3.0 T MRI水-脂分離Dixon技術鑒別良惡性椎體壓縮性骨折的價值

樊秋菊 ，于 楠 ，胡延靜 ，曹 媛 ，于 勇 ，譚 輝 ，王少彧 ，薛 育

（1.陜西中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院影像科，陜西 咸陽 712000；2.陜西中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學與醫(yī)學技術學院，陜西 咸陽 712000；3.西門子醫(yī)療系統(tǒng)有限公司磁共振事業(yè)部，上海 200000）

椎體壓縮性骨折是臨床常見病、多發(fā)病，主要由骨質(zhì)疏松癥、外傷、原發(fā)性腫瘤及轉(zhuǎn)移瘤等所致，其中1/3為惡性腫瘤所致［1］。目前對無明顯臨床或影像學表現(xiàn)提示為惡性腫瘤所致椎體壓縮性骨折的鑒別診斷是一個難題。隨著MRI的發(fā)展，其已成為骨髓疾病的首選檢查方式。常規(guī)MRI技術，如T1WI、T2WI和STIR對鑒別骨質(zhì)疏松或惡性腫瘤轉(zhuǎn)移引起的信號改變具有較高的敏感度，但特異度較低［2］。正常的中軸骨造血細胞包括脂肪和水成分（紅骨髓脂肪含量約40%，黃骨髓脂肪含量約80%）。近年來，水-脂分離Dixon技術成功用于分析含脂性組織或病灶，如脂肪肝、腎上腺、腎臟等［3-6］，為椎體良惡性病變的鑒別診斷提供了新的手段。但關于Dixon技術在脊柱良惡性壓縮骨折鑒別診斷中的價值報道尚不多見。本研究回顧性分析76例椎體壓縮骨折患者，探討水-脂分離Dxion技術對良惡性椎體壓縮性骨折的鑒別診斷價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2016年8月至2017年1月陜西中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院收治的因椎體壓縮性骨折接受CT掃描且難以確診的患者76例，其中男35例，女 41 例；年齡 28～82 歲，平均（64.3±11.5）歲。 納入標準：年齡＞18歲；病程＜3個月的急性或亞急性椎體骨折；排除成骨性轉(zhuǎn)移、彌漫性血液系統(tǒng)疾病、MRI檢查禁忌證及不能配合檢查者。所有患者經(jīng)3個月以上CT或MRI隨訪、PET-CT證實、組織學活檢明確骨折原因。隨訪時間內(nèi)患者疼痛逐漸減輕、完全消退和椎體骨質(zhì)破壞未進展被診斷為良性壓縮骨折。根據(jù)臨床隨訪或病理結(jié)果，將患者分為良性組和惡性組，其中良性組43例（35例骨質(zhì)疏松性骨折，5例創(chuàng)傷性骨折，3例感染性骨折；年齡28～76歲），其中頸椎3例，胸椎22例，腰椎18例；6例經(jīng)穿刺活檢確診，22例經(jīng)MRI隨訪（疼痛、水腫消失，排除惡性腫瘤骨折椎體的形態(tài)學特征）證實，15例經(jīng)CT隨訪（疼痛消失、無惡性腫瘤進展的形態(tài)學征象）證實。惡性組33例（28例轉(zhuǎn)移性骨折；原發(fā)腫瘤包括肺癌11例，乳腺癌7例，食管癌4例，結(jié)腸癌、腎癌和前列腺癌各2例，3例非霍奇金淋巴瘤，2例多發(fā)性骨髓瘤；年齡34～82歲），其中頸椎3例，胸椎 16例，腰椎14例；6例經(jīng)穿刺活檢確診，22例經(jīng)MRI隨訪證實（疼痛消失、水腫消失，排除惡性腫瘤骨折椎體的形態(tài)學特征），5例經(jīng)CT隨訪證實（疼痛消失、無惡性腫瘤進展的形態(tài)學征象）。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Magnetom Skyra 3.0 TMRI掃描儀，16通道相控陣脊柱線圈?；颊呷⊙雠P位。掃描序列及參數(shù)：自旋回波矢狀位T1WI（TR 433.00 ms，TE 8.70 ms）、快速自旋回波矢狀位 T2WI（TR 4 000.00 ms，TE 110.00 ms）、矢狀位 STIR（TR 4 230.00 ms，TE 98.00 ms，TI 180.00 ms），矩陣 320×256，層厚4 mm；T1加權(quán)三維容積內(nèi)插屏氣檢查雙回波 Dixon 序列，TR 4.00 ms，TE 1.31 ms和 4.00 ms，翻轉(zhuǎn)角 10°，矩陣 320×256，層厚 4 mm，層距 1 mm，掃描時間16 s。

