MR脂肪定量成像鑒別椎體骨髓良惡性病變的研究進(jìn)展

王豐哲，周 軍，孫 鶴，潘詩(shī)農(nóng)

(1.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽(yáng) 110004；2.沈陽(yáng)市第四人民醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽(yáng) 110031；3.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽(yáng) 110032)

準(zhǔn)確鑒別椎體骨髓良惡性病變對(duì)選擇治療策略及評(píng)估預(yù)后具有重要作用。椎體是轉(zhuǎn)移瘤的最好發(fā)部位，在中老年患者尤其如此。約10% 癌癥患者在病程中發(fā)生椎體轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致病理性壓縮骨折[1]。骨質(zhì)疏松癥是老年椎體骨髓病變的最常見(jiàn)原因，隨著人口老齡化，患病率逐年上升，目前我國(guó)50歲以上男性和女性骨質(zhì)疏松癥患病率分別為6.46%和29.13%[2]。椎體骨髓成分的異質(zhì)性、病變病理過(guò)程的復(fù)雜性以及檢查方法的非特異性為鑒別椎體骨髓良惡性病變帶來(lái)挑戰(zhàn)。骨髓穿刺活檢是診斷椎體骨髓病變的金標(biāo)準(zhǔn)，但有創(chuàng)，且對(duì)小病灶較難準(zhǔn)確獲取標(biāo)本，使其臨床應(yīng)用受限[3]。MRI是無(wú)創(chuàng)評(píng)估正常骨髓和病理狀態(tài)下骨髓變化的理想成像方式[4]。常規(guī)T1WI、T2WI和短時(shí)反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列成像檢測(cè)椎體骨髓病變敏感度較高，但特異度不高[5]，尤其急性骨質(zhì)疏松性骨折時(shí)骨髓水腫、炎性病變與惡性腫瘤所致信號(hào)改變相似，難以鑒別。有學(xué)者[6]采用DWI的ADC值定量評(píng)估骨髓良惡性病變，結(jié)果顯示其具有出色的診斷效能，但缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，圖像分辨率較低，評(píng)估硬化性骨髓病變的敏感度較低。惡性病變時(shí)，椎體骨髓水脂比例發(fā)生改變，惡性腫瘤細(xì)胞取代脂肪細(xì)胞，利用MR脂肪定量成像技術(shù)，包括MR波譜(MR spectroscopy, MRS)和基于化學(xué)位移編碼的水-脂成像可進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。本文對(duì)MR脂肪定量成像針對(duì)椎體骨髓良惡性病變的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 骨髓生理和病理特點(diǎn)

骨髓位于中軸骨和長(zhǎng)骨的髓腔中，占人體總重量的4%～5%，由造血組織和脂肪細(xì)胞組成，周?chē)h(huán)繞血管竇，分布于小梁骨基質(zhì)網(wǎng)中[7]。根據(jù)細(xì)胞和血管組成，骨髓分為黃骨髓和紅骨髓。黃骨髓主要由脂肪細(xì)胞組成，包含80%脂肪、15%水和5%蛋白質(zhì)，血管稀少，主要分布于四肢骨骼中；紅骨髓富含血紅蛋白和紅細(xì)胞，包含40%～60%脂質(zhì)、30%～40%水和10%～20%蛋白質(zhì)[7]。紅骨髓負(fù)責(zé)產(chǎn)生人體血細(xì)胞，具有豐富的脈管系統(tǒng)，由龐大的血管竇網(wǎng)絡(luò)組成。健康成年人的紅骨髓主要分布于顱骨、胸骨、中軸骨、肋骨及長(zhǎng)骨干骺端。新生兒髓腔內(nèi)主要充滿(mǎn)紅骨髓，隨著年齡增長(zhǎng)，紅骨髓逐漸向黃骨髓轉(zhuǎn)化，其過(guò)程遵循從四肢骨到中軸骨、從遠(yuǎn)端到近端的規(guī)律。在脊柱，紅黃骨髓轉(zhuǎn)化自下向上發(fā)展；青春期至40歲間，骨髓在椎體靜脈叢周?chē)l(fā)生黃骨髓轉(zhuǎn)化[8]，40歲后椎體其余部位開(kāi)始轉(zhuǎn)化為黃骨髓，意即該過(guò)程持續(xù)生命整個(gè)階段，使得椎體紅黃骨髓分布具有不均質(zhì)性。

骨髓常見(jiàn)主要病理改變包括細(xì)胞增殖、浸潤(rùn)和細(xì)胞耗竭。增殖性骨髓病變使細(xì)胞成分增加，含水量增多，正常黃骨髓中的脂肪細(xì)胞被取代而減少，多見(jiàn)于轉(zhuǎn)移瘤、骨髓瘤、血液系統(tǒng)疾病等惡性病變，異常增殖的瘤細(xì)胞取代正常骨髓細(xì)胞成分；耗竭性骨髓病變則導(dǎo)致細(xì)胞含量減少，脂肪含量增加，常見(jiàn)于血管瘤[9]、代謝異常(骨質(zhì)疏松癥或骨軟化癥)等良性病變及惡性疾病放射和化學(xué)治療后的積極反應(yīng)[10]。骨髓脂肪含量與骨骼強(qiáng)度及重塑能力相關(guān)[11]。上述骨髓病理改變導(dǎo)致水和脂肪含量變化，此為MR脂肪定量成像鑒別骨髓良惡性病變的理論基礎(chǔ)。

