MRI動態(tài)增強掃描對脊柱結核和脊柱轉移瘤的鑒別診斷價值

郎 寧 LANG Ning

蘇敏英2 SU Minying

Hon J. Yu2

袁慧書1 YUAN Huishu

MRI動態(tài)增強掃描對脊柱結核和脊柱轉移瘤的鑒別診斷價值

郎 寧1LANG Ning

蘇敏英2SU Minying

Hon J. Yu2

袁慧書1YUAN Huishu

作者單位
1.北京大學第三醫(yī)院放射科 北京 100191
2. 美國加利福尼亞大學Tu&Yun腫瘤功能成像中心 美國 92697-5020

目的 探討MR T1WI動態(tài)增強成像半定量和定量分析對脊柱結核和脊柱轉移瘤的鑒別診斷價值，提高術前影像診斷準確性。資料與方法 對24例脊柱結核和22例脊柱轉移瘤進行MR T1WI動態(tài)增強掃描，對圖像后處理分析得到的時間-信號強度曲線、上升期病變信號強度增幅、最大上升線性斜率及應用雙室藥物代謝動力學分析獲得的血管通透性常數(shù)（Ktrans）和轉運常數(shù)（kep）進行比較。結果 24例脊柱結核患者中，僅1例（4.2%）呈速降型曲線，12例（50.0%）呈平臺型，11例（45.8%）呈持續(xù)增強型；22例脊柱轉移瘤中，12例（54.5%）呈速降型曲線，7例（31.8%）呈平臺型曲線，3例（13.6%）呈持續(xù)增強型曲線。脊柱結核組和脊柱轉移瘤組信號強度增幅[（198±81）%與（165±60）%]、時間-信號強度曲線最大上升線性斜率[（100±55）%與（111±41）%]和Ktrans[（0.077±0.036）/min與（0.077±0.028）/min]差異均無統(tǒng)計學意義（t=1.56、0.76、0，P＞0.05）。脊柱結核組kep明顯低于轉移瘤組[（0.270±0.015）/min與（0.490±0.023）/min，t=38.74，P＜0.001]。結論 MR T1WI動態(tài)增強成像可以為表現(xiàn)不典型、常規(guī)MRI檢查不易鑒別的脊柱結核和脊柱轉移瘤的鑒別診斷提供一定的參考。

結核，脊柱；脊柱腫瘤；磁共振成像；圖像增強；診斷，鑒別

椎體轉移瘤與脊柱結核是比較常見的疾病，脊柱結核和脊柱轉移瘤在影像學上均表現(xiàn)為椎體骨質破壞和局部腫塊影，均可以多發(fā)或單發(fā)。如果病變影像學表現(xiàn)典型，通過椎間盤是否受累、周圍軟組織為膿腫或軟組織腫塊可以較為容易地對兩者進行鑒別診斷。然而，如果患者進行檢查時病變處于發(fā)展的某一特殊時期，憑借平掃和普通靜態(tài)增強掃描均很難將結核的肉芽腫和轉移瘤的軟組織腫塊相鑒別[1]。正確的術前影像診斷對治療方法的選擇和預后評估具有重要作用。本研究采用MRI動態(tài)增強掃描鑒別診斷脊柱結核和脊柱轉移瘤，以提高術前影像診斷的準確性。

