±6.40)歲，BMI 17.72～26.56 kg/m2，平均22.55 kg/m2；51歲以上組19例，男8例，女11例，平均年齡(59.63±6.69)歲，BMI 16.90～30.04 kg/m2，平均21.98 kg/m2。

2.MRI掃描方案

采用GE Discovery 750 3.0T掃描儀，8通道相控陣體部線圈(3.0T HD8-CH TORSO AR-RAY)進(jìn)行檢查。患者取仰臥位，足先進(jìn)，掃描范圍包含雙側(cè)骶髂關(guān)節(jié)。常規(guī)序列：①斜軸位T1WI FSE；②斜軸位T2WI FSE。斜軸位IDEAL-IQ序列：TR 2.6 ms，TE 6.0 ms，激勵(lì)次數(shù)3，視野38 cm×38 cm，層厚4.0 mm，層間距0.4 mm，矩陣192×192，帶寬111.1，激勵(lì)次數(shù)0.5，掃描時(shí)間42 s。翻轉(zhuǎn)角3°。

3.圖像后處理

IDEAL-IQ傳輸至GE Advantage Windows 4.6工作站，由兩名分別具有5年、8年MRI骨肌系統(tǒng)影像診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師獨(dú)立進(jìn)行ROI選取和測(cè)量。采用GE ADW 4.6工作站viewer功能，參考常規(guī)MRI序列選取脂肪分量圖像的ROI，進(jìn)行骶髂關(guān)節(jié)骨髓脂肪分?jǐn)?shù)(fat fraction，F(xiàn)F)的測(cè)量。ROI放置于骶髂關(guān)節(jié)雙側(cè)對(duì)稱的鄰近骨皮質(zhì)的3個(gè)層面，髂側(cè)及骶側(cè)各放置1個(gè)ROI，共6個(gè)ROI，ROI平均大小約27 mm2，范圍15～30 mm2，分別計(jì)算髂側(cè)脂肪分?jǐn)?shù)(Fi)和骶側(cè)脂肪分?jǐn)?shù)(Fs)的平均值。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient，ICC)用于分析2次重復(fù)測(cè)量參數(shù)的一致性，ICC>0.75認(rèn)為一致性較好。符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析不同性別間Fi和Fs的差異、采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)分析同一年齡分組Fi和Fs的差異。采用三因素方差分析評(píng)估年齡分組、性別、BMI分組對(duì)Fi和 Fs的交互作用；采用兩因素方差分析評(píng)估性別和年齡、性別和BMI、年齡和BMI對(duì)Fi和Fs的影響，采用多元方差分析評(píng)估年齡分組、性別、BMI分組對(duì)Fi和Fs的影響。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.Fi和Fs測(cè)量的一致性分析

兩名醫(yī)師計(jì)算的Fi的ICC值為0.843(95%CI：0.751～0.903)，F(xiàn)s的ICC值為0.867(95%CI：0.787～0.918)。

2.不同年齡組間Fi和Fs的比較

經(jīng)levene檢驗(yàn)，F(xiàn)i和Fs方差齊(P值分別為0.514，0.575)，各年齡組間Fi(F值=5.289，P=0.008)及Fs(F=12.680，P<0.001)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。31～50歲組Fi和Fs的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.006)，余15～30歲、≥51歲組Fi和Fs的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，見(jiàn)表1。

3.不同年齡組間男性和女性骶髂關(guān)節(jié)脂肪值的組間比較

51歲以上組男性與女性的Fi、Fs差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；15～30歲組、31～50歲組間男女性Fi和Fs差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表2)。

表2 同年齡組內(nèi)男性和女性Fi和Fs比較

4.不同年齡組間、不同性別間BMI的比較

BMI平均值分別為：15～30歲組23.28±4.15；31～50歲組22.55±2.69；≥51歲組21.98±3.53。經(jīng)單因素方差分析比較，三組間BMI平均值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=0.717，P=0.493，表3)。三個(gè)年齡組男性和女性之間BMI差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。

表3 不同年齡組內(nèi)男女性間BMI的比較

5.性別、年齡組別、BMI組別對(duì)于Fi、Fs的交互影響分析

三因素方差分析顯示性別、年齡組別、BMI組別對(duì)Fi不存在三因素交互作用，F(xiàn)(2，45)=1.538，P=0.226。簡(jiǎn)單兩因素交互作用分析性結(jié)果顯示，性別和年齡組別無(wú)兩因素交互作用，F(xiàn)(2，45)=0.110，P=0.896；性別和BMI組別無(wú)兩因素交互作用，F(xiàn)(2，45)=2.879，P=0.067；年齡組別和BMI組別無(wú)兩因素交互作用，F(xiàn)(3，45)=2.363，P=0.084。

三因素方差分析顯示性別、年齡組別、BMI組別對(duì)Fs不存在三因素交互作用，F(xiàn)(2，45)=0.371，P=0.692；簡(jiǎn)單兩因素交互作用分析性結(jié)果顯示，性別和年齡分組無(wú)兩因素交互作用，F(xiàn)(2，45)=2.106，P=0.134；性別和BMI組別無(wú)兩因素交互作用，F(xiàn)(2，45)=2.391，P=0.103；年齡組別和BMI組別無(wú)兩因素交互作用，F(xiàn)(3，45)=1.387，P=0.259。