1.3 圖像分析 Dixon技術采用雙回波序列成像，將同相位與反相位2種圖像信息相減或相加后再除以2，可獲得同一層面相互匹配的同相位、反相位、純水相及純脂相4幅圖像，便于4種圖像間的對照研究。將獲得的MRI圖像傳輸至Siemens syngo.via工作站，由2名具有5年以上骨關節(jié)病變診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)師采用雙盲法閱片，意見不一致時，經(jīng)討論達成一致。在良性組及惡性組同相位、反相位、純水相及純脂相4幅圖中選取椎體病變范圍最大層面，繪制 ROI，應完全避開出血、壞死、囊變及鈣化區(qū)域。選擇經(jīng)過病變鄰近正常椎體正中矢狀位圖像，手動繪制ROI，包括整個椎體的松質(zhì)骨部分，避開椎靜脈入口及皮質(zhì)骨等。為減少測量誤差，需測量3次取平均值。計算病變椎體信號強度指數(shù)（signal intensity ratio，SIR）及脂肪分數(shù)（fat fraction，F(xiàn)F）［2］，公式如下：SIR=SIOP/SIIP，F(xiàn)F=SIFO/（SIWO+SIFO）×100%，SIOP、SIIP、SIWO、SIFO分別為反相位、同相位、純水相、純脂相的信號強度。

1.4 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件，對符合正態(tài)分布的計量資料以±s表示。2名測量者間各參數(shù)的一致性檢驗采用組內(nèi)相關系數(shù)（intraclass correlation coefficient，ICC）分析：0 為不一致，0.01～0.20為一致性弱，0.21～0.40為輕度一致，0.41～0.60為中度一致，0.61～0.80為一致性較好，0.81～0.99為幾乎一致，1.00為完全一致。以病理及臨床隨訪證實作為金標準，計算應用Dixon技術診斷良惡性椎體壓縮性骨折的敏感度、特異度、準確率、陽性預測值及陰性預測值；良性組與惡性組之間SIR和FF的比較采用獨立樣本t檢驗，并繪制ROC曲線，確定SIR、FF鑒別診斷閾值及曲線下面積（area under curve，AUC）。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 良性組與惡性組正常及病變椎體的SIR、FF值結(jié)果比較（表1，圖1，2） 2名觀察者所測得SIR和FF值一致性好（ICC值均＞0.8），取兩者的均值。良性組與惡性組正常椎體的SIR及FF值組間比較差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05）。良性組SIR顯著低于惡性組（P＜0.01），F(xiàn)F 值顯著高于惡性組（P＜0.01）。

2.2 良性組及惡性組SIR及FF值ROC曲線分析繪制SIR及FF值對良惡性椎體壓縮性骨折的診斷效能ROC曲線（圖3），SIR鑒別良惡性椎體壓縮性骨折的AUC為0.88，最佳鑒別閾值為0.86；FF鑒別良惡性椎體壓縮性骨折的AUC為0.79，最佳鑒別閾值為12.75%。

3 討論

椎體壓縮性骨折病因性質(zhì)的鑒別是臨床常見問題，尤其對于傾向骨質(zhì)疏松壓縮性骨折的老年患者，正確診斷有助于治療方式的選擇和預后評估。研究報道［7-8］某些形態(tài)學特征可能有助于鑒別骨折性質(zhì)，骨質(zhì)疏松性椎體骨折的形態(tài)學特征包括骨折片、殘留骨髓信號、STIR高信號和T1WI增強掃描無強化等；惡性椎體骨折的形態(tài)學特征包括椎體后緣皮質(zhì)膨脹、硬膜外占位性病變、椎弓根破壞、T1WI彌漫性低信號、STIR呈高信號和T1WI對比增強掃描顯示強化等，但均缺乏特異性。

表1 椎體壓縮性骨折良性組、惡性組的信號強度指數(shù)（SIR）、脂肪分數(shù)（FF）比較（±s）

表1 椎體壓縮性骨折良性組、惡性組的信號強度指數(shù)（SIR）、脂肪分數(shù)（FF）比較（±s）

組別 例數(shù)良性組 43惡性組 33 t值P值正常椎體SIR 正常椎體FF（%） 病變椎體SIR 病變椎體FF（%）0.95±0.23 68.52±17.68 0.72±0.28 27.43±6.77 1.02±0.26 72.23±21.16 1.38±0.21 11.88±4.23 0.78 1.30 -8.44 4.96 0.45 0.20 0.00 0.00

研究［9］表明，骨骼病變中存在脂肪，則高度提示良性病變。Dixon技術最初由Dixon在1984年提出［10］，利用化學位移效應在常規(guī)自旋回波序列基礎上，通過調(diào)整不同的回波時間，采集同相位與反相位圖。Douis等［11］使用化學位移反相位信號減低20%鑒別良惡性骨骼病變，靈敏度91.7%，特異度72.7%，陰性預測值97.1%，陽性預測值47.8%，準確率82.5%。本研究Dixon技術采用雙回波序列成像，TE分別為1.31和4 ms，掃描速度快（16 s），將同相位與反相位2種圖像信息相減或相加后再除以2，獲得同一層面相互匹配的同相位、反相位、純水相及純脂相4幅圖像，用于對照研究。水-脂分離Dixon技術由于具有分離脂肪組織迅速、兼容性較廣、SNR較高和可定量檢測脂肪組織等優(yōu)點，已被廣泛應用于研究含脂性組織或病灶，如脂肪肝、腎上腺、腎臟等［3-6］。近年來，Dixon技術較多應用于骨質(zhì)疏松的評價中［12］。

