MR動態(tài)增強對于中軸骨脊索瘤和骨巨細胞瘤的鑒別診斷價值的初步研究

郎 寧LANG Ning蘇敏英SU Minying Hon J. Yu袁慧書YUAN Huishu

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

MR動態(tài)增強對于中軸骨脊索瘤和骨巨細胞瘤的鑒別診斷價值的初步研究

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(xué)第三醫(yī)院放射科 北京 100191 2. 加利福尼亞大學(xué)Tu&Yun 腫瘤功能成像中心美國

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

Address Correspondence to： YUAN Huishu E-mail： huishuy@sina.com

中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志2016年 第24卷 第8期：616-619

Chinese Journal of Medical Imaging 2016 Volume 24 （8）： 616-619

目的 探討MR T1WI動態(tài)增強成像半定量和定量分析對中軸骨脊索瘤和骨巨細胞瘤鑒別診斷的價值。資料與方法 收集2008年6月—2013年10月于北京大學(xué)第三醫(yī)院放射科進行MR T1WI動態(tài)增強掃描并經(jīng)病理證實的中軸骨13例脊索瘤和17例骨巨細胞瘤患者，對兩者后處理分析得到的信號強度-時間曲線類型及應(yīng)用雙室藥物代謝動力學(xué)分析獲得的轉(zhuǎn)運常數(shù)（Ktrans）和速率常數(shù)（kep）進行統(tǒng)計學(xué)分析。結(jié)果 13例脊索瘤中，9例（69.2%）為持續(xù)上升型，4例（30.8%）為平臺型；17例骨巨細胞瘤患者中，11例（64.7%）為速升速降型曲線，6例（35.3%）為平臺型曲線。骨巨細胞瘤Ktrans明顯高于脊索瘤Ktrans［（0.1247±0.0747）/min比（0.0603±0.0411）/min，P＜0.01］；骨巨細胞瘤的kep明顯高于脊索瘤的kep［（0.6629±0.2272）/min比（0.1736± 0.1184）/min，P＜0.01］。以Ktrans為 0.0777/min作為診斷骨巨細胞瘤的閾值時，其診斷的敏感度、特異度分別為89.5%、76.9%；以kep為0.4339/min作為診斷骨巨細胞瘤的閾值時，其診斷的敏感度、特異度分別為94.7%、100.0%。ROC分析Ktrans診斷骨巨細胞瘤的曲線下面積為0.826，kep診斷骨巨細胞瘤的曲線下面積為0.980。結(jié)論MR T1WI動態(tài)增強成像可以為常規(guī)影像學(xué)診斷困難的中軸骨脊索瘤和骨巨細胞瘤的鑒別診斷提供一定的參考。

脊椎腫瘤；脊索瘤；巨細胞瘤，骨；磁共振成像；圖像增強；診斷，鑒別

脊索瘤和骨巨細胞瘤均可以發(fā)生在中軸骨，臨床癥狀相似，影像學(xué)均可表現(xiàn)為溶骨性骨質(zhì)破壞，內(nèi)部不均勻信號（密度）病變，內(nèi)部均可有囊變區(qū)域。如果有典型影像表現(xiàn)診斷，較易通過年齡、病變位置、特征性影像學(xué)征象為兩者的鑒別提供依據(jù)［1］；但如果表現(xiàn)不典型，則極易誤診，尤以發(fā)生在頸椎、骶椎，特別是顱底、斜坡時，常不具備典型的影像表現(xiàn)，鑒別診斷更加困難［2］。有研究結(jié)果顯示，顱骨骨巨細胞瘤的誤診率高達73%，且常誤診為脊索瘤［3］。本研究將動態(tài)增強MRI應(yīng)用于中軸骨脊索瘤和骨巨細胞瘤，探討其在兩者鑒別診斷中的價值，旨在為常規(guī)影像學(xué)難以鑒別的脊索瘤和骨巨細胞瘤提供一種可靠、直觀、定量的鑒別方法。

