ldtЛучевая диагностика и терапияDiagnostic radiology and radiotherapy2079-5343Baltic Medical Education Center10.22328/2079-5343-2025-16-3-100-108ldt-1149Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL RESEARCHИзучение возможностей МР-последовательности IDEAL и фракции жира в диагностике остеопороза: ретроспективное описательное одноцентровое исследованиеStudying the capabilities of IDEAL MR-sequence and fat fraction in osteoporosis diagnostics: a retrospective descriptive single-center studyhttps://orcid.org/0000-0002-4677-8614БлиновВ. С.BlinovV. S.

Блинов Владислав Сергеевич - кандидат медицинских наук, заведующий рентгенодиагностическим отделением

624090, г. Верхняя Пышма, ул. Чайковского, д. 32

Vladislav S. Blinov - Cand. of Sci. (Med.), Head of the X-ray diagnostic department,

624090, Russia, Verkhnyaya Pyshma, st. Chaykovskogo, 32

VladSBlinov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4092-6305КитаеваЮ. С.KitaevaYu. S.

Китаева Юлия Сергеевна - кандидат медицинских наук, ассистент кафедры пропедевтики внутренних болезней,

620028, Екатеринбург, ул. Репина, д. 3

Yulia S. Kitaeva - Cand. of Sci. (Med.), Assistant of the Department of Propaedeutics of Internal Diseases, 

620028, Ekaterinburg, st. Repina

JKhema@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9523-5966ПраскурничийЕ. А.PraskurnichiyE. A.

Праскурничий Евгений Аркадьевич - доктор медицинских наук, заведующий кафедрой терапии медико-биологического университета,

117997, Москва, ул. Островитянова, д. 1

Evgeniy A. Praskurnichiy - Dr. of Sci. (Med.), Head of Department of Therapy, Medical and Biological University,

117997, Moscow, st. Ostrovityanova, 1

praskurnichey@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0002-1073-8634ПарфененковаК. Д.ParfenenkovaK. D.

Парфененкова Кристина Дмитриевна - студентка 6 курса кафедры медицинской биохимии и биофизики,

620062, Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

Kristina D. Parfenenkova - 6th year student of the Department of Medical Biochemistry and Biophysics,

620062, Ekaterinburg, st. Mira, 19

kparfenenkova@yandex.ruВерхнепышминская центральная городская клиническая больница имени П. Д. БородинаРоссияVerkhnepyshminskaya Central City Clinical Hospital named after P. D. BorodinRussian FederationУральский государственный медицинский университетРоссияUral State Medical University, Ministry of Healthcare of the RussiaRussian FederationРоссийский национальный исследовательский медицинский университет имени Н. И. ПироговаРоссияRussian National Research Medical University named after. N. I. PirogovRussian FederationУральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. ЕльцинаРоссияUral Federal University named after the first President of Russia B. N. YeltsinRussian Federation202512112025163100108Copyright © Блинов В.С., Китаева Ю.С., Праскурничий Е.А., Парфененкова К.Д., 20252025Блинов В.С., Китаева Ю.С., Праскурничий Е.А., Парфененкова К.Д.Blinov V.S., Kitaeva Y.S., Praskurnichiy E.A., Parfenenkova K.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://radiag.bmoc-spb.ru/jour/article/view/1149ВВЕДЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ: Прочность кости на 60–70% зависит от ее минеральной плотности. Остальные 30–40% прочности зависят от ее микроархитектоники и состава. При остеопорозе происходит жировая инволюция костного мозга. На основании этого было предложено определять количество жировой ткани в кости в виде жировой фракции. Магнитно-резонансная томография может быть использована для оценки жировой фракции. МР-последовательность IDEAL недостаточно изучена для исследования фракции жира и корреляции с данными двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии.

ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ: Исследовать возможность использования фракции жира, получаемой с помощью последовательности IDEAL при магнитно-резонансной томографии, в диагностике остеопороза у женщин старше 50 лет.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ: Проанализированы магнитно-резонансные томограммы I–IV поясничных позвонков (последовательность IDEAL) и данные двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии 43 женщин старше 50 лет (средний возраст 63,9±8,4 года). МРТ проведена на аппарате GE Signa Voyager. ДРА проведена на остеоденситометре Dexxum. Фракция жира рассчитывалась как соотношение интенсивности сигнала на изображениях только от жира и только от воды. Статистика: Для корреляционного анализа рассчитывался коэффициент Пирсона (r), применялся ROC-анализ, производилась оценка чувствительности и специфичности. Значения считались статистически значимым при p<0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ: Фракция жира менее 0,66 соответствует нормальным значениям МПК, фракция жира более 0,71 соответствует остеопорозу (p=0,030). Чувствительность МРТ для выявления остеопороза составила 99%, специфичность 87%, точность 88% (p<0,05). Коэффициент корреляция между МПК и фракцией жира отрицательный и статистически значимый (r=−0,316; p=0,041). Коэффициент корреляции между Т-критерием и фракцией жира статистически значимый, отрицательный (r=−0,300; p=0,05). Коэффициент корреляции между возрастом и фракцией жира положительный, статистически значимый (r=0,374; p=0,015). Коэффициент корреляции между ИМТ и фракцией жира статистически недостоверный (r=−0,147; p=0,347).

