Сoвременные МРТ-методы анализа жировой фракции тел позвонков у детей
СтатьиД.А. Исмиев, Т.А. Ахадов, д-р мед. наук, профессор, И.А. Мельников, канд. мед. наук, А.Н. Яковлев ГБУЗ «Научно-исследовательский институт неотложной детской хирургии и травматологии - Клиника доктора Рошаля» Департамента здравоохранения г. Москвы
Ключевые слова: жировая фракция, позвоночник, МР-спектроскопия, Dixon, лучевая диагностика
Keywords: fat fraction, spine, MR-spectroscopy, Dixon, radiology
Резюме. Актуальность: Жировая фракция (ЖФ) костного мозга позвонков является важным биомаркером метаболического здоровья и структурной целостности костной ткани. У детей оценка ЖФ особенно важна ввиду физиологической конверсии красного костного мозга в желтый, нарушения которой связаны с гематологическими, метаболическими заболеваниями и последствиями терапии. Магнитнорезонансная томография (МРТ) представляет собой неинвазивный метод оценки ЖФ без лучевой нагрузки в отличие от КТ-денситометрии. Цель исследования: Провести сравнительный анализ и оценить степень корреляции между двумя современными МРТ-методами -протонной магнитно-резонансной спектроскопией (1Н-МРС) и методом Dixon (CSE MRI) - в количественной оценке жировой фракции тел позвонков у детей. Материалы и методы: Проведено обследование 51 пациента (средний возраст 10,7 ± 3,4 года), поступившего в НИИ НДХиТ с 06.2025 по 07.2025 с подозрением на компрессионный перелом. Исследования выполнялись на МР-томографе Philips Ingenia Ambition 1.5T. Количественная оценка ЖФ проводилась в телах позвонков Th42 и L1 двумя методами: 1Н-МРС с использованием последовательности STEAM (TE = 12,8 мс, TR = 2500 мс, размер вокселя = 20 х 15 х 10 мм) с обработкой в LCModel и методом Dixon (T2W_ mDixon_TSE, TE = 90 мс, TR = 2500 мс) с расчетом жировой фракции в программе RadiAnt DICOM Viewer. Статистический анализ включал расчет коэффициента корреляции Пирсона. Результаты: Выявлена выраженная положительная корреляционная связь между значениями жировой фракции, полученными методами 1Н-МРС и Dixon. Для тел позвонков Th42 и L1 коэффициент корреляции (r) составил 0,9 (p < 0,001). Заключение: Высокая степень корреляции между 1Н-МРС и методом Dixon свидетельствует о высокой согласованности данных методов при количественной оценке жирового компонента костного мозга. Это подтверждает возможность их взаимозаменяемого использования для оценки метаболических характеристик позвоночника у детей. Метод Dixon, будучи более быстрым и позволяющим оценивать больший объем ткани, может быть предпочтителен в рутинной клинической практике.
Summary. Background: The bone marrow fat fraction (FF) of the vertebrae is a critical biomarker of metabolic health and structural bone integrity. In pediatric populations, FF assessment is particularly important due to physiological conversion of red bone marrow to yellow marrow. Disruptions in this process are associated with hematological disorders, metabolic diseases, and iatrogenic side effects. Magnetic Resonance Imaging (MRI) offers a non-invasive modality for FF assessment without ionizing radiation, unlike CT densitometry. Objective: To perform a comparative analysis and evaluate correlation between two advanced MRI techniques - proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) and Dixon method (CSE MRI) -in the quantitative assessment of vertebral body fat fraction in children. Material and Methods: A study included 51 patients (mean age 10,7 ± 3,4 years) with suspected compression fractures who were admitted to the Clinical Research Institute for Emergency Pediatric Surgery and Trauma -Dr Roshal’s Clinic in Moscow in June and July 2025. Philips Ingenia Ambition 1.5T MRI scanner was used for imaging. Quantitative FF assessment was made for Th42 and L1 vertebral bodies using two techniques: 1H-MRS with STEAM sequence (TE = 12,8 ms, TR = 2500 ms, voxel size = 20 х 15 х 10 mm) processed via LCModel, and Dixon method (T2W_mDixon_TSE, TE = 90 ms, TR = 2500 ms) with FF calculation performed by RadiAnt DICOM Viewer. Statistical analysis performed calculations with Pearson correlation coefficient. Results: A strong positive correlation was found out between fat fraction values obtained by 1H-MRS and Dixon method. For Th42 and L1 vertebral bodies, correlation coefficient (r) was 0,9 (p < 0,001). Conclusion: A high degree of correlation between 1H-MRS and Dixon method demonstrates significant concurrence between these techniques for quantitative assessment of bone marrow fat component. Thus, it confirms a potential for their interchangeable application in evaluating metabolic characteristics of the spine in children. Dixon method, being faster and analyzing larger tissue volumes, may be preferable in the routine clinical practice.