1 資料與方法

1.1 研究對象 收集2008年6月—2013年12月于北京大學第三醫(yī)院放射科進行脊柱MRI動態(tài)增強掃描的46例患者，其中經(jīng)病理或臨床治療隨診證實脊柱結核24例，男15例，女9例；年齡16～71歲，平均（43.0±18.5）歲；22例為多發(fā)病變，2例為單發(fā)病變；11例未見典型椎間盤受累，11例增強掃描未見典型椎旁膿腫，6例既未見典型椎間盤受累，也未見典型椎旁膿腫，僅表現(xiàn)為骨質破壞和軟組織腫塊，表現(xiàn)不典型。22例脊柱轉移瘤均經(jīng)CT引導下穿刺或者手術病理證實，男13例，女9例；年齡30～81歲，平均（54.8±17.0）歲；17例為多發(fā)病變，5例為單發(fā)病變；原發(fā)腫瘤：肺癌7例，甲狀腺癌5例，肝癌4例，乳腺癌3例，腎癌2例，前列腺癌1例。納入標準：臨床懷疑脊柱病變，MRI動態(tài)增強成像前未采取任何治療、未行穿刺活檢或手術；在MRI動態(tài)增強成像后1周內進行穿刺活檢或手術治療，如果未行手術則根據(jù)臨床治療隨訪結果確診。排除標準：曾行有創(chuàng)活檢、病變局部有手術治療史、經(jīng)過腫瘤治療、不能配合MRI增強掃描或拒絕接受增強掃描檢查者。本研究經(jīng)北京大學第三醫(yī)院倫理委員會審核通過，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE MR 750和Siemens Trio 3T超導型全身MRI掃描儀，先進行常規(guī)MRI平掃檢查，掃描序列包括橫軸位T2WI、矢狀位T2WI、矢狀位T1WI和脂肪抑制T2WI。常規(guī)平掃檢查后進行MRI動態(tài)增強掃描，采用Ulrich（歐利奇）高壓注射器，經(jīng)肘正中靜脈注入釓噴替酸葡甲胺（Gd-DTPA，0.2 mmol/kg），注射速度2 ml/s，注射后再注射20 ml生理鹽水。掃描序列采用FLASH 3D VIBE序列，TR 4.1 ms，TE 1.5 ms，翻轉角為10°，空間分辨率為256×192，視野250 mm ×250 mm，1個層塊，掃描30層，層厚3 mm，間隔0.6 mm，使用體線圈，單次掃描10～14 s，動態(tài)增強掃描總時間120～168 s，第一次掃描結束即刻開始注射造影劑。動態(tài)增強掃描后采用常規(guī)T1WI脂肪抑制序列進行常規(guī)MRI增強掃描。

1.3 圖像分析 由2名具有10年以上脊柱病變診斷經(jīng)驗的醫(yī)師分別采用盲法獨立分析。手動選擇增強最明顯的區(qū)域作為感興趣區(qū)（ROI），范圍0.5～1.2 cm2，排除囊變、鈣化、壞死、出血等區(qū)域。使用Siemens Sygno Mean Curve軟件獲得ROI內的時間-信號強度曲線，將曲線分為3類[2]：①速降型，上升期前1 min內信號強度達到峰值，達峰后曲線呈下降趨勢，下降程度＞10%；②平臺型，上升期前1 min內未達到明顯峰值，1 min后呈緩慢上升趨勢，與1 min時的信號強度相比上升＜10%；③持續(xù)增強型，在整個掃描時限內信號強度持續(xù)升高，掃描結束時的信號強度與1 min時相比上升＞10%。

根據(jù)公式（1）和公式（2）計算時間-信號強度曲線上升期病變信號強度增幅（Peak SE%）和最大上升線性斜率（Max Wash-in SE%）：

其中SIpeak代表曲線上升期結束信號強度達到峰值時的信號強度（對于持續(xù)增強型SIpeak代表掃描結束時的信號強度），SIinitial代表注藥前的信號強度，SI2和SI1代表時間-信號強度曲線上升部分信號強度增幅最大的兩點的信號強度。

應用雙室藥學動力學Tofts模型進行定量參數(shù)分析獲得血管通透性常數(shù)（Ktrans）和轉運常數(shù)（kep）[3]，擬合過程中使用由Parker等[4]提供的血液動力學參數(shù)（與Siemens Syngo Tissue 4D軟件采用的血液動力學參數(shù)相同）。

1.4 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 11.5軟件，脊柱結核和脊柱轉移瘤的不同模式曲線之間的差異比較采用Fisher確切概率法，脊柱結核和脊柱轉移瘤的曲線參數(shù)最大上升幅度和上升期最大斜率、藥代動力學參數(shù)Ktrans和kep比較采用成組t檢驗，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 動態(tài)增強曲線特征 24例脊柱結核患者中，1例（4.2%）呈速降型，12例（50.0%）呈平臺型，11例（45.8%）呈持續(xù)增強型。22例脊柱轉移瘤中，12例（54.5%）呈速降型，7例（31.8%）呈平臺型，3例（13.6%）呈持續(xù)增強型。脊柱結核和脊柱轉移瘤表現(xiàn)為速降型曲線的病例差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.001）。脊柱結核及脊柱轉移瘤的動態(tài)增強曲線見圖1、2。

