磁共振改良DIXON定量技術(shù)在椎體轉(zhuǎn)移瘤中的診斷價(jià)值

張嘉，陶海波，丁瑩瑩，李梅，孫詩(shī)昀，李曼竹，李鹍

0 引言

骨是惡性腫瘤最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)移部位之一，椎體轉(zhuǎn)移在骨轉(zhuǎn)移中發(fā)生率較高，常會(huì)導(dǎo)致病理性骨折、脊髓壓迫等惡性相關(guān)事件，早期診斷椎體轉(zhuǎn)移對(duì)于腫瘤患者具有至關(guān)重要的意義。轉(zhuǎn)移椎體在病理組織學(xué)上表現(xiàn)為腫瘤組織取代了正常骨髓脂肪，從而使椎體脂肪含量下降[1]，因此定量分析骨髓脂肪對(duì)于診斷椎體轉(zhuǎn)移瘤具有重要意義[2]。MRI是一項(xiàng)客觀、敏感、無(wú)創(chuàng)評(píng)價(jià)骨髓的影像學(xué)檢查技術(shù)[3]。隨著MRI技術(shù)的發(fā)展，改良DIXON定量技術(shù)（modified dixon quantification,mDIXON Quant）作為定量分析脂肪含量的新技術(shù)，為椎體病變的分析提供新方法。本研究旨在探討MRI mDIXON Quant 技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)移椎體定性評(píng)價(jià)的診斷效能，評(píng)估脂肪分?jǐn)?shù)（fat fraction,FF）定量分析椎體轉(zhuǎn)移瘤的臨床價(jià)值，為椎體轉(zhuǎn)移瘤的診斷提供新思路及新方法，為后續(xù)的研究提供基礎(chǔ)支撐。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2019年4月—2020年1月在昆明醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院確診為惡性腫瘤并胸腰椎椎體轉(zhuǎn)移的患者152例，其中男64例、女88例；年齡32～85歲，中位年齡55.3歲。入組患者原發(fā)腫瘤包括肺癌56例、乳腺癌34例、前列腺癌17例、肝癌14例、宮頸癌6例、其他惡性腫瘤25例。所有患者臨床資料完整，均簽署知情同意書(shū)。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）具有非骨原發(fā)惡性腫瘤病史；（2）患者接受MRI mDIXON Quant序列及T1WI壓脂增強(qiáng)檢查；（3）掃描序列完整，圖像清晰，符合診斷標(biāo)準(zhǔn)。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）合并有血液系統(tǒng)疾病、骨代謝性疾病患者，如多發(fā)性骨髓瘤等；（2）有手術(shù)、創(chuàng)傷、炎性反應(yīng)等病變椎體；（3）有MRI檢查禁忌證及不能配合檢查者。

1.2 診斷標(biāo)準(zhǔn)

椎體轉(zhuǎn)移瘤診斷標(biāo)準(zhǔn)（滿足以下三條中任意一條）：（1）經(jīng)手術(shù)或穿刺活檢，具有病理學(xué)依據(jù)；（2）有明確惡性腫瘤病史，結(jié)合多種影像學(xué)檢查及臨床病史診斷為椎體轉(zhuǎn)移瘤；（3）隨訪半年，影像學(xué)檢查提示病灶范圍增大或臨床抗腫瘤治療后病灶體積縮小。

1.3 MRI掃描設(shè)備及參數(shù)

采用Philips Ingenia 3.0T MRI掃描儀，患者取仰臥位，使用dS Base線圈及dS Posterior線圈進(jìn)行采集，主要掃描序列包括T1WI平掃、STIR、mDIXON Quant、T1WI壓脂增強(qiáng)，掃描參數(shù)見(jiàn)表1，采用高壓注射器經(jīng)肘前靜脈注射釓貝葡胺對(duì)比劑，劑量為0.1 mmol/kg。