Для цитирования: Современные МРТ-методы анализа жировой фракции тел позвонков у детей / Д.А. Исмиев, Т.А. Ахадов, И.А. Мельников, А.Н. Яковлев // Практика педиатра. 2026. № 3. С. 28-32.
For citation: Modern MRI techniques to analyze the vertebral body fat fraction in children / D.A. Ismiev, T.A. Akhadov, I.A. Melnikov, A. N. Yakovlev // Pediatrician's Practice. 2026. No. 3. P. 28-32.
ВВЕДЕНИЕ (АКТУАЛЬНОСТЬ)
Жировая фракция (ЖФ) костного мозга тел позвонков признана важным биомаркером, отражающим как метаболическое здоровье, так и структурную целостность костной ткани [1-3]. Традиционные методы оценки состояния костной ткани, такие как рентгеновская остеоденситометрия, не всегда доступны в педиатрической практике, а ее альтернатива, КТ-денситометрия, сопряжена со значительной лучевой нагрузкой, что крайне нежелательно для детского организма [4, 5].
В педиатрической популяции оценка состава костного мозга имеет свои особенности. Параллельно с процессом набора костной массы у детей происходит физиологическая конверсия красного (гемопоэтического) костного мозга в желтый (жировой) [6-8]. Нарушение этого динамического процесса может быть связано с рядом серьезных патологических состояний, включая заболевания крови (например, апластическую анемию) [1, 9], метаболические нарушения, остеопороз, а также являться следствием проводимой терапии, в частности применения глюкокортикоидов [3, 5, 10].
Рис. 1. Локализация спектроскопического вокселя в теле позвонка
В этом контексте магнитно-резонансная томография (МРТ) выступает как оптимальный метод визуализации. Благодаря тому что МР-сигнал формируется преимущественно протонами водорода, входящими в состав воды и жира, МРТ позволяет неинвазивно и без ионизирующего излучения проводить количественную оценку водножирового состава костного мозга [4, 6].
Существует несколько МРТ-подходов для количественного анализа жировой фракции. К наиболее точным и распространенным относятся локализованная протонная магнитно-резонансная спектроскопия (1Н-МРС) и МРТ, кодированная по химическому сдвигу (Chemical Shift-Encoded MRI, или метод Dixon). 1Н-МРС позволяет детально оценить метаболический профиль в ограниченном объеме (вокселе) [2, 11, 12], тогда как метод Dixon обеспечивает разделение сигналов воды и жира на всем протяжении сканируемой области [13-15]. Несмотря на их активное применение, вопрос о согласованности и взаимозаменяемости этих методов в педиатрической практике остается актуальным.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
Провести сравнительный анализ и оценить степень корреляции между двумя современными МРТ-методами - протонной магнитно-резонансной спектроскопией (1Н-МРС) и методом Dixon - в количественной оценке жировой фракции тел позвонков у детей.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
На базе ГБУЗ НИИ НДХиТ - Клиники доктора Рошаля в период с 06.2025 по 07.2025 было проведено исследование, в которое был включен 51 пациент (средний возраст 10,7 ± 3,4 года). Критерии включения в исследование: пациенты в возрасте от 5 до 18 лет, поступившие в клинику с подозрением на компрессионный перелом тел позвонков. Критериями исключения являлись наличие осложненных переломов тел позвонков, а также хирургические вмешательства на позвоночнике.
