氢质子磁共振波谱在骨质疏松诊断中的价值

刘 智，蔡跃增，田小丽

（天津医科大学总医院放射科，天津300052）

随着社会经济的高速发展和生活水平的不断提高，人类寿命得以延长，很多国家的人口老龄化问题亦日益突出，一系列老年病愈加引起社会的普遍关注。其中，骨质疏松症作为老年人的常见病更是倍受瞩目，骨质疏松引起的骨折严重地降低了老年人的生活质量，同时还给社会带来巨大的经济压力。近年来，随着MR设备及技术的不断发展以及广泛应用，MR波谱（Magnetic Resonance Spectroscopy，MRS）技术也得以快速发展，现已在中枢神经系统得到较为广泛应用，但其在骨肌系统方面的应用则较少，尤其是在骨质疏松方面的研究。据此，笔者就氢质子磁共振波谱（1H MRS）在骨质疏松诊断中的应用进行如下探讨。

1 资料和方法

1.1 一般资料 40例女性志愿者，均知情同意，分为两组：青年组（25~30岁，平均25岁）；中老年组（51~62岁，平均55岁），每组各20例。全部志愿者均无代谢性骨病、恶性肿瘤、服用激素或其他影响骨代谢药物病史。

1.2 检查设备及扫描参数 使用美国GE公司3.0T MR设备。先行常规腰椎扫描（矢状位T2WI、T1WI和横轴位T2WI），扫描结束后采用单体素点分辨波谱法（point resolved spectroscopy,PRESS）对腰3椎体进行波谱采集，使用矢状位、横轴位T2WI及冠状位T1WI定位（图1）。MRS扫描参数：TR1500ms,TE 144 ms，激励次数（NEX）8 次，体素（Voxel）为20 mm×20 mm×20 mm。扫描前需先在感兴趣区周围加饱和带进行匀场。所收集数据采用GE公司3.0T MR自带的SAGE 7.0软件进行分析。

图1 腰3椎体波谱采集定位像Fig 1 1H MRS positioning images of L3 vertebral body A.横轴位T2WIB.矢状位T2WI C.冠状位T1WI

1.3 统计学处理 采用分组t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

椎体MRS主要存在两个明显的波峰，4.7 ppm左右的水峰和1.3～0.9 ppm之间的脂峰。波谱分析获得的脂峰/水峰峰高（Amp）可以计算脂水比（LWR）、脂肪比（FF%）等椎体MRS相关定量指标。LWR=Ampfat/Ampwater；FF=LWR/（LWR+1）×100%；LW（Hz）为水峰和脂峰1/2峰高处的波峰宽度。两组MRS测量指标如表1。中老年组的LWR和FF%明显高于青年组，两组的LWR、FF%具有非常显著性的差异（P＜0.001），表明随着年龄的增长，LWR及FF%有增高的趋势（图2）。青年组水峰LW高于中老年组，两组比较差异具有统计学意义（P＜0.001），提示随着年龄的增大，水峰LW呈逐步变窄趋势。两组脂峰LW比较差异不具有统计学意义（P＞0.05）。

表1 40例女性腰3椎体1H MRS相关指标(±s)Tab 1 1H MRS relevant indicators of L3 vertebral body(±s)

表1 40例女性腰3椎体1H MRS相关指标(±s)Tab 1 1H MRS relevant indicators of L3 vertebral body(±s)

组别青年组中老年组t P例数2020 FF（%）0.850±0.0460.945±0.0297.757＜0.001 LWR 6.204±1.97321.660±10.1286.700＜0.001水峰LW 13.641±3.1763.723±4.0198.662＜0.001脂峰LW 41.016±8.77739.093±6.1440.803＞0.05

