磁共振T₁WI、T₂WI信号强度与腰椎椎体骨密度的相关性

李脚根 缪仙花 陈宋全

[摘要] 目的 探讨腰椎磁共振成像（MRI）T1WI、T2WI信号强度与腰椎椎体骨密度的相关性。 方法 收集2018～2019年进行L1～L4椎体双能X线吸收法骨密度测定的腰椎MRI（1.5 T）成像患者198例，其中男50例、女148例。分析其双能X线吸收法骨密度测定值、腰椎矢状面MRI T1WI、T2WI、STIR成像、在PACS系统上测量的T1WI、T2WI信号强度值。对患者的椎体MRI信号强度值与椎体双能X线吸收法骨密度测定值进行比较。 结果 患者L1～L4腰椎体的骨密度测定值与MRI的T1WI信号强度值比较，差异均有统计学意义（P<0.05），与MRI的T2WI信号强度值无明确相关性。 结论 患者L1～L4腰椎体的骨密度测定值与MRI的T1WI信号强度值有低度相关性，与MRI的T2WI信号强度值无明显相关性。MRI成像通过多序列信号强度变化反映骨的脂肪和水含量，T1WI信号强度值越高，则T1WI序列上信号越高，对间接判断骨矿物质和骨基质含量具有非常重要的意义。

[关键词] 骨质疏松症;骨密度;腰椎;T1WI信号强度值;T2WI信号强度值

[中图分类号] R681          [文献标识码] B          [文章编号] 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

骨質疏松症（Osteoporosis）是以骨组织的骨量减少、骨组织的质和量受损以及骨组织强度降低，导致骨的脆性增加，并且易发生骨折为特征的全身性骨病。脆性骨折（Fragitily fracture）亦称骨质疏松性骨折，为低能量或非暴力骨折，是指在无外伤或轻微外伤的情况下所引起的骨折，是骨质疏松的严重并发症及最终结果，据国际骨质疏松症基金会（IOF）2013年的统计结果，全球每3秒就会发生1例脆性骨折，在大于50岁的人群中，约1/2女性及1/5男性会发生首次脆性骨折[1]。脆性骨折不但严重降低患者的健康生活质量，甚至威胁患者的生命，其致残率及致死率均较高[2-3]，老年人因为骨质疏松引发脆性骨折的风险明显高于年轻人，且骨质疏松引发的骨折以脊柱、髋关节和腕关节等部位为主，尤其多发生于椎体，达到近50%[4]。现下普遍认为骨质矿物质密度（Bone mineral density，BMD）降低是发生脆性骨折的重要原因。X线、CT、MRI等影像学检查、骨密度测定结果是诊断骨质疏松症、预测其风险和评价其疗效的主要依据，诊断脆性骨折需满足以下3个条件：无外伤史或仅有轻微外伤史、有明确诊断骨折的影像学检查证据、除外继发性骨质疏松[5]。本研究通过在实达PACS系统上测量腰椎（L1～L4）的T1WI、T2WI信号强度值，探讨两者与骨密度测定值的相关性，进而反映T1、T2值与人椎体骨质疏松的关系，现报道如下。

1 资料与方法

1.1一般资料

收集2018～2019年进行L1～L4椎体双能X线吸收法骨密度测定的腰椎MRI（1.5 T）成像患者198例的影像学和临床资料进行回顾性分析，其中男50例，女148例;年龄43～89岁，平均66岁。排除合并肿瘤、感染、骨折、代谢性疾病、血液系统疾病、激素类药物服用史、风湿免疫系统疾病的患者。所有病例均进行腰椎MRI常规序列T1WI、T2WI、STIR序列扫描，并且所有患者STIR序列均无高信号征象。采用实达PACS系统图像测量每例患者T1WI、T2WI序列正中矢状面L1～L4的T1WI信号强度值与T2WI信号强度值，测量值与该患者在骨密度仪测量所得的骨密度测定值进行比较，并分析两者之间的相关性。

1.2方法

1.2.1 MRI扫描  腰椎MRI扫描采用飞利浦公司Achieva 1.5 T超导MRI成像仪，采用8通道体部相控阵线圈，包含所有腰椎，进行常规快速自旋回波矢状面T1WI、T2WI及STIR序列扫描。在实达PACS系统矢状位T1WI、T2WI图像上对L1～L4椎体进行感兴趣区测量，每个椎体在正中矢状面上分别进行测量取得应数值，即T1WI、T2WI的信号强度值。见封三图5～6。

1.2.2 骨密度测定  采用美国GE公司Lunar-DPX-MD+型双能X射线测量仪（Dual-energy X-ray absorptiometry，DXA）进行测定，取后前位测定每位患者的L1～L4椎体骨密度值（单位：g/cm2）。根据WHO诊断分类，分为正常（T值≥-1）、低骨量（-2.5

1.3 统计学方法

应用SPSS18.0统计学软件进行数据分析，计量资料用（x±s）表示，采用t检验;分别测量L1～L4椎体的T1WI、T2WI信号强度值与骨密度仪测量得到的T值，完成散点图，对存在线性关系的变量，再采用Pearson或Spearman秩相关分析法进行相关性分析，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

所测值相关性散点图显示，L1～L4椎体的骨密度均与T1WI信号强度值有低度相关性（P<0.05），与常规T2WI信号强度值无明显相关性，未进行相关性分析。见图1～2、表1。

