采用MRI T2*值定量评估腰椎骨质疏松的价值

骨质疏松是一种全身代谢性疾病，其引起的脆性骨折严重影响着人们的生活质量[1]。绝经后的老年女性发生骨质疏松及脆性骨折的风险远大于同年龄的男性。有研究显示近50%的白人老年女性在其一生中至少会发生一次脆性骨折[2]。脆性骨折的发生主要与骨密度(bone mineral density，BMD)减少相关[3]，临床上骨质疏松性骨折的风险评估最常测量的是腰椎椎体及股骨颈处的BMD值，常用测量BMD值的方法有双能X线骨密度吸收法(dual energy X-ray absorptiometry，DXA)和定量CT(quantitative computed tomography，QCT)[4-5]。随着MRI技术的发展，近年来研究者开始应用定量MRI(quantity MRI，QMRI)技术对骨质疏松的骨内部结构及成分改变进行研究[6]。MRI T2* mapping可以通过T2*弛豫时间定量反映组织内部成分改变。本研究对腰椎椎体QCT测量的BMD值与T2*值进行相关性分析，旨在探讨采用MRI T2*值定量评估腰椎骨质疏松的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料选择2017年4月—2018年3月于河北医科大学第三医院就诊进行腰椎QCT检查的绝经后老年女性患者87例，年龄53～78岁，平均(63±6)岁。排除标准为：①有腰椎手术史患者；②恶性肿瘤、代谢性疾病及血液疾病患者；③不适宜行骨密度测量及MRI扫描的其他患者，包括MRI检查禁忌证及其他因素导致图像伪影等。所有患者进行QCT检查后经其同意进行腰椎MRI检查，患者均签署知情同意书。根据QCT检查结果将患者分入骨量正常、骨量减少、骨质疏松3组中。

1.2.1 QCT扫描及测量应用Siemens Sensation 16层螺旋CT扫描机行腰椎QCT检查。患者仰卧位，扫描时将Mindways公司提供的标准体模置于患者腰背部下方。扫描床床高设置为160 cm，扫描视野定为40 cm，重组矩阵为512×512，扫描结束后将原始数据传至Mindways公司的QCT Pro工作站处理器处理，分别测量L2～L4椎体的BMD值，选择测量区域时避开椎体皮质骨及椎后静脉等影响测量结果的区域。根据国际临床骨密度学会的规定[7]，骨量正常BMD>120 mg/cm3，骨量减少BMD80～120 mg/cm3，骨质疏松BMD<80 mg/cm3。

1.2.2 常规MRI检查及T2*mapping扫描应用Siemens 3.0T Verio核磁扫描仪，分别对患者进行腰椎常规序列及T2*mapping扫描，其中常规序列扫描包括矢状面的T1WI、T2WI序列，横轴位T2WI序列， T2*mapping通过多回波梯度回波序列(multi-echo gradient-echo，ME-GRE)采集，序列参数：重复时间为600 ms，回波时间为1.81/3.43/5.05/6.67/8.29/9.91/11.53/13.15/14.77/20.00 ms，扫描视野为280 mm，翻转角度为60 °，矩阵为256×256。具体参数见表1。

1.2.3 T2*值的测定 T2*mapping序列扫描结束形成原始图像，后台软件自动处理生成T2*伪彩图。定量研究由1名高年资主治医师于后处理工作站选择腰椎正中矢状面及椎体中间的连续3个层面并人工绘制相同面积的感兴趣区(region of interest，ROI)[6]，测量L2～L4椎体松质骨的T2*值，计算椎体的平均T2*值，其中设定ROI大小为1.48 cm2。

1.3 统计学方法应用SPSS 20.0统计软件进行分析。计量资料比较分别采用F检验和SNK-q检验；相关性采用Spearman相关性分析；使用受试者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线分析T2*值诊断腰椎骨质疏松、骨量减少的敏感度和特异度等。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3组BMD值、T2*值比较随着BMD值的降低，T2*值逐渐升高。骨量减少组和骨质疏松组BMD值低于骨量正常组，骨质疏松组又低于骨量减少组(P<0.05)；骨量减少组和骨质疏松组T2*值高于骨量正常组，骨质疏松组又高于骨量减少组(P<0.05)。见表2。

2.2 3组BMD值与T2*值的相关性 Spearman相关分析显示，骨量正常、骨量减少、骨质疏松3组BMD值与T2*值呈负相关(rs=-0.47、-0.52、-0.57，P<0.05)，见图1～3。

2.3 T2*值诊断腰椎骨质疏松及骨量减少的ROC曲线分析 T2*值诊断腰椎骨质疏松、骨量减少的ROC分析见表3，图4，5。

*P值<0.05与骨量正常组比较 #P值<0.05与骨量减少组比较(SNK-q检验)

Figure 3 Spearman correlation analysis of T2* value and BMD value in osteoporosis group

3 讨论

脆性骨折是骨质疏松症最严重的并发症，老年女性腰椎的骨矿物质高丢失率造成椎体骨质疏松性压缩骨折的高发[1,7]，故测量腰椎BMD对于骨质疏松的诊断、预防、治疗有重要意义。DXA测量的BMD值反映的是区域骨矿密度值，无法区分松质骨及皮质骨，且易受椎体的几何形状以及被测患者椎体旁钙化的动脉、椎体骨质增生硬化、退行性变甚至体脂率等因素影响，检查结果的准确度及敏感度较低[5,8]。QCT实现了从二维测量到容积测量方式的转变，相对于DXA，QCT可以区分松质骨及皮质骨，具有不受椎体周围钙化组织及腰椎退行性变影响的优势，敏感度及诊断准确度较高，但该方法的检查剂量较高，增加了患者的辐射损害风险[8]。QMRI技术的发展为骨质疏松症的诊断提供了新的影像学检查工具，因T2*值与骨小梁网状微结构的空间几何形状及骨小梁数量密切相关[6]，故本研究通过测量腰椎椎体的T2*值，对腰椎骨质疏松程度进行定量评估。