多元方差分析顯示年齡組別對(duì)于Fi和Fs的影響差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=4.252，P=0.019，partial η2=0.136；F=12.694，P<0.001，partial η2=0.320)。15～30歲組與31～50歲組、31～50歲組與≥51歲組的Fi差值分別為-5.54(95%CI：-16.02～4.95，P=0.417)、-8.08(95%CI：-19.25～3.09，P=0.198)，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，15～30歲組與≥51歲組的Fi差值為-13.62(95%CI：-23.38～-3.86，P=0.004)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表4)。15～30歲組與31～50歲組、15～30歲組與≥51歲組的Fs差值分別為-13.48(95%CI：-23.60～-3.36，P=0.006)、-21.17(95%CI：-30.58～-11.75，P<0.001)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；31～50歲組與≥51歲組的Fs差值為-7.68(95%CI：-3.09～18.46，P=0.207)，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表4)。

表4 不同年齡組間Fi差值和Fs差值的比較

多元方差分析顯示性別對(duì)于Fs的影響差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=9.007，P=0.004，partial η2=0.143)。女性15～30歲組與≥51歲組Fs的差值為-28.493(95%CI：-42.129～-14.856，P<0.001)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其余各組間兩兩比較，F(xiàn)i和Fs的差值均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。

討 論

1.IDEEAL-IQ序列定量測(cè)量骶髂關(guān)節(jié)脂肪分?jǐn)?shù)的可行性和初步定量分析

骨髓腔內(nèi)脂肪含量隨年齡增長(zhǎng)逐漸增加，正常骨髓內(nèi)紅黃骨髓比例及成分間的差異反映髓內(nèi)脂肪含量的多寡。國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)道30歲時(shí)髓腔內(nèi)脂肪含量為40%，至100歲時(shí)髓腔內(nèi)脂肪含量上升到68%[8]。國(guó)外學(xué)者采用IDEAL-IQ技術(shù)研究女性椎體骨密度和椎體脂肪顯示二者呈負(fù)相關(guān)[9]。cohen等[10]報(bào)道骨髓脂肪含量在組織的不同生理、病理及解剖部位間存在特異性差異。2006年中國(guó)50歲以上人群(6944萬(wàn))中男性骨質(zhì)疏松癥患者共1534萬(wàn)，占22.09%[11]。國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)對(duì)1051例AS患者進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松的發(fā)生率為34%，其中AS男性患者骨質(zhì)疏松發(fā)病率為39.32%[12]。研究顯示AS患者普遍存在骨質(zhì)疏松或骨量減少[13]。而骨髓中成骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞均由間充質(zhì)干細(xì)胞分化而來(lái)，成骨細(xì)胞的減少、骨質(zhì)疏松和脆性骨折的增加往往伴隨脂肪細(xì)胞的增加[14]。AS患者發(fā)生脊柱骨折后，并發(fā)癥及死亡率均高于正常人[15]。AS常常起自骶髂關(guān)節(jié)，因此測(cè)定健康志愿者骶髂關(guān)節(jié)的脂肪含量，對(duì)于AS患者骶髂關(guān)節(jié)脂肪化生、脂肪沉積及骨質(zhì)疏松具有重要臨床意義。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于IDEAL-IQ定量評(píng)估肝臟、胰腺脂肪含量的報(bào)道較多[16-19]，其在定量分析肝臟、骨髓組織脂肪方面的準(zhǔn)確性已得到普遍認(rèn)可[5,20]，但對(duì)于骶髂關(guān)節(jié)的應(yīng)用報(bào)道較少。學(xué)者[21-22]通過(guò)將IDEAL-IQ技術(shù)定量結(jié)果與病理學(xué)結(jié)果對(duì)照，發(fā)現(xiàn)該水脂分離脂肪定量積水結(jié)果與病理學(xué)結(jié)果高度相關(guān)，并且無(wú)論機(jī)器場(chǎng)強(qiáng)大小，該技術(shù)定量結(jié)果穩(wěn)定、可重復(fù)性高[23]。本研究采用IDEAL-IQ技術(shù)，掃描過(guò)程中無(wú)需控制受檢者呼吸、耗時(shí)較短，后處理過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)測(cè)量的可重復(fù)性較好，為后續(xù)骨關(guān)節(jié)的脂肪定量提供了可能，有望成為脂肪測(cè)量的重要技術(shù)。與脂肪定量的金標(biāo)準(zhǔn)穿刺活檢比較，該技術(shù)為非侵入性檢查，患者檢查依從性和耐受性高。

2.正常人群骶髂關(guān)節(jié)FF值在不同年齡段的表現(xiàn)

