磁共振體素內(nèi)不相干性運(yùn)動(dòng)在肌骨系統(tǒng)腫瘤定性診斷中的作用

張晶， 左盼莉， 程克斌， 于愛(ài)紅， 程曉光

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·骨骼肌肉影像學(xué)·

磁共振體素內(nèi)不相干性運(yùn)動(dòng)在肌骨系統(tǒng)腫瘤定性診斷中的作用

張晶， 左盼莉， 程克斌， 于愛(ài)紅， 程曉光

目的：評(píng)價(jià)磁共振體素內(nèi)不相干性運(yùn)動(dòng)(IVIM)參數(shù)在肌骨系統(tǒng)腫瘤定性診斷中的價(jià)值。方法：本研究中的38 例肌骨系統(tǒng)腫瘤的患者，均采用1.5T MR掃描儀進(jìn)行檢查，在常規(guī)掃描后進(jìn)行IVIM掃描。IVIM使用的9個(gè)b值分別為0，20，40，60，80，100，250，500和750 s/mm2。分別測(cè)量病變區(qū)和作為對(duì)照組的正常肌肉組織IVIM參數(shù)ADC、ADCslow、ADCfast及PF值。根據(jù)病理結(jié)果，將病變分為良性(12例)、交界性(14例)及惡性腫瘤(12例)，并對(duì)三組腫瘤之間以及腫瘤與對(duì)照組之間ADC、ADCslow、ADCfast及PF值的差異進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果：交界性腫瘤的ADC及ADCslow值分別為(1.02±0.15)×10-3mm2/s和(1.02±0.16)×10-3mm2/s，明顯低于對(duì)照組(1.38±0.20)×10-3mm2/s和(1.38±0.17)×10-3mm2/s，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.001)。惡性腫瘤的ADC及ADCslow值分別為(0.90±0.13)×10-3mm2/s和(0.88±0.14)×10-3mm2/s，明顯低于對(duì)照組(1.48±0.12)×10-3mm2/s和(1.48±0.09)×10-3mm2/s，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。而良性腫瘤的ADC及ADCslow與對(duì)照組之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.564，0.480)。ADCfast以及PF值在腫瘤與對(duì)照組之間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。交界性、惡性腫瘤的ADC和ADCslow值明顯低于良性腫瘤，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.001)，但交界性腫瘤與惡性腫瘤之間的ADC和ADCslow值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。良性、交界性和惡性腫瘤之間的ADCfast和PF值的差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論：IVIM參數(shù)ADC和ADCslow有助于區(qū)分良性腫瘤與交界性、惡性腫瘤，提高肌骨系統(tǒng)腫瘤的診斷準(zhǔn)確性。

肌骨系統(tǒng)腫瘤； 體素內(nèi)不相干性運(yùn)動(dòng)； 磁共振成像

肌骨系統(tǒng)腫瘤比較少見(jiàn)但可以致命，常發(fā)生于年輕人。常規(guī)MRI序列常不能判斷腫瘤的良、惡性或侵襲性，這將導(dǎo)致不必要的活檢，或因診斷延遲使侵襲性腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移以及術(shù)前治療方案的設(shè)計(jì)不當(dāng)。功能成像技術(shù)擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)比MRI形態(tài)學(xué)序列能更好地發(fā)現(xiàn)并顯示腫瘤的特性，其基本的生物學(xué)前提是惡性腫瘤組織通常比良性或正常組織有更高的細(xì)胞密度[1]。DWI通過(guò)表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值量化組織中水分子的擴(kuò)散，而ADC值的變化受組織擴(kuò)散和毛細(xì)血管灌注的共同影響。傳統(tǒng)的DWI技術(shù)基于單指數(shù)模型計(jì)算ADC值，忽略了微循環(huán)灌注對(duì)ADC值的影響。Bihan等[2]最早提出體素內(nèi)不相干性運(yùn)動(dòng)(intravoxel incoherent motion，IVIM)的概念，即血管內(nèi)血液中水分子的運(yùn)動(dòng)可被定義為假性擴(kuò)散，代表的是微循環(huán)內(nèi)的灌注成分，通過(guò)寬泛的b值選擇以及雙指數(shù)模型的數(shù)學(xué)分析方法，能夠很好地區(qū)分組織內(nèi)的真性擴(kuò)散和假性擴(kuò)散成分(微循環(huán)灌注)。國(guó)內(nèi)外研究已將IVIM技術(shù)應(yīng)用于肝臟、腎臟及乳腺病變的研究[3-5]，但在肌骨系統(tǒng)腫瘤方面的研究鮮有報(bào)道[6]。本文主要就IVIM參數(shù)ADC、快速ADC(ADCfast)、慢速ADC(ADCslow)和灌注分?jǐn)?shù)(perfusion fraction，PF)值在肌骨系統(tǒng)腫瘤定性診斷中的作用進(jìn)行初步研究。