表1 磁共振掃描序列參數(shù)Table 1 Parameters of MRI scan sequence

1.4 圖像分析

1.4.1 圖像定性評(píng)價(jià) mDIXON Quant序列掃描完成后自動(dòng)生成水圖、脂肪圖、FF圖、T2*圖，經(jīng)后處理軟件（IntelliSpace Portal v6.0.5.03900,Philips）顏色編碼后生成FF偽彩圖，見(jiàn)圖1～2。由兩位具有5年以上肌骨影像診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師分別對(duì)T1WI平掃、FF圖像進(jìn)行定性分析，評(píng)估每例患者是否存在椎體轉(zhuǎn)移瘤，記錄轉(zhuǎn)移椎體數(shù)目及位置，記錄結(jié)果共同協(xié)商。

圖1 1例肝癌并骨轉(zhuǎn)移患者的MRI圖像Figure 1 MRI images of a patient with liver cancer and bone metastases

圖2 1例乳腺癌并骨轉(zhuǎn)移患者的MRI圖像Figure 2 MRI images of a patient with breast cancer and bone metastases

由另外兩位具有10年以上肌骨影像診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師結(jié)合患者臨床資料、穿刺結(jié)果及多種影像學(xué)檢查分析，明確每例患者椎體轉(zhuǎn)移瘤個(gè)數(shù)及位置。

1.4.2 mDIXON Quant FF值定量分析 兩位具有5年以上肌骨影像診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師共同協(xié)商對(duì)FF圖像中椎體轉(zhuǎn)移瘤與正常椎體進(jìn)行定量分析。T1WI增強(qiáng)圖像顯示病灶范圍作為勾畫(huà)ROI的參考依據(jù)；在FF圖像上手動(dòng)勾畫(huà)ROI（面積大于0.5 cm2），最大范圍的包括整個(gè)轉(zhuǎn)移灶，盡量避開(kāi)骨皮質(zhì)、椎基靜脈，測(cè)量三次取其平均值。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

運(yùn)用SPSS23.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。對(duì)符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較兩組間差異；不符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以中位數(shù)±四分位間距（M±Q）表示，采用非參數(shù)秩和檢驗(yàn)比較兩組間差異；計(jì)數(shù)資料以例數(shù)、百分?jǐn)?shù)表示。計(jì)算T1WI平掃、FF圖像定性評(píng)估椎體轉(zhuǎn)移瘤的敏感度、特異性、假陽(yáng)性率、假陰性率、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值及準(zhǔn)確性。采用ROC曲線分析FF值對(duì)于診斷椎體轉(zhuǎn)移瘤的應(yīng)用價(jià)值，計(jì)算AUC及最佳臨界值。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

共納入152例患者，2352個(gè)椎體，其中胸椎1691個(gè)、腰椎661個(gè)。

2.1 mDIXON Quant FF圖像定性評(píng)估

T1WI平掃及FF圖像診斷椎體轉(zhuǎn)移瘤的診斷效能見(jiàn)表2；結(jié)果顯示FF圖像診斷椎體轉(zhuǎn)移瘤的敏感度、假陽(yáng)性率、假陰性率、陰性預(yù)測(cè)值、準(zhǔn)確性優(yōu)于T1WI平掃。

表2 MRI T1WI平掃及FF圖像定性評(píng)價(jià)椎體轉(zhuǎn)移瘤的診斷效能Table 2 Diagnostic efficacy of MRI T1WI and FF images for vertebral metastases

2.2 mDIXON Quant FF值定量評(píng)估

椎體轉(zhuǎn)移瘤與正常椎體FF值比較結(jié)果見(jiàn)表3，結(jié)果顯示椎體轉(zhuǎn)移瘤FF值明顯低于正常椎體FF值，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Z=-21.792,P＜0.001）。

表3 椎體轉(zhuǎn)移瘤與正常椎體mDIXON Quant FF值比較Table 3 Comparison of mDIXON Quant FF value between vertebral metastases and normal vertebral bodies

不同性別組、年齡組、骨質(zhì)破壞類(lèi)型、椎體部位FF值比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），見(jiàn)表4。