本研究结果显示，随着BMD值的减少，T2*值呈增高趋势；骨量正常、骨量减少、骨质疏松3组T2*值差异有统计学意义；3组的BMD值与T2*值呈负相关。表明T2*值可以一定程度地反映骨质疏松椎体中骨矿密度值，从而对骨质疏松进行定量评估。研究显示，T2*与T2存在如下关系，即1/T2*= 1/T2+1/T2′，T2′= γ·Δbinhom，γ 为磁旋比，Δbinhom为单位体素的磁场不均匀性，因此与T2相比，T2*增加了局部磁场不均匀性的影响[9]。T2*值既反映了组织相邻质子间自旋-自旋弛豫时间T2，也反映了由磁场不均匀性导致相位偏移所产生的可逆横向弛豫时间T2′。GRE序列缺少了SE序列180 °相位回聚脉冲对失相位效应的影响，所产生的T2*信号对磁场的不均匀性敏感，有利于显示不同组织间的磁敏感性差异。腰椎椎体中骨小梁和骨髓组织存在较大差异的磁化率，在2种物质分界处产生静态磁场局部空间分布不均匀和磁敏感差异，这一差异引起磁力线的变形，继而改变组织的弛豫特性[10]。腰椎椎体骨质疏松时骨小梁数量减少，间隙增宽，黄骨髓增多，骨小梁与骨髓的交界面减少，局部磁场不均匀性减弱，使T2*值延长[6]。T2*值作为准横向弛豫时间，具有磁各向异性，即磁性随物质结构的空间方向而改变，此特性使得T2*值与骨小梁网状微结构的空间几何形状及骨小梁数量密切相关，能够间接反映骨小梁的空间结构信息，评估骨小梁的生物力学强度[6]。腰椎T2*值的改变主要来自于腰椎椎体骨小梁与骨髓间磁化率的差异，两者界面处产生磁场不均匀性，这种不均匀性可被T2*mapping技术检测并以T2*值定量表达。吴何嘉等[11]测量骨质疏松大鼠的T2*值与病理组织切片进行对照，发现升高的T2*值伴随着骨小梁的变细、排列紊乱及大量脂肪细胞填充骨髓等骨质疏松性改变。提示T2*值可表达骨质疏松症大鼠骨小梁的疏松情况。

目前以T2*值对腰椎骨质疏松进行定量评估的临床应用研究较少。Maris等[12]应用1.5T场强的MRI扫描仪，以ME-GRE测定T2*值对腰椎椎体骨质疏松进行定量评估，其敏感度为84%，特异度为42%。本研究使用3.0 T高场强MRI扫描仪，较1.5T低场强扫描仪对磁敏感差异性更为敏感，信号噪声比更高，故T2*值的测定更为精确。本研究对ME-GRE序列的扫描参数进行了优化，采用10回波扫描并更改了回波时间，减少T2*值衰减导致的测量偏移，进一步加强了T2*值测定的精确性，结果显示T2*值诊断腰椎椎体骨质疏松的敏感度为87.1%、特异度为56.2%，获得了比较好的诊断效能。与既往研究相比，本研究T2*值测定技术的改进使QMRI的定量测定更具临床实用价值，T2*mapping的扫描时间为4 min 28 s，成像时间短，操作简便易行，可作为常规MRI扫描序列的补充应用于临床。

本研究结果显示T2*值与腰椎椎体BMD值显著相关，表明T2*值可反映骨矿物质密度。由于BMD并不能完全反映骨强度，BMD值只能部分程度地预测骨质疏松性骨折，而骨质量是反映骨强度的另一重要因素，反映了骨骼除骨量之外的生物力学特征，独立于BMD决定着骨组织的脆性[13]。除可以评估代表椎体骨小梁数量的BMD值外，T2*值还可以对椎体骨小梁的空间结构进行表达，从而对骨质量整体进行定量评估，实现对腰椎椎体骨质疏松程度的合理评价。本研究不足之处在于样本量较少，可能会产生选择性偏倚，故在后续研究中应加大样本量。

综上所述，采用改良的ME-GRE序列对腰椎进行T2*mapping扫描，具有扫描时间短、信噪比高、图像对比度清晰等特点，T2*值可以较早、敏感地反映骨质疏松椎体骨小梁与骨髓成分及结构的改变。腰椎椎体骨质疏松作为一种“沉默”的疾病，在骨质疏松性骨折出现前无特异性临床表现，T2*mapping作为机会性筛查手段，在受检者进行常规MRI检查时即可实施，可为早期诊断提供重要依据并指导临床进行早期干预，有利于腰椎椎体骨质疏松性骨折的预防和治疗。

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采用MRI T2*值定量评估腰椎骨质疏松的价值

1 资料与方法

2 结 果

3 讨 论

Quantitative evaluation of lumber vertebra osteoporosis with MRI T2* mapping

2 结果

3 讨论