2.2 動態(tài)增強曲線特征性參數(shù)和藥物代謝動力學研究脊柱結核和脊柱轉移瘤的動態(tài)增強曲線特征性參數(shù)和藥代動力學參數(shù)見表1。與脊柱轉移瘤組相比，脊柱結核組的信號強度增幅略高，但差異無統(tǒng)計學意義（t=1.56，P＞0.05），多數(shù)脊柱結核表現(xiàn)為平臺型（12例）或持續(xù)增強型（11例），峰值出現(xiàn)較晚，6例在掃描期間未出現(xiàn)高峰，使用掃描最后時間點的信號強度。脊柱結核組的時間-信號強度曲線最大上升線性斜率略低于脊柱轉移瘤組，但差異無統(tǒng)計學意義（t=0.76，P＞0.05）；兩組Ktrans差異無統(tǒng)計學意義（t=－0.00，P＞0.05）；脊柱結核組kep明顯低于脊柱轉移瘤組，差異有統(tǒng)計學意義（t=38.74，P＜0.001）。kep與曲線下降有關，脊柱轉移瘤組較高的kep值提示脊柱轉移瘤組有較多病例呈速降型曲線、較少病例呈持續(xù)增強型曲線。

圖1 男，64歲，脊柱結核。T2WI（A）及T1WI（B）顯示C7～T1椎體溶骨性骨質破壞（箭），椎體周圍可見軟組織增厚，向椎管內壓迫；增強T1WI病變不均勻強化，未發(fā)現(xiàn)明顯的典型無強化區(qū)（箭，C）；時間-信號強度曲線呈速降型，藥物代謝動力學分析Ktrans=0.117/min，kep=0.499/min（D）

圖2 男，75歲，前列腺癌脊柱轉移。T2WI（A）及T1WI（B）顯示L1～4椎體溶骨性骨質破壞，椎體周圍可見軟組織腫塊（箭）；增強T1WI顯示不均勻強化（箭，C）；時間-信號強度曲線呈速降型，藥物代謝動力學分析Ktrans=0.058/min，kep=0.565/min（D）

表1 脊柱結核和脊柱轉移瘤的動態(tài)增強曲線特征性參數(shù)和藥物代謝動力學參數(shù)

3 討論

惡性腫瘤骨轉移較為常見，脊柱是常見轉移部位；脊柱結核在骨關節(jié)結核中最為常見，兩者臨床上均可以出現(xiàn)由于不同程度的神經(jīng)根或脊髓受壓引起的放射痛、病理征、感覺異常、肢體無力或截癱等，并常有受累椎體區(qū)持續(xù)疼痛或叩擊痛，臨床癥狀差異不大。脊柱結核和脊柱轉移瘤在影像學上均表現(xiàn)為椎體骨質破壞和局部軟組織影，均可以多發(fā)或單發(fā)。脊柱結核的典型表現(xiàn)為椎體骨質破壞、椎間盤受累、椎旁膿腫形成；脊柱轉移瘤多表現(xiàn)為椎體骨質破壞，軟組織腫塊形成，椎間盤較少受累，如果病變表現(xiàn)較為典型，兩者鑒別較為容易。然而，如果患者進行檢查時，病變處于發(fā)展的某一時期，比如結核膿腫尚未形成、椎旁病變處于實性腫塊階段或者結核尚未累及椎間盤，兩者均表現(xiàn)為椎體的骨質破壞、椎旁腫物，椎間盤無受累，憑借平掃和普通靜態(tài)增強掃描均很難將結核的肉芽腫和轉移瘤的軟組織腫塊相鑒別[1,5-6]。然而脊柱結核和脊柱轉移瘤的治療方法和預后明顯不同，脊柱轉移瘤可尋找原發(fā)灶并采取相應的抗腫瘤治療；而脊柱結核則采取抗結核治療，因此，正確的術前影像診斷能給臨床治療方法的選擇和預后評估帶來極大的幫助。本研究將動態(tài)增強成像應用于脊柱結核和脊柱轉移瘤，探討兩者之間的差異，為術前診斷和鑒別診斷提供幫助。