3讨论

随着人们生活水平的提高，目前中国社会的老龄化程度正在逐渐加剧，骨质疏松发生率也随之逐步升高。由于患骨质疏松的老年人增多，导致脆性骨折的患者也相应增多，成为严重威胁人们、特别是老年人群健康生活质量的重要因素。既往研究资料显示，脆性骨折最常见的发生部位是胸腰椎椎体，以腰椎更为显著，年龄大于70岁患骨质疏松的老年患者中，合并不同程度的椎体压缩性骨折的患者约占20%[6]。且椎体因骨质疏松引发的压缩性骨折，其自然愈合过程非常缓慢，发生再次骨折的风险明显升高，其致残率及致死率均较高。因患者需长时间卧床，对老年患者的健康生活质量甚至其家属的生活质量均造成严重影响。因此，针对老年群体，特别是老年女性群体，预防骨质疏松引起的椎体压缩性骨折具有极其重要的临床实际意义[7]。

目前，诊断骨质疏松的辅助检查主要包括影像学检查、骨密度测定及相关实验室检查，其中影像学检查首选X线检查，因其经济且简便，但X线检查对骨的早期丢失不敏感，存在一定局限性;其次是CT检查，CT图像密度分辨率更高，可以显示细微骨折，同时还可进行多平面重建，以更加全面地显示检查部位骨的情况，但其相较于X线检查辐射强度更高，价格也相对较高;MRI检查无辐射，且各组织之间对比度高，较X线和CT检查能够更加灵敏地显示椎体骨髓的早期改变，图像对细微骨折产生的骨髓水肿非常敏感，但MRI的信号尚未标准化，目前还不能用于骨质疏松的诊断[5]。不同患者或同一患者不同时期腰椎磁共振T1WI图像呈现出的信号强度不同，腰椎椎体信号强度随骨质疏松的程度而变化，越严重的骨质疏松，其信号强度越高[8]。正常骨髓主要含有3种成分，即骨髓组织、脂肪组织和骨小梁，骨髓又包括红骨髓和黄骨髓，红骨髓中脂肪和水各占40%左右，而黄骨髓中含有80%的脂肪和15%的水[9]。影响MR信号强度的因素很多，其中一方面是组织本身的特性，包括质子密度、T1值、T2值等，质子密度大、T1值越短、T2值越长，则该组织的MR信号越强。脊柱是成人红骨髓含量最多的部位之一，随着年龄增大，椎体骨质疏松，其中红骨髓逐渐被黄骨髓替代。脂肪组织是T1值短、T2值长的组织，其T1及T2值分别为200 ms及80 ms;因为骨髓中的脂肪组织T1弛豫时间极短，表现为T1WI像明显的高信号，与周围骨质形成良好对比;T2WI像正常黄骨髓的信号也表现为较高信号，但相对T1WI像的高信号则偏低，而红骨髓的信号则相对偏高，两者之间对比性差[8];正常黄骨髓在T1WI像中表现为高信号，与皮下脂肪的信号强度相近，红骨髓在T1WI像中表现为等信号或稍高信号，即T1WI图像椎体表现为高信号的主要原因是含有丰富脂肪组织的黄骨髓。因此，T1WI图像能清楚显示骨髓内因水和脂肪比例失调引起的信号改变[10]，本研究結果显示，骨密度与MRI的T2WI信号强度值无明显相关性，与上述观点一致。

综上所述，骨密度值与骨质疏松程度呈正相关，本研究即以MRI检查中T1WI、T2WI序列的T1、T2信号强度值为基础，通过与骨密度值进行比较，分析两者之间的相关性，以间接反映T1WI、T2WI信号强度值与腰椎骨质疏松程度的关系。本研究结果显示，T1WI序列的T1WI信号强度值与骨密度值之间呈负相关，即T1WI信号强度值越高、骨密度值就越低，差异有统计学意义（P<0.05）;而T2WI信号强度值与骨密度值之间无明显相关性。T1WI信号强度值越高，则T1WI序列图像信号越高，即在PACS系统上腰椎椎体的T1WI图像信号越高，进而间接反映出腰椎骨密度越低，骨质疏松程度越明显。腰椎骨质疏松程度与磁共振T1WI信号强度间相关性。骨质疏松患者椎体骨髓中脂肪含量的增加，以及增加程度的不同将直接影响椎体在T1WI图像上的信号强度。骨小梁在正常的松质骨中排列紧密，填充于其间的骨髓能起到缓冲支撑的作用，当骨质疏松发生时，红骨髓向黄骨髓的转化增多，骨髓脂肪细胞随之增多。因脂肪细胞的支撑作用弱于造血细胞，骨强度即相应降低，脆性随之增加。其机制可能是竞争性抑制学说，即成骨细胞与脂肪细胞的共同祖细胞是骨髓间充质干细胞，干细胞可向成骨或成脂两个方向分化，在分化过程中，由于成骨细胞与脂肪细胞之间的关系为相互竞争性抑制关系，一旦发生骨质疏松，干细胞向成脂细胞方向的分化能力增强，抑制了干细胞向成骨细胞的分化，故降低了骨强度，反之亦然[11-13]。Gatti等[14]的研究资料显示，预测骨质疏松性骨折的最佳指标是骨密度，具体部位的骨密度测定值对该部位骨折的预测效果较好，而身体某部位的骨密度测定值对非该部位骨折的预测率小于30%[15]，故为预测骨质疏松引起的腰椎脆性骨折，应测量腰椎的骨密度值、对腰椎MRI的T1WI图像进行分析。

目前，骨密度扫描仪在我国大部分县级医院普及率不高，但MRI（特别是1.5 T MRI）较为普及，本研究中所使用的T1WI、T2WI序列为腰椎MRI检查的常规序列，采用MRI腰椎T1WI常规序列检查作为初步筛查工具，对患者腰椎椎体骨密度及骨质疏松情况进行评价，其检查时间短、无辐射、操作简单易行，值得推广。

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（收稿日期：2020-10-14）