Relationship between MRI-STIR signal changes and CT fracture line types of osteoporotic vertebral fractures
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摘要:目的
探讨骨质疏松椎体骨折磁共振(MRI)-短反转时间反转恢复序列(STIR)信号改变与电子计算机断层扫描(CT)骨折线类型的关系。
方法回顾性分析收治的108例骨质疏松椎体骨折患者临床资料以及MRI、CT影像学征象。比较不同MRI-STIR信号改变患者的CT骨折线类型及CT值。
结果经MRI检查，入组患者骨折椎体数共121节, STIR序列呈现黑色线信号45节，无同源高信号36节，同源高信号40节; CT显示，骨折线嵌插型51节，开裂型33节，微骨折型37节。MRI-STIR序列呈现黑色线信号的患者椎体CT骨折线为嵌插型阳性率高于无同源高信号和同源高信号，差异有统计学意义(P < 0.05); MRI-STIR序列呈现同源高信号的患者椎体CT骨折线为微骨折型阳性率高于黑色线信号和无同源高信号，差异有统计学意义(P < 0.05)。MRI-STIR序列呈现黑色线信号的患者椎体CT值低于无同源高信号和同源高信号，差异有统计学意义(P < 0.05)。
结论MRI-STIR信号改变与CT骨折线类型存在一定相关性。STIR序列呈现黑色线信号的患者出现椎体嵌插型骨折风险更高，且预后较差。
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关键词:
- 骨质疏松椎体骨折 /
- 磁共振 /
- 短反转时间反转恢复序列 /
- 电子计算机断层扫描 /
- 骨折线类型
Abstract:ObjectiveTo explore the relationship between magnetic resonance imaging (MRI)-short time inversion recovery (STIR) signal changes and computerized tomography (CT) fracture line types of osteoporotic vertebral fractures.
MethodsThe clinical data and MRI as well as CT imaging signs of 108 patients with osteoporotic vertebral fractures were retrospectively analyzed. The types of CT fracture lines and CT values of patients changed by different MRI-STIR signals were compared.
ResultsAfter MRI examination, a total of 121 vertebrae were fractured in the enrolled patients. STIR sequence showed 45 sections of black line signal, 36 sections of no homologous high signal and 40 sections of homologous high signal; CT showed that there were 51 cases of fracture line insertion, 33 cases of fracture cracking and 37 cases of microfracture. The positive rate of vertebral CT fracture line with intercalation type was significantly higher in patients with no homologous high signal and homologous high signal with MRI-STIR sequence (P < 0.05); the positive rate of vertebral CT fracture line with microfracture type in patients with homologous high signal on MRI-STIR sequence was significantly higher than that with black line signal and without homologous high signal (P < 0.05); the vertebral CT value of patients with black line signal shown in MRI-STIR sequence was significantly lower than that of patients without homologous high signal and homologous high signal (P < 0.05).
ConclusionThere is a certain correlation between the changes of MRI-STIR signal and the type of CT fracture line. Patients with STIR sequences showing black line signals have a higher risk of vertebral impingement fracture and a poor prognosis.