由于脊柱骨質結構的復雜性與特殊性，脊柱良、惡性病變的影像學表現(xiàn)不同于同一種疾病在四肢骨的表現(xiàn)，正確診斷甚至術前判斷病變良惡性均有一定的困難。目前脊柱病變的MRI診斷主要采用常規(guī)MRI序列和普通靜態(tài)增強掃描，通過觀察病變的形態(tài)及信號信息為診斷提供幫助，對于脊柱病變的定性診斷、分級、治療效果監(jiān)測、復發(fā)評價等均有一定的局限性。動態(tài)增強MRI是在快速注射造影劑之后應用快速成像注：Peak SE%：時間-信號強度曲線上升期病變信號強度增幅；Max Wash-in SE%：曲線上升期的最大上升線性斜率；Ktrans：血管通透性常數(shù)；kep：轉運常數(shù)序列進行快速掃描，獲得造影劑在毛細血管網(wǎng)和組織間質間隙分布情況的動態(tài)生理信息。腫瘤是血管生成依賴性疾病，這些新生血管引起腫瘤血容積、灌注值及毛細血管通透性等的變化，進而引起血流模式改變，這些因素構成MRI動態(tài)增強掃描的基礎[7]。MRI早期動態(tài)增強掃描可以提供比普通MRI增強掃描更為準確的病變的血供信息，對骨骼系統(tǒng)疾病的鑒別診斷有很大幫助。

本研究中多層面多時相動態(tài)增強MRI采用FLASH 3D VIBE序列，可以覆蓋整個病變椎體，并為選取增強最明顯的區(qū)域提供足夠的空間分辨率和圖像質量。目前已有研究將雙室藥物代謝動力學方法應用于脊柱動態(tài)增強數(shù)據(jù)的定量分析，并獲得了滿意的結果[8]。本研究采用藥物代謝動力學擬合得出血管通透性常數(shù)Ktrans和轉運常數(shù)kep，擬合過程中使用Tissue 3D商業(yè)軟件采用的基于Parker等[4]提供的血流曲線，通過選擇和商業(yè)軟件相同的血流參數(shù)，便于本研究結果和其他研究結果相比較。

從動態(tài)增強曲線類型方面，脊柱結核和脊柱轉移瘤表現(xiàn)為速降型曲線的病例差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.001）。郁萬江等[9]報道，惡性病變的動態(tài)增強曲線多屬于速降型或速升平坦型，但曲線類型在良、惡性病變中有較大的重疊。Van Der Woude等[10]發(fā)現(xiàn)，速升-速降型曲線代表病變內部細胞密集且缺乏間質的部分，這種組織結構使對比劑較少在細胞間隙留存而迅速流出，曲線下降迅速，并認為速升速降型曲線高度提示惡性病變。腫瘤血管分布雜亂無章，內徑粗細明顯不均勻，血管基底膜功能缺陷，而且毛細血管通透性增加，血流量大、阻力低[11]，惡性腫瘤有豐富的腫瘤血管，導致在MRI動態(tài)成像上表現(xiàn)為對比劑早期快速進入，時間-信號強度曲線的上升期曲線陡峭，信號強度增幅較大，達峰時間短，曲線上升期斜率較大[2]。本組22例脊柱轉移瘤中，12例（54.5%）呈速降型曲線，7例（31.8%）呈平臺型曲線，與文獻報道相符，與轉移瘤腫瘤血管作為實體腫瘤豐富且通透性更強的觀點相符。24例脊柱結核患者中，僅1例（4.2%）呈速降型曲線，12例（50.0%）呈平臺型，11例（45.8%）呈持續(xù)增強型，與速降型曲線相比，平臺型或持續(xù)增強型曲線代表較低的血管通透性和較高的間質成分，使造影劑可以在血管外間隙停留。曲線類型結果分析提示，如果是速降型曲線應首先考慮轉移瘤而不是結核，而對于平臺型和持續(xù)增強型曲線需結合其他征象進一步鑒別。