МР-исследования проводились на томографе Philips Ingenia Ambition 1.5Т. Протокол сканирования позвоночника включал стандартные последовательности для оценки наличия травмы в позвонках, а также специализированные последовательности для количественной оценки жировой фракции: 1Н-МРС и T2W_mDixon_TSE.
Для получения спектров использовалась стандартная последовательность STEAM. Параметры сканирования были следующими: время эхо (TE) = 12,8 мс, время повторения (TR) = 2500 мс, число усреднений (NSA) = 32, общее
время накопления - 2,5 минуты. Объем интереса (VOI) размером 20 х 15 х 10 мм позиционировался в центральных отделах тел позвонков Th42 и L1 (рис. 1).
Обработка полученных спектров выполнялась в автоматическом режиме с использованием программного обеспечения LCModel (рис. 2). Расчет жировой фракции производился по формуле, основанной на интегральных интенсивностях пиков жира и воды:
где FF - содержание жира, Ifat - интенсивность сигнала жира, Iwater - интенсивность сигнала воды.
Для альтернативной оценки жировой фракции применялась Т2-взвешенная последовательность mDixon TSE со следующими параметрами: TE = 90 мс, TR = 2500 мс, поле обзора (FOV) 300 х 550 х 66 мм, размер вокселя 0,85 х 1,1 х 4 мм, матрица 352 х 495 х 15. Данная последовательность за одно сканирование позволяла получить раздельные изображения «только вода» (Water-only), «только жир» (Fat-only), а также фазовые изображения (In-phase).
Анализ изображений Dixon проводился в программе RadiAnt DICOM Viewer. В центральной части тел позвонков Th42 и L1 на сагиттальных срезах размещался регион интереса (ROI) в форме эллипса (рис. 3). Фиксировались средние значения интенсивности сигнала на изображениях «только жир» и «только вода». Жировая фракция рассчитывалась по формуле:
где FF - содержание жира, Sfat - значения пикселей, которые учтены в изображении только для жира, Swater - значения пикселей, которые учтены в изображении только для воды.
Для оценки связи между показателями жировой фракции, полученными двумя методами, использовался коэффициент корреляции Пирсона (r). Статистически значимыми считались различия при p < 0,05.
Рис. 2. Анализ спектров в LCModel
Рис. 3. Подсчет данных жировой фракции Th42—L1 позвонков в режиме DIXON water only и DIXON fat only
Рис. 4. Корреляционная связь между содержанием жировой фракции в теле позвонка Th42 по данным 1Н-МРС и Dixon
РЕЗУЛЬТАТЫ
При анализе данных, полученных у 51 пациента, была выявлена выраженная положительная корреляционная связь между содержанием жировой фракции, измеренным с помощью 1Н-МРС, и значениями, полученными методом Dixon.
Для тел позвонков Th42 коэффициент корреляции (r) по данным и Dixon составил 0,9 (р < 0,001) (рис. 4). Для тел позвонков L1 наблюдалась аналогичная сильная корреляция (рис. 5).
ОБСУЖДЕНИЕ
Полученные нами результаты демонстрируют высокую степень согласованности между двумя передовыми МРТ-методами количественной оценки жировой фракции костного мозга у детей. 1Н-МРС часто рассматривается как референсный неинвазивный метод для оценки состава тканей, поскольку он обеспечивает прямое измерение метаболитов (протонов воды и жира) в заданном объеме. Высокая точность этого метода подтверждается результатами зарубежных работ. В работах Arentsen и со-авт., а также MacEwan и соавт., было показано, что данные о жировой и водной фракциях костного мозга, полученные с помощью методов 1Н-МРС, демонстрируют сильную корреляцию с результатами прямых гистологических исследований [16, 17]. Дополнительным подтверждением надежности метода служат данные Cohen и соавт., которыми была установлена значимая связь между показателями жировой ткани костного мозга в образцах биопсии гребня подвздошной кости и значениями 1Н-МРС в позвоночнике [18].
Рис. 5. Корреляционная связь между содержанием жировой фракции в теле позвонка L1 по данным 1H- МРС и Dixon
Доказанная корреляция МР-спектроскопии с гистологическим составом ткани открывает перспективы для расширения диагностической значимости спектроскопии. В работе А.С. Иванцовой и соавт. (2021) продемонстрировано, что МР-спектроскопия может выступать в качестве альтернативного метода оценки прочности костной ткани [2].