1 資料與方法

1.1研究對象 收集2008年6月—2013年10月于北京大學(xué)第三醫(yī)院放射科行脊柱MR動態(tài)增強檢查的患者30例。其中脊索瘤13例，男7例，女6例；平均（46.9±18.2）歲；2例發(fā)生于枕骨斜坡和C1，僅發(fā)生在枕骨斜坡1例、C2椎體5例、C4椎體的1例、發(fā)生在骶尾骨的4例。17例骨巨細胞瘤，男12例，女5例；平均（31.5±13.0）歲；其中頸椎7例、胸椎2例、腰椎6例、骶椎2例。納入標(biāo)準：臨床懷疑脊柱病變，MR動態(tài)增強成像前未采取任何治療、未經(jīng)穿刺活檢或手術(shù)；在MR動態(tài)增強成像后1周內(nèi)進行穿刺活檢或手術(shù)治療。排除標(biāo)準：曾行有創(chuàng)活檢、病變局部有手術(shù)治療史、經(jīng)過腫瘤治療、不能配合MR增強檢查或拒絕接受增強檢查的患者。本研究經(jīng)我院倫理委員會通過并認可，所有檢查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(dǎo)型全身MR掃描儀。先進行MR常規(guī)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MR動態(tài)增強掃描，采用Ulrich（歐利奇）高壓注射器，通過肘正中靜脈注入Gd-DTPA（0.2 mmol/kg），流速2 ml/s，隨后推注20 ml生理鹽水沖洗管道。掃描序列采用FLASH 3D VIBE序列，TR 4.1 ms、TE 1.5 ms，翻轉(zhuǎn)角為10°，空間分辨率256×192，F(xiàn)OV 250 mm×250 mm，1個層塊，掃描30層，層厚3 mm，使用脊柱線圈，單次掃描10～14 s，動態(tài)增強掃描總時間120～168 s，第1次掃描結(jié)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)MR增強掃描。

1.3圖像分析 由2位在脊柱疾病診斷方面有5年以上經(jīng)驗的副主任醫(yī)師和主治醫(yī)師進行。手動選擇增強最明顯的區(qū)域作為感興趣區(qū)域（ROI）。ROI范圍為從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(nèi)的信號強度-時間曲線，將曲線分為3類：①速降型，上升期前1 min內(nèi)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(nèi)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(nèi)信號強度持續(xù)升高，掃描結(jié)束時的信號強度與1 min時相比上升＞10%［4］。

應(yīng)用雙室藥學(xué)動力學(xué)Tofts模型進行定量參數(shù)分析獲得轉(zhuǎn)運常數(shù)（Ktrans）和速率常數(shù)（kep）［5-6］，擬合過程中使用由Parker等［7］提供的血液動力學(xué)參數(shù)（與Siemens syngo Tissue 4D軟件采用的血液動力學(xué)參數(shù)相同）。

1.4統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 11.5軟件。運用Fisher確切概率法比較脊索瘤和骨巨細胞瘤的信號強度-時間曲線類型之間的差異；t檢驗來比較脊索瘤和骨巨細胞瘤的曲線參數(shù)（最大上升幅度和上升期最大斜率）、藥代動力學(xué)參數(shù)（Ktrans和kep），P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1動態(tài)增強曲線特征 13例脊索瘤中，9例為持續(xù)上升型（圖1），4例為平臺型；17例骨巨細胞瘤患者中，11例為速升速降型曲線（圖2），6例為平臺型曲線。脊索瘤和骨巨細胞瘤表現(xiàn)為速升速降型和表現(xiàn)為持續(xù)上升型曲線的患者數(shù)量之間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01）。對兩者的曲線類型進行Fisher精確檢驗，兩者的差異有統(tǒng)計學(xué)意義（χ2=22.144，P＜0.01），說明兩者在這3種曲線的分布不完全相同。分別對2種腫瘤速降型和持續(xù)上升型、速降型和平臺型、持續(xù)上升型和平臺型進行兩兩比較，結(jié)果表明組間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

2.2動態(tài)增強藥物代謝動力學(xué)參數(shù) 中軸骨脊索瘤和骨巨細胞瘤的動態(tài)增強曲線類型和藥物代謝動力學(xué)參數(shù)見表1。骨巨細胞瘤的Ktrans明顯大于脊索瘤的Ktrans，差異有統(tǒng)計學(xué)意義［（0.1247±0.0747）/min比（0.0603± 0.0411）/min，P＜0.01］。骨巨細胞瘤kep明顯大于脊索瘤kep，差異有統(tǒng)計學(xué)意義［（0.6629±0.2272）/min比（0.1736±0.1184）/min，P＜0.01］。

曲線擬合獲得的Ktrans以0.0777/min作為診斷骨巨細胞瘤的閾值時，其診斷的敏感度和特異度分別為89.5%、76.9%；kep以0.4339/min作為診斷骨髓瘤的閾值時，其診斷的敏感度和特異度分別為94.7%和100.0%。ROC分析Ktrans診斷骨巨細胞瘤的曲線下面積為0.826，kep診斷骨巨細胞瘤的曲線下面積為0.980。動態(tài)增強定量參數(shù)Ktrans和kep最佳診斷閾值以及敏感度和特異度見表2。

