T2-mapping评估成人腰椎骨髓含水量与年龄、性别的相关性

向春林， 刘琴， 黄文华， 胡军武

随着MRI技术的发展，基于组织T2驰豫时间的量化分析技术-T2-mapping技术，其运用越来越广泛。目前T2-mapping技术可用于关节软骨成分的评价[1,2]、椎间盘退变过程定量测量[3,4]及心肌功能性评价[5,6]。虽然T2-mapping技术应用广泛，但较少有T2-mapping技术运用于腰椎骨髓的研究报道。本研究运用T2-mapping技术测量成人腰椎T2值，量化分析腰椎骨髓含水量，探讨成人腰椎骨髓含水量与年龄、性别的相关性，旨在为骨髓量化评估方法及腰椎骨髓含水量变化规律的研究提供参考依据。

材料与方法

1.病例资料

搜集2016年5月-2017年10月间行T2-mapping检查的健康志愿者78例，其中男36例，女42例，年龄22～68岁，平均年龄(39.35±12.49)岁。志愿者按性别和年龄分为8组，分别为男20～29岁组、男30～39岁组、男40～49岁组、男≥50岁组、女20～29岁组、女30～39岁组、女40～49岁组、女≥50岁组，年龄和性别分布见表1。志愿者纳入标准：无明显腰部疼痛症状,无血液系统疾病，无腰椎外伤及手术史，无代谢性骨病，无腰椎肿瘤史，女性无节育环，未接受过放化疗。检查前志愿者均签署知情同意书。

表1 志愿者年龄和性别分布

2.检查方法

采用GE Discovery MR750 3.0T扫描仪，CTL线圈对志愿者腰椎行8回波SE序列矢状面T2-mapping扫描，志愿者取仰卧位、头先进，嘱检查时制动。扫描参数：TR 1500 ms，TE 7.1、14.1、21.2、28.2、35.3、42.3、49.4、56.4 ms，激励次数1，视野32 cm×32 cm，层厚4.0 cm，层间距0.5 cm，矩阵256×160，扫描时间486 s，范围包括整个L1-L5椎体，扫描时采用化学位移选择饱和法行脂肪抑制，椎体前加预饱和带。

3.数据处理

将扫描所得T2-mapping原始数据传到GE 360AW后处理工作站，利用Function tool 软件生成T2-mapping原始图及伪彩图。于正中矢状面原始图像上分别勾画L1-L5椎体感兴趣区(region of interest,ROI)，ROI尽可能包括整个椎体骨部分，避开骨皮质、终板及椎间盘，并详细记录每例志愿者L1-L5椎体伪彩图上生成的T2值(图1、2)。

4.统计学分析

结 果

36例男性志愿者的平均腰椎T2值为(41.91±5.00) ms，42例女性志愿者的平均腰椎T2值为(55.74±9.423) ms，差异有统计学意义(t=-18.444,P=0.000) 。

1.相同年龄段男性与女性间的腰椎T2值比较

相同年龄段男性与女性之间的腰椎T2值比较采用独立样本t检验，结果显示所有相同年龄段中，男性与女性的腰椎T2值差异均有统计学意义(P值均<0.05)，女性均高于男性(表2) 。

表2 男性与女性各年龄段间的腰椎T2值比较

2.相同性别、不同年龄段间的腰椎T2值比较

在男性组中，单因素方差分析结果显示不同年龄段间腰椎T2值差异有统计学意义(P=0.001)，方差齐性检验显示方差齐(P=0.157)，采用LSD法行组间多重比较；结果显示20～29岁与30～39岁、40～49岁、≥50岁年龄段之间的腰椎T2值差异均有统计学意义(P值均<0.05)，20～29岁的腰椎T2值均显著高于其它年龄段；30～39岁、40～49岁、≥50岁年龄段之间的腰椎T2值差异均无统计学意义(P值均>0.05，表3)。

表3 各年龄段腰椎T2值多重比较结果

在女性组中，单因素方差分析结果显示不同年龄段间腰椎T2值差异有统计学意义(P=0.000)，方差齐性检验显示方差不齐(P=0.000)，且最大方差与最小方差之比小于3，采用Tamhane's T2法行组间多重比较；结果显示≥50岁与20～29岁、30～39岁、40～49岁年龄段之间的腰椎T2值差异均有统计学意义(P值均<0.05)，≥50岁的腰椎T2值均显著低于其它年龄段；20～29岁、30～39岁、40～49岁年龄段之间的腰椎T2值差异均无统计学意义(P值均>0.05,表3)。

图1 后处理工作站原始图上勾画ROI区域(尽可能包括整个椎体骨部分，避开骨皮质、终板及椎间盘)。图2 44岁，男性志愿者伪彩图上生成的L1-L5椎体ROI的T2值。

讨 论

人体骨髓分为红骨髓(造血骨髓)和黄骨髓(脂肪骨髓)，红骨髓由水(40%)、脂肪(40%)和蛋白质(20%)组成，黄骨髓由水(15%)、脂肪(80%)和蛋白质(5%)组成[7]。人从出生后不久，随着年龄增长，红骨髓逐渐被黄骨髓替代，至成人时红骨髓主要存在于中轴骨和四肢骨的近端[8]，即存在红骨髓向黄骨髓的生理转换过程。骨髓转换过程中，骨髓内的水、脂肪、蛋白质等化学成分含量不断变化。当人体发生大量失血、血液系统疾病时，椎体黄骨髓还可转化为红骨髓，恢复其造血功能。人体椎体骨髓的生理学、病理性改变都与骨髓内水、脂肪含量密切相关。对腰椎骨髓的水和脂肪进行定量分析,可进一步了解骨髓转换规律，为腰椎椎体的生理学、病理性研究提供参考依据。

