PDFF和OP/IP對胸、腰椎多發(fā)性骨髓瘤骨病的診斷價值

魏鈴，王豐哲，殷國良，潘詩農(nóng)

0 引言

多發(fā)性骨髓瘤（multiple myeloma,MM）是第二常見的血液系統(tǒng)惡性腫瘤，由漿細(xì)胞的單克隆增生引起，多見于中老年人[1]。多發(fā)性骨髓瘤骨病（multiple myeloma bone diseases,MMBD）是以破骨細(xì)胞活性增強(qiáng)、成骨細(xì)胞功能受抑制及一系列細(xì)胞因子、蛋白通路等導(dǎo)致的骨吸收和骨形成平衡失調(diào)，引起的廣泛性溶骨性改變。臨床以骨質(zhì)疏松、病理性骨折、骨痛為常見表現(xiàn)，見于70%以上的初診MM患者，85%的MM患者在復(fù)診過程中伴隨不同程度的MMBD進(jìn)展[2]。MMBD可累及全身各骨，顱骨、胸肋骨、脊柱及骨盆是常見的受累骨。

磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）能比較敏銳地發(fā)現(xiàn)骨髓病變?；瘜W(xué)位移水脂磁共振成像（chemical shift-encoding based waterfat MRI）基于mDxion技術(shù)，是一種水和脂肪分離技術(shù)，經(jīng)過一次掃描能夠產(chǎn)生水相、脂肪相、同相位、反相位四種對比，mDxion quant技術(shù)能進(jìn)行脂肪含量的定量測量，即質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)（proton density fat fraction,PDFF）成像。同、反相位成像（out of phase/in phase,OP/IP），即同相位信號與反相位信號的比值，能反映水和脂肪成分的改變。兩種技術(shù)均廣泛應(yīng)用于骨骼肌肉系統(tǒng)病變診斷，尤其是椎體良惡性占位的鑒別[2-8]，但鮮有對MMBD的專門研究報道。本研究分析21例MM患者的病變及正常胸、腰椎的PDFF和正反相位成像資料，旨在評估PDFF和正反相位成像對MMBD的診斷效能。

1 資料與方法

1.1 研究對象

回顧性分析2018年12月—2019年5月在中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院第二血液內(nèi)科就診的MM患者21例，其中男10例、女11例，年齡41～80歲，中位年齡65歲，患者訴有胸腰背部疼痛，均經(jīng)過骨髓穿刺及實驗室檢查確診，排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）胸、腰椎外傷史；（2）患者有其他腫瘤病史；（3）磁共振禁忌證；（4）圖像質(zhì)量不滿足本研究要求；（5）胸腰椎MRI檢查未見確切病灶。18例為初診患者，未經(jīng)過任何治療；3例為復(fù)診患者已經(jīng)過化療，化療時間不超過8月，且治療狀態(tài)未達(dá)緩解，未使用集落刺激因子治療。本研究經(jīng)本院倫理委員會批準(zhǔn)，所有受試對象均簽署知情同意書。

1.2 掃描方法

采用Philips Ingenia 3.0T磁共振掃描儀，患者取仰臥位，頭先進(jìn)，掃描范圍為枕骨大孔水平到骶椎。運用體線圈對脊柱（頸椎、胸椎、腰椎）分為兩段（第一段：枕骨大孔至胸10水平；第二段：胸10至骶椎水平）進(jìn)行掃描。掃描序列包括矢狀位T1WI（TR 535 ms,TE 16 ms，矩陣188×307×13，F(xiàn)OV 180 mm×360 mm×57 mm），矢狀位STIR（TR 4055 ms，TE 70 ms，矩陣 164×252×13，F(xiàn)OV 180 mm×360 mm×57 mm），矢狀位mDxion dyn（TR 5.2ms，TE 1.93 ms，矩陣200×378×19，F(xiàn)OV 180 mm×360 mm×52 mm），矢狀位mDxion quant（TR 5.2ms，TE 1.93 ms，矩陣 200×378×19，F(xiàn)OV 180 mm×360 mm×52 mm）。