ОБСУЖДЕНИЕ

ОБСУЖДЕНИЕ: При уменьшении минеральной плотности кости увеличивается фракция жира, при уменьшении Т-критерия фракция жира увеличивается, при увеличении возраста фракция жира увеличивается. Корреляции между индексом массы тела и фракцией жира не было выявлено. Данные исследования соотносятся с данными других работ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: МР-последовательность IDEAL является перспективной методикой оценки фракции жира. Магнитнорезонансная томография широко используется в диагностике дегенеративно-дистрофических заболеваний позвоночника. Последовательность IDEAL длится всего чуть более 3 минут и может быть добавлена к рутинному протоколу МРТ поясничного отдела позвоночника без значимого увеличения времени обследования, без назначения дополнительных методик исследования, без воздействия ионизирующего излучения и со значительным увеличением количества диагностической информации для выявления остеопороза.

INTRODUCTION

INTRODUCTION: Bone strength is 60–70% depends on its mineral density. The remaining 30–40% of strength depend on the microarchitecture and composition. Osteoporosis is characterized by fatty involution of bone marrow. Based on this, it has been proposed to determine the amount of adipose tissue in bone as a fat fraction. Magnetic resonance imaging can be used to assess the fat fraction. The IDEAL MR sequence has not been sufficiently studied for the research of fat fraction and correlation with data of dual-energy X-ray absorptiometry.

OBJECTIVE

OBJECTIVE: To investigate the possibility of using fat fraction derived from the IDEAL sequence in MRI in the diagnosis of osteoporosis for women over 50 years of age.

MATERIALS AND METHODS

MATERIALS AND METHODS: Magnetic resonance imaging of I–IV lumbar vertebrae (IDEAL pulse sequence) and dual-energy X-ray absorptiometry data of 43 women over 50 years of age (mean age 63.9±8.4 years) were analyzed. MRI was performed on a GE Signa Voyager. DRA was performed on a Dexxum osteodensitometer. Fat fraction was calculated as the ratio of signal intensity at fat to signal from water.

Statistics

Statistics: Pearson’s coefficient (r) was calculated for correlation analysis, ROC analysis was used, sensitivity and specificity were assessed. Values were considered statistically significant at p<0.05.

RESULTS

RESULTS: Fat fraction less than 0.66 corresponds to normal IPC values, fat fraction greater than 0.71 corresponds to osteoporosis (p=0.030). The sensitivity of MRI for detecting osteoporosis was 99%, specificity 87%, accuracy 88% (p<0.05). The correlation coefficient between IPC and fat fraction is negative and statistically significant (r=–0.316; (p=0.041). The correlation coefficient between T-criterion and fat fraction is statistically significant, negative (r=–0.300; (p=0.05). The correlation coefficient between age and fat fraction is positive, statistically significant (r=0.374; (p=0.015). The correlation coefficient between BMI and fat fraction is not statistically significant (r=–0.147; (p=0.347).

DISCUSSION

DISCUSSION: With decreasing bone mineral density the fat fraction increases, with decreasing T-score the fat fraction increases, with increasing age the fat fraction increases. No correlation was found between body mass index and fat fraction. The data of the study are consistent with the data of other studies.

CONCLUSION

CONCLUSION: IDEAL MR-sequencing is a promising technique for assessing fat fraction that can be used as a dose-free opportunistic screening of osteoporosis. Magnetic resonance imaging is widely used in the diagnosis of degenerative-dystrophic diseases of the spine. The IDEAL sequence lasts just over 3 minutes and can be added to the routine lumbar spine MRI protocol without significantly increasing the examination time, without prescribing additional examination methods, without exposure to ionizing radiation and with a significant increase in the amount of diagnostic information for detecting osteoporosis.