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骨质疏松椎体骨折患者以腰背部疼痛为主要表现，病情严重时可能发生骨质脱钙疏松，出现椎体塌陷，导致脊柱后凸畸形，损伤脊髓神经，威胁患者生命健康[1]。X线、电子计算机断层扫描(CT)及磁共振(MRI)已被广泛应用于骨质疏松椎体骨折的诊断中，早期可准确鉴别骨折分型，有助于临床实施针对性治疗[2]。MRI中的短反转时间反转恢复序列(STIR)基于脂肪抑制技术成像原理，能够消除机体内脂肪高信号对病变部位及其周围组织的干扰, MRI-STIR信号改变可有效鉴别骨折良恶性病因，但其对骨质疏松椎体骨折类型的诊断效能还有待验证[3]。既往研究[4]从X线侧位片椎体骨折形态改变及MRI矢状面T1加权成像(T1WI)、横断面T2加权成像(T2WI)信号改变等方面对骨质疏松椎体骨折进行分类，并探讨相关骨折机制、预后。关于骨质疏松椎体骨折老年患者MRI-STIR信号与CT线的关系鲜有报道，故本研究对此进行了创新性探讨，旨在提高临床鉴别诊断骨折分型的准确性，现报告如下。
1. 资料与方法
1.1 一般资料
回顾性分析2020年9月—2022年9月本院就诊并治疗的108例骨质疏松椎体骨折患者临床资料，其中男45例，女63例; 年龄50~78岁，平均(64.39±8.72)岁; 单个椎体骨折82例，多个椎体骨折26例; 骨折腰椎86节，胸椎35节。纳入标准: ①确诊为骨质疏松椎体骨折[5]者; ②均接受MRI、CT及骨密度检查者; ③临床病历及影像学资料完整者; ④患者及其家属知情同意。排除标准: ①结核、肿瘤或感染等其他因素造成椎体骨折或粉碎性骨折者; ②合并佝偻病、石骨症、骨关节炎、脊椎侧弯等其他骨科疾病者; ③伴有严重心血管疾病者; ④骨质疏松椎体骨折经治疗后再骨折者; ⑤存在影像学检查禁忌证者。
1.2 MRI-STIR检查
入组患者均采用美国GE1.5T超导磁共振仪检查，取腰椎后前位，使用体部线圈扫描胸椎、腰椎。扫描包括矢状面T1WI、T2WI、STIR序列及横断面T2WI序列。参数设置: 矩阵256×256, 厚度4 mm, 层间隔1 mm, T1WI(重复时间600 ms、回波时间8 ms), T2WI(重复时间2 700 ms、回波时间110 ms), STIR(重复时间3 500 ms、回波时间38 ms、翻转时间150 ms)。
1.3 CT检查
入组患者均采用西门子64排螺旋CT检查，参数设置120 kV、250 mA、厚度3 mm、层间隔1.5 mm、视野250 mm、矩阵512×512, 以入组患者骨折椎体为中心进行扫描，于骨窗中观察椎体结构并进行三维重建，窗宽/窗位为2 056 Hu/250 Hu。记录CT横切面、冠状面、矢状面图像，选取骨折椎体中间层面作为感兴趣区，计算椎体CT值。
1.4 图像分析
影像学检查所得图像均由2名经验丰富的医师进行独立判断。MRI-STIR脂肪抑制成像信号[6]: ①黑色线信号。椎体内为中央线性或带状低信号; ②无同源高信号。椎体内表现出低信号，信号附近存在点状或片状的混杂高信号; ③同源高信号。椎体内呈现出均等高信号，无低信号及周边混杂信号。CT骨折线类型[7]: ①嵌插型，骨小梁密度增高，骨折处呈现嵌插、压缩楔形改变; ②开裂型，骨小梁皮质出现裂口或断裂，呈低密度骨折线影; ③微骨折型，骨小梁无明显骨折线，骨折处呈现轻度压缩。
1.5 统计学分析
采用SPSS 21.0软件分析数据。符合正态分布检验的计量资料以(x±s)表示，多组间行单因素方差分析，组间两两比较行LSD-t检验; 计数资料以[n(%)]表示，采用χ2检验; P＜0.05为差异有统计学意义。
2. 结果
2.1 骨质疏松椎体骨折患者MRI及CT特征
经MRI检查，入组患者骨折椎体数共121节, T1WI序列呈现低信号78节，等信号11节，高信号20节，混杂信号12节; T2WI序列呈现低信号5节，等信号24节，高信号63节，混杂信号29节; STIR序列呈现黑色线信号(图 1白色箭头)45节，同源高信号(图 1红色箭头)40节，无同源高信号(图 2白色箭头)36节。经CT检查，嵌插型51节、开裂型33节、微骨折型37节。