材料與方法

1.臨床資料

本組的38名研究對(duì)象是2013年10月-2015年6月來(lái)本院就診的肌骨系統(tǒng)腫瘤患者，其中男24名，女14名，年齡8～67歲。MRI檢查前，患者均未進(jìn)行手術(shù)或活檢。全部病例均經(jīng)穿刺活檢或手術(shù)病理證實(shí)。根據(jù)WHO(2012)軟組織與骨腫瘤組織學(xué)分類(lèi)，將所有病例分為3組：①良性組12例，其中神經(jīng)鞘瘤5例，血管瘤3例，腱鞘巨細(xì)胞瘤(局限型)、肌性周細(xì)胞瘤、表皮樣囊腫及結(jié)節(jié)性筋膜炎各1例；②交界性組14例，包括軟骨母細(xì)胞瘤3例，骨巨細(xì)胞瘤4例，色素沉著絨毛結(jié)節(jié)性滑膜炎3例，朗格漢斯組織細(xì)胞瘤2例，硬纖維瘤及動(dòng)脈瘤樣骨囊腫各1例；③惡性組12例，其中骨肉瘤6例，Ewing肉瘤2例，轉(zhuǎn)移瘤2例，滑膜肉瘤及惡性梭形細(xì)胞瘤各1例。MRI檢查前，所有患者均簽署了知情同意書(shū)。

2.檢查方法

所有患者均采用Siemens Magnetom Espree 1.5T MR掃描儀進(jìn)行檢查。采用橫軸面SE T1WI、T2WI、脂肪抑制T2WI以及矢狀面或冠狀面脂肪抑制T2WI序列進(jìn)行病變的形態(tài)學(xué)分析。IVIM采用單次激發(fā)自旋回波EPI序列進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，參數(shù)：視野128 mm×128 mm，矩陣128×128，層厚6 mm，TE 72 ms，TR 1600 ms，9個(gè)b值分別為0，20，40，60，80，100，250，500和750 s/mm2。

IVIM結(jié)束后，采用脂肪抑制3D VIBE(volumetric interpolated breath-hold exam)序列進(jìn)行動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描,參數(shù)如下：翻轉(zhuǎn)角(flip angle，F(xiàn)A)10°，TR 5.6 ms，TE 2.4 ms，層厚4.0 mm，無(wú)間距，視野310 mm×213 mm，矩陣256×178，體素1.2 mm×1.2 mm×4.0 mm，并行成像加速因子2。動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描實(shí)際的掃描時(shí)間是4分15秒，時(shí)間分辨力為5 s，掃描40個(gè)時(shí)相。采用Spectris Medrad高壓注射器注射對(duì)比劑釓噴酸葡胺注射液(0.5 mmol/mL)，注射流率4 mL/s，劑量0.2 mL/kg。

3.數(shù)據(jù)分析

IVIM原始圖像采用單指數(shù)模型擬合得到ADC值，采用雙指數(shù)模型擬合得到ADCslow,ADCfast和PF。病灶興趣區(qū)(region of interest，ROI)設(shè)置在腫瘤內(nèi)實(shí)性部分，避開(kāi)水腫和壞死區(qū)，取平均值做統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)照組為病灶ROI所在層面的正常肌肉組織(圖1)。

