腰椎MR弥散成像与定量CT（QCT）骨密度测量体模软件检测方法骨密度测量的 相关性研究

【摘要】目的探讨腰椎椎体表观弥散系数（apparent diffusion coefficient, ADC )值与定量CT( quantitative compu­ted tomography ,QCT)所测骨密度（bone mineral density ,BMD)的相关性_d方法对121例膜腿痛患者进行腰2 ~4椎体 QCT检查，并根据骨密度分为骨密度正常组、骨密度减少组及骨质疏松组。再对患者进行腰椎MR检查，先行常规矢 状面T2WI、T1 WI和横轴面T2WI扫描；弥散加权成像（diffusion weighted imaging,DWI)采用自旋回波单次激发回波平 面成像序列（b值为0和600 s/mm²)，行椎体矢状位DWI扫描，在ADC图上测量腰2~4椎体ADC值。最后分析 ADC值与骨密度的相关性。结果男性各组间ADC值差异无统计学意义（P >0.05);女性骨密度正常组ADC(0.45 ±0.13) x 10—³mm²/s，与骨量减少组（0.302 ± 0.0677) xl(T³imn²/s 及骨质疏松组（0.2869 ±0.0475) xl(T³mm²/s 比较，差异有统计学意义（P <〇.〇5)。Spearman相关分析发现，男性BMD与ADC值无相关性，女性BMD与ADC值 呈正相关（r =0.545,<0.01)。结论DWI可从骨髄分子运动水平研究骨质疏松的病理生理变化,对骨质疏松进 行无创性定量评估。

随着社会老龄化的加速到来，骨质疏松越来越受 到关注，据统计，骨质疏松在我国60岁以上人群中发 病率为56%，其中女性发病率高达60% ~70%。骨质 疏松导致的骨折严重影响老年人生活质量，并给社会 带来一系列经济负担，已经成为一个重要的公共健康 问题。目前骨密度（bone mineral density,BMD)测量仍

是评价骨质疏松的最敏感和最特异的方法，定量CT (quantitative computed tomography,QCT)作为一•种对骨 密度的容积测量，较双能X线（dual energy X-ray ab­sorptiometry,DXA) 具有更髙的准确性^[1] 。但是骨强度 并不仅仅由BMD影响，还受骨质量的影响，骨质量是 除骨密度外构成骨强度的重要因素。磁共振弥散加权 成像（diffusion weighted imaging，DWI)能够无创性评价 骨质疏松的骨髓病理生理变化^[2]，来反映骨质量的改 变。以往对DWI与BMD关系的研究多限于绝经后女 性，且对DWI的定量指标与骨密度相关性的结果仍存 在广泛的争议^[3<。本研究采用3. 0T高场强MR研究不同性别腰椎椎体DWI定量指标与QCT所测骨密 度的相关性。

1资料与方法

I.   —般资料2012年11月至2013年5月于河北

医科大学第三医院脊柱外科门诊因腰腿痛行腰椎MR 检查的121例患者，均签署知情同意志愿书。121例 患者QCT和MR检查，年龄20 ~ 90岁；其中男49例， 年龄20 ~82岁，平均(52 ±17)岁；女72例，年龄21 ~ 90岁，平均（55±16)岁。根据〇(：1'检查结果的8皿0 值，将男性患者分为正常组22例，平均（45 ±17)岁， 骨量减少组17例，平均(53 ± 13)岁，和骨质疏松组10 例，平均(69 ± 7)岁；女性患者划分为3组，正常组26 例，平均（40 ±13)岁，骨量减少组21例，平均（62 ± 10)岁和骨质疏松组25例，平均(65 ±9)岁。