Метод Dixon, в свою очередь, является методом получения изображений, который позволяет не только количественно оценить жировую фракцию, но и сделать это на всем протяжении сканируемой области (в нашем случае -всего грудопоясничного отдела позвоночника). Это позволяет избежать ошибок, связанных с гетерогенностью распределения жира в теле позвонка, и дает более общую оценку. Использование данного подхода оптимизирует диагностику, так как он не требует тщательного позиционирования вокселя, сложного анализа спектральных пиков и позволяет оперативно получить необходимую информацию о жировой фракции в телах позвонков.
Методы магнитно-резонансной томографии для определения жировой фракции в тканях на основе алгоритма Dixon подразделяются на двуточечные (two-point) и многоэховые (multi-echo) последовательности [15]. Традиционным методом рассматривается многоэховый подход.
Однако в нашей работе мы использовали двуточечный вариант метода Dixon, сокращенный по времени сканирования. Несмотря на использование меньшего количества эхо-сигналов, этот подход позволяет получить результаты, сопоставимые с данными эталонной спектроскопии.
Высокая корреляция (r > 0,9, p < 0,001), выявленная в нашем исследовании, говорит о том, что более быстрый и менее требовательный к оператору метод Dixon может служить надежной альтернативой 1Н-МРС для количественной оценки жировой фракции в педиатрической практике. Это открывает перспективы для его широкого внедрения в рутинные протоколы МРТ позвоночника у детей, особенно в группах риска (пациенты, получающие глюкокортикоидную терапию, с гематологическими или метаболическими нарушениями, а также пациенты с низкоэнергетическими компрессионными переломами).
К ограничениям данной работы следует отнести небольшой размер выборки (n = 51). Кроме того, в работе не проводилось сопоставление с КТ-денситометрией, что является следующим логичным шагом в наших исследованиях.
ВЫВОДЫ
В ходе нашего исследования установлена выраженная положительная корреляционная связь между содержанием жировой фракции в телах позвонков Th42 и L1 у детей, измеренным методами протонной магнитно-резонансной спектроскопии (1Н-МРС) и методом Dixon. Высокая степень согласованности подтверждает возможность взаимозаменяемого использования данных, полученных методами МР-спектроскопии и Dixon, при оценке метаболических характеристик позвоночника у детей. Полученные результаты указывают на перспективность дальнейших исследований, направленных на сопоставление данных МР-методов с результатами КТ-денситометрии для более комплексной оценки состояния костной ткани у детей.
Литература
1. Кривенцова Н.А., Терещенко Г.В. Оценка клеточности костного мозга методом магнитно-резонансной томографии при апластической анемии у детей // Вопросы гематологии/онколо-гии и иммунопатологии в педиатрии. 2023. Т. 22, № 1. C. 73-77. DOI: 10.24287/1726-1708-2023-22-1-73-77.
2. Протонная магнитно-резонансная спектроскопия как альтернативный количественный метод оценки прочности костей / А.С. Иванцова, П.Е. Меньщиков, У.А. Полякова [и др.] // Альманах клинической медицины. 2021. Т. 49, № 1. C. 49-55. DOI: 10.18786/2072-0505-2021-49-002.
3. MR-based proton density fat fraction (PDFF) of the vertebral bone marrow differentiates between patients with and without osteoporotic vertebral fractures / F.T. Gassert, A. Kufner, F.G. Gassert [et al.] // Osteoporosis International. 2022. Vol. 33, No. 2. P. 487-496. DOI: 10.1007/s00198-021-06147-3.
4. Proton density fat fraction: magnetic resonance imaging applications beyond the liver / I.S. Idilman, A.E. Yildiz, A.D. Karaosmanoglu [et al.] // Diagnostic and Interventional Radiology. 2022. Vol. 28, No. 1. P. 83-91. DOI: 10.5152/dir.2021.21845.
5. Ward L.M., Konji V.N., Ma J. The management of osteoporosis in children // Osteoporosis International. 2016. Vol. 27, No. 7. P. 21472179. DOI: 10.1007/s00198-016-3515-9.