图 1患者，女, 65岁，骨质疏松伴T10、L1椎体骨折，行MRI-STIR胸椎、腰椎扫描，显示T10骨折处存在带状黑色线高信号, L1骨折椎体内弥漫着同一种高信号，为同源高信号; 图 2患者，女, 71岁，绝经后骨质疏松伴L3椎体骨折，行MRI-STIR腰椎扫描，显示L3骨折处存在点状混杂的无同源高信号。
2.2 不同MRI-STIR序列信号改变患者椎体CT嵌插型结果比较
MRI-STIR序列呈现黑色线信号的患者椎体CT骨折线为嵌插型阳性率高于无同源高信号和同源高信号，差异有统计学意义(χ2=11.772、18.291, P＜0.001); 无同源高信号与同源高信号患者椎体CT骨折线嵌插型阳性率比较，差异无统计学意义(χ2=0.634, P=0.426), 见表 1。
表 1 不同MRI-STIR序列信号改变患者椎体CT嵌插型结果比较MRI-STIR信号改变 椎体数/节 CT嵌插型 阳性率/% 阳性/节 阴性/节 黑色线信号 45 31 14 68.89 无同源高信号 36 11 25 30.56* 同源高信号 40 9 31 22.50* 合计 121 51 70 42.15 与黑色线信号比较, * P＜0.05。 2.3 不同MRI-STIR序列信号改变患者椎体CT开裂型结果比较
不同MRI-STIR序列信号改变患者椎体CT骨折线为开裂型阳性率比较，差异无统计学意义(P>0.05), 见表 2。
表 2 不同MRI-STIR序列信号改变患者椎体CT开裂型结果比较MRI-STIR信号改变 椎体数/节 CT开裂型 阳性率/% 阳性/节 阴性/节 黑色线信号 45 13 32 28.89 无同源高信号 36 11 25 30.56 同源高信号 40 6 34 15.00 合计 121 30 91 24.79 2.4 不同MRI-STIR序列信号改变患者椎体CT微骨折型结果比较
MRI-STIR序列呈现同源高信号患者的椎体CT骨折线为微骨折型阳性率高于黑色线信号和无同源高信号，差异有统计学意义(χ2=29.195、14.024, P＜0.001); 黑色线信号与无同源高信号患者椎体CT骨折线嵌插型阳性率比较，差异无统计学意义(χ2=2.817, P=0.093), 见表 3。
表 3 不同MRI-STIR序列信号改变患者椎体CT微骨折型结果比较MRI-STIR信号改变 椎体数/节 CT微骨折型 阳性率/% 阳性/节 阴性/节 黑色线信号 45 4 41 8.89* 无同源高信号 36 8 28 22.22* 同源高信号 40 26 14 65.00 合计 121 38 83 31.40 与同源高信号比较, * P＜0.05。 2.5 不同MRI-STIR序列信号改变患者椎体的CT值比较
MRI-STIR序列呈现黑色线信号的患者椎体CT值低于无同源高信号和同源高信号，差异有统计学意义(t=3.097、3.648, P=0.003、＜0.001); 无同源高信号与同源高信号患者椎体CT值比较，差异无统计学意义(t=1.049, P=0.298), 见表 4。
表 4 不同MRI-STIR序列信号改变患者CT值比较(x±s)MRI-STIR信号改变 椎体数/节 CT值/Hu 黑色线信号 45 61.53±7.26 无同源高信号 36 65.46±7.12* 同源高信号 40 67.15±6.89* 与黑色线信号比较, * P＜0.05。 3. 讨论
骨质疏松症患者骨组织内钙含量丢失，骨密度及强度降低，骨微结构破坏，导致骨脆性增加，易在微小或无外力情况下发生骨折，其中胸腰段的椎体骨折较为常见[8]。保守治疗或手术治疗是骨质疏松椎体骨折的主要治疗手段，患者经治疗后存在延迟愈合或不愈合现象，严重影响治疗效果及患者预后[9]。研究[10]表明，骨折类型是影响骨质疏松型骨折延迟愈合或不愈合的因素之一，对椎体骨折线进行正确分型对提高疗效及改善预后有重要意义。