表1　中軸骨脊索瘤和骨巨細胞瘤的曲線類型和藥物代謝動力學(xué)參數(shù)

表2　診斷中軸骨骨巨細胞瘤的閾值及相應(yīng)的敏感度和、特異度及曲線下面積

圖1　女，62歲，脊索瘤。C3椎體可見溶骨性骨質(zhì)破壞，椎體變扁，局部件混雜信號軟組織腫塊影，向椎體前后突出，壓迫硬膜囊和脊髓（A）；T1WI矢狀位，C3椎體軟組織腫塊影呈混雜信號（B）；T1WI增強掃描，病變明顯不均勻強化（C）；病變信號強度-時間曲線呈持續(xù)上升型，藥物代謝動力學(xué)分析Ktrans=0.0323/min，kep=0.0380/min（D）

3 討論

脊索瘤是起源于胚胎期殘余脊索的一種少見骨腫瘤，占脊柱原發(fā)腫瘤的16.7%。以往認為中軸骨兩端是好發(fā)部位，活動節(jié)段的脊索瘤的報道也是越來越多［8］。2006年Boriani等［8］報道的52例活動脊柱脊索瘤中，頸椎占29%、胸椎占13%、腰椎58%。中軸骨的骨巨細胞瘤占所有骨巨細胞瘤的2.5%～5.6%，故較為少見。由于發(fā)生于中軸骨的骨巨細胞瘤一般不具有像長骨骨巨細胞瘤那樣典型的影像學(xué)特征，影像學(xué)診斷較困難，易發(fā)生誤診和漏診［2-3］。臨床表現(xiàn)方面，隨著腫瘤增大會出現(xiàn)由于腫瘤壓迫神經(jīng)根或脊髓造成的不同程度的疼痛、感覺或肢力異常甚至截癱等癥狀，臨床癥狀無明顯差別［9］。正確的術(shù)前影像診斷可為臨床治療方法的選擇和預(yù)后評估帶來極大幫助。

圖2　男，21歲，骨巨細胞瘤。T2WI矢狀位，L5椎體骨質(zhì)破壞，椎體變扁，可見稍高信號腫塊影，向后突入椎管內(nèi)（A）； T1WI矢狀位，L5骨質(zhì)破壞，腫塊呈稍低信號影（B）；T1WI增強掃描，病變明顯不均勻強化（C）；病變信號強度-時間曲線呈速降型，藥物代謝動力學(xué)分析Ktrans=0.0937/min，kep=0.5371/min（D）

動態(tài)對比增強MRI是近年來迅速發(fā)展的MR技術(shù)，為腫瘤和腫瘤血管研究提供了新的思路［10］。本研究采用快速小角度激發(fā)梯度回波三維容積內(nèi)插屏氣檢查序列，優(yōu)點是掃描范圍大，可以選擇到病變最具有生物學(xué)代表性的區(qū)域。在達到一定時間分辨率的同時可以獲得更好理想的空間分辨率，ROI的選擇更加準確［11］。動態(tài)增強后處理方法有半定量法和定量法兩種［9］：前者包括時間-信號強度曲線形態(tài)、曲線的上升斜率、信號強度增幅等參數(shù)。目前，動態(tài)對比增強MRI對于腫瘤診斷和鑒別診斷的應(yīng)用已逐漸從半定量分析向定量分析發(fā)展。定量分析采用藥物代謝動力學(xué)分析，將測量到的信號強度轉(zhuǎn)化為造影劑的濃度，再通過藥物代謝動力學(xué)模型獲得反映生理學(xué)特點的參數(shù)，實現(xiàn)對腫瘤生理特性的評估。其分析得到的參數(shù)包括Ktrans及kep等［12］。目前將動態(tài)增強應(yīng)用于脊索瘤和骨巨細胞瘤的研究較少，多是對單一疾病進行研究，且多采用半定量曲線參數(shù)分析的方法［13-14］。