15～30歲組FF值特點(diǎn)：本研究15～30歲組男性的Fi和Fs值高于女性，15～30歲組Fi和Fs均低于≥51歲歲組。該年齡段男性脂肪值高于女性，考慮此年齡段女性黃骨髓化較男性緩慢[24]。本研究15～30歲組Fi及Fs值高于國(guó)外研究報(bào)道[25]的25歲健康志愿者的腰5椎體骨髓質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)值(proton density fat fraction，PDFF)(32.4%)，考慮解剖部位、年齡構(gòu)成不同，而且IDEAL-IQ與PDFF的成像原理不同；研究證實(shí)個(gè)體內(nèi)不同椎體之間或不同個(gè)體之間椎體脂肪含量因性別、年齡、病種等因素也存在差異。Cohen等[10]通過(guò)對(duì)比骨質(zhì)疏松患者和健康志愿者股骨與腰3椎體的PDFF值發(fā)現(xiàn)，健康志愿者股骨PDFF值為60.2%，高于腰3椎體骨髓FF值。本研究表明15～30歲組骶髂關(guān)節(jié)脂肪含量最少，與之前的研究一致[26]。

31～50歲組FF值特點(diǎn)：本研究該組男女性間Fi值和Fs值無(wú)明顯差異，31～50歲組Fs值明顯高于15～30歲組。國(guó)外學(xué)者[17-18]通過(guò)髂骨病理解剖研究發(fā)現(xiàn)，20～65歲的人群中，脂肪組織的含量從15%增加到60%左右。25歲左右人類骨髓轉(zhuǎn)化過(guò)程基本完成，這一年齡段女性紅骨髓及男性骨小梁豐富，此時(shí)男女性骨髓內(nèi)脂肪信號(hào)無(wú)明顯差別。

≥51歲組FF值特點(diǎn)：本研究≥51歲組女性Fi和Fs值均顯著高于男性，該年齡段Fi和Fs均顯著高于15～30歲組。本研究與既往Aoki等[27]研究的結(jié)果一致，顯示絕經(jīng)期及圍絕經(jīng)期FF值顯著升高，原因考慮女性體內(nèi)雌激素水平驟降，導(dǎo)致骨轉(zhuǎn)換增加，骨鈣大量丟失[28]，成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞活性也相應(yīng)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致骨小梁逐漸稀疏并伴隨骨髓脂肪含量增多[8]。研究表明該年齡段女性黃骨髓化加速，脂肪含量明顯高于男性[4]，本研究≥51歲組FF值為61.74±12.46，接近于60歲骨質(zhì)疏松患者的PDFF的數(shù)值(67.5%)[25]。

本研究在排除了BMI差異的情況下，表明隨年齡增長(zhǎng)，F(xiàn)i和Fs值逐漸增高，年齡對(duì)于Fi和Fs的影響差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這一結(jié)論與文獻(xiàn)報(bào)道的隨年齡增長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致骨髓脂肪含量增加一致[4]。各年齡分組女性髂骨及骶骨的脂肪含量較男性稍多，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，考慮女性在未絕經(jīng)之前造血組織較同齡男性多，而且周期性生理性失血刺激造血組織增生活躍有關(guān)[29]。

3.本研究的臨床意義和展望

脂肪化生是公認(rèn)的中軸型脊柱關(guān)節(jié)炎(spondyloarthritis，SpA)的特點(diǎn)，并且疾病發(fā)展過(guò)程中均可出現(xiàn)，軟骨下脂肪化生的組織病理學(xué)原因不明。既往研究認(rèn)為T(mén)1WI序列上皮質(zhì)下骨髓和骨質(zhì)侵蝕部位的脂肪化生是SpA新骨形成病理生理過(guò)程中很關(guān)鍵的步驟[30-31]?？紤]到在急性期、穩(wěn)定期以及男性、女性AS骶髂關(guān)節(jié)炎患者均可發(fā)現(xiàn)脂肪沉積病變，AS骶髂關(guān)節(jié)炎患者可以同時(shí)發(fā)生脂肪化生和骨質(zhì)侵蝕，筆者設(shè)想健康志愿者骶髂關(guān)節(jié)脂肪含量低于AS患者，但AS骶髂關(guān)節(jié)炎活動(dòng)性以及性別對(duì)于脂肪含量無(wú)明顯影響，推測(cè)骶髂關(guān)節(jié)脂肪含量增加，可作為早期診斷AS的重要線索。筆者下一步研究將對(duì)比AS患者與健康志愿者骶髂關(guān)節(jié)脂肪含量的差異，探討骶髂關(guān)節(jié)FF值是否可一定程度上反映AS骶髂關(guān)節(jié)炎的活動(dòng)性。

4.本研究的局限性

本研究不足之處在于樣本量所限，測(cè)量數(shù)據(jù)存在偏倚，并且無(wú)病理結(jié)果做參照，未考慮藥物治療對(duì)FF值的影響。IDEAL-IQ序列作為短時(shí)高效定量分析性骨質(zhì)FF值的MR掃描序列，其骶髂關(guān)節(jié)脂肪含量測(cè)定操作簡(jiǎn)便，值得進(jìn)一步研究。