宋宇 宋清偉*

骨髓是人體內(nèi)重要的造血和免疫器官，主要由黃骨髓和紅骨髓組成，紅骨髓由約40%脂肪、40%水和20%蛋白質組成，而黃骨髓則由約80%脂肪、15%水和5%蛋白質組成[1-2]。在發(fā)育過程中，隨著年齡的增長，有造血功能的紅骨髓逐漸向無造血功能的黃骨髓轉換，因此骨髓內(nèi)脂肪含量會隨年齡增長而增多[3]。近年有研究[4-9]表明，在骨質疏松、衰老、乙醇中毒、骨髓瘤、脊髓損傷和腫瘤骨轉移等諸多疾病狀態(tài)下均可觀察到椎體骨髓脂肪組織含量不同程度的增多。其中，骨質疏松病人因椎體骨髓脂肪含量發(fā)生顯著變化而將脂肪分數(shù)作為骨質疏松的生物標志物[10-11]。因此，精準定量和評估骨髓脂肪含量可為臨床診療提供有價值的診斷信息。由于活體組織病理檢查和定量CT 均為有創(chuàng)的檢查方法，超聲定量檢查因受操作者主觀影響較大致使測量結果缺乏可靠性，因此限制了其在臨床的廣泛應用。MR 成像憑借高分辨力、多平面成像、無輻射損傷等優(yōu)點在對骨髓脂肪含量的定量評估上起著重要的作用。本文對擴散加權成像（DWI）、磁共振波譜成像（MRS）、化學位移成像（chemical shift imaging，CSI）以及MR 水脂分離技術即多回波Dixon 技術（包括IDEAL-IQ 和 3D mDixon Quant） 等 MR 脂肪定量技術在腰椎椎體骨髓脂肪含量定量評估方面的研究進展予以綜述。

1 DWI

DWI 是一種在活體狀態(tài)下探測水分子擴散運動的功能MRI 技術，可從分子水平對骨髓組織的病理生理改變進行評價，從而間接反映骨質量的變化[12-13]。同時，可利用表觀擴散系數(shù)（ADC）值進行定量分析和評價，已應用于全身性骨病的檢測和分期診斷。目前，DWI 是唯一能夠在活體狀態(tài)下無創(chuàng)、無需外源性對比劑來測量和監(jiān)測體內(nèi)水分子擴散的方法。

DWI 是探測骨質疏松發(fā)生發(fā)展過程中組織微觀結構變化的有效方法，可通過定量指標ADC 值來鑒別椎體壓縮性骨折的良、惡性，并且其特異性和敏感性較高[14]。Luo 等[15]研究表明利用ADC 值可以有效區(qū)分良惡性椎體骨折，因為良性和惡性椎體壓縮性骨折ADC 值的差異在低b 值時更加明顯，因此采用低b 值（<500 s/mm2）掃描的 DWI 在鑒別椎體壓縮性骨折良惡性時準確度更高。同時，由于骨質疏松在病理上的改變?yōu)楣撬柚镜脑黾樱炯毎畛涔切×洪g隙后導致相應細胞外間隙減少，水分子擴散受限，DWI 可通過評估骨髓內(nèi)水分子擴散的改變來反映骨髓質量的改變[16]。但是，該技術尚存在一定的局限性，在DWI 過程中骨髓脂肪含量的改變會伴隨相應細胞外間隙的改變，水分子的擴散受到影響，ADC 值可定量測量組織內(nèi)水分子的隨機擴散運動狀況，但其測量結果易受b 值的影響。b 值較小時，DWI 同時受擴散和局部組織微循環(huán)血流灌注的影響；而高b 值時則受血流灌注影響較小，但空間分辨力和信噪比較低[17]。此外，由于不同組織的磁化率不同，如骨骼和軟組織等交界區(qū)的磁化率相差較大時，會造成局部組織磁場的不均勻，磁敏感偽影嚴重，影像質量降低。

2 MRS

目前，MRS 作為無創(chuàng)性成像技術已廣泛用于盆腔、脊柱和髖部等部位的骨髓脂肪定量研究，曾經(jīng)被認為是骨髓脂肪定量的磁共振成像的金標準[18]。在采集方面，大多采用單體素點分辨波譜（point resolved spectroscopy，PRESS）或激勵回波采集法（stimulated-echo method，STEAM）MRS 脈沖序列設計。與PRESS 相比，STEAM 在脂肪定量方面具有明顯優(yōu)勢：①STEAM 對脂肪峰的J 耦合效應的敏感性較低，可減少質子密度脂肪分數(shù)（proton density fat fraction, PDFF）量化的誤差。②骨髓水峰的T2較短，STEAM 允許更短的最小回波時間[19]。Roldan-Valadez 等[20]采用MRS 對44 名不同年齡段的健康志愿者腰椎椎體骨髓脂肪含量進行研究，結果表明腰椎椎體脂肪含量與性別和年齡均相關，且兩者間存在交互作用。MRS 可作為臨床上骨髓脂肪定量的有效方法。

