成都华西华科研究所分析QCT骨密度测量在椎体纵向血流灌注减少及其可能原因：大鼠骨质疏松模型1的动态增强MRI定量研究01

目的：应用定量动态增强剂（DCE）磁共振（MR）成像技术，测定大鼠去卵巢后骨质疏松模型中腰椎血流灌注、骨量和骨髓ADI的纵向关系。（Micro CT）和质子磁共振波谱。

材料和在该动物审查委员会批准的研究中，腰椎方法：通过磁共振波谱、足底DCE MR成像、显微CT和组织病理学分析评估椎体，并在暴露后0, 2, 6、10, 14, 18、24周检查血液。卵巢切除，但无切除（n＝35）或假手术，定义为卵巢暴露，但未切除（n＝35）。用独立样本t检验分析两组在同一时间点的这些检查参数的差异。

结果：组织转移体积常数（kTrin）和组织单位体积血管外细胞间隙体积显著减少（分别为2周和10周，P＝036和P＝014），骨密度降低（2周，P＝014），脂肪含量增加（6周；P周）；观察036例卵巢切除组与假手术组的比较。卵巢切除组血管内皮生长因子和微血管密度值分别比假手术组显著降低（P＝005）和14（P＝018）。透射电镜显示，卵巢切除组血管内皮细胞间的间隙较紧密，骨髓纤维化较多。

结论：定量DCE MR成像可直接反映骨髓灌注。KTRAN是一个有前途的参数，以证明早期减少骨髓灌注。血管内皮细胞的强化收缩和血管间隙可能是骨质疏松初期的可能原因。骨髓脂肪增多、微密度降低、骨髓纤维化加重可能加重骨质疏松晚期骨髓缺血。

RSNA，2016

RSNA，2016

在线补充材料可用于此产品。

Appopip ^ j

原始研究与实验研究d equally

骨质疏松症是一种全身性骨病，其特点是骨量低，骨组织微损伤。这种情况增强了骨脆性，增加了骨折的风险。骨质疏松症的发病机制复杂，与骨形成和吸收不平衡有关。

研究了骨髓炎与骨髓灌注的关系（2-6）。现有的工作（4，7—10）在动态增强磁共振成像（DCE）成像数据分析的基础上测量了骨髓的血流动力学参数，而DCE MR成像的灌注参数在骨质疏松症患者中显著增加。符合正常骨密度（BMD）的人群。这一发现有力地支持了骨融合减少的假说与骨密度（4，7—9）的密切相关。然而，半定量DCE MR成像的参数受诸如测量设置、MR成像协议的依赖性以及对其热力学参数（11，12）的不清楚的因素的限制。定量DCE MR成像分析

知识的进步

〔62〕体积转移常数是预测骨质疏松早期骨髓灌注改变的一个有前途的定量参数。

〔63〕动态造影剂增强的磁共振成像显示，在大鼠骨质疏松模型开始阶段，血管内皮细胞的增强血管收缩和血管间隙的收缩和MMA的增加是导致去卵巢后的骨髓灌注减少的最主要原因。大鼠骨性骨质疏松模型的晚期脂肪组织、微血管密度降低和骨髓纤维化增加。

基于PHA微观动力学模型的方法可以解决这些问题。此外，可以建立与血流动力学参数的直接关系（13-15）。

据我们所知，很少有研究通过定量DCE MR成像分析骨质疏松症患者骨灌注的时间变化（16）。本研究旨在通过定量DCE MR成像、显微计算机断层摄影（Micro CT）和质子磁共振波谱技术，确定去卵巢大鼠骨质疏松模型中腰椎血流灌注、骨量和骨髓ADE-姿势组织之间的纵向关系。同时也观察了骨代谢改变的可能原因。

材料与方法

动物

获得雌性Sprague Dawley大鼠（年龄，3个月；体重250~290克；中国上海同济大学实验动物科学系）。各笼饲养五只大鼠，20°C～25°C，光照暗循环12～12小时。标准实验室大鼠饲料和水随意给药。该实验获得同济大学上海市第十人民医院动物评审委员会的批准，并于2006年底按照《中国科学技术部制定的实验动物护理和使用指南》进行。

大鼠骨质疏松模型

所有的大鼠在适应新的一周后都接受手术。将动物随机分为假手术组（n＝35），定义为卵巢前切除而未切除，卵巢切除组（n＝35）。两组大鼠麻醉结束后腹腔注射4%水合氯醛（10 mL/kg）。卵巢的

