IDEAL-IQ技术对骨质疏松与转移瘤所致椎体压缩骨折的诊断价值

郑召龙 玄飞 李明志 杜汉旺 曹伟 牛庆亮

潍坊市中医院影像科，山东 潍坊 261041

骨质疏松与转移瘤是老年人椎体压缩骨折的最常见病因，鉴别压缩骨折的病因与患者的临床治疗和远期预后密切相关。传统的影像学方法如X线平片、CT、放射性核素检查对压缩骨折病因鉴别诊断的准确性及特异性均不高；目前常规MRI检查对压缩骨折的病因诊断主要是基于椎体形态、数目、信号及椎体周围软组织改变等因素，对压缩骨折的病因诊断有一定的帮助，但是这种基于形态学的诊断对部分病变的鉴别仍然比较困难。研究表明，成年人椎体中的平均脂肪含量大约为40%，且随着年龄及各种生理、病理状态等因素的改变椎体的脂肪含量在动态变化，明确脂肪含量变化对疾病诊断是非常有帮助的[1-2]。随着磁共振技术的发展，IDEAL-IQ技术作为一种新的、无创脂肪定量技术，在椎体病变所致骨髓脂肪含量变化方面的研究国内少有报道。

本研究应用IDEAL-IQ技术对椎体病变区骨髓脂肪含量进行定量测定，旨在探索上述两种不同病因所致椎体压缩骨折椎体骨髓脂肪含量的变化，明确其鉴别诊断价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象

收集我院2016年10月至2018年2月椎体压缩骨折患者的腰椎磁共振检查资料共70例，其中35例为骨质疏松所致，男12例，女23例，年龄55～82岁，平均年龄(66.7±13.5)岁；35例为转移瘤所致，其中男15例，女20例；年龄53～81岁，平均年龄(61.2±16.2)岁。所有转移瘤患者均有原发肿瘤病史，其中肺癌13例、乳腺癌9例、前列腺癌5例、原发性肝癌3例、结直肠癌3例、卵巢癌2例。转移瘤患者中有26例经活检病理证实，9例转移瘤患者均经过6个月以上的影像随访，发现病变范围较前进展或出现新发病变者作为转移瘤最终诊断。35例骨质疏松压缩骨折患者均为55岁以上的老年人，都行双能X线骨密度仪(DXA)检查且诊断为骨质疏松；同时受试者在出现胸背部疼痛1周内行MRI检查，并且检查前经询问病史均告知有外伤史。另外，所有患者检查前均排除椎体各种侵入性治疗，如椎体成形术、骨髓穿刺及肿瘤放化疗等。本研究经本院伦理委员会批准。

1.2 MR检查方法

采用GE公司3.0 T Silent 750 W及PA线圈，患者取仰卧位，扫描序列包括常规矢状位T2WI压脂、T1WI和横轴位T2WI及矢状位IDEAL-IQ序列。IDEAL-IQ序列扫描参数：TR=8．5 ms，TE=Min full，NEX=3，FOV=36 cm×36 cm，层厚=5 mm，Phase=192，间距=0.5 mm，反转角=4°，扫描时间108 s。扫描后系统自动生成6组图像，脂肪分数图、R2*弛豫率图、脂像、水像、同/反相位图像。由两名有经验的放射科医师独立观察测定骨质疏松和转移瘤所致椎体压缩骨折病变区的T1WI及T2WI压脂信号强度，并应用GE AW4.6工作站通过IDEAL-IQ序列对椎体病变区及正常对照椎体的骨髓脂肪含量FF值及R2*值进行定量测定，FF值即脂肪分数值，R2*值即横向弛豫率。测量时对照常规序列图像选择椎体病变部位的最大矢状面，手动勾画感兴趣区(region of interest，ROI)，最大范围包括整个椎体松质骨部分的病变区，尽量避开骨皮质、终板及椎间盘。为了保证结果测量的准确性，入组病例所有病变区ROI勾画的最小范围均>20个像素单位值。取重复测量3次平均值作为最终结果；并对同一患者椎体病变区骨髓脂肪含量FF值与该患者正常邻近椎体骨髓脂肪含量FF值相比计算其骨髓脂肪含量FF比值，以校准个体因素骨髓脂肪含量变化对统计结果的影响(见图1)。