MRI是诊断椎体骨折的方式之一，主要根据成像显示的信号高低改变模式明确病变椎体，常用序列包括T1WI、T2WI、STIR, 其中STIR序列具备不受脂肪体内脂肪信号干扰的优势，能较好诊断良恶性骨折情况[11]。研究[12]认为, STIR序列普遍存在信噪比较低、扫描时间长、非选择性脂肪抑制等问题，可能影响图像质量及对疾病的诊断，但其在脂肪抑制的均匀性、病变明显性、伪影及整体质量方面均有较大优势，对骨骼关节皮下脂肪抑制均匀性较好，能更清楚显示骨折病灶大小和形态。CT可对机体病灶区域进行快速连续扫描，清晰显示椎体骨折线类型、骨折碎片等，根据CT骨折线成像，临床普遍将骨质疏松椎体骨折分为嵌插型、开裂型及微骨折型，其中嵌插型多因重力作用导致骨质破裂并向四周移位而造成，病情较其他类型更为严重，患者常出现延迟愈合或不愈合情况[13]。本研究结果显示，不同MRI-STIR序列信号改变模式的患者椎体CT骨折线类型存在差异, STIR呈黑色线信号椎体的CT骨折线主要为嵌插型，阳性率为68.89%; STIR呈同源高信号椎体的CT骨折线主要为微骨折型，阳性率65.00%, 说明MRI-STIR信号改变与CT骨折线类型存在一定相关性。分析原因为：骨质疏松椎体骨折患者STIR出现黑色线信号在于椎体骨小梁广泛受损，导致脊柱不稳定，阻碍骨折愈合，椎体内长期供血不足而缺血坏死，出现真空裂隙样改变，而这一征象属于椎体严重压缩性骨折的特征表现，且椎体压缩骨折后骨小梁相互嵌入，椎体内会出现高密度致密带，导致骨折区域的带状低信号[14]。STIR呈现同源高信号则提示椎旁软组织水肿或出血分布较为均匀，这可能与CT微骨折型椎体无明显压缩或仅轻度压缩，椎体内血运未受较大阻碍及供血充足有关[15]。
CT值是骨质疏松症的重要指标，患者CT值越低说明骨质疏松越严重。本研究显示, MRI-STIR序列呈现黑色线信号的患者椎体CT值低于无同源高信号和同源高信号，这与叶东亮等[16]研究结果类似，其认为MRI-STIR黑色线信号与CT值关系密切，骨质疏松越严重，患者CT值则越低，黑色线性信号的出现率越高，患者发生椎体压缩骨折的风险增加。另有研究[17]认为，骨质疏松椎体骨折患者的MRI-STIR显示黑色线性信号，预后通常较差，这与嵌插型骨折后椎体的血液循环状态变差存在一定联系，还与骨小梁压缩楔形改变导致椎体结构破坏，而使整个脊柱生物力学改变有关，这些病变均可能影响骨折愈合。因此, MRI-STIR信号可作为预测骨质疏松型骨折手术后愈合情况的影像学指标，临床应注重骨质疏松椎体嵌插型骨折患者的临床诊治及预后。
综上所述, MRI-STIR信号改变与CT骨折线类型存在一定相关性。STIR序列呈现黑色线信号的患者出现椎体嵌插型骨折风险更高，且预后较差，临床应予以重视。
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表 1 不同MRI-STIR序列信号改变患者椎体CT嵌插型结果比较
MRI-STIR信号改变 椎体数/节 CT嵌插型 阳性率/% 阳性/节 阴性/节 黑色线信号 45 31 14 68.89 无同源高信号 36 11 25 30.56* 同源高信号 40 9 31 22.50* 合计 121 51 70 42.15 与黑色线信号比较, * P＜0.05。 
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表 2 不同MRI-STIR序列信号改变患者椎体CT开裂型结果比较
MRI-STIR信号改变 椎体数/节 CT开裂型 阳性率/% 阳性/节 阴性/节 黑色线信号 45 13 32 28.89 无同源高信号 36 11 25 30.56 同源高信号 40 6 34 15.00 合计 121 30 91 24.79
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表 3 不同MRI-STIR序列信号改变患者椎体CT微骨折型结果比较
MRI-STIR信号改变 椎体数/节 CT微骨折型 阳性率/% 阳性/节 阴性/节 黑色线信号 45 4 41 8.89* 无同源高信号 36 8 28 22.22* 同源高信号 40 26 14 65.00 合计 121 38 83 31.40 与同源高信号比较, * P＜0.05。
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表 4 不同MRI-STIR序列信号改变患者CT值比较(x±s)
MRI-STIR信号改变 椎体数/节 CT值/Hu 黑色线信号 45 61.53±7.26 无同源高信号 36 65.46±7.12* 同源高信号 40 67.15±6.89* 与黑色线信号比较, * P＜0.05。
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