Diffusion and Chemical Shift Magnetic Resonance Imaging Properties of Lumbar Bone Marrow; Correlation with Osteoporosis

Lomber Kemik İliğinin Difüzyon ve Kimyasal Kayma Manyetik Rezonans Görüntüleme Özellikleri; Osteoporozla Korelasyon

Abstract

Objective: To investigate whether or not diffusion-weighted imaging (DWI) of vertebral bone marrow or dual-echo chemical shift imaging(CSI) achieved by magnetic resonance imaging (MRI) can be used in the diagnosis of osteoporosis.Materials and Methods: Twenty-nine postmenopausal women patients (mean age 53.9±9 years) who underwent upper abdominal MRIand dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) were included in the study retrospectively. A total of 87 lumbar vertebras which appropriatewere divided into subgroups as normal, osteopenic and osteoporotic according to T-scores. Apparent diffusion coefficient (ADC) values werecalculated from DWI and signal intensities (SI) that measured in T1 dual-echo sequences were compared between groups. The fat fractionsof the vertebral body were measured based on the signal intensity index and vertebral spleen ratio (VSR) formulas previously used for adrenaladenomas.Results: The mean vertebral ADC values were 0.61±0.1 x 10-3 mm2/s in the normal group, 0.59±0.1 x 10-3 mm2/s in the osteopenic group,and 0.56±0.1 x 10-3 mm2/s in the osteoporotic group and there was no significant difference between them. The SI in out-of-phase sequence,SI index, and VSR were able to discriminate the osteoporotic group that had sustained fracture risks from the healthy and osteopenic ones.The sensitivities of the out-of-phase SI, SI index and VSR were 65.2%, 61.1% and 71%, respectively, while their specificities were 61.1%,63.8%, and 61.1%, respectively.Conclusion: The diffusion properties of bone marrow are not fully affected by osteoporosis. The DXA scores appear to be moderately relatedto the chemical composition of bone marrow rather than its cellularity. CSI based fat quantification can be a referrer in the decision to initiatetreatment by giving an idea of the presence of osteoporosis.

Özet

Amaç: Osteoporoz tanısında vertebra kemik iliğinin difüzyon ağırlıklı görüntülemesinin (DAG) ya da dual-eko kimyasal kayma manyetik rezonans görüntülemenin (MRG), kullanılıp kullanılamayacağını irdelemektir. Gereç ve Yöntem: Çalışmaya üst abdomen MRG ve dual enerji X-ray absorbsiyometri (DXA) yapılan 29 postmenopozal kadın (ortalama yaş 53,9±9) hasta retrospektif olarak dahil edildi. Uygun bulunan toplam 87 vertebra T skorlarına göre normal, osteopeni, osteporoz olarak alt gruplara ayrıldı. DAG’den görünür difüzyon katsayısı (ADC) değerleri hesaplandı. T1 dual-eko sekanslardaki sinyal yoğunlukları ölçülerek gruplar arasında karşılaştırıldı. Vertebra korpuslarının yağ yüzdeleri daha önceden adrenal adenomlar için kullanılan sinyal yoğunluk indeksi (SYİ) ve vertebra dalak oranı (VDO) formülleri üzerinden hesaplandı. Bulgular: Ortalama vertebra ADC değerleri normal grupta 0,61±0,1 x 10-3 mm²/s, osteopenili grupta 0,59±0,1 x 10-3 mm²/s ve osteoporozlu grupta 0,56±0,1x 10-3 mm²/s ölçüldü ve aralarında anlamlı farklılık ortaya çıkmadı. Out of faz sekansındaki sinyal yoğunluğu, SYİ ve VDO artmış kırık riski bulunan osteoporozlu grubu sağlıklı ve osteopenili gruptan ayırabildi. Out of faz sinyal yoğunluğu, SYİ, ve VDO’nun duyarlılıkları sırasıyla %65,2, %61,1, ve %71, iken, özgüllükleri %61,1, %63,8 ve %61,1 bulundu. Sonuç: Kemik iliğinin difüzyon özellikleri osteoporozdan tam olarak etkilenmemektedir. DXA skorları kemik iliğinin selülaritesinden çok kimyasal bileşimiyle orta derece ilişkili gözükmektedir. Kimyasal kayma görüntülemeye dayalı yağ kantifikasyonu osteoporozun varlığına dair fikir vererek tedaviye başlamaya karar verme aşamasında yönlendirici olabilir.