在惡性椎體壓縮性骨折中，腫瘤細胞取代了正常的骨髓組織和脂肪成分，而脂肪成分在良性病變中仍存在，此為椎體良惡性病變鑒別診斷的病理依據(jù)。林帆等［13］研究發(fā)現(xiàn)，反相位信號強度隨著脂肪含量的增加而降低。與同相位圖像相比，脂肪的存在將導致反相位圖像上的信號損失［14］。本研究采用反相位與同相位的比值計算病變椎體SIR，結(jié)果顯示良性組 SIR（0.72±0.28）顯著低于惡性組（1.38±0.21）（P＜0.01）。良性壓縮骨折，如骨質(zhì)疏松、創(chuàng)傷或終板炎等，主要由于充血水腫，脂肪發(fā)生漂移，導致脂肪比例下降，反相位信號強度降低程度增加，SIR降低；惡性壓縮骨折（主要為轉(zhuǎn)移瘤所致），正常椎體組織基本被腫瘤組織所替代，脂肪比例明顯下降，反相位信號強度降低不明顯，SIR值增加；且SIR值為0.86時鑒別骨質(zhì)疏松與轉(zhuǎn)移瘤壓縮骨折的靈敏度、特異度較高，此結(jié)論與Ragab等［15］研究相符合。

本研究采用雙回波水-脂分離Dixon技術，較化學位移成像增加了脂相及水相2個序列，能夠更精確定量病變中脂肪含量。1H-MRS可無創(chuàng)性定量檢測腰椎骨髓脂肪含量，但也存在局限性，主要是掃描時間長，且骨髓組織內(nèi)脂肪常分布不均勻［16］。張靈艷等［16］通過對68例骨量正常組和骨質(zhì)疏松組腰椎椎體分別行1H-MRS和正反相位MRI檢查，發(fā)現(xiàn)兩者均能提供骨髓脂肪沉積定量信息，且Dixon可行全腰椎成像，避免因某一椎體內(nèi)脂肪分布不均勻而造成的MRS分析誤差。本研究顯示，良性組FF值（27.43±6.77）%顯著高于惡性組（11.88±4.23）%（P＜0.01）。

圖1 女，69歲，骨質(zhì)疏松癥 圖1a～1d 分別為同相位、反相位、純水相及純脂相圖像。T10和L1（箭頭）示椎體壓縮變扁呈楔形。選取病變椎體病變范圍最大層面，手工劃定ROI（○），測量病變區(qū)域信號強度，T10的信號強度指數(shù)（SIR）和脂肪分數(shù)（FF）值分別為0.34、32.63% 圖2 男，65歲，肺癌 圖2a～2d 分別為同相位、反相位、純水相及純脂相圖像。L3～5椎體形態(tài)變扁，呈多發(fā)性浸潤性病變（箭頭）。選取L3椎體同一層面測量病變區(qū)域（○）信號強度，SIR和FF值分別為1.28、10.83% 圖3 SIR和FF對椎體骨折性質(zhì)的診斷效能ROC曲線。FF和SIR的曲線下面積分別為0.79和0.88，診斷良惡性椎體壓縮性骨折的最佳閾值分別為12.75%和0.86

本研究，43例良性椎體壓縮性骨折中，8例經(jīng)Dixon診斷為假陽性，其中4例為嚴重外傷所致椎體重度壓縮性骨折，2例為感染所致，2例為骨質(zhì)疏松性骨折。推測可能由于廣泛水腫，使骨髓脂肪發(fā)生漂移，被血腫或炎性細胞代替，使SIR升高，F(xiàn)F降低，最終被診斷為惡性，這與Rumpel等［17-18］研究結(jié)果相似。33例惡性椎體壓縮性骨折中，5例診斷為假陰性，主要為淋巴瘤和骨髓瘤，這是由于其浸潤性生長方式，可保留骨小梁，因此可顯示惡性細胞與殘余脂肪［19］，使 SIR 降低，F(xiàn)F 升高，最終被診斷為良性。

本研究的局限性：①轉(zhuǎn)移性椎體骨折來源于不同類型的原發(fā)性腫瘤，且未根據(jù)原發(fā)惡性腫瘤進行分組，可能導致不同信號差異；②成骨性與溶骨性轉(zhuǎn)移的病理也存在差異，因此，本研究排除成骨性轉(zhuǎn)移，入組轉(zhuǎn)移性椎體骨折均以溶骨性轉(zhuǎn)移為主，后續(xù)將以成骨性轉(zhuǎn)移納入作為研究方向之一；③多數(shù)診斷是基于臨床和影像學證據(jù)，通過活檢證實骨折性質(zhì)在臨床不常規(guī)進行。

綜上所述，通過3.0 T MRI水-脂分離Dixon技術可定量測定椎體的SIR和脂肪含量的變化，對于椎體骨折性質(zhì)的診斷和鑒別診斷具有重要價值。