去势兔骨质疏松mr定量和功能成像：与骨密度、组织学对照研究.pdf
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华中科技大学 博士学位论文 去势兔骨质疏松MR定量和功能成像：与骨密度、组织学对照研 究 姓名：杨海涛 申请学位级别：博士 专业：影像医学与核医学 指导教师：王仁法 20090501 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 去势兔骨质疏松去势兔骨质疏松 MR 定量和功能成像：定量和功能成像： 与骨密度、组织学对照研究与骨密度、组织学对照研究 中文摘要中文摘要 第一部分 去势兔骨质疏松模型的建立和第一部分 去势兔骨质疏松模型的建立和MR T2*弛豫时间定量研究弛豫时间定量研究 目的：目的：建立去势兔骨质疏松的模型，探讨骨质疏松后腰椎MR T2*弛豫时间与 BMD、病理组织学的相关性和敏感性 材料与方法：材料与方法： 新西兰大白兔 22 只，随机分为 2 组（OVX组 12 只，对照组 10 只） 双侧卵巢切除术后 3、 5、 7 月分别行MRI和DEXA检测腰椎的有效横向弛豫时间 （T2*） 、 弛豫率（R2*）和BMD，并与病理组织学对照 结果：结果：OVX组兔在术后 7 个月时腰椎BMD与对照组相比明显降低（P0.05） ；术后第 5 月OVX组和对 照组腰椎椎体的T2*和R2*值有显著性差异（P0.05） ；术 44 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 后 7 月 OVX 组的 LWR 和 FC 值较对照组明显增加，有极显著性差异（P 0.001） 。
对 照组自身前后比较 LWR 和 FC 值随着兔龄增加也逐渐增加， 差异有显著性 （P0.05） ； 而 OVX 组兔随着术后观察时间延长腰椎椎体的 LWR 和 FC 值增加的更明显，有极显 著性差异（P0.05） ； 术后第 7 月 OVX 组腰椎的灌注对照组明显下降，Emax 和 ES 值均明显降低，两组间 比较差异有统计学意义（P 0.05） 45 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 表 3-5 两组间术后不同时间段腰椎椎体 Emax 值比较（sx ±）(（％） 术后时间 OVX 组 对照组 t 值 P 值 3 月 60.15±28.12 60.751±8.56 0.87 0.932 5 月 52.01±22.53 58.75±12.57 0.852 0.403 7 月 42.48±17.83 54.63±10.85 2.156 0.042* 注：*表示差异有统计学意义 表 3-6 两组间术后不同时间段腰椎椎体 ES 值比较（sx ±）(（％） 术后时间 OVX 组 对照组 t 值 P 值 3 月 1.02±0.48 1.06±0.25 0.260 0.797 5 月 0.83±0.41 1.01±0.33 1.124 0.273 7 月 0.77±0.27 0.99±0.26 2.136 0.043* 注：*表示差异有统计学意义 4. MRS 脂肪含量脂肪含量 与与 DCE MRI 骨髓灌注、骨髓灌注、BMD 相关性比较相关性比较 OVX组兔腰椎MRS测量的LWR、 FC与DCE MRI 测量的Emax、 ES及腰椎BMD 之间的相关性检验见表 3-7。
LWR 和 FC 均与 Emax、ES 和 BMD 呈显著性负相关， 腰椎脂肪含量增加，椎体骨髓的血液灌注减少，骨密度下降（图 3-12～17） 表 3-7 MRS LWR、FC 与 DCE MRI Emax、ES 及 BMD 相关性 LWR FC r 值 P 值 r 值 P 值 Emax -0.673 0.006* -0.695 0.004* ES -0.743 0.002* -0.716 0.003* BMD -0.816 0.001* -0.802 0.001* 注：*表示差异有统计学意义 46 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 附附 图图 3 4 5 图 3-3～～5：术后 3 月腰椎椎体 MRS, 4.7ppm 处的 Wat 峰为最高峰，其峰值明显高于 1.3ppm 处的 Lip 峰；HE 染色镜下见骨小梁连续，小梁间隔内大量造血细胞即红骨髓， 少许脂肪空泡散在（×100） 6 7 图 3-6～～7：术后 5 月 OVX 组腰椎 MRS, 1.3ppm 处的 Lip 峰明显增高； HE 染色镜下见骨小梁中断，骨髓内见脂肪细胞数量增多，体积增大（×100） 47 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 8 9 10 图 3-8～～10：OVX 术后 7 月兔腰椎 MRS，Lip 峰明显增高为第一高峰，Wat 峰下降， Lip/Wat 倒置；HE 染色镜下见骨小梁稀少，骨髓内大量空泡状脂肪细胞，呈球形，体 积明显增大，数量明显增多，仅见少许造血细胞（×100）。