2 MR脂肪定量成像鑒別椎體良惡性病變

2.1 MRS MRS是目前唯一能無(wú)創(chuàng)觀察活體組織代謝及生化改變的技術(shù)，通過(guò)計(jì)算譜線中水峰和脂質(zhì)峰下面積獲得椎體骨髓的脂肪分?jǐn)?shù)(fat fraction, FF)，被認(rèn)為是定量體內(nèi)脂肪的金標(biāo)準(zhǔn)[12]。多項(xiàng)研究[13-15]顯示椎體骨髓FF在不同性別、年齡及骨密度間存在差異。HE等[13]發(fā)現(xiàn)健康男性椎體骨髓FF顯著高于女性，可能是一種生理現(xiàn)象；FF性別差異則可能與絕經(jīng)后女性激素水平相關(guān)。骨質(zhì)疏松癥一直是MRS研究的熱點(diǎn)，骨量減少和骨質(zhì)疏松患者椎體骨髓FF較正常者顯著增高。KARAMPINOS等[14]研究表明椎體骨髓FF與骨密度呈負(fù)相關(guān)(r=-0.72)。TAN等[15]觀察骨質(zhì)疏松與溶骨性轉(zhuǎn)移瘤椎體壓縮骨折，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移組FF(14.95%±7.26%)顯著低于骨質(zhì)疏松組(24.73%±7.68%)，單獨(dú)采用MRS鑒別診斷骨質(zhì)疏松性骨折與溶骨性轉(zhuǎn)移瘤椎體壓縮骨折的AUC為0.73，敏感度87.50%，特異度57.89%，準(zhǔn)確率71.43%，提示其診斷效能較低，需聯(lián)合其他檢查。高場(chǎng)強(qiáng)MRS能提高波譜信噪比，增寬譜線波分離度，但技術(shù)難度大、分辨率低、掃描時(shí)間較長(zhǎng)，現(xiàn)已逐漸被多回波校正Dixon(modified Dixon, mDixon)技術(shù)取代。

2.2 同/反相位(in phase/out phase, IP/OP)成像 水和脂肪進(jìn)動(dòng)頻率不同，質(zhì)子相位不一致，在不同回波時(shí)間，使水和脂肪的氫質(zhì)子磁化矢量處于疊加或抵消狀態(tài)，即IP/OP成像。通過(guò)計(jì)算IP與OP的信號(hào)強(qiáng)度比，可半定量評(píng)估組織的脂肪含量[16]。相比IP圖像，正常含有水和脂肪成分的椎體骨髓在OP圖像存在明顯信號(hào)損失；發(fā)生腫瘤時(shí)，腫瘤細(xì)胞取代正常骨髓中的脂肪細(xì)胞，在OP圖像中無(wú)顯著信號(hào)強(qiáng)度下降。既往研究[17]表明，可將OP圖像信號(hào)強(qiáng)度降低20%(1.5T)和25%(3.0T)作為鑒別診斷骨髓替代的閾值。一項(xiàng)薈萃分析[18]顯示，采用IP/OP成像鑒別椎體骨髓良惡性病變的敏感度為92%，特異度為89%，AUC為0.95；而鑒別良惡性壓縮性骨折的敏感度為96%，特異度為89%，AUC為0.93。大部分研究[18]對(duì)于信號(hào)強(qiáng)度比(OP/IP)的截?cái)嘀档慕Y(jié)果相似(0.8～1.0)，信號(hào)強(qiáng)度比<0.8表明OP圖像存在信號(hào)強(qiáng)度損失和骨髓存在脂肪，傾向于良性病變[19]。然而OP圖像上無(wú)信號(hào)強(qiáng)度損失或損失較小并不意味著一定存在惡性病變，急性良性壓縮性骨折時(shí)，血腫和水分增加，也可表現(xiàn)為骨髓脂肪替代，使信號(hào)強(qiáng)度比>1.0。此外，IP/OP成像定量分析骨髓脂肪受T1偏倚和T2*效應(yīng)的影響，小梁骨會(huì)導(dǎo)致局部磁場(chǎng)不均勻，縮短周?chē)M織的T2*，從而影響水和脂肪信號(hào)的分離。另外，盡管理論上脂肪存在多個(gè)譜峰，但常規(guī)化學(xué)位移編碼技術(shù)均將脂肪模擬為與水相差-3.5 ppm的單一譜峰，可能導(dǎo)致明顯定量誤差[20]。