假手术组大鼠不动，但器官恢复原位。去势组大鼠双侧卵巢切除。手术后，两组均饲喂斯坦氏实验室饮食（阑尾E1[联机]）。术前称重大鼠，进行MR检查。所有动物均于术后第0（基线）、2, 6, 10、14, 18、24周分别用质子磁共振波谱和定量DCE磁共振成像（每组五只大鼠）进行血液分析、微CT和组织病理学分析，其中包括微血管。密度和透射电子显微镜检查（图1）。

质子磁共振波谱检查

MR谱是通过使用3-T成像仪（MyoMrViIO；西门子医疗解决方案，埃朗根，德国），梯度强度为40 Mt/m，梯度转换速率为200 Mt/MSEC（附录E1[在线]）。

利用成像工作站进行光谱分析（光谱仪拷贝，SyGo多模态工作场所，软件版本B17443.1Y1.0；西门子）。

缩写：

骨密度

动态造影剂增强

脂肪分数

血管外细胞间的速率常数KEP= to this wo

 

图2：轴向，冠状面和矢状面图像（上、中、下图像）分别显示在L5椎体中质子磁共振波谱检查的感兴趣区域。在图上，质子MR谱图显示主导水（4.65 ppm）和脂质（1.30 ppm）峰。

图1：研究流程图。MKD＝微血管密度计，卵巢切除电镜，质子MR

光谱学

医疗保健，埃朗根，德国）。测量水的峰值振幅（百万分之4.65 ppm）和脂质（1.30 ppm）信号，并应用于计算骨髓脂肪分数（FF）（图2）。FF被定义为脂质信号强度相对于总信号强度（水和脂质）的百分比，通过使用下列方程（17，18）：

FF＝-~~）x100%，

其中IP和I”分别是脂质和水的峰值振幅。FF值被测量两次，并且

取平均值作为最终值。

定量DCE MR检查

在质子磁共振检查后立即对腰椎进行矢状位T1加权DCE MR检查：三维容积内插屏气检查序列（重复时间MSEC/回波时间MSEC，7.1/2.05；D，180毫米；秒厚，1.5毫米；一个信号AV；翻转角度，5°和15°；69 3 192矩阵；和像素大小，1.3毫米×0.9毫米）。Gadopentetate dimeglumine（浓度为0.5 mol/L，MaMVIST；Bayer SHILN，柏林，德国）稀释在0.9%生理盐水中，最终浓度为0.06 mol/L作为对比剂。一旦获得32个造影前基线图像，钆喷酸葡胺（每千克体重0.3毫摩尔）

通过24规静脉导管快速注射（在注射时间，1-2秒），这是以前插入到大鼠尾静脉。总体上，592秒的时间分辨率为0.8秒的动态MR图像在493秒的总采集时间上被采集。

在ToFTS模型（15）的基础上，使用成像工作站（组织4D、SyGo多模态工作场所、软件版本B17443.1Y1.0；SIE MeNeNeX医疗）对DCE MR成像数据进行离线后处理。感兴趣区域在椎体L5椎体内被绘制，并且感兴趣区域的大小与使用MR波谱测量的大小相同（图3）。时间信号强度曲线是由感兴趣区域内的离散时间信号强度点产生的（图4）。三种定量的DCE MR成像参数，即体积转移常数（KTrin）；在这种情况下

 

0 1.10 4.40 5.50 7.00 8.10 3.30 2.20

min.sec ] [正常时间

图4：时间信号强度曲线of a DCE先生examination within the region of interest in an L5椎体。

图3：region of interest我们DCE矢状图像in an L5椎体先生。

血血浆和细胞外空间之间的extravas¬cular），细胞外的空间体积的extravascular单位体积的组织（、），和脾之间的空间和extravascular恒extra¬cellular血血浆were计算by动脉输入func¬tion on the basis of the following情商ua¬tions（19）：

vxkep =，

vexce CT =，

and

在C和CP are the concen¬tration of对比剂in the tissue，extravascular细胞外空间，和血浆，分别。三quan¬titative  DCE先生成像parame¬ters were仔细测量了两次and the

平均值were taken（附录E1 [在线]）。

体内微型CT检查

大鼠与年humanely killed the是过量of 4%水合氯醛（20毫升/公斤）腹腔注射后，血与年收藏。the L5椎体是dis¬sected 4%多聚甲醛，soaked in，and保存在4°C for微CT ex¬amination（探索轨迹，GE医疗，密尔沃基，威斯康星州；附录E1 [在线]）。the骨小梁骨参数（BMD每立方厘米在milligrams of透明beculae骨体积分数，骨体积比of the几何[ to the of the region of interest总体积厚度平均厚度trabec¬ular ]，[ of trabec - ulae，评估by using直接三di¬mensional[方法]，和骨小梁分离的平均距离trabeculae，评估by using直接三维Methods）是计算机软件（by using终于微视v.2.1.1；GE医疗）。每个椎体是检查两次by以它与repositioning它在微CT扫描with the same  after the first设定（图5）。were taken as the the平均值fi¬nal数据（附录1 [在线]）。

