孟 雷，李艷彬，董飛俠，潘安光

·全科醫(yī)生技能發(fā)展·

磁共振波譜成像定量腰椎骨髓脂肪短中期的可重復(fù)性研究

孟 雷1，李艷彬2*，董飛俠3，潘安光1

目的 評價磁共振波譜成像(MRS)定量腰椎骨髓脂肪短、中期的可重復(fù)性。方法 選擇2015年3—6月在溫州市第七人民醫(yī)院和溫州市中醫(yī)院健康體檢中心體檢的符合入選標(biāo)準(zhǔn)的健康女性(28.9～48.6歲)受檢者30位，基線(即研究開始時)及6個月時測定受檢者血25羥維生素D、骨鈣素、β-膠原降解產(chǎn)物及雌二醇。于基線、6周及6個月時分別行3次MRS掃描，測定腰3椎體骨髓脂肪分?jǐn)?shù)(FF)。由2位評定者獨(dú)立測定FF，計(jì)算組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(ICC)，評價不同時間點(diǎn)(短期和中期)MRS測定FF的精確性。結(jié)果 共22位受檢者完成研究。評定者間與評定者內(nèi)在基線、6周及6個月時測定FF的ICC為0.931～0.988。Bland-Altman法分析顯示，評定者間、評定者內(nèi)測定FF的差值均落于95%可信區(qū)間內(nèi)。短期和中期MRS測定FF的ICC為0.856～0.944，變異系數(shù)為2.45%～4.72%。結(jié)論 短、中期MRS測定腰椎骨髓脂肪含量具有良好的可重復(fù)性。

磁共振波譜學(xué)；骨髓脂肪；重復(fù)性

孟雷，李艷彬，董飛俠，等.磁共振波譜成像定量腰椎骨髓脂肪短中期的可重復(fù)性研究[J].中國全科醫(yī)學(xué)，2017，20(12)：1491-1494，1499.[www.chinagp.net]

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1.DepartmentofRadiology,theSeventhPeople′sHospitalofWenzhou,Wenzhou325000,China

2.LaboratoryforClinicalSpecialAssays，theSeventhPeople′sHospitalofWenzhou,Wenzhou325000,China

3.WenzhouHospitalofTraditionalChineseMedicine，Wenzhou325000,China

*Correspondingauthor:LIYan-bin,Attendingphysician;E-mail：1374792976@qq.com

骨強(qiáng)度不僅與骨密度、骨微結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與骨髓微環(huán)境有關(guān)[1]。已有研究表明，骨髓脂肪在骨丟失的病理生理中具有重要作用，骨髓脂肪和骨量存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，即骨髓脂肪含量可在一定程度上反映骨骼的強(qiáng)度[2-4]。因此，準(zhǔn)確定量骨髓脂肪含量具有重要意義。目前認(rèn)為，氫質(zhì)子磁共振波譜成像(MRS)是定量骨髓脂肪含量的檢測標(biāo)準(zhǔn)。多項(xiàng)橫斷面研究采用MRS對骨髓脂肪進(jìn)行定量，并分析其與骨密度、體成分的關(guān)系，部分研究采用MRS對藥物干預(yù)骨質(zhì)疏松后骨髓脂肪含量的變化進(jìn)行評估[3-5]。MRS的診斷價值很大程度上取決于其測量的精確度，因此，客觀評估MRS定量骨髓脂肪含量的可靠性非常重要。既往有研究在同一天內(nèi)進(jìn)行2次MRS來評價其精確性[5-9]，但是短期和中期MRS定量骨髓脂肪的可重復(fù)性如何仍缺乏研究。本研究擬探討短期(6周)和中期(6個月)MRS測定腰椎骨髓脂肪含量的可重復(fù)性，為縱向干預(yù)性研究計(jì)算樣本量提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2015年3—6月在溫州市第七人民醫(yī)院和溫州市中醫(yī)院健康體檢中心體檢的符合入選標(biāo)準(zhǔn)的健康女性受檢者30位，年齡28.9～48.6歲，平均年齡(41.1 ± 5.7)歲；身高147.0～171.0 cm；體質(zhì)量45.0～75.0 kg，計(jì)算體質(zhì)指數(shù)(BMI)。