1.3 圖像分析

由兩名具有5年以上閱片經(jīng)驗的放射科醫(yī)生在矢狀位T1WI和STIR序列對胸、腰椎共同診斷，如有分歧，進(jìn)行協(xié)商達(dá)成一致。MMBD表現(xiàn)為T1WI低信號、STIR高信號，結(jié)合病史、骨髓穿刺及實驗室結(jié)果、舊片（包括CT和MRI檢查），確定椎體為正常、MMBD及良性病變（血管瘤、終板炎）。

將圖像上傳至Philips Isp后處理工作站進(jìn)行分析。依據(jù)在常規(guī)序列的診斷結(jié)果，分別測量正常椎體及病變椎體的OP/IP、PDFF值：（1）正常椎體，在正中連續(xù)三個層面勾畫范圍約200 mm2的圓形感興趣區(qū)（region of interest,ROI），取其平均值；（2）病變椎體，選擇直徑≥5 mm的病變，在病變區(qū)域盡可能大地勾畫圓形ROI，連續(xù)測量三次，取平均值；如有椎體的病變直徑＜5 mm，則不計入。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

采用MedCalc15.6.1統(tǒng)計軟件，MMBD病變和非MMBD病變組間PDFF和OP/IP參數(shù)比較采用兩獨立樣本t檢驗。計算PDFF及OP/IP診斷MM的敏感度、特異性，并繪制ROC曲線，計算ROC曲線下面積（area under curve,AUC）；用Youden指數(shù)計算PDFF和OP/IP的診斷臨界值。用Pearson相關(guān)分析分析兩參數(shù)間相關(guān)性。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 MMBD病變組與非MMBD病變組椎體個數(shù)及病變類型

MM患者的MR表現(xiàn)分為五種類型，本研究有三種，21例患者中，14例表現(xiàn)為局灶型（14/21,66.7%）、5例表現(xiàn)為彌漫型（5/21,23.8%）、2例表現(xiàn)為“鹽和胡椒”型（2/21,9.5%）。共有338個椎體納入本研究，MMBD組與非MMBD組分別為119和219個椎體（35.2%vs.64.8%），其中非MMBD組中214個為正常椎體、4個椎體見終板炎、1個椎體內(nèi)見血管瘤。

2.2 MMBD病變組與非MMBD病變組PDFF、OP/IP值的比較

經(jīng)兩獨立樣本t檢驗，非MMBD病變組的OP/IP平均值約（0.445±0.157），MMBD病變組的OP/IP平均值約（0.749±0.123），兩者比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=-19.593,P=0.000）。非MMBD病變組的PDFF平均值約（45.587±15.814）%，MMBD病變組約（3.858±9.280）%，兩者比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=30.550,P=0.000）。椎體MMBD病灶在反相位（out of phase）圖信號增高，在同相位（in phase）圖信號減低，OP/IP比值升高；在脂肪分?jǐn)?shù)圖信號減低，PDFF減低，見圖1。

2.3 PDFF及OP/IP診斷MMBD的效能

對兩參數(shù)做ROC 曲線，見圖2。PDFF 的AUC、敏感度和特異性均高于OP/IP。PDFF的診斷界值為8.45%，AUC為0.969，敏感度為96.64%，特異性為96.35%；OP/IP的診斷界值為0.66，AUC為0.922，敏感度為85.71%，特異性為90.41%，兩者的ROC-AUC差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.007）。

2.4 PDFF及OP/IP的相關(guān)性

對PDFF及OP/IP兩參數(shù)行Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果顯示r=-0.560，P＜0.05，即兩者呈中度負(fù)相關(guān)。

3 討論

OP/IP及PDFF基于mDxion技術(shù)，利用脂肪和水的質(zhì)子共振頻率的差異，經(jīng)過多個回波后將水信號與脂肪信號分離。PDFF能夠?qū)崿F(xiàn)無創(chuàng)性定量測量骨髓中的脂肪成分。OP/IP能夠反映組織中水和脂肪含量的改變。已有多項研究表明椎體惡性病變的成分不同于良性病變及正常椎體，本研究非MMBD病變組OP/IP值低于MMBD病變組（P＜0.05）；PDFF值高于MMBD病變組（P＜0.05），該結(jié)果與既往文獻(xiàn)報道一致[5-9]。