统计分析

所有的统计分析是统计软件（SPSS performed by using  19；SPSS、芝加哥、111）。the descrip¬tive Statistics of all变量均值标准差土ex¬pressed是你。the 95%信心间隔of the FF值定量成像参数，DCE先生，与微CT参数进行计算。配对t检验样品was used to describe the differences in the FF值定量成像参数，DCE先生，与微CT参数between the First and sec¬ond测量。The differences between two  groups in terms of FF，DCE先生成像定量参数，血液biomarkers，微CT与微血管密度rameters PA，at the  same time（were compared通过独立样本T检验。The  differences of those be¬tween基线变量和其他的时间点在每个集团是通过分析和方差分析了one¬way bonferro或测试。to determine the effect of MR成像（DCE MR成像参数的定量变量和FF）on the BMD，线性回归分析被执行。MR成像变量

 

 

 

（定量DCE MR成像参数和FF）、年龄和体重是独立变量，BMD是一个因变量。采用Enter法进行回归分析。由于定量DCE MR成像参数与FF之间的因果关系，以及定量DCE MR成像参数、血管内皮生长因子和微囊密度之间的因果关系难以计算，因此计算皮尔森相关系数。评估他们之间的关系。小于05的P值被认为具有统计学意义。

结果

骨髓FF测量

L5椎体的FF值的纵向变化如表1所示（附录E2[关于线）。两组术后平均FF值均高于基线值。特别是，从第10周开始，卵巢切除组的这一参数显著增加（P值分别为013、＜001、＜001、＜001），分别为10, 14, 18周、24周和假手术组18周（P＝043）和24（P＝008）。AT

基线时，两组间FF差异无显著性。卵巢切除术组FF值较假手术组显著增加（6，33.1%，P＝036），10周（33.5%；P＝013），14周（55%；P＝034），18周（52.8%；P＝046），和52.8%周（α；P＝.1）（图6A）。

骨定量DCE MR成像参数的测量

在基线时，KTR、V、和之间没有显著差异。

两组。假手术组七个时间点的上述参数无统计学差异。除卵巢外，卵巢切除组KTRAN值较第2周时明显降低（P值分别为2, 6, 10、14, 18和24），分别为：001、004、<001、<001、<001、＜001），假手术组2周（27.6%，P=·27.6%）和10（20%；P＝042）。第10周，卵巢切除术组VE值显著低于假手术组（P＝047）和假手术组VE值（35.1%；P＝014）。然而，卵巢切除组的KEP值与基线组和假手术组相比差异无统计学意义（表2-4，图6B）。

骨微结构参数的测量

基线时，两组骨密度、骨体积、骨小梁厚度、小梁间距均无显著性差异。假手术组不同时间点的参数无统计学差异。在卵巢切除组中，BMD值在第6周和第14, 18周显著降低（P值分别为：009、014、＜001、＜001）。此外，卵巢切除组的BMD值与假手术组相比，从第2周开始下降（P值分别为2, 6, 10、14、18和24），分别为014、007、017、011、＜001和＜001。骨体积分数与骨小梁厚度

图5：L5椎体MIC O-CT检查的矢状区。

L5椎体在不同时间点的FF值

时间点卵巢切除术组（%）假手术组（%）t检验P值

基线9.03、6、3.15、11.08、6、2.39、1.162、279

第2周13.79、6、4.32、12.66、6、3.80、0.440、672

第6周18.92、6、3.46、14.21、6、2.37、2.513、036

第10周22.06、6、3.53、16.53、6、1.62、3.186、013

第14周26.93、6、6.63、17.37、6、5.16、2.547、034

第18周31.67、6、7.87、20.73、6、6.76、2.357、046

第24周35.68、6、6.30、22.49、6、6.35、3.297、011

注：除非另有说明，数据是平均的标准偏差。＊P＜05，卵巢切除术组与假手术组同期。+p＜05，同一周与基线比较。

XCYDQOXP^

 