2.3 多回波校正Dixon技術(shù) Dixon技術(shù)即基于化學(xué)位移編碼的水脂分離成像， 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于臨床，如腎上腺、肝臟及骨關(guān)節(jié)等領(lǐng)域。采用多回波采集(6回波)、7峰值脂肪模型的mDixon水脂MRI技術(shù)已成為精準(zhǔn)定量檢測(cè)脂肪的重要方法。mDixon通過(guò)設(shè)置較低翻轉(zhuǎn)角(3°～5°)使T1偏倚的影響最小化，并校正小梁骨的T2*信號(hào)衰減，其衍生的質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)(proton density fat fraction, PDFF)與體外小梁骨模型[21]及單體素MRS[22]評(píng)估椎體骨髓脂肪結(jié)果的一致性較好。SCHMEEL等[23]發(fā)現(xiàn)，在不同觀察者、場(chǎng)強(qiáng)及MR平臺(tái)之間，PDFF定量椎體骨髓的準(zhǔn)確性、一致性和可重復(fù)性均較好，表明PDFF可作為多中心定量觀察脂肪的生物學(xué)標(biāo)志物。

近年諸多研究[24-27]觀察PDFF鑒別椎體骨髓良惡性病變的診斷效能。LEE等[24]發(fā)現(xiàn)椎體轉(zhuǎn)移瘤的PDFF(2.89%±1.99%)顯著低于Schmorl結(jié)節(jié)(10.54%±4.36%)，以5.41%為截?cái)嘀?，診斷敏感度為90.9%，特異度為93.1%，AUC為0.95。YOO等[25]研究表明椎體惡性病變的PDFF(2.8%±3.1%)顯著低于良性病變(26.5%±14.0%)，以6.34%為截?cái)嘀?，診斷敏感度為86.2%，特異度為90.0%，AUC為0.93。SCHMEEL等[26]以PDFF鑒別椎體良惡性病變的敏感度為97.4%，特異度為91.3%，AUC為0.97，截?cái)嘀?.40%。KIM等[27]采用PDFF鑒別椎體急性骨質(zhì)疏松和惡性病理性壓縮骨折，結(jié)果表明惡性骨折的PDFF(2.73%±1.60%)顯著低于良性骨折(14.37%±8.77%)，以5.26%為截?cái)嘀?，診斷的敏感度為95.83%，特異度為95%，AUC為0.98。SCHMEEL等[3]的研究結(jié)果顯示，以PDFF鑒別腫瘤性病理骨折(3.48%±3.30%)與急性良性骨折(23.99%±11.86%)的敏感度為98%，特異度為95%，AUC為0.98，截?cái)嘀禐?%。上述結(jié)果表明，椎體骨髓惡性病變時(shí)，由于腫瘤細(xì)胞增殖并取代脂肪細(xì)胞，導(dǎo)致PDFF顯著低于良性病變；采用多回波mDixon技術(shù)鑒別椎體良惡性病變具有較高的敏感度、特異度和準(zhǔn)確率。

3 小結(jié)與展望

由多回波mDixon序列成像衍生的PDFF已被證實(shí)是診斷骨髓疾病的關(guān)鍵指標(biāo)，有利于區(qū)分良惡性病變，減少有創(chuàng)性骨活檢數(shù)量，其掃描時(shí)間短(小于1 min)，脂肪抑制效果良好，定量脂肪精準(zhǔn)，被推薦臨床常規(guī)應(yīng)用[28]。但椎體骨髓PDFF相關(guān)研究仍存在一定局限性：研究樣本量及納入病種較少，不同類(lèi)型良惡性腫瘤是否會(huì)影響PDFF結(jié)果有待證實(shí)；常僅有少量病例經(jīng)骨穿刺病理證實(shí)，多數(shù)病例系依靠典型影像學(xué)表現(xiàn)、隨訪或其他相關(guān)檢查診斷；存在假陽(yáng)性和假陰性結(jié)果，如結(jié)核性椎間盤(pán)炎產(chǎn)生的廣泛膿腫和骨碎片表現(xiàn)為類(lèi)似惡性病變的少脂肪成分，多發(fā)性骨髓瘤初期腫瘤細(xì)胞可能只浸潤(rùn)紅骨髓保留一定量脂肪細(xì)胞而表現(xiàn)為類(lèi)似良性病變的高FF值[29]。盡管存在挑戰(zhàn)，但MR脂肪定量成像鑒別椎體骨髓良惡性病變?nèi)跃哂袕V闊前景，但需盡可能排除干擾因素如年齡、性別、放射及化學(xué)治療等的影響，標(biāo)準(zhǔn)化研究過(guò)程與統(tǒng)計(jì)結(jié)果，進(jìn)行大樣本多中心臨床研究。研發(fā)新型非侵入性骨髓脂肪標(biāo)志物[30]，表征不同類(lèi)型的骨髓脂肪細(xì)胞，可使研究結(jié)果更加穩(wěn)定可靠。

綜上所述，MR脂肪定量成像對(duì)鑒別椎體骨髓良惡性病變具有重要臨床價(jià)值；PDFF可作為無(wú)創(chuàng)性診斷骨髓病變的生物學(xué)標(biāo)志物。