4.統(tǒng)計(jì)方法

采用SPSS 18.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。對(duì)每組數(shù)據(jù)中腫瘤與對(duì)照組的ADC、ADCslow、ADCfast以及PF值的差異進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，對(duì)三組病變數(shù)據(jù)中ADC、ADCslow、ADCfast以及PF值的差異進(jìn)行單因素方差分析，以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)　果

腫瘤與對(duì)照組的ADC、ADCslow、ADCfast和PF值見(jiàn)表1。交界性腫瘤ADC及ADCslow值明顯低于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.001、0.001)；惡性腫瘤的ADC及ADCslow值也明顯低于對(duì)照組(圖1)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.001)，而良性腫瘤的ADC及ADCslow與對(duì)照組的差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.564、0.480)。良性、交界性和惡性腫瘤的ADCfast和PF值與對(duì)照組的差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。良性、交界性、惡性腫瘤之間IVIM參數(shù)的方差分析結(jié)果顯示，交界性、惡性腫瘤的ADC(F=31.552，P=0.000)和ADCslow值(F=32.005，P=0.000)比良性腫瘤低，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。但交界性與惡性腫瘤之間ADC和ADCslow的差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。良性、交界性和惡性腫瘤之間的ADCfast和PF值的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

討　論

生物體內(nèi)，除了組織中水分子存在擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)外，雜亂排列的毛細(xì)血管內(nèi)的血液也像水分子一樣做著無(wú)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，因此血流灌注也被認(rèn)為是假性擴(kuò)散過(guò)程[2]。基于單指數(shù)模型計(jì)算的ADC值，反映組織中水分子的擴(kuò)散，忽略了組織中血液微循環(huán)灌注對(duì)ADC值的影響。Bihan等[2]提出的IVIM理論，可通過(guò)雙指數(shù)模型分別評(píng)價(jià)水分子的擴(kuò)散與毛細(xì)血管的微循環(huán)灌注情況。IVIM使用多b值DWI序列，通過(guò)后處理軟件得到4個(gè)參數(shù)，分別是由多個(gè)b值擬合的ADC值、ADCfast值、ADCslow值和PF值，用以評(píng)價(jià)活體組織的擴(kuò)散和灌注信息。

表1　3組腫瘤病灶與對(duì)照組的ADC、ADCslow、ADCfast以及PF的均值和標(biāo)準(zhǔn)差

IVIM的結(jié)果受選取的擴(kuò)散敏感梯度因子b值的影響[7]。IVIM雙指數(shù)模型在低b值(b<200 s/mm2)時(shí)，微血管灌注對(duì)MR信號(hào)衰減作用明顯，高b值(b>200 s/mm2)時(shí)主要反映水分子擴(kuò)散情況[8]。對(duì)于b值的選取和數(shù)目，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的結(jié)論。本研究采用9個(gè)b值，其中6個(gè)低b值，3個(gè)高b值。選取較多的低b值，可減少低b值造成的信號(hào)衰減對(duì)圖像質(zhì)量的影響，也可獲得更多的灌注信息；而高b值所獲得的數(shù)據(jù)重復(fù)性好且穩(wěn)定，使用2～3個(gè)b值即可[9]。由于不同組織器官的結(jié)構(gòu)和含水量不同，其信號(hào)衰減與b值的關(guān)系也不盡相同，因此b值的選擇也要根據(jù)檢查部位的不同加以調(diào)整。