图2 两组椎体1H MRS分析图Fig 2 1H MRS analysis images of both groups

3 讨论

骨质疏松性骨折是由于骨强度减低所致。骨密度只能反映60%~70%骨强度的变化[1]。骨密度减低会使骨强度减弱，骨折风险性增高。曾普遍认为双能 X 线吸收测量法（dual energy X-ray，DXA）是诊断骨质疏松症的“金标准”，并以其经济、简便、辐射量少的优势而被广泛地应用于骨质疏松的研究与诊断。但DXA测量的是面积上的骨密度，不能区分骨组织中皮质骨和小梁骨成份，且会受骨形态大小的影响（如椎体骨质增生及动脉壁钙化），不能反映真实的骨密度。MRI是目前公认的唯一一种无创、无辐射性检查技术，对人体更安全，MRI消除了骨伪影的影响并对软组织具有极佳的分辨力，因而在骨肌系统疾病诊断方面得到广泛应用。随着高场强MR设备的应用及相关技术的迅速发展，MRS技术应运而生并得以飞速发展，MRS是利用质子在化合物中共振频率的化学位移现象，测定化合物组成成分及其含量的检测技术。椎体MRS不同于神经系统的MRS。中枢神经系统MRS主要通过观察N-乙酰天门冬氨酸 (NAA)、肌酸/磷酸肌酸 (Cr)、胆碱(Cho)、乳酸（Lac）等物质含量的变化状况来反映机体的病理生理状态。椎体MRS可在常规腰椎MR基础上通过检测椎体骨髓内脂肪和水分含量的变化状况来反映骨髓的性质，进而评估骨量变化。目前常用的是1H MRS技术。1H MRS可通过对骨髓性质的分析，测得活体组织代谢物的化学成分和含量，对水和脂肪进行半定量分析。由于1H在不同化合物中的磁共振频率存在差异，所以它们在MRS的谱线中共振峰的位置不同。1H MRS可用两峰高度、峰底宽度、半峰值的峰宽等参数对骨髓中的水和脂肪进行测量分析，两个峰主要是位于4.7 ppm的水峰以及在1.3 ppm和0.9 ppm间的脂峰。常用的分析指标有FF%、LWR、LW等。目前大多数研究者采用FF%，而LWR、LW运用较少[2-3]。笔者通过比较FF%、LWR及LW来对青年组与中老年组进行了对比分析。

3.1 FF%与髓腔内脂肪含量的关系 人体骨髓分为红骨髓和黄骨髓，即造血骨髓和脂肪骨髓。红骨髓由近40%的水、40%的脂肪以及20%的蛋白质组成。而黄骨髓由近15%水、80%脂肪及5%蛋白质组成。随着年龄增长，椎体内红骨髓造血组织、水分不断减少，骨小梁变细甚至消失，小梁间隙扩大，并由黄骨髓所填充，但主要的是脂肪组织[4-5]。骨髓的脂肪增多，在1H MRS上表现为1.3 ppm和0.9 ppm之间脂峰升高，甚至明显超过4.7 ppm的水峰。本研究中老年组脂峰均明显超过水峰。研究表明FF%随年龄的增加而增大[6-7]。Fanucci等[2]用1H MRS研究了不同骨量组所对应的腰椎椎体的FF%值，发现骨质疏松组和骨量减少组FF%均比骨量正常组高，认为年龄每增加1岁，FF%约增加2%。本研究也显示椎体FF%随年龄增加而增高，青年组FF%均值为0.850，中老年组FF%均值为0.945，变化趋势与文献报道相似[7-8]。绝经期妇女有80%患骨质疏松[9]，这是由于雌激素水平急剧下降，骨髓中脂肪组织的增加较男性更为明显。其中饱和脂类优于不饱和脂类，脂肪髓的增加降低了椎体对生物应力的抵抗力，加重了骨质疏松并具有骨折的风险。骨髓腔内的脂肪细胞在骨质疏松症发病中起着越来越肯定的作用。脂肪细胞的类型与分布、脂肪的贮存与动员、增殖与凋亡以及脂肪由脂细胞转流向非脂细胞的异位积聚等，均可能伴有脂肪稳态失调，并通过调节激素发生相应的代谢改变，而导致骨质疏松症[10]。Grifith等[11]通过大量的研究工作，证实FF%与骨密度呈负相关，从而指出FF%对评估骨脆性具有一定的价值。利用1H MRS来分析比较不同年龄组的FF%，为研究髓腔内脂肪含量与老年性骨质疏松的关系提供了定量分析的客观依据。

3.2 LWR、LW的变化趋势 LWR可提供骨髓性质信息[12]。本研究显示LWR随着年龄增加而增大，反映了随着年龄增加骨髓内水分含量减少而脂肪含量增多，亦符合FF%随着年龄增加而增大的变化趋势。水峰LW随着年龄增大呈逐渐变窄的趋势，而脂峰LW未见明显变化，与多数研究者一致[10]。

MRS通过测量骨髓中水和脂肪含量，从分子水平认识骨骼的生理、病理变化，能更敏感地评估骨骼的骨质情况，为诊断骨质疏松及预防其引发的骨折提供一个全新的课题。随着MR技术突飞猛进的发展及相关软件不断的推陈出新，相信MRS将会在骨质疏松的研究领域得到更广泛地应用。

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