與曲線類型上升階段均為速升型結果一致，脊柱結核組和脊柱轉移瘤組信號強度增幅、時間-信號強度曲線最大上升線性斜率和血管通透性常數(shù)Ktrans均無顯著差異，提示兩者血管均較為豐富，符合其病理學改變，轉移瘤有豐富的腫瘤血管；而結核病灶內部有成熟的新生血管形成，但結構相對規(guī)則。與24例脊柱結核病例中23例為平坦型或緩慢上升型曲線一致，脊柱結核的轉運常數(shù)kep明顯低于轉移瘤（P＜0.001）。在病理學上，鏡下典型的結核結節(jié)中央常有干酪樣壞死，其中含有結核桿菌，周圍有類上皮細胞、朗漢斯巨細胞、外周浸潤的淋巴細胞和少量增生的成纖維細胞，這種組織結構中有較多的間質間隙可以讓造影劑存留。此外，結核內部有多個微小的壞死灶，壞死灶局部有破損的小血管時，可能造成造影劑漏出到小的壞死灶內，也可能是結核病灶持續(xù)強化的原因[12]。

總之，MRI動態(tài)增強掃描對于MRI掃描難以鑒別的脊柱結核和轉移瘤具有一定的鑒別診斷價值，特別是kep值可以為兩者的鑒別診斷提供幫助，如果常規(guī)MRI檢查鑒別診斷困難，可以參考MRI動態(tài)增強曲線參數(shù)為鑒別診斷提供依據(jù)，為臨床診斷提供更多的信息。

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（本文編輯 張春輝）

Differentiation of Tuberculosis and Metastatic Cancer in the Spine Using Dynamic Contrast-enhanced MRI

Purpose To investigate the significance of dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging in differential diagnosis of spinal tuberculosis and metastatic cancer. Materials and Methods DCE-MRI was performed in 46 patients, including 24 cases of TB and 22 cases of metastatic cancer. The characteristic DCE parameters including time-signal intensity curve, signal intensity amplification, and maximum slope were calculated. The two-compartmental pharmacokinetic model was used to obtain Ktransand kep. Results Of 24 cases of TB, only 1 case (4.2%) showed the wash-out kinetic pattern, 12 cases (50.0%) showed the plateau pattern, and 11 cases (45.8%) showed the persistent enhancing pattern. Of 22 cases of metastatic cancers, 12 cases (54.5%) showed wash-out kinetic pattern, 7 cases (31.8%) showed plateau pattern, and 3 cases (13.6%) showed persistent enhancing pattern. Compared to the metastatic cancer group, the TB group was not statistic different in peak signal enhancement [(198±81)% vs. (165±60)%, P＞0.05], maximum slope [(100±55)% vs. (111±41)%, P＞0.05] and Ktrans[(0.077±0.036)/ min vs. (0.077±0.028)/min, P＞0.05]. The TB group had a lower kepwhen compared with the metastatic cancer group [(0.270±0.015)/min vs. (0.490±0.230)/min, t=38.74, P＜0.001]. Conclusion DCE-MRI may provide additional information for differential diagnosis when the manifestations of spinal TB and metastasis were similar or atypical.

Tuberculosis, spinal; Spinal tumor; Magnetic resonance imaging; Image enhancement; Diagnosis, differential

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.05.013

袁慧書

Department of Radiology, Peking University Third Hospital, Beijing 100191, China

Address Correspondence to: YUAN Huishu

E-mail: huishuy@bjmu.edu.cn

國家自然科學基金項目（81471634）。

R738.1；R529.2；R730.42

2014-12-11

修回日期：2015-04-05

中國醫(yī)學影像學雜志

2015年 第23卷 第5期：373-376，387

Chinese Journal of Medical Imaging

2015 Volume 23(5): 373-376, 387