圖2 OP/IP和PDFF的ROC曲線Figure 2 ROC curves of OP/IP and PDFF

隨著年齡的增長，紅骨髓向黃骨髓轉(zhuǎn)化，骨髓內(nèi)的脂肪成分隨之增多。本文的研究對象為中老年人，非MMBD病變組主要為正常椎體（214/219個），其OP/IP及PDFF平均值分別為（0.445±0.157）%和（45.587±15.814）%，與其他研究基本相近[2]。良性占位（如紅骨髓增多及骨髓水腫）中含有水和脂肪成分，MM細(xì)胞在椎體骨髓中惡性增殖浸潤，正常的骨髓成分被MM細(xì)胞代替，在MM細(xì)胞周圍骨溶解增強(qiáng)，同時成骨細(xì)胞的功能受到抑制，即造成骨重建偶聯(lián)失衡[10]，這使得骨髓成分進(jìn)一步減少。MMBD病變組的OP/IP及PDFF平均值分別為0.749±0.123和（3.858±9.280）%。Schmeel等[2]研究椎體惡性病變的平均PDFF值為（3.09±3.06）%，正常椎體平均PDFF值（50.51±14.69）%，與本研究基本一致。

圖1 1例患者的脊柱反相位、同相位、PDFF圖Figure 1 Out of phase map,in phase map and PDFF map of one patient's spine

OP/IP值即反相位信號強(qiáng)度與同相位信號強(qiáng)度的比值，當(dāng)脂肪信號與水信號處于反相位時兩者相減，處于同相位時兩者相加；相應(yīng)區(qū)域的PDFF值經(jīng)過六個回波、七個脂肪峰模型后獲得，能無創(chuàng)性地定量測量脂肪含量，與磁共振波譜的檢測結(jié)果一致性好[11]；ROC曲線顯示PDFF的敏感度、特異性、AUC均高于OP/IP。有若干因素影響OP/IP圖脂肪分?jǐn)?shù)的計算，如骨小梁的存在使局部信號不均勻，周圍組織的T2*縮短，影響了脂肪和水信號的分離[4,12]，從而對OP/IP的診斷效能產(chǎn)生一定影響。因此，PDFF對于椎體MMBD病變的診斷價值高于OP/IP。

有研究認(rèn)為，椎體惡性病變代替正常的骨髓成分，病灶區(qū)域不含脂肪成分[13]。本研究MMBD病變與非MMBD病變的OP/IP診斷界值為0.66，Douis等測得椎體良惡性病變的診斷界值約0.8[5]，該研究納入的惡性病變共12例，其中僅一例為漿細(xì)胞瘤，無MMBD。Schmeel等[2]測得椎體良惡性病變的診斷界值約6.40%，該研究中MMBD病變僅占惡性病變的11.36%（5/44）。本研究測得MMBD病變與非MMBD病變的PDFF界值為8.45%，說明MM與其他椎體惡性腫瘤存在差異。

Pearson相關(guān)性分析顯示OP/IP與PDFF值呈負(fù)相關(guān)，這與兩者均可反映組織的脂肪成分有關(guān)，同時OP/IP也可反映組織的水成分。當(dāng)組織的脂肪成分減少時，水與脂肪信號之和減小，而信號之差增大，OP/IP增大；而組織中脂肪所占比例減少，PDFF減小，因此兩者呈負(fù)相關(guān)。

本研究存在的不足有：（1）樣本人群選取有偏倚，良性病變樣本量小，診斷界值反映椎體是否為MMBD病變，而對良惡性鑒別診斷價值有限；（2）由于納入研究對象的頸椎MMBD病灶較少，遂本研究只分析胸、腰椎的正常、良性、MMBD病變，對于頸椎MMBD今后仍需進(jìn)一步研究。（3）未將胸、腰椎分節(jié)段進(jìn)行分析。既往文獻(xiàn)[5,14]認(rèn)為胸、腰椎的PDFF值存在差異，本研究將其忽略。

綜上所述，PDFF和OP/IP均可以反映胸、腰椎MMBD病變的脂肪含量改變，在其診斷方面均具有價值，但PDFF的診斷效能更高，優(yōu)于OP/IP。