本研究曲線類型方面，17例骨巨細胞瘤患者中，11例為速升速降型曲線，6例為平臺型曲線；13例脊索瘤中，9例為持續(xù)上升型，造影劑緩慢逐漸進入，在約140 s的掃描期間均未達到峰值，4例為平臺型。骨巨細胞瘤和脊索瘤表現(xiàn)為速升速降型和表現(xiàn)為持續(xù)上升型曲線的患者比例差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。曲線類型的結(jié)果提示如速降型曲線，應(yīng)首先考慮骨巨細胞瘤；如持續(xù)增強型曲線，應(yīng)主要考慮脊索瘤；如平臺型曲線，則需結(jié)合其他征象做進一步鑒別。江波等［13］的研究表明，持續(xù)緩慢強化是脊索瘤的動態(tài)增強特征。本研究中9例（69.2%）病灶呈持續(xù)強化，4例（30.8%）為平臺型，平臺型和持續(xù)強化型曲線均反映腫瘤間質(zhì)成分較多，造影劑進入后無明顯退出。本研究與江波等［13］報道一致。過哲等［14］研究結(jié)果顯示骨巨細胞瘤為“速升下降型”和“上升平臺型”，和本研究結(jié)果一致。

與兩者曲線類型相一致，脊索瘤和骨巨細胞瘤的反映造影劑進入和流出的參數(shù)轉(zhuǎn)運Ktrans和kep的差異均有顯著性。ROC分析顯示兩者對于2種疾病鑒別診斷的敏感性和特異性均較高。骨巨細胞瘤的Ktrans和kep明顯大于骨巨細胞瘤，兩者間差異有統(tǒng)計學(xué)意義，符合其病理學(xué)改變。骨巨細胞瘤在組織學(xué)上是一種血運豐富的良性腫瘤，可出現(xiàn)局部侵襲和肺轉(zhuǎn)移。顯微鏡下顯示，骨巨細胞瘤富含新生的毛細血管樣的微血管，且微血管密度較高，微血管結(jié)構(gòu)多不完整，管腔不規(guī)則，管腔壁薄，走行紊亂，動、靜脈區(qū)別不明顯，有些血管壁內(nèi)皮細胞缺失，極少見到肌層和外膜。這種病理結(jié)構(gòu)決定了造影劑會很快進入骨巨細胞瘤，且不易留存，故曲線是“快進快出”類型［14］。而脊索瘤瘤體內(nèi)含豐富的黏液基質(zhì)，內(nèi)可見分泌的黏液呈巢樣或索條樣排列成淚滴細胞，同時腫瘤內(nèi)部可見纖細的纖維血管間隔，將腫瘤分成小葉狀。脊索瘤血供不豐富，呈緩慢漸進性強化，這可能與腫瘤含有較多間質(zhì)成分，細胞或者黏蛋白可以吸附聚集Gd-DTPA有關(guān)［15］。

本研究的不足在于病例數(shù)較少，有待今后的研究中不斷增加病例完善?？傊?，動態(tài)對比增強MRI定量分析獲得的Ktrans和kep值對于MRI掃描難以鑒別的中軸骨的脊索瘤和骨巨細胞瘤具有一定的鑒別診斷價值。如果常規(guī)MR檢查鑒別困難，可參考MR動態(tài)增強曲線參數(shù)為鑒別診斷提供依據(jù)，為臨床提供更多的信息。MR動態(tài)增強也可以為兩者的鑒別診斷提供參考。

［1］ Si MJ， Wang CS， Ding XY， et al. Differentiation of primary chordoma， giant cell tumor and schwannoma of the sacrum by CT and MRI. Eur J Radiol， 2013， 82（12）： 2309-2315.

［2］ Hunter CL， Pacione D， Hornyak M， et al. Giant-cell tumors of the cervical spine： case report. Neurosurgery， 2006， 59（5）：E1142-1143.

［3］ 張凱， 張俊廷， 張建國， 等. 顱骨巨細胞瘤的診斷和治療.中華神經(jīng)外科雜志， 2005， 21（8）： 481-483.

［4］ Lang N， Su MY， Yu HJ， et al. Differentiation of myeloma and metastatic cancer in the spine using dynamic contrast-enhanced MRI. Magn Reson Imaging， 2013， 31（8）： 1285-1291.

［5］ Tofts PS， Kermode AG. Measurement of the blood-brain barrier permeability and leakage space using dynamic MR imaging. 1. Fundamental concepts. Magn Reson Med， 1991，17（2）： 357-367.

［6］ Tofts PS. Modeling tracer kinetics in dynamic Gd-DTPA MR imaging. J Magn Reson Imaging， 1997， 7（1）： 91-101.