受檢者入選標(biāo)準(zhǔn)[10]：(1)未絕經(jīng)婦女(因?yàn)榻^經(jīng)狀態(tài)、雌激素水平的變化會影響骨髓脂肪含量，所以本研究僅收集絕經(jīng)前健康人群)；(2)無結(jié)核、腫瘤、放化療史等；(3)未曾使用過影響骨代謝的藥物，如雌激素、糖皮質(zhì)激素、雙磷酸鹽類藥物；(4)未患有影響骨代謝的相關(guān)疾病，如糖尿病、甲狀旁腺功能亢進(jìn)、腎功能不全等；(5)無子宮、卵巢切除史；(6)無MRI檢查禁忌證。受檢者均在健康體檢中心檢測血尿常規(guī)及肝腎功能以確保其指標(biāo)在參考范圍內(nèi)。向受檢者解釋本研究的目的，征得受檢者知情同意后執(zhí)行MRI檢查。

1.2 血生化指標(biāo)檢測 受檢者禁食8 h以上，于清晨空腹在健康體檢中心采集空腹靜脈血進(jìn)行血尿常規(guī)、血脂、血糖、肝腎功能等常規(guī)項(xiàng)目檢測后，進(jìn)一步檢測血25羥維生素D、骨鈣素、β-膠原降解產(chǎn)物(采用化學(xué)發(fā)光法)及雌二醇(采用放射免疫法測定)。上述指標(biāo)在基線(即研究開始時)及6個月分別檢測一次，以除外受檢者在研究期前后上述指標(biāo)出現(xiàn)明顯差異，影響骨髓脂肪的分析。

1.3 MRS檢查 應(yīng)用德國西門子1.5 T超導(dǎo)型MRI掃描儀進(jìn)行圖像采集，脊柱線圈聯(lián)合相控陣腹部體表線圈。受檢者取仰臥位，平靜呼吸。MRS信號采集前常規(guī)行腰椎矢狀位T1加權(quán)像(T1WI)及T2加權(quán)像(T2WI)掃描，除外受檢者腰椎骨腫瘤、壓縮性骨折等病變以及便于波譜體素塊的準(zhǔn)確放置。氫質(zhì)子MRS掃描前先進(jìn)行自動勻場，之后采用不抑水單體素點(diǎn)解析波譜序列進(jìn)行腰3椎體MRS數(shù)據(jù)采集。具體參數(shù)如下：TR=3 000 ms，TE=30 ms，體素塊大小=1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm(確保體素塊位于椎體骨髓腔中央，避開骨皮質(zhì)及椎間盤)，波寬=2 000 Hz，翻轉(zhuǎn)角=90°，激勵32次，掃描時間1′36″。受檢者均在基線、6周及6個月行MRS重復(fù)掃描。MRS檢查由同一位技術(shù)員完成。

掃描結(jié)束后，MRS原始數(shù)據(jù)自動導(dǎo)入西門子新溝通(Syngo)MR圖像專用后處理工作站。選擇系統(tǒng)自帶的波譜分析軟件進(jìn)行分析，先做波譜基線校正，分別測定位于1.30 ppm的脂質(zhì)峰及4.70 ppm的水峰信號值。計(jì)算腰3椎體骨髓脂肪分?jǐn)?shù)(FF)[2,11]，F(xiàn)F=〔Ilipid/( Ilipid+Iwater)〕×100%；公式中Ilipid、Iwater分別為脂質(zhì)峰及水峰峰下面積值，F(xiàn)F代表脂肪相對信號強(qiáng)度與總信號強(qiáng)度(水和脂肪)的百分比。

1.4 MRS測定FF的精確性分析 MRS數(shù)據(jù)分別由2位高年資放射科醫(yī)師獨(dú)立完成圖像的觀察分析。在每次測定FF后至少間隔2周再次對MRS數(shù)據(jù)進(jìn)行第2次分析，以評價評定者內(nèi)測定FF的一致性。于6周、6個月時分別行MRS檢查，均由2位評定者分別測定，取同一評定者2次測定的均值以評價評定者間測量FF的一致性。

2 結(jié)果

2.1 受檢者臨床資料及比較 基線時共30位受檢者完成MRS檢查；6周時2位受檢者失訪，2位受檢者拒絕行MRS檢查；6個月時又有3位受檢者失訪，1位受檢者拒絕行MRS檢查。共22位受檢者完成研究，資料完整。22例受檢者身高、體質(zhì)量、BMI及血生化指標(biāo)在基線及6個月時差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，見表1)。

2.2 評定者間及評定者內(nèi)測定FF的一致性 2位評定者在基線、6周及6個月時測定的FF比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，見表2)。評定者間及評定者內(nèi)在基線、6周及6個月時測定FF的ICC均>0.80(見表3)。進(jìn)一步采用Bland-Altman分析法對FF測定結(jié)果的一致性進(jìn)行評價，結(jié)果顯示評定者間及評定者內(nèi)基線、6周及6個月時測定FF的差值均在95%CI內(nèi)(見圖1)。