остеопороздвухэнергетическая рентгеновская абсорбциометриямагнитно-резонансная томографияosteoporosisdual-energy X-ray absorptiometrymagnetic resonance imagingReferencesНизовцова Л.А., Морозов С.П., Петряйкин А.В., Босин В.Ю., Сергунова К.А., Владзимирский А.В., Шантаревич М.Ю. К унификации выполнения и интерпретации результатов остеоденситометрии // Вестник рентгенологии и радиологии. 2018. № 99 (3). С. 158–163. https://doi.org/10.20862/0042-4676-2018-99-3-158-163.Nizovtsova L.A., Morozov S.P., Petryaykin A.V., Bosin V.Yu., Sergunova K.A., Vladzimirskiy A.V., Shantarevich M.Yu. On the unification of bone densitometry and interpretation of its results. Journal of radiology and nuclear medicine, 2018, No. 99 (3), pp. 158–163 (In Russ.). https://doi.org/10.20862/0042-4676-2018-99-3-158-163.Maslaris A., Bungartz M., Layher F. et al. Feasibility Analysis of a Novel Method for the Estimation of Local Bone Mechanical Properties: A Preliminary Investigation of Different Pressure Rod Designs on Synthetic Cancellous Bone Models // Arch. Bone Jt. Surg. 2021. No. 9. Р. 203–210. doi: 10.22038/abjs.2020.47854.2365.Maslaris A., Bungartz M., Layher F. et al. Feasibility Analysis of a Novel Method for the Estimation of Local Bone Mechanical Properties: A Preliminary Investigation of Different Pressure Rod Designs on Synthetic Cancellous Bone Models // Arch. Bone Jt. Surg. 2021. No. 9. Р. 203–210. https://doi: 10.22038/abjs.2020.47854.2365.Calciolari E., Donos N., Park J.C. et al. Panoramic measures for oral bone mass in detecting osteoporosis: a systematic review and meta-analysis // J. Dent. Res. 2015. No. 94 (3 Suppl). Р. 17S–27S. doi: 10.1177/0022034514554949.Calciolari E., Donos N., Park J.C. et al. Panoramic measures for oral bone mass in detecting osteoporosis: a systematic review and meta-analysis // J. Dent. Res. 2015. No. 94 (3 Suppl). Р. 17S–27S. https://doi: 10.1177/0022034514554949.Jafari R., Spincemaille P., Zhang J. et al. Deep neural network for water/fat separation: Supervised training, unsupervised training, and no training // Magn. Reson. Med. 2021. No. 85. Р. 2263–2277. doi: 10.1002/mrm.28546.Jafari R., Spincemaille P., Zhang J. et al. Deep neural network for water/fat separation: Supervised training, unsupervised training, and no training // Magn. Reson. Med. 2021. No. 85. Р. 2263–2277. https://doi: 10.1002/mrm.28546.Dixon W.T. Simple proton spectroscopic imaging // Radiology. 1984. Vol. 153. No. 1. Р. 189–194. https://doi.org/10.1148/radiology.153.1.6089263.Dixon W.T. Simple proton spectroscopic imaging // Radiology. 1984. Vol. 153. No. 1. Р. 189–194. https://doi.org/10.1148/radiology.153.1.6089263.Bydder M., Yokoo T., Hamilton G. et al. Relaxation effects in the quantification of fat using gradient echo imaging // Magn. Reson. Imaging. 2008. No. 26 (3). Р. 347– 359. doi: 10.1016/j.mri.2007.08.012.Bydder M., Yokoo T., Hamilton G. et al. Relaxation effects in the quantification of fat using gradient echo imaging // Magn. Reson. Imaging. 2008. No. 26 (3). Р. 347– 359. https://doi: 10.1016/j.mri.2007.08.012.Xin-Chen Huang, Yi-Long Huang, Yi-Tong Guo et al. An experimental study for quantitative assessment of fatty infiltration and blood flow perfusion in quadriceps muscle of rats using IDEAL-IQ and BOLD-MRI for early diagnosis of sarcopenia // Experimental Gerontology. 2023. No. 183. Р. 112322. doi: https://doi.org/10.1016/j.exger.2023.112322.Xin-Chen Huang, Yi-Long Huang, Yi-Tong Guo et al. An experimental study for quantitative assessment of fatty infiltration and blood flow perfusion in quadriceps muscle of rats using IDEAL-IQ and BOLD-MRI for early diagnosis of sarcopenia // Experimental Gerontology. 2023. No. 183. Р. 112322. doi: https://doi.org/10.1016/j.exger.2023.112322.Петряйкин А.В., Скрипникова И.А. Количественная компьютерная томография, современные данные. Обзор // Медицинская визуализация. 2021. № 25 (4). С. 134–146. https://doi.org/10.24835/1607-0763-1049.Petraikin A.V., Skripnikova I.A. Quantitative Computed Tomography, modern data. Review. Medical Visualization, 2021, No. 25 (4), рр. 134–146 (In Russ.). https://doi.org/10.24835/1607-0763-1049.Panina O.Yu., Gromov A.I., Akhmad E.S. et al. Accuracy of fat fraction estimation using Dixon: experimental phantom study // Medical Visualization. 