6. Proton density fat fraction MRI of vertebral bone marrow: Accuracy, repeatability, and reproducibility among readers, field strengths, and imaging platforms / F.C. Schmeel, T. Vomweg, F. Traber [et al.] // Journal of Magnetic Resonance Imaging. 2019. Vol. 50, No. 6. P. 1762-1772. DOI: 10.1002/jmri.26748.
7. MR Imaging of Pediatric Bone Marrow / B.Y. Chan, K.G. Gill, S.L. Rebsamen, J.C. Nguyen // RadioGraphics. 2016. Vol. 36, No. 6. P. 1911-1930. DOI: 10.1148/rg.2016160056.
8. Person A., Janitz E., Thapa M. Pediatric Bone Marrow: Normal and Abnormal MRI Appearance // Seminars in Roentgenology. 2021. Vol. 56, No. 3. P. 325-337. DOI: 10.1053/j.ro.2021.05.002.
9. Quantifying Bone Marrow Fat Fraction and Iron by MRI for Distinguishing Aplastic Anemia from Myelodysplastic Syndromes / Z. Zeng, X. Ma, Y. Guo [et al.] // Journal of Magnetic Resonance Imaging. 2021. Vol. 54, No. 6. P. 1754-1760. DOI: 10.1002/jmri.27769.
10. Glucocorticoids and Body Fat Inversely Associate with Bone Marrow Density of the Distal Radius in Healthy Youths / J. Esche, L. Shi, M.F. Hartmann [et al.] // The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 2019. Vol. 104, No. 6. P. 2250-2256. DOI: 10.1210/ jc.2018-02108.
11. Quantitative MRI and spectroscopy of bone marrow / D.C. Karampi-nos, S. Ruschke, M. Dieckmeyer [et al.] // Journal of Magnetic Resonance Imaging. 2018. Vol. 47, No. 2. P. 332-353. DOI: 10.1002/ jmri.25769.
12. MR-Based Assessment of Bone Marrow Fat in Osteoporosis, Diabetes, and Obesity / C. Cordes, T. Baum, M. Dieckmeyer [et al.] // Frontiers in Endocrinology. 2016. Vol. 7, No. 74. P. 1-7. DOI: 10.3389/ fendo.2016.00074.
13. Dixon W.T. Simple proton spectroscopic imaging // Radiology. 1984. Vol. 153. P. 189-194. DOI: 10.1148/radiology.153.1.6089263.
14. Quantitative MRI Dixon signal drop and fat fraction for differentiating bone marrow lesions: a two-center prospective analysis / M.I. Metwally, Y.E. Almalki, M.F. Khalil [et al.] // European Radiology Experimental. 2025. Vol. 9, No. 1. P. 89. DOI: 10.1186/s41747-025-00615-9.
15. Comparison of the accuracy of commercial two-point and multiecho Dixon MRI for quantification of fat in liver, paravertebral muscles, and vertebral bone marrow / T. Haueise, F. Schick, N. Stefan, J. Machann // European Journal of Radiology. 2024. Vol. 172. P. 111359. DOI: 10.1016/j.ejrad.2024.111359.
16. Validation of marrow fat assessment using noninvasive imaging with histologic examination of human bone samples / L. Arentsen, M. Yagi, Y. Takahashi [et al.] // Bone. 2015. Vol. 72. P. 118-122. DOI: 10.1016/j.bone.2014.11.002.
17. Proton density water fraction as a biomarker of bone marrow cellu-larity: Validation in ex vivo spine specimens / I.J. MacEwan, N.E. Gle-mbotski, D. D’Lima [et al.] // Magnetic Resonance Imaging. 2014. Vol. 32, No. 9. P. 1097-1101. DOI: 10.1016/j.mri.2014.03.005.
18. Marrow adiposity assessed on transiliac crest biopsy samples correlates with noninvasive measurement of marrow adiposity by proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) at the spine but not the femur / A. Cohen, W. Shen, D.W. Dempster [et al.] // Osteoporosis International. 2015. Vol. 26, No. 10. P. 2471-2478. DOI: 10.1007/s00198-015-3161-7.
Комментарии
ПРАКТИКА ПЕДИАТРА