Table 2 FF values determined by two raters at baseline conditions,6 weeks and 6 months after the beginning of study

評定者例數(shù)基線6周6個月評定者12246.22±6.6046.79±7.1147.07±6.37評定者22245.28±7.1445.61±6.2846.01±6.79t值0.9171.0291.314P值0.8200.7540.731

表1 受檢者在基線及6個月時臨床資料及血生化檢測指標(biāo)比較±s，n=22)

注：BMI=體質(zhì)指數(shù)

表3 評定者間及評定者內(nèi)在不同時間點(diǎn)測定FF的一致性

注：ICC=組內(nèi)相關(guān)系數(shù)，CI=可信區(qū)間

注：a為基線時，b為6周時，c為6個月時；圖中中間線條表示均值，上、下線條分別代表χ+1.96 s、χ-1.96 s，所有點(diǎn)落在其95%可信區(qū)間內(nèi)；FF=脂肪分?jǐn)?shù)

圖1 Bland-Altman法評價不同時間點(diǎn)評定者間測定FF的一致性

Figure 1 Intra-rater agreement of FF determined at baseline conditions,6 weeks and 6 months after the beginning of study assessed by Bland-Altman plot

注：患者46歲，a為基線時，b為6周時，c為6個月時，基線、6周及6個月時FF分別為39.11%、39.38%、40.57%

圖2 不同時間點(diǎn)MRS測定FF的波譜圖

Figure 2 MRS spectra of FF of a representative 46-year-old participant at baseline conditions,6 weeks and 6 months after the beginning of study

2.3 短、中期MRS測定FF的精確性 短、中期MRS測定FF的ICC為0.856～0.944，CV為2.45%～4.72%(見表4)。圖2為同一位46歲受檢者在基線、6周及6個月時MRS 測定FF的波譜圖。

表4 短、中期MRS測定FF的精確性

Table 4 Short- and mid-term accuracy assessment for quantifying FF by MRS

時間評定者1ICC 95%CI評定者2ICC 95%CI評定者1CV(%)評定者2CV(%)短期(6周與基線)0.932(0.836,0.972)0.944(0.865,0.977)2.602.45中期(6個月與基線)0.856(0.702,0.938)0.874(0.728,0.945)4.724.41中期(6個月與6周)0.925(0.819,0.969)0.918(0.817,0.961)3.623.56

注：CV=變異系數(shù)

3 討論

3.1 骨髓脂肪含量間接反映骨質(zhì)量 骨密度是目前公認(rèn)的反映骨強(qiáng)度的有用指標(biāo)，也是用于計(jì)算骨質(zhì)疏松性骨折風(fēng)險的主要判斷因子，但其靈敏度和特異度均不高[1,13-14]。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞具有自我更新及多向分化的潛能，在不同的誘導(dǎo)條件下可以分化為脂肪細(xì)胞、成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞等。骨髓內(nèi)骨組織及脂肪組織的動態(tài)平衡就是由間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞分化維持的[15]。若間充質(zhì)干細(xì)胞成脂分化增強(qiáng)則成骨細(xì)胞的增殖、分化能力將下降，骨形成減少，進(jìn)而引起骨量丟失、骨質(zhì)疏松及骨缺損等相關(guān)代謝性骨骼疾病。已有研究證明，測定骨髓腔的骨髓脂肪含量可以在一定程度上反映骨質(zhì)量[3,4,10]。因此，研究骨髓脂肪含量具有重大意義。

3.2 MRS短、中期定量骨髓脂肪含量的精確性 關(guān)于MRS測定骨髓含量的精確性的文獻(xiàn)報道較少，且缺乏一定深度。本研究設(shè)計(jì)了MRS測定腰椎FF的短、中期可重復(fù)性研究，結(jié)果表明，短、中期MRS測定FF的ICC為0.856～0.944，CV為2.45%～4.72%；且不同評定者間或評定者內(nèi)測量FF具有良好的一致性。本研究于短、中期進(jìn)行精確性評估，而國內(nèi)研究者對30例志愿者腰椎體同一天進(jìn)行2次MRS測定來評價該技術(shù)的測量精確性，結(jié)果顯示高場強(qiáng)MRS具有較高的骨髓脂肪含量測量精確性，CV為1.7%[9]；另有研究報道MRS重復(fù)測定FF的精確性CV為2.25%[10]。但以上研究存在一定偏倚，如同一天內(nèi)2次對MRS信號進(jìn)行采集，或在2次重復(fù)掃描期間未重新擺放受檢者位置，所得結(jié)果也未由不同評定者獨(dú)立測定FF值。國外學(xué)者報道，MRS短期定量FF的CV為1.7%～4.5%[5-8]，但其研究結(jié)論是通過測量6～8位受檢者所得，樣本量相對偏少。