T2-mapping是一种可以用于定量测定组织弛豫时间(即T2值)的多回波脉冲序列，采用固定的TR时间和不同的TE时间，获得多组相同TR、不同TE的图像，测量不同回波时间信号强度，再经后处理计算得出组织T2值。T2-mapping技术反映组织基质结构和含水量，能检测组织内水分子的微小变化，可用于组织含水量的定量测量[9,10]。以往运用T2-mapping技术对骨髓的相关研究表明，T2-mapping技术可通过对骨髓的含水量测量来监测骨髓的早期病理性改变[11,12]，本研究结果表明运用T2-mapping技术通过T2值的测量来分析腰椎骨髓含水量是可行的。考虑到腰椎骨髓随年龄变化主要表现为水分减少和脂肪沉积，有文献报道腰椎骨髓脂肪含量随年龄的增大而增高[13]，本研究为了排除脂肪对测量结果的影响，在T2-mapping序列扫描时加入脂肪抑制技术，能够更加准确地反映腰椎骨髓转换过程中骨髓含水量的变化。

本研究结果表明男性与女性腰椎骨髓含水量随年龄变化规律不同，且女性腰椎骨髓含水量高于男性。男性30岁以上各年龄段的腰椎T2值差异均无统计学意义，说明男性30岁以后腰椎骨髓含水量相对稳定，腰椎骨髓转换速度较慢；女性20～49岁间各年龄段的腰椎T2值差异均无统计学意义，≥50岁年龄段的腰椎T2值均明显低于其它年龄段，说明女性20～49岁时骨髓含水量相对稳定，50岁以后腰椎骨髓含水量显著减少，腰椎骨髓转换速度较快。这是由于人出生后不久就存在红骨髓向黄骨髓的生理转换，至成人时红骨髓主要位于中轴骨、胸骨、股骨和肱骨近端，在成人型骨髓期其转换速度会变慢。本研究结果显示男性在30岁前后，女性在50岁前后骨髓含水量变化明显，与Ishijima等[14]的研究结果相似，该研究结果显示男性到25岁时，骨髓分布呈成人型，其后骨髓转换减慢，含水量保持相对稳定；女性在5～44岁时腰椎骨髓含水量相对稳定，45岁以后腰椎骨髓转换加快，含水量开始明显减少。男性与女性的骨髓转换在年龄、性别上的差异，可能与女性月经现象和雌激素有关，在成人早期女性比男性拥有更多的造血组织[15,16]。成人早期女性骨髓转换速度较慢，一旦女性出现绝经现象，其骨髓的转换速度会加快，骨髓含水量开始明显减少。也有研究表明在股骨近端、骨盆等部位中男性与女性的骨髓转换存在年龄、性别上的差异[15,17]。所以在有关腰椎骨髓含水量的临床诊断及治疗过程中，需要考虑年龄和性别的差异。

以往对腰椎骨髓随年龄转换规律的研究方法中，磁共振波谱成像(magnetic resonance spectroscopy,MRS)、水脂分离技术(Dixon)、水脂分离-智能定量技术(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation quantitation sequence，IDEAL-IQ)都是通过对骨髓脂肪含量进行分析[18,19]，鲜有关于骨髓含水量的研究报道。本研究运用T2-mapping技术测量腰椎骨髓随年龄转换规律中含水量的变化。传统MRS技术扫描时间较长，谱线分析方法复杂，受较多因素影响，不能同时进行多个椎体的扫描。Dixon技术在磁场不均情况下容易发生相位编码错误，无法进行有效的水脂分离。T2-mapping技术序列简单，无需进行复杂的参数调整，能同时进行多椎体的扫描，可作为腰椎骨髓成像的重要检查方法。对腰椎骨髓含水量随年龄变化的规律，也曾有文献运用表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)值间接做过评估[20]，但由于ADC值会受到脂肪细胞堆积的影响，采用ADC值间接反映骨髓含水量时仍然无法排除脂肪的影响。运用T2-mapping技术测量腰椎T2值，在排除脂肪的影响后能更准确地定量评估腰椎骨髓含水量。本研究进一步证实了T2-mapping技术在骨髓定量评估中的可行性，尤其是腰椎骨髓；对腰椎骨髓随年龄转换过程中含水量的变化进行了探讨，并且为腰椎骨髓含水量随年龄变化规律以及不同性别间的差异提供了一定的参考依据。在后续研究中，我们将进一步探讨T2-mapping技术在腰椎骨髓病理改变方面的应用价值。

本研究的局限性在于无法取得椎体骨髓含水量的组织学信息，仅与既往文献作比较；其次，本研究样本量较少，未对50岁以上年龄做进一步细化分组，Ishijima等[14]的研究结果表明55～64岁男、女性腰椎含水量无明显差异。

综上所述，T2-mapping技术可定量分析腰椎骨髓T2值，是评价腰椎骨髓含水量的重要方法，男性与女性腰椎骨髓含水量随年龄变化规律不同，女性腰椎骨髓含水量高于男性。