1.2入选标准（1)无内分泌及代谢性疾病；（2)未 服用激素等影响骨代谢的药物；（3)无肿瘤及放疗、化 疗、手术史；（4) MR检查椎体无形态及信号异常。

1.3实验设备及方法（l)QCT BMD测量:采用德 国Siemens公司Sensation 16层螺旋CT及美国Image analysis公司提供的5柱形标准体模和QCT 5000分析 软件;测量部位腰2 ~4椎体,结果以mg/crn³表示;骨 质疏松采用国际临床骨密度协会（ISCD) 2007年推荐 的诊断标准^[6]，骨量减低BMD阈值为120 mg/cm³ (相 当于DXA T值=-1.0SD ),骨质疏松BMD阈值为 80mg/_cm³(相当于 DXAT 值=-2_5SD)。（2)腰椎 MR采用德国Siemens公司3. 0T Verio磁共振机。常 规腰椎扫描采用矢状位T1WI (TR/TE=624/11 ms)、 T2WI(TR/TE =3 500/88 ms)和矢状位 T2WI(TR/TE =3 800/105 _ms)，用于排除椎体病变。椎体DWI扫描 采用自旋回波单次激发回波平面成像序列（spin -

echo single-shot echo-planar imaging sequence )，矢状 位，TR/TE= 5500/100 ms,层厚 5 mm,视野 28 mm,矩 阵128 x 256,平均次数（NEX) 2次，b值为0, 600 s/mm²,在自动生成的ADC图上测量腰2 ~4椎体 ADC值，每个椎体测量3次取平均值。见图1。

上测量ADC值

1.4统计学分析应用SPSS 13.0统计软件，分别比 较不同性别3组不同骨密度的DWI测量值差异，并对 椎体DWI测量值与QCT测量的骨密度值进行相关性 分析。正态性方差齐计量资料的均数比较采用t检 验、单因素方差（AN0VA)分析;非正态或方差不齐计 量资料采用非参数秩和检验（Wilcoxon rank sum test 法），相关分析采用Pearson或Spearman法，P <0• 05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1男性组DWI及QCT测量指标男性不同骨密 度组ADC值差异无统计学意义（P > 0• 05)，ADC值 无随骨量改变的趋势。Pearson相关分析,ADC值与 BMD无相关性（P >0.05)。见表1。

表1男性组DWI及QCT测量指标

组别	DWI	QCT
	ADC (mm2/s, x 10 - 3)	BMD(mg/cm3)
正常组（„ =22)	0.31 ±0.09	154 ±25
减少组（n =17)	0. 29 ±0.06	105 ±11
骨质疏松组（n =10)	0.30 ±0.09	66 ±10

2.2女性组DWI及QCT测量指标女性DWI指标 的变化状况及与QCT测量的BMD的相关性：随着骨 量减少，ADC值降低。ADC值组间比较，协方差分析 调整年龄因素后,骨密度正常组与骨量减少组有统计 学差异（p =0.001, P <〇.〇5);骨密度正常组与骨质 疏松组差异有统计学意义（Z⁵ =0.000, p <〇.〇5);骨 量减少组与骨质疏松组差异无统计学意义=

2.   440, P >0.05)。见表2。

表2女性组DWI及QCT测量指标

组别	DWI	QCT
	ADC(mm2/s,x 10-3)	BMD(mg/cm3)
正常组（/I =26)	0.45 ±0. 13	164 ±26
减少组（n =21)	0.30 ±0.07	99 ±12
骨质疏松组=25)	0.29 ±0.05	59 ±20

2.3 Spearman相关分析腰2 ~4椎体ADC值与 BMD 呈正相关（r =0.545, P =0_000, P <0.05)。 见图2、3。

3讨论

II.  DWI用于骨质疏松症能反映骨组织内水分子的 弥散运动情况，椎体骨髓脂肪的改变会导致相应细胞 外间隙的改变，进而改变水分子的弥散状况。因此椎 体的DWI这种MR功能性成像技术，可从分子微观弥 散运动的角度来反映骨髓的变化状况，为骨质疏松的 研究提供了一个新的视角。ADC值能定量反映组织 内单纯水分子随机扩散的程度,ADC值越大,表示水 分子的弥散运动越快，单位时间扩散的距离越大^[7’^8]。 本研究用3. 0T MR行椎体DWI扫描，其梯度场强切 换率为45 mT/rns，比1 • 5T MR扫描速度快，信噪比和.