2022. No. 26 (4). Р. 147–158. https://doi.org/10.24835/1607-0763-1160.Panina O.Yu., Gromov A.I., Akhmad E.S. et al. Accuracy of fat fraction estimation using Dixon: experimental phantom study // Medical Visualization. 2022. No. 26 (4). Р. 147–158. https://doi.org/10.24835/1607-0763-1160.Aoki T., Yamaguchi S., Kinoshita S. et al. Quantification of bone marrow fat content using iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and leastsquares estimation (IDEAL): reproducibility, site variation and correlation with age and menopause // British Journal of Radiology. 2016. No. 89. Р. 20150538. https://doi:10.1259/bjr.20150538.Aoki T., Yamaguchi S., Kinoshita S. et al. Quantification of bone marrow fat content using iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and leastsquares estimation (IDEAL): reproducibility, site variation and correlation with age and menopause // British Journal of Radiology. 2016. No. 89. Р. 20150538. https://doi:10.1259/bjr.20150538.He J., Fang H., Li X. Vertebral bone marrow fat content in normal adults with varying bone densities at 3T magnetic resonance imaging // Acta Radiologica. 2018. No. 60 (4). Р. 509–515. https://doi:10.1177/0284185118786073.He J., Fang H., Li X. Vertebral bone marrow fat content in normal adults with varying bone densities at 3T magnetic resonance imaging // Acta Radiologica. 2018. No. 60 (4). Р. 509–515. https://doi:10.1177/0284185118786073.Лукашев А.Д., Ахатов А.Ф., Рыжкин С.А., Михайлов М.К., Залаева Д.Р. Применение МРТ-последовательности DIXON в диагностике изменений губчатого вещества тел позвонков в сопоставлении с данными остеоденситометрии // Медицинская визуализация. 2023. № 27 (3). C. 76–83. https://doi.org/10.24835/1607-0763-1201.Lukashew A.D., Akhatov A.F., Ryzhkin S.A., Mikhailov M.K., Zalaeva D.R. Application of DIXON MRI sequencing in the diagnosis of changes in the spongy substance of vertebral bodies in comparison with osteodensitometry data. Medical Visualization, 2023, No. 27 (3), pр. 76–83 (In Russ.). https://doi.org/10.24835/1607-0763-1201.Zhou F., Sheng B., Lv F. Quantitative analysis of vertebral fat fraction and R2* in osteoporosis using IDEAL-IQ sequence // BMC Musculoskelet. Disord. 2023. No. 11. Р. 1–8. doi: 10.1186/s12891-023-06846-4.Zhou F., Sheng B., Lv F. Quantitative analysis of vertebral fat fraction and R2* in osteoporosis using IDEAL-IQ sequence // BMC Musculoskelet. Disord. 2023. No. 11. Р. 1–8. https://doi: 10.1186/s12891-023-06846-4.Bilge E.F., Gulsah G., Elcin Y.A. et al. Fat Fraction Estimation of the Vertebrae in Females Using the T2*-IDEAL Technique in Detection of Reduced Bone Mineralization Level: Comparison With Bone Mineral Densitometry // Journal of Computer Assisted Tomography. 2014. No. 38. P. 320–324. doi: 10.1097/RCT.0b013e3182aa4d9d.Bilge E.F., Gulsah G., Elcin Y.A. et al. Fat Fraction Estimation of the Vertebrae in Females Using the T2*-IDEAL Technique in Detection of Reduced Bone Mineralization Level: Comparison With Bone Mineral Densitometry // Journal of Computer Assisted Tomography. 2014. No. 38. P. 320–324. https://doi: 10.1097/RCT.0b013e3182aa4d9d.Zhao Y., Huang M., Ding J. et al. Prediction of Abnormal Bone Density and Osteoporosis From Lumbar Spine MR Using Modified Dixon Quant in 257 Subjects With Quantitative Computed Tomography as Reference // J. Magn. Reson. Imaging. 2019. No. 49 (2). Р. 390–399. doi: 10.1002/jmri.26233.Zhao Y., Huang M., Ding J. et al. Prediction of Abnormal Bone Density and Osteoporosis From Lumbar Spine MR Using Modified Dixon Quant in 257 Subjects With Quantitative Computed Tomography as Reference // J. Magn. Reson. Imaging. 2019. No. 49 (2). Р. 390–399. https://doi: 10.1002/jmri.26233.Liu Z., Huang D., Jiang Y., Ma X., Zhang Y., Chang R. Correlation of R2* with fat fraction and bone mineral density and its role in quantitative assessment of osteoporosis // Eur. Radiol. 2023. No. 33 (9). Р. 6001–6008. doi: 10.1007/s00330-023-09599-9.Liu Z., Huang D., Jiang Y., Ma X., Zhang Y., Chang R. Correlation of R2* with fat fraction and bone mineral density and its role in quantitative assessment of osteoporosis // Eur. Radiol. 2023. No. 33 (9). Р. 6001–6008. https://doi: 10.1007/s00330-023-09599-9.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.