此外，由于骨骼和骨髓之間的磁化率差異以及峰的光譜疊加而導致譜線加寬，因此MRS 在臨床應用中具有局限性[21]；而且MRS 技術掃描條件較嚴格，過程較繁瑣，掃描時間較長，故該技術尚未在臨床廣泛應用。

3 CSI

CSI 也稱為同相位或反相位成像，可無創(chuàng)地對組織內(nèi)或骨髓結構內(nèi)脂肪成分進行檢測[22]。其原理是水和脂肪在磁場中的共振頻率不同而導致質子相位不一致，在不同的重復時間其相位差不同而形成不同的影像。當水質子和脂肪質子處于同相位時，兩者磁化矢量相加，信號強度增加；當水質子和脂肪質子處于反相位時，兩者磁化矢量相減，信號強度減低[23]。Baum 等[24]對28 名健康受試者進行全脊椎CSI 以評估椎體骨髓脂肪在解剖學上的變化及其測量值的可重復性，結果表明CSI 可以評估整個脊椎椎體的骨髓脂肪，并且具有較好的可重復性。Dieckmeyer 等[25]應用CSI 對接受芳香化酶抑制劑聯(lián)合雙磷酸鹽治療的絕經(jīng)后乳腺癌病人的椎體骨髓脂肪含量進行定量測量，結果表明其脂肪含量值較治療前明顯增加。但是，該方法存在以下問題：由于同反相位回波時間不同導致信號衰減，從而造成脂肪分數(shù)計算出現(xiàn)誤差。同時，該方法僅能探測到酯類物質中三酰甘油的信號，而在所有的酯類物質中三酰甘油所占的比例為75%，因此其他脂類物質未予考慮。此外，當存在鐵沉積和明顯纖維化時，會導致組織的T2*衰減明顯加快，因此測量結果受到影響。

4 Dixon 技術

Dixon 技術是基于水和脂肪分子中氫質子的化學位移效應，可分別得到同相位和反相位影像，進而對水和脂肪組織進行鑒別。但是，傳統(tǒng)的兩點式Dixon 技術在靜磁場不均勻或磁化率較顯著時會產(chǎn)生相位誤差，水脂交換錯誤。為了解決傳統(tǒng)兩點式Dixon 方法的問題，提出了改良的三點式Dixon 水脂分離技術，其在GE 和飛利浦MR 設備中分別被稱為非回波最小二乘估算法迭代水脂分離序列（iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation quantitation sequence, IDEAL-IQ）和 mDixon Quant序列。

4.1 IDEAL-IQ 技術 IDEAL-IQ 技術是一種通過多回波采集來實現(xiàn)對脂肪分數(shù)及鐵含量相關參數(shù)定量測量的方法[26]。其采用三維快速多回波梯度回波成像序列，在一個重復時間中采集6 個梯度回波，并利用小翻轉角減小T1效應，可通過一次掃描同時產(chǎn)生水像、脂像、脂肪分數(shù)圖和R2*弛豫圖像等[27]。同時，圖像重建時IDEAL-IQ 技術采用區(qū)域增長算法，從而克服了傳統(tǒng)水脂分離技術對主磁場均勻度的依賴性，實現(xiàn)精準量化脂肪含量。此外，IDEAL-IQ可結合多種數(shù)學算法對T2*衰減、脂肪的多譜峰分布等進行校正，并采用并行采集技術提高了掃描速度。目前，IDEAL-IQ 脂肪定量技術已廣泛應用于全身各系統(tǒng)相關疾病中，如評估脂肪肝病人脂肪含量的變化及惡性腫瘤放化療后骨盆及椎體骨髓成分組成[28-29]。