作為測(cè)量灌注的檢查方法，IVIM測(cè)量的是分子運(yùn)動(dòng)引起的信號(hào)變化。ADCfast代表毛細(xì)血管灌注相關(guān)系數(shù)，其數(shù)值取決于血流速度和毛細(xì)血管幾何形態(tài)。PF值則表示微循環(huán)灌注在所選區(qū)域占總體擴(kuò)散效應(yīng)的百分比，其數(shù)值與血容量相關(guān)[10]。本研究結(jié)果顯示，每組ADCfast值都明顯高于ADCslow值，則進(jìn)一步說(shuō)明低b值時(shí)，ADCfast對(duì)于信號(hào)衰減更為敏感。本研究中，交界性腫瘤的ADCfast值高于良性和惡性腫瘤，三組腫瘤之間ADCfast值的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這可能在于本研究涉及的腫瘤病理種類(lèi)多，不同類(lèi)型腫瘤的血管分布及血管復(fù)雜性也不相同，從而導(dǎo)致了ADCfast的復(fù)雜性。本組病例中良性、交界性、惡性腫瘤的PF值依次升高，符合惡性腫瘤的血液供應(yīng)一般較良性腫瘤豐富的規(guī)律，但三組腫瘤之間PF值的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Jignesh等[11]將肝臟IVIM和動(dòng)態(tài)增強(qiáng)序列的參數(shù)進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，IVIM模型所描述的灌注與傳統(tǒng)意義上的灌注含義并不相同，IVIM模型的機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

ADCslow反映單純水分子擴(kuò)散，擴(kuò)散受細(xì)胞結(jié)構(gòu)、細(xì)胞間隙及擴(kuò)散介質(zhì)的影響。研究顯示，腫瘤級(jí)別越高，核異質(zhì)性越大，導(dǎo)致細(xì)胞密度越大，細(xì)胞外間隙越小[12]。惡性腫瘤往往表現(xiàn)為腫瘤組織細(xì)胞密度大，細(xì)胞間隙縮小，分子擴(kuò)散受限。本研究統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，交界性和惡性腫瘤的ADC及ADCslow明顯低于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而良性腫瘤的ADC及ADCslow與對(duì)照組的差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。交界性、惡性腫瘤的ADC和ADCslow比良性腫瘤低，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但交界性與惡性腫瘤之間ADC和ADCslow的差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在筆者以往的研究中，ADC值不能區(qū)分肌骨系統(tǒng)腫瘤的良惡性[13]，這可能與以下幾個(gè)原因有關(guān)：①過(guò)去的研究中，b值只有0和700 s/mm2，本研究中的ADC值是擬合了多個(gè)b值的影響，b值越多，則ADC值越準(zhǔn)確[10]。ADCslow值則是去除了微循環(huán)灌注的影響，單純反映水分子的擴(kuò)散情況。②本研究所參照的病理組織學(xué)分類(lèi)是將肌骨系統(tǒng)腫瘤分為良性、交界性和惡性，而交界性腫瘤包括的是過(guò)去良性腫瘤中生長(zhǎng)活躍的病變和惡性腫瘤中惡性度偏低的病變，正是這部分腫瘤使良、惡性腫瘤的ADC值有重疊。本組研究顯示交界性與惡性腫瘤的ADC、ADCslow比良性腫瘤和對(duì)照組低，這與交界性、惡性腫瘤的細(xì)胞數(shù)目更多，使擴(kuò)散受限的病理特點(diǎn)相一致。本組數(shù)據(jù)顯示，通過(guò)單指數(shù)模型擬合多個(gè)b值計(jì)算出來(lái)的ADC值與雙指數(shù)模型計(jì)算的ADCslow之間有較好的一致性，但在臨床應(yīng)用中哪一個(gè)更具優(yōu)勢(shì)，還需進(jìn)一步研究。

本研究使用腫瘤病灶同層的正常肌肉組織作為對(duì)照組，是基于以下的原因：①研究顯示，健康成人骨髓ADC值受年齡、性別、性激素水平的影響，ADC值與年齡呈負(fù)相關(guān)，與雌二醇、孕酮水平呈正相關(guān)[14]；② 骨髓ADC值與紅、黃骨髓分布模式及水分子和脂肪細(xì)胞所占百分比有關(guān)[15]；③在對(duì)肝臟腫瘤的研究中顯示，肝實(shí)質(zhì)的ADCfast和PF值重復(fù)性差[16]，為了消除ADC值內(nèi)在變化的影響，有學(xué)者提出椎旁肌肉作為內(nèi)在的參考標(biāo)準(zhǔn)[17]。本研究中，良性、交界性和惡性腫瘤的ADCfast和PF值與對(duì)照組的差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能是由于骨骼肌是灌注豐富的組織[18]，腫瘤組織的灌注增加不足以引起病變與對(duì)照組之間的巨大差別。