BREDELLA等[16]對3位受檢者行間隔10 d的重復(fù)MRS掃描，CV為5.0%，高于本研究CV，分析原因可能與其樣本量有關(guān)。GRIFFITH等[17]對36位受檢者股骨近端行MRS測定FF，2次掃描時間間隔為1周，ICC為0.78～0.85。雖然這項(xiàng)研究也表明MRS測定股骨近端FF具有足夠高的可重復(fù)性，但MRS測定FF的ICC較本研究ICC低。這主要是因?yàn)橄鄬τ谘?，骨髓在股骨近端的空間分布更加不均質(zhì)，導(dǎo)致每次測定的FF值會出現(xiàn)變異，這也是研究者多以腰椎椎體作為測定骨髓脂肪靶點(diǎn)的緣故。SCHAFER等[18]調(diào)查了6例健康成年女性間隔6個月的腰椎MRS重復(fù)掃描，CV為3.8%，雖然其樣本量偏少，但結(jié)論與本研究一致。

綜上所述，MRS短、中期定量腰椎骨髓脂肪含量具有良好的可重復(fù)性，不同評定者間測定FF具有良好的一致性。本研究結(jié)果可以為相關(guān)骨病療效評估或其他縱向研究設(shè)計(jì)樣本量大小的計(jì)算提供科學(xué)依據(jù)。

作者貢獻(xiàn)：孟雷、李艷彬進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施、資料收集整理、撰寫論文并對文章負(fù)責(zé)；孟雷、董飛俠、潘安光進(jìn)行試驗(yàn)實(shí)施、評估、資料收集；李艷彬進(jìn)行質(zhì)量控制及審校。

本文無利益沖突。

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(本文編輯：趙躍翠)

Short- and Mid-term Reproducibility of Lumbar Vertebral Bone Marrow Fat Content Measurements Using Magnetic Resonance Spectroscopy

MENGLei1，LIYan-bin2*,DONGFei-xia3，PANAn-guang1

Objective To investigate the short- and mid-term reproducibility of lumbar vertebral bone marrow fat fraction(FF) measurements using magnetic resonance spectroscopy(MRS).Methods The selected participants meeting the inclusion criteria of this study were 30 healthy females(aged 28.9 to 48.6 years) who underwent physical examination in Physical Examination Center of the Seventh People′s Hospital of Wenzhou and Wenzhou Hospital of Traditional Chinese Medicine from March to June in 2015.The following clinical parameters were collected,serum 25-hydroxy vitamin D,osteocalcin,β-CTx and estradiol measured at baseline(at the beginning of study) and 6 months after the beginning of study.At baseline,6 weeks and 6 months after the beginning of study,MRS scanning was performed in the participants,and the 3rd lumbar vertebra(L3) bone marrow FF was determined by two independent raters,respectively.The short-(at both baseline and 6 weeks after the beginning of study) and mid-term(at 6 months after the beginning of study) accuracy of MRS-based FF measurements was assessed by using interclass correlation coefficient(ICC),Bland-Altman plot and coefficient of variance(CV).Results Twenty-two participants completed the study.The inter- and intra-rater agreement for FF measurements at baseline,6 weeks and 6 months after the beginning of study was excellent(ICCranged from 0.931 to 0.988).All data points calculated using the Bland-Altman plot,were within the 95% limits of agreement;theICCfor the short- and mid-term agreement was excellent(ICCranged from 0.856 to 0.944);theCVfor the reproducibility of FF measured over the short- and mid-term was 2.45%-4.72%.Conclusion MRS is a reproducible method for short- and mid-term quantification of lumbar vertebral bone marrow fat content.

Magnetic resonance spectroscopy；Marrow fat;Reproducibility

R 445.2

A

10.3969/j.issn.1007-9572.2017.12.016

2016-12-10；

2017-03-05)

1.325000浙江省溫州市第七人民醫(yī)院放射科

2.325000浙江省溫州市第七人民醫(yī)院特檢科

3.325000 浙江省溫州市中醫(yī)院

*通信作者：李艷彬，主治醫(yī)師；E-mail：1374792976@qq.com