图1 A～D：53岁女性腰椎转移瘤压缩骨折，依次为T2WI压脂、T1WI、FF图及R2*图；E～H：65岁女性骨质疏松压缩骨折，依次为T2WI压脂、T1WI、FF图及R2*图Fig.1 A-D: Vertebral compression fractures caused by lumbar metastasis of a 53-year-old female, T2WI fat sat, T1WI, Fat fraction map and R2* map; E-H: Vertebral compression fractures caused by lumbar osteoporosis of a 65-year-old female, T2WI fat sat, T1WI, Fat fraction map and R2* map.

1.3 统计学分析

2 结果

两名观察者所测得的骨质疏松与转移瘤所致椎体压缩骨折椎体病变区FF值、FF比值及R2*值的ICC值分别为0.96、0.93、0.84，说明两名观察者结果具有很好的一致性，然后取两人测得结果的平均值作为最终结果。

骨质疏松与转移瘤所致椎体压缩骨折椎体病变区骨髓脂肪含量FF值分别为(15.759±5.937)%、(4.831±2.430)%；正常对照椎体骨髓的脂肪含量FF值为(50.343±11.741)%；骨质疏松及转移瘤所致压缩骨折椎体病变区骨髓脂肪含量FF值均较正常对照椎体减低，两者之间差异有统计学意义(P<0.05)。转移瘤所致压缩骨折椎体病变区骨髓脂肪含量FF值较骨质疏松组减低，两者之间差异有统计学意义(P<0.05)(表1)。正常对照椎体骨髓的R2*值为(127.900±40.085)Hz；骨质疏松与转移瘤所致椎体压缩骨折椎体病变区R2*值分别为(94.260±31.545)Hz、(73.245±41.285)Hz，两者之间差异有统计学意义(P<0.05)。骨质疏松与转移瘤所致椎体压缩骨折椎体病变区骨髓脂肪含量FF比值分别为(0.298±0.117)、(0.108±0.051)，两者之间差异有统计学意义(P<0.05)(表1)。经ROC曲线分析，FF值对上述两种压缩骨折病因鉴别诊断的临界值为10.58%；FF值、R2*值、FF比值鉴别骨质疏松所致椎体压缩骨折及转移瘤所致椎体压缩骨折的AUC值分别为0.967、0.715、0.921(表2)；ROC曲线分析了FF值、R2*值、FF比值对诊断的特异性及敏感性；散点图直观地反映了正常对照椎体、转移瘤及骨质疏松所致压缩骨折椎体病变区骨髓脂肪含量FF值的分布情况(图2)。

图2 A：骨质疏松、转移瘤及正常椎体骨髓脂肪含量FF值分布散点图；B：FF值、R2*值及FF比值鉴别骨质疏松及转移瘤所致椎体压缩骨折ROC曲线的特异性及敏感性Fig.2 A: Scatter diagram of fat fraction content in bone marrow of osteoporosis, tumor metastasis and normal vertebral body; B: FF, R2* value and FF ratio to identify the specificity and sensitivity of ROC curve of vertebral compression fracture caused by osteoporosis and tumor metastasis.

表1 骨质疏松组及转移瘤组压缩骨折各参数值间的统计学比较Table 1 Statistical comparison of parameters of compression fractures between the osteoporosis group and the metastatic tumor group

表2 ROC曲线分析判断各参数值诊断效能的统计学结果Table 2 Statistical results of diagnostic efficacy of each parameter value determined by ROC

3 讨论

骨质疏松和转移瘤所致椎体压缩骨折在病变椎体数目、形态、信号及椎体周围软组织肿块等MR征象上存在一定的差别，但是影像学上对于骨质疏松及转移瘤所致椎体压缩骨折的病因做明确诊断仍是难点[3]。骨质疏松所致急性压缩骨折引起的骨髓水肿、出血与转移瘤中骨髓被肿瘤细胞浸润置换在T1WI上通常表现为低信号、T2WI压脂序列表现为高信号。Kim等[4]在应用T1WI信号强度鉴别骨质疏松急性压缩骨折与转移瘤压缩骨折的研究中，对两种病因所致压缩骨折的信号强度改变分析差异无统计学意义。