［7］ Parker GJ， Roberts C， Macdonald A， et al. Experimentallyderived functional form for a population-averaged high-temporalresolution arterial input function for dynamic contrastenhanced MRI. Magn Reson Med， 2006， 56（5）： 993-1000.

［8］ Boriani S， Bandiera S， Biagini R， et al. Chordoma of the mobile spine： fifty years of experience. Spine （Phila Pa 1976），2006， 31（4）： 493-503.

［9］ Samartzis D， Foster WC， Padgett D， et al. Giant cell tumor of the lumbar spine： operative management via spondylectomy and short-segment， 3-column reconstruction with pedicle recreation. Surg Neurol， 2008， 69（2）： 138-141.

［10］ Kuhl CK， Schild HH， Morakkabati N. Dynamic bilateral contrast-enhanced MR imaging of the breast： trade-off between spatial and temporal resolution. Radiology， 2005， 236（3）： 789-800.

［11］ Buckley DL， Roberts C， Parker GJ， et al. Prostate cancer：evaluation of vascular characteristics with dynamic contrastenhanced T1-weighted MR imaging-initial experience. Radiology， 2004， 233（3）： 709-715.

［12］ Kneeshaw PJ， Turnbull LW， Smith A， et al. Dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging aids the surgical management of invasive lobular breast cancer. Eur J Surg Oncol， 2003， 29（1）： 32-37.

［13］ 江波， 孟悛非， 陳應(yīng)明. 顱底脊索瘤的MR影像研究（論動態(tài)增強掃描的意義）. 中華放射學(xué)雜志， 2000， 34（2）： 95-97.

［14］ 過哲， 張晶， 梁偉， 等. 骨巨細胞瘤的動態(tài)增強MRI與1 H-MR波譜研究. 中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)， 2008， 24（10）： 1490-1492.

［15］ 蘭杰， 劉曉光， 劉忠軍， 等. 脊柱骨巨細胞瘤與脊索瘤局部侵襲范圍的組織學(xué)研究. 中華外科雜志， 2008， 46（23）：1808-1811.

（本文編輯 聞 浩）

Preliminary Study of Dynamic Contrast-enhanced MRI in Differentiating Chordoma and Bone Giant Cell Tumor in Axial Skeleton

Purpose To investigate the differential diagnostic value of T1WI dynamic contrast-enhanced MRI （DCE-MRI） semi-quantitative and quantitative analysis for giant cell tumors and chordoma in axial skeleton. Materials and Methods Thirteen patients with chordoma and 17 patients with giant cell tumor in axial skeleton confirmed by pathology underwent T1WI DCE-MRI at Department of Radiology， Peking University Third Hospital from June 2008 to October 2013 were envolved. The signal intensity-time curve types after post-processing analysis， Ktransand kepafter two-compartmental pharmacokinetics analysis were analyzed statistical analysis. Results Nine （69.2%） out of 13 cases of chordoma were in "persistent enhancement" type， and the other 4 （30.8%） were in plateau type. Among 17 patients with giant cell tumor， 11 patients （64.7%） were in wash-out type， and 6（35.3%） were in plateau type. The Ktransof giant cell tumor was obviously higher than that of chordoma ［（0.1247±0.0747）/min vs. （0.0603±0.0411）/min， P＜0.01］. The kepof giant cell tumor was obviously higher than that of chordoma ［（0.6629±0.2272）/min vs.（0.1736±0.1184）/min， P＜0.01］. When taking Ktransof 0.0777/min as the cut-off for diagnosis of giant cell tumor， its diagnostic sensitivity and specificity were 89.5% and 76.9%， respectively； if taking kepof 0.4339/min as the cut-off for diagnosis of myeloma， its diagnostic sensitivity and specificity were 94.7% and 100.0%， respectively. The ROC analysis found that the area under the curve （AUC） of Ktransfor diagnosing giant cell tumor of bone was 0.826， and AUC of kepfor diagnosing giant cell tumor was 0.980. Conclusion T1WI DCE-MRI can provide valuable information for the differential diagnosis of giant cell tumors and chordoma when they are atypical and difficult to be identified in conventional imaging.

Spinal neoplasms； Chordoma； Giant cell tumor of bone； Magnetic resonance imaging； Image enhancement； Diagnosis， differential

袁慧書

國家自然科學(xué)基金（81471634）；北京市自然科學(xué)基金（7164309）。

R445.2；R738.1

2015-12-13

2016-03-24

10.3969/j.issn.1005-5185.2016.08.016