图6：卵巢切除术组和假手术组FF、DCE定量MRI参数、骨微结构参数、血液生物标志物和骨髓微血管密度的时间百分比差异曲线，（a）FF值从卵巢切除术后第6周显著增加假手术组与假手术组比较，差异有统计学意义（P＜05）。（b）卵巢切除组与假手术组在2周和10周时KTRAN值显著降低（P＜05）。OK切除组与假手术组相比，10周时KE值明显降低（P＜05）。KEP值在去势组和假手术组各时间点均无显著性差异（P＞05）。（c）卵巢切除术后第2周BMD值显著低于假手术组（P＜05）。骨体积分数（SLF）？卵巢切除组与假手术组比较，术后第6, 14, 18周和24周比较有显著性差异（P＜05）。第6周卵巢切除组与假手术组的骨小梁厚度（7，7）值显著降低。

（P＜05）。小梁分离值显著增加。

卵巢切除组与假手术组分别为6, 14, 18周和24（P＜05）。

（d）雌二醇（FE）值在去势组和假手术组的第2周显著降低（P＜05）。血管内皮生长因子（VFGFJ）在去势组和假手术组分别在18周和24周时明显降低（P＜05）。卵巢切除组与假手术组相比，内皮素-1值有升高趋势，但在任何时间点均无显著性差异（P＞05）。（E）卵巢切除组与假手术组第14周时微血管密度（MKDJ）显著降低（P＜05）。

I~TrT+

100级

周

- 40—

周

d.

{%KL> Sm OA> OU（L> J.A3= LFL）

A.{%）SüS5II PM S J AA。

XCyoQoLP^ j

 

 

 

 

表2

不同时间点L5椎体的γ值

时间点卵巢切除术组（Min 1）假手术组（Min 1）t检验P值

基线0.36±0.06±0.08±0.08 0.928±381

第2周0.21、0.01、0.29、±0.06、3、036 +

第6周0.23±0.03＊0.28±0.05～1.874 098。

第10周0.20±0.01＊0.25±0.04～2.796±042±

第14周0.20±0.05＊0.28±0.11～1.415 195。

第18周0.20±0.04＊0.31±0.11～2.041 076。

第24周0.20±0.07＊0.25±0.03～1.471 180。

注：除非另有说明，数据是平均的标准偏差。同一组P＜05，周与基线比较。

+p＜05，卵巢切除术组与假手术组同期比较。

表三

不同时间点L5椎体的%值

时间点卵巢切除术组（ml／100 ml）假手术组（ml／100 ml）t检验P值

基线0.40±0.06±0.10±0.10 0.428±680

第2周0.28±0.09±0.37±0.06–1.737。

第6周0.32±0.05±0.39±0.06 0.746 0.746。

第10周0.24±0.04＊0.37±0.08～3.142±014±

第14周0.27±0.08±0.31±0.09–0.846。

第18周0.30±0.09±0.39±0.10–1.524。

第24周0.27±0.10±0.31±0.03–0.976。

注：除非另有说明，数据是平均的标准偏差。同一组P＜05，周与基线比较。

+p＜05，卵巢切除术组与假手术组同期比较。

表4

不同时间点L5椎体K值的研究

EP

时间点卵巢切除术组（Min 1）假手术组（Min 1）t检验P值

基线0.89±0.11±0.04±0.04 2.249±074

第2周0.81±0.21±0.78±0.10 0.288 0.288。

第6周0.74±0.11±0.69±0.08 0.872 0.872。

第10周0.81±0.17±0.68±0.16 1.216 1.216。

第14周0.72±0.07±0.80±0.11–1.544。

第18周0.70±0.08±0.72±0.11–0.447。

第24周0.77±0.11±0.80±0.14–0.459。

注：除非另有说明，数据是平均的标准偏差。

卵巢切除术组与第14周比较，差异有显著性（P值分别为14, 18周和24周，分别为031、＜001、＜001）和6周（P＜001）。骨体积分数值

第6, 14, 18周卵巢切除术组较假手术组明显降低，24（P值分别为016、018、003、＜001），卵巢切除组6周前骨小梁厚度值也有显著性差异（P＜0.05）。

周数分别为6, 10, 14、18和24，分别为006、032、011、＜001和＜001。与对照组相比，卵巢切除组小梁分离值在第18周时显著升高（P＜001），与假手术组6, 14, 18周相比差异有显著性（P＝028），24（P值分别为044、033、020、001）（表5-9、图6、阑尾）。E2 [在线]）。

磁共振成像参数与骨密度的相关性研究

线性回归分析显示KTRAN与BMD呈正相关（P＝046），FF与BMD呈负相关（P＝023，P＝016）。然而，V“E”与骨密度之间的关系不显著（P＝073；阑尾E2 [在线]）成都华西华科研究所研发生产多种定量CT QCT骨密度测量体模软件分析系统
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