3.   -

500.00- 400.0()-

0.00-

脅密度正常骨密度减少骨质疏松

骨密度分组

男女椎体不同背密度組的ADC值

骨密度茁常骨擻减少       骨质疏松

男性骨密度分组

骨密度H常骨设减少      骨质疏松

女性背密度分组

b

C

图2

图3 72例女性患者腰2〜4椎体的ADC值（横坐标，mm²/_S，x 10 _³)

与QCT所测BMD(纵坐标，mg/cm³)相关性散点图（r = 0.545)

空间分辨率高，运动伪影明显减少。

本研究结果表明在女性中，ADC值与BMD呈线 性正相关，即随骨密度降低，ADC值也下降。ADC的 降低是由于骨质疏松时，增加的骨髓脂肪填充了扩大 的骨小梁间隙^[7’^9]。骨髓灌注降低也可能是ADC降低 的一个原因^[5’^7]。另一个解释是红骨髓比黄骨髓有更 多的细胞内水和邻近的自由水^[3]，黄骨髓增加，水分 子弥散受限，从而导致ADC值降低。Hatipoglu等^[3] 对51例受试者做腰1 ~4椎体DWI扫描，按DXA所 测骨密度分组，结果显示ADC值随BMD降低。有报 导对1组绝经后女性腰3椎体的DWI及DXA研究也 显示不同骨密度组ADC值存在差异，ADC与BMD呈 正相关^[1°]。Yeung等⑷对40例绝经后女性和20例 年轻女性对照组做椎体ADC值测量，对照组、试验组 BMD正常组及试验组BMD降低组，ADC值依次降低， 本研究的结果与以上结果均呈一致趋势。但Yeung 等^[4]的研究显示其试验组不同骨量组别间ADC值无 明显差异，而只在年轻对照组和试验组BMD正常组及 试验组BMD降低组之间存在差异，这与该文采用 DXA测量值对于骨质疏松分类有关，由于DXA难以 避免椎体增生、腹主动脉钙化所造成的影响，使得评价 存在不准确性，而且其年轻对照组也未行骨密度测量 而主观认为其应该骨量正常，这也会对比较结果造成

不同骨密度ADC值

一定影响。Griffith等^[5]对103名绝经后老年女性的 研究指出椎体的ADC值在骨质疏松组、骨量减少组和 正常组间无明显差异，ADC值与BMD无相关,但显示 ADC与骨髓脂肪含量呈弱的负相关，表明随骨髓脂肪 的增加，分子弥散降低。另外该研究的DWI扫描仅限 于腰3椎体，而BMD测量的是腰1 ~4椎体的均值，可 能会对结果产生一定影响。

本研究结果显示男性的ADC值在各组间无明显 差异，与骨密度无相关性。本研究还发现在骨密度正 常组中，男性ADC值低于女性。以往的研究已证实， 男女两性的骨髓脂肪含量不同，男性椎体有更多的骨 髓脂肪^[11]，因此弥散受限，ADC值较女性低。一项对 椎体进行动态增强的骨髓灌注研究也显示，椎体的骨 髓灌注和脂肪沉积的确存在男女性别的差异^[12]，本研 究结果表明正常骨密度组男性的ADC值低于女性，也 间接证实在相同骨密度下，男性椎体的脂肪含量多于 女性。也有研究认为绝经后女性较相应年龄的男性有 较多的椎体内脂肪^[5’^13]，以往研究均为同年龄组不同 性别的差异，但对于相同骨密度组不同性别的差异还 未有相关文献报导。本研究的其他2组男女两性之间 并无差异,可能与男女性别组骨量减少的程度不均衡 及男性骨质疏松组人数较少有关。本研究结果显示女 性的ADC与QCT测得的骨密度呈正相关，而男性无 相关，这可能与研究对象年龄与骨质疏松诊断标准中 的年龄不完全符合有关(骨质疏松诊断标准仅用于围 绝经期及绝经后女性及50岁以上男性），另外对于男 性骨质疏松的诊断一直参照女性标准，男女两性间的 差异还有待进一步研究。

综上所述,DWI可基于常规腰椎磁共振成像基础 上对骨质疏松进行无创性定量评估，为骨质疏松的研 究开拓了一个新的领域,提供了一个从骨髓分子运动 水平研究其病理生理变化的平台。

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