Aoki 等[30]采用IDEAL-IQ 技術評估了不同部位骨髓脂肪含量的變化及其與年齡的關系，結果表明腰椎、髂骨等部位的骨髓脂肪含量均與年齡有相關性，并且絕經(jīng)后女性的平均脂肪含量明顯高于絕經(jīng)前女性，但在股骨大轉子處骨髓脂肪含量與年齡無關。Ergen 等[31]利用IDEAL-IQ 對水和脂肪進行T2*迭代分解以評估椎體骨髓脂肪含量，并將其與骨密度水平進行比較，結果表明IDEAL-IQ 可用作無創(chuàng)評估脂肪含量的有效方法，并可通過評估骨髓脂肪含量來檢測椎體骨礦物質的變化，從而反映骨密度水平。Hu 等[32]的研究采用IDEAL-IQ 技術與動態(tài)增強MRI 相結合用于驗證四氧嘧啶誘導的兔糖尿病模型腰椎骨髓微血管通透性和骨髓脂肪組織的關系，結果表明動態(tài)增強MRI 和IDEAL-IQ 可用于定量評估腰椎微血管通透性與脂肪沉積，相關變化與椎體骨髓脂肪沉積的增加密切相關。IDEAL-IQ 技術對脂肪定量的測量，與活體組織病理檢查和MRS序列的測量結果的一致性較高[33-35]，并且IDEAL-IQ具有無創(chuàng)、無電離輻射、操作簡單等優(yōu)勢，因此被認為是一種可靠的、無創(chuàng)性的客觀評價脂肪含量和監(jiān)測治療效果的無創(chuàng)技術。

4.2 3D mDixon Quant 3D mDixon Quant 技術是一種通過一次掃描采集6 個回波，結合7 峰值脂肪模型和T2* 校正得到高質量3D 脂肪分數(shù)圖和T2*mapping 的方法。Zhang 等[36]研究表明3D mDixon Quant 技術測量腰椎和椎旁肌的脂肪含量具有較高的可靠性。展等[37]采用mDixon Quant 技術定量評估骶髂關節(jié)炎骨髓水腫區(qū)和脂肪沉積區(qū)的脂肪含量，結果表明慢性活動組骨髓水腫區(qū)的脂肪分數(shù)高于早期活動組，而非活動組脂肪沉積區(qū)的脂肪分數(shù)高于慢性活動組。Pacicco 等[38]采用3D mDixon Quant技術評估盆腔骨骼肌橫截面積和肌肉脂肪含量與年齡、性別和肥胖的關系，結果發(fā)現(xiàn)臀肌脂肪含量與體質量指數(shù)（BMI）呈正相關，腹直肌脂肪含量與年齡、BMI 呈正相關，而股直肌面積與年齡呈顯著負相關。Zhao 等[39]采用3D mDixon Quant 技術定量腰椎椎體脂肪含量，并分析脂肪含量值與正常骨密度、骨量減少和骨質疏松癥3 組間骨密度的相關性，在控制年齡、性別和BMI 之后，結果發(fā)現(xiàn)脂肪含量與骨密度間存在中等程度的負相關，表明3D mDixon Quant 是一種快速、簡單且無創(chuàng)地評估椎體骨髓脂肪含量的方法，在評估骨密度和骨質疏松癥方面具有較高的預測能力。Guo 等[40]采用定量CT、定量磁化率圖和mDixon Quant 技術研究絕經(jīng)后女性腰椎磁化率和脂肪含量的變化，并探討其在骨質疏松癥評估中的價值，結果表明骨量減少組和骨質疏松癥組磁化率較正常骨密度組顯著升高，磁化率與骨密度呈負相關，而與脂肪含量呈正相關?？梢姡荡呕屎椭竞窟@兩種指標的結合有望成為評估絕經(jīng)后病人骨質疏松癥的生物標志物。由于mDixon Quant 與MRS 序列測量脂肪含量的一致性較高（r=0.960）[41]，因此該方法可作為臨床評估脂肪含量的又一種可靠方法。

5 小結與展望

綜上所述，骨質疏松癥、糖尿病、惡性腫瘤等臨床諸多疾病均可引起骨髓脂肪含量的改變。隨著MR 定量成像技術的發(fā)展與進步，可對此類疾病脂肪含量的變化進行評估和監(jiān)測。目前用于椎體骨髓定量的方法主要包括 DWI、MRS、CSI 和 Dixon 技術，其中基于Dixon 技術的IDEAL-IQ 和3D mDxion Quant 技術是通過多回波采集來實現(xiàn)對脂肪含量的精準定量。因其無創(chuàng)、操作簡單快捷、精準可靠、重復性高等優(yōu)點而被廣泛應用于骨髓脂肪含量的定量評價，不僅可以診斷骨髓病變及其相關疾病，評估骨骼功能狀態(tài)以及研究多種慢性疾病的機制，還可以為相關疾病治療藥物的開發(fā)和療效評估提供客觀和科學的依據(jù)，具有較大的臨床應用價值及科研潛力。