本研究发现转移瘤组所致压椎体缩骨折的FF值及FF比值均较骨质疏松组减低，通过ROC曲线显示两参数在鉴别两种病因的压缩骨折时AUC值及敏感性、特异性均较高，与Kim等[4]及Schmeel等[5]基于mDXION-Quant技术在椎体脂肪分数测定在良恶性病变鉴别中的一致性较好。本研究与上述两研究结果的一致性也说明同样基于Dixon原理的GE公司的IDEAL-IQ与Phillips 公司的mDIXON-Quant两种脂肪定量技术测定结果在不同厂家设备中应用的一致性较好。

骨质疏松和转移瘤所致椎体压缩骨折的不同组织病理学基础决定了两者间的骨髓脂肪含量不一致[6-7]。转移瘤作为椎体的一种外侵组织置换了正常的骨髓成分，其肿瘤组织通常表现为富水且乏脂肪；同时转移瘤的发生是一个相对缓慢的过程，各种肿瘤因子也会激活骨髓微环境的调节，导致脂肪细胞及成骨细胞转化的减低。骨质疏松时，由于成骨细胞的功能减退，骨形成明显减少并有脂肪组织填充[8-9]。在轻微外力作用下发生椎体压缩骨折和骨髓水肿，骨折早期椎体内部主要表现为压缩骨折所致的骨髓水肿及少量出血。因此，椎体压缩骨折区FF值较正常对照椎体FF值降低。同时，与转移瘤的椎体相比骨质疏松压缩骨折椎体的骨髓脂肪含量及水含量均不同程度的增加。IDEAL-IQ技术通过测定上述多种原因导致的骨髓中脂肪与水的动态变化，并通过公式：脂像/(水像+脂像)计算获得脂肪分数值(FF值)[10]；以此证实了转移瘤较骨质疏松所致压缩骨折椎体骨髓脂肪含量FF值减低更明显。本研究中经ROC曲线分析得到的两种压缩骨折病因鉴别诊断的椎体骨髓脂肪含量FF值的临界值为10.58%。

IDEAL-IQ是在IDEAL技术上改进的MR脂肪定量技术，其能提供精确的脂肪定量结果，测量结果与活检结果及MRS 检测结果一致性好。IDEAL-IQ单次扫描可以获得6组图像，且解决了T2*衰减、脂肪多谱峰分布、涡流和噪声偏差等诸多因素对FF值测量准确性的影响[11-12]。IDEAL-IQ技术较以往的骨密度、能谱CT及MRS等脂肪定量技术相比，操作简单、可重复性好且无辐射，通过一次扫描获得6组对比图像，在脂肪分数图及R2*弛豫率图上放置ROI可以直接测得骨髓脂肪含量FF值及R2*值而无需进一步计算。因此，该技术在常规的临床中应用可行性好。

本研究存在以下不足：首先，没有分析年龄、性别等因素导致的椎体骨髓脂肪含量变化对结果的影响。张勇等[13]的研究显示腰椎椎体的骨髓脂肪含量与年龄呈正相关，且50岁以后女性椎体骨髓含量高于男性。本研究由于病例数相对较少，没有对不同年龄段及不同性别患者进行分组比较。但是本研究所有研究对象均为53岁以上的老年人，且骨质疏松组与转移瘤组患者年龄分布差异无统计学意义。其次，本研究没有对不同起源的转移瘤进行分组分析，因为原发肿瘤不同所导致的椎体转移瘤的生物学行为不同，按原发肿瘤进行分组比较也是课题进一步研究的方向。最后，研究中只对骨质疏松与转移瘤所致椎体部位的压缩骨折进行了分析，鉴于转移瘤的好发部位常以椎弓根为主，这也是本研究的不足之处。

总之，磁共振IDEAL-IQ椎体骨髓脂肪含量的测定对骨质疏松与转移瘤所致椎压缩骨折有重要的鉴别诊断价值，FF值及FF比值定量参数测定可以作为磁共振定性诊断椎体压缩骨折病因的一种有效方法。