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 % 对照组LWROVX组LWR对照组FCOVX组FC对照组LWROVX组LWR对照组FCOVX组FC 术后3月术后3月 术后5月术后5月 术后7月术后7月 图 3-11 OVX 组和对照组术后各时间段 LWR 和 FC 的变化（%） 48 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 图 3-12～～17 LWR 、FC 和 Emax、ES 及 BMD 相关性散点图及回归线 Emax 80. 0070. 0060. 0050. 0040. 0030. 0020. 00 LWR 120. 00 100. 00 80. 00 60. 00 R Sq Linear = 0.454 12 Emax 80. 0070. 0060. 0050. 0040. 0030. 0020. 00 FC 55. 00 50. 00 45. 00 40. 00 35. 00 R Sq Linear = 0.483 13 ES 1. 401. 201. 000. 800. 600. 400. 20 LWR 120. 00 100. 00 80. 00 60. 00 R Sq Linear = 0.784 14 ES 1. 401. 201. 000. 800. 600. 400. 20 FC 55. 00 50. 00 45. 00 40. 00 35. 00 R Sq Linear = 0.817 15 BMD 0. 220. 200. 180. 16 LWR 120. 00 100. 00 80. 00 60. 00 R Sq Linear = 0.666 16 BMD 0. 220. 200. 180. 16 FC 55. 00 50. 00 45. 00 40. 00 35. 00 R Sq Linear = 0.644 17 49 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 讨讨 论论 MRS是能够无创性在体研究组织器官代谢、生理生化改变，并对相关化合物进行 定量分析的磁共振技术。
目前最常用的是1H MRS，在中枢神经系统研究最为深入， 近来不断有用于其他器官如肝脏、乳腺和肌肉软组织病变等的报道本研究所采用的 1H MRS与常规用于中枢神经系统的MRS有所不同，常规1H MRS多在扫描时将水信号 抑制掉，因为脑内代谢物的信号强度与组织中的水信号强度差别非常大，约有 10000 倍[6 ～7]，如果不抑水就使得水峰信号非常高，而其他需要观察的化合物如Naa、Cr、 Cho的信号被淹没，因此常规的MRS必须采用水抑制技术；而本研究中我们主要观察 骨髓组织中的水、脂肪变化，并且骨髓中水峰和脂肪峰处在同一数量等级，两者信号 强度相当，不会由于水峰信号过强而淹没脂峰信号，所以采用不抑水扫描MRS采用 PRESS序列，TE设为 30ms，这是因为PRSS序列能形成完全的信号恢复，在特定TE时 间内其敏感性和信噪比均高于STEAM序列线圈采用 8 通道阵列线圈，每个通道采 集一个MRS扫描信息，通过SAGE对每个通道的原始数据重建，使用信噪比最好、基 线最稳的一个通道图像进行水峰、脂峰的测量，提高测量的准确性椎体谱线中的水 分信号主要来源于红骨髓及造血细胞，而脂峰信号主要由黄骨髓即脂肪组织产生。
因 此MRS可以通过测量水峰和脂峰的比例变化来反映骨髓中红黄骨髓的转换以及脂肪 组织含量 大量研究已经证实各种原因（增龄、OP、代谢异常等）引起的骨量减少是和骨髓 组织中的脂肪组织增多相伴而行的，脂肪细胞生成增多是骨质减少的重要并发症[8] 本研究中OVX组兔在术后Lip峰逐渐增高，LWR和FC逐渐增大，至术后 7 月时MRS可 见Lip峰明显增高，与Wat峰峰值相近，甚至Lip峰为第一高峰，Lip峰与Wat峰倒置，差 异有极显著意义（P0.001） 组织学也显示骨小梁破坏中断，小梁间见大量球形脂肪 空泡密集分布，脂肪细胞体积增大，数量明显增多，而红骨髓即造血细胞数量和面积 则明显减少OVX后导致雌激素缺乏，抑制破骨细胞活动，促进成骨产生“高转换” 型骨代谢；同时继发甲状旁腺功能亢进，破坏成骨-破骨偶联机制；雌激素减少后还抑 50 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 制破骨细胞的凋亡,使其寿命延长,最终导致成骨细胞活动下降，破骨细胞活性增加， 骨吸收增加骨小梁破坏减少的同时骨髓脂肪组织增多，并相应地填充造血组织、骨 小梁萎缩后残余的空间位置。
Foo C[9]等发现绝经后内源性雌激素分泌减少，成骨细胞 表达的 46kD和 77kD雌激素受体α亚型及β连环蛋白增多，这两种蛋白形成一种新的 信号复合体和转录因子，进而诱导细胞内脂滴聚集和骨细胞标志物下调，最终导致成 骨细胞向脂肪细胞转化同时本研究还发现对照组未行OVX术大白兔自身前后比较 LWR和FC值随着兔龄增加也逐渐增加，差异有显著性（P 0.05） 兔是已知和人相似 有哈佛氏系统骨重建活性的最小动物，与人类一样，随着年龄增加，骨髓中具有造血 功能的红骨髓逐渐减少，红黄转换加速，富含脂肪成分的黄骨髓量逐渐增加Kugel、 Schellinger、Shih等[10 ～13]的研究均发现随着年龄增长椎体脂肪含量增加，MRS波谱可 见脂峰逐渐增高、水峰逐渐降低，脂水比及脂肪比例增加Kugel等[10]报道椎体骨髓 内脂肪含量随着年龄增加而增加，11～20 岁青年人椎体脂肪含量仅为 20.5%，而 60 岁以上老年人上升到 54%这些结果与本实验结果相似 本研究发现OVX组兔腰椎骨髓的LWR和FC与BMD和骨髓灌注参数Emax、ES之 间有显著性相关性，均呈负相关，骨质疏松后腰椎骨密度下降，骨小梁破坏、减少， 与之伴随的是脂肪组织含量增加并填充相应空间，同时椎体骨髓的血液灌注减少。
Schel1inger[13] 研究显示骨质疏松患者的脂峰明显增加，骨髓的LWR同BMD之间存在 一定的负相关；单独采用LWR或BMD均不能作为可靠指标来诊断骨强度减低；脂肪 含量(FF)与骨密度(BMD)的比值可作为重要的预测因子来评价椎体骨质强度减弱 Griffith[14]等研究显示椎体骨髓脂肪含量与骨密度有相关性， 骨量减少和骨质疏松组的 椎体骨髓脂肪含量比BMD正常者的骨髓脂肪含量有明显增高Yeung DKW等[5]研究 正常组、骨量减。
