Optimierung der Vertebral Bone Quality zur Vorhersage einer Osteoporose mittels Magnetresonanztomographie und alters- und geschlechtsspezifische Unterschiede

Abstract-Text deutsch

Einleitung: Studien deuten auf eine Korrelation zwischen dem durch eine Magnetresonanztomographie (MRT) berechneten Vertebral Bone Quality Score für T1-Sequenzen (VBQ_T1) und der mit einer quantitativen Computertomographie erhobenen volumetrischen Bone Mass Density (vBMD). Zusammenhänge zwischen dem VBQ für andere MRT-Sequenzen (T2; Short Tau inversion recovery, STIR) sind nicht untersucht. Weiterhin weist das spinale Knochenmark geschlechts- und altersabhängige Veränderungen auf, deren Einfluss auf den VBQ unbekannt ist. Ziel war es, Zusammenhänge verschiedener VBQs und der vBMD sowie den Einfluss von Alter und Geschlecht zu untersuchen.

Methoden: Retrospektiv (2019–2021) wurde bei Patienten der VBQ anhand der Signalintensität der Wirbelkörper L1-4 für T1-, T2- sowie STIR-Sequenzen bestimmt und mit der Signalintensität des Liquors normalisiert. Die vBMD wurde mit CliniQCT® (Mindways Software, Inc., USA) mit Daten eines kalibrierten CT-Scanners (SOMATOM Definition AS+) gemessen. Eine Gruppenaufteilung erfolgte anhand der vBMD: I) Osteoporose/-penie (<120 mg/m3), II) Gesund (≥120 mg/m3). Korrelationsanalysen zwischen den verschiedenen VBQs und der vBMD, Receiver Operating Characterstic (ROC) Analysen und binäre Regressionsanalysen zur Bestimmung einer Osteoporose wurden durchgeführt.

Ergebnisse: 136 Patienten (Frauen: 57,4%) wurden in die Studie eingeschlossen. Gemäß vBMD hatten 108 Patienten (79,4%) eine Osteoporose/-penie, Frauen signifikant häufiger als Männer (p = 0.045). Der VBQ_T1 und der VBQ_T2 waren bei Frauen signifikant höher als bei Männern (VBQ_T1: p = 0,048; VBQ_T2: p = 0,013) und bei einer Osteoporose/-penie signifikant höher als bei gesunden Personen (VBQ_T1: p < 0,001; VBQ_T2: p = 0,025). Der VBQ_T1 und der VBQ_T2 korrelierten signifikant negativ mit der vBMD (p < 0,001). Die Multiplikation der VBQs mit dem Alter erhöhte die Effektstärke der Korrelationen deutlich (Abb. 1). Für den VBQ_STIR fanden sich keine signifikanten Unterschiede oder Korrelationen. Geschlechtsspezifischer Unterschiede zeigten sich zwischen dem Produkt von VBQs und Alter: VBQ_T1 × Alter wies eine höhere Effektstärke der Korrelation für Frauen, VBQ_T2 × Age für Männer auf. Mit einem VBQ_T1-Grenzwert von 2,101konnte mit einer Sensitivität von 64,3% und einer Spezifität von 78,3% eine Osteoporose/-penie bestimmt werden (Area-under-the-curve (AUC): 0,713). Eine binäre logistische Regressionsanalyse zeigte für das Modell P(Osteoporose,-penie = 1) = 1 / 1 + e^(−9.242 − 2.205 × VBQ_T1 + 0.909 × VBQ_T2 × 0.078 × Alter − 0.526 × Geschlecht) eine AUC von 0,846.

Diskussion: Die Studie bestätigt die Erkenntnisse einer Korrelation zwischen dem VBQ_T1 mit der vBMD und ergänzt sie um eine signifikante Korrelation zwischen dem VBQ_T2 und der vBMD. Es zeigt sich ein wesentlicher Einfluss des Alters auf die VBQs und die Ergebnisse deuten auf eine geschlechterspezifische Verwendung von VBQ_T1 bzw. VBQ_T2. Mit einer AUC von über 0,8 zeigt das mathematische Modell sehr gute Prognosequalitäten.

Abstract-Text englisch

Introduction: Recent findings revealed a correlation between vertebral bone quality of T1-weighted (VBQ_T1) magnetic resonance imaging (MRI) and volumetric bone mass density (vBMD) measured using quantitative computer tomography. Coherence among VBQ for other MRI sequences, such as T2 or short tau inversion recovery (STIR), has not been examined. Spinal marrow undergoes age- and sex-specific changes. Thus far, these parameters" influences on VBQ have not been studied. This study"s aims were to confirm the correlation between VBQ_T1 and vBMD and to examine coherences of other VBQ scores with vBMD. Furthermore, the influences of age and sex on VBQ should be examined.

Methods: In a retrospective design (2019–2021), patients" VBQs were calculated with the signal intensities of the vertebral bodies L1–4 for T1-, T2-, and STIR-weighted MRI. The VBQ was normalized with the cerebrospinal fluid"s signal intensity. The vBMD was determined with data from a calibrated scanner (SOMATOM Definition AS+) and processed with CliniQCT® (Mindways Software, Inc., USA). Groups were divided according to the vBMD into the following groups: (I) Osteoporosis/–penia (<120 mg/m3) and (II) Healthy (≥120 mg/m3). An analysis of the correlation between various VBQs and vBMD as well as receiver operating characteristic (ROC) and binary regression analyses for the prediction of an osteoporosis/–penia were performed.

Results: We included 136 patients (women: 57.4%) in the study. According to the vBMD, 108 patients (79.4%) had osteoporosis/–penia. Women were affected significantly more often than men (p = 0.045) and had significantly higher VBQ_T1 and VBQ_T2 than men (VBQ_T1: p = 0.048; VBQ_T2: p = 0.013). VBQ_T1 and VBQ_T2 values were significantly higher in patients with osteoporosis/–penia than in healthy persons (VBQ_T1: p < 0.001; VBQ_T2: p = 0.025). VBQ_T1 and VBQ_T2 correlated significantly and negatively with vBMD (p < 0.001). Multiplying VBQs by age raised the correlations" effect size considerably (Fig. 1). No significant differences or correlations were found for VBQ_STIR. Sex-specific differences emerged in the product of VBQ and age: In women, VBQ_T1 × age showed the strongest effect size of the correlations, whereas VBQ_T2 × age did so in men. A VBQ_T1 cutoff value of 2.101 predicted osteoporosis/–penia with a sensitivity of 64.3% and a specificity of 78.3% (area under the curve [AUC]: 0.713). A binary logistic regressions analysis for the model P(osteoporosis,–penia = 1) = 1 / 1 + e^(−9.242 − 2.205 × VBQ_T1 + 0.909 × VBQ_T2 × 0.078 × age − 0.526 × sex) had an AUC of 0.846.

Discussion: This study confirms the findings of a significant correlation between VBQ_T1 and vBMD. Additionally, a significant correlation between VBQ_T2 and vBMD emerged, and age demonstrated an important influence on VBQ. Furthermore, the results indicate a sex-specific use of VBQ_T1 and VBQ_T2 for better prognostic outcomes. An AUC above 0.8 for the mathematical model implies excellent prognostic qualities.