本組研究對(duì)象的病種覆蓋面較廣，有利于顯示定量參數(shù)在良惡性病變之間差異的共性，不足之處在于病例數(shù)偏少，未能進(jìn)行定量參數(shù)診斷效能的評(píng)估，未能與其它功能成像進(jìn)行比較分析，希望在未來(lái)更深入的研究中得以解決。

本組研究顯示，IVIM參數(shù)ADC和ADCslow有助于區(qū)分良性腫瘤與交界性、惡性腫瘤，ADCfast和PF值的臨床作用，還有待于進(jìn)一步研究。

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The value of MRI intravoxel incoherent motion technique in the differential diagnosis of musculoskeletal tumor

ZHANG Jing,ZUO Pan-li,CHENG Ke-bin,et al.

Department of Radiology,Beijing Jishuitan Hospital,Beijng 100035,China

Objective:To evaluate the value of magnetic resonance intravoxel incoherent motion (IVIM) parameters in the differential diagnosis of musculoskeletal tumor.Methods:Thirty eight patients with musculoskeletal tumor were recruited in this study.IVIM was performed in addition to routine MRI examination with a 1.5T MR scanner.Nine b values including 0,20,40,60,80,100,250,500 and 750s/mm2were used. IVIM parameters of tumor and normal muscle (control group) including ADC,ADCslow,ADCfastand perfusion fraction (PF) values were measured.Patients were divided into benign (12 cases),borderline (14 cases) and malignant tumor (12 cases) according to pathology diagnosis.The ADC,ADCslow,ADCfastand PF values between three groups of tumor and between tumor and control group were compared and analyzed statistically.Results:The ADC and ADCslowvalues of borderline tumor [ADC=(1.02±0.15)×10-3mm2/s,ADCslow=(1.02±0.16)×10-3mm2/s] were significantly lower than that of control group [ADC=(1.38±0.20)×10-3mm2/s;ADCslow=(1.38±0.17)×10-3mm2/s](P=0.001).The ADC and ADCslowvalues of malignant tumor [ADC=(0.90±0.13)×10-3mm2/s,ADCslow=(0.88±0.14)×10-3mm2/s] were also significantly lower than that of control group [ADC=(1.48±0.12)×10-3mm2/s;ADCslow=(1.48±0.09)×10-3mm2/s] (P<0.001).However,the ADC and ADCslowvalues of benign tumor had no statistical difference compared with that of control group (P=0.564,0.480).There was no significant difference in the ADCfastand PF values between tumor group and control group.The ADC and ADCslowvalues of borderline tumor and malignant tumor were markedly lower than that of benign tumors,with statistical difference (P<0.001).Yet,there were no significant differences between the ADC and ADCslowvalues of borderline tumor and malignant tumor.Also,there were no significant statistic differences between the ADCfastand PF values of benign,borderline and malignant tumors.Conclusion:IVIM parameters (ADC and ADCslowvalue) are helpful in differentiating benign tumor and borderline as well as malignant tumors of musculoskeletal system,which is useful to improve the accuracy of the diagnosis of musculoskeletal tumors.

Musculoskeletal tumor; Intravoxel incoherent motion; Magnetic resonance imaging

100035北京，北京積水潭醫(yī)院放射科(張晶、程克斌、于愛(ài)紅、程曉光)；100102北京，西門(mén)子醫(yī)療有限公司MR事業(yè)部(左盼莉)

張晶(1970-)，女，北京人，碩士，副主任醫(yī)師，主要從事肌骨系統(tǒng)影像診斷工作。

程曉光，E-mail：xiao65@263.net

北京市衛(wèi)生系統(tǒng)高層次衛(wèi)生技術(shù)人才培養(yǎng)項(xiàng)目(2009-02-03；2013-3-033)

R445.2; R738

A

1000-0313(2016)07-0654-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.07.018

2016-03-22)