表4 不同組別椎體轉(zhuǎn)移瘤FF值比較Table 4 Comparison of FF values of vertebral metastasis among different groups

FF值診斷椎體轉(zhuǎn)移瘤ROC曲線下面積為0.987（95%CI:0.977～0.997），當(dāng)FF值為9.87%時(shí)，敏感度99.6%，特異性92.0%，見(jiàn)圖3。

圖3 mDIXON Quant FF值的ROC曲線Figure 3 ROC curve of mDIXON Quant FF value

3 討論

骨髓主要含三大成分：礦化的骨質(zhì)基質(zhì)、紅骨髓及黃骨髓。紅骨髓造血活躍，黃骨髓大部分不造血，紅、黃骨髓之間可相互轉(zhuǎn)換[4]。MRI具有良好的空間分辨率及對(duì)比分辨率，能清晰顯示骨髓信號(hào)及骨髓的變化。骨髓MRI信號(hào)主要取決于脂肪和造血細(xì)胞的比例，紅骨髓富含造血細(xì)胞（60%造血細(xì)胞和40%脂肪細(xì)胞），黃骨髓主要含脂肪（95%脂肪細(xì)胞和5%造血細(xì)胞）[5]。正常成年人椎體T1WI呈等信號(hào)，骨髓信號(hào)高于相鄰椎間盤(pán)，T2WI呈中等、稍高信號(hào)[6]。由于各種生理及病理性原因引起椎體骨髓脂肪含量發(fā)生變化，導(dǎo)致椎體信號(hào)多變。因此，評(píng)估骨髓脂肪含量及其變化對(duì)于骨病變尤其是骨腫瘤病變的診斷非常重要[7]。隨著MRI技術(shù)的發(fā)展，定性及定量分析骨腫瘤病變中的脂肪含量已取得巨大進(jìn)展。目前，MRI mDIXON Quant技術(shù)為科研及臨床診治提供一項(xiàng)高效、非侵入的定量評(píng)價(jià)工具。

mDIXON Quant是一項(xiàng)基于化學(xué)位移水脂分離的技術(shù)，糾正T2*信號(hào)衰減的影響，改進(jìn)脂肪多峰模型，提供水和脂肪的獨(dú)特分離[8]，使mDIXON Quant序列擁有高效的采集速度、出色的壓脂效果以及精確的脂肪定量等特點(diǎn)，被推薦應(yīng)用于臨床[9]?；陬伾幋a生成FF偽彩圖中，正常成年人椎體因富含脂肪呈橘紅色，顏色由橘紅色向深藍(lán)色的過(guò)渡，代表著脂肪含量由高向低變化，提示骨髓脂肪減低、消失。已有研究表明運(yùn)用mDIXON Quant技術(shù)測(cè)定椎體脂肪含量具有較高的可靠性和可重復(fù)性[10]，主要用于骨質(zhì)疏松[11]研究中。

目前，利用FF圖像對(duì)轉(zhuǎn)移椎體的定性研究較少。本研究結(jié)果顯示FF圖像診斷轉(zhuǎn)移椎體的敏感度、假陽(yáng)性率、假陰性率、陰性預(yù)測(cè)值、準(zhǔn)確性優(yōu)于T1WI平掃，說(shuō)明FF圖像定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)移椎體具有較高的診斷效能。原因可能是平掃T1WI視覺(jué)定性評(píng)估椎體轉(zhuǎn)移瘤，需將T1WI顯示為低信號(hào)的轉(zhuǎn)移灶與骨骼肌信號(hào)相對(duì)比，存在一定主觀性[8]；隨著年齡、應(yīng)激狀態(tài)的改變，紅黃骨髓之間相互轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致骨髓在T1WI上信號(hào)多樣，對(duì)于低信號(hào)轉(zhuǎn)移灶的檢出具有一定難度。但FF圖像通過(guò)彩色編碼后，色彩形成鮮明對(duì)比，可根據(jù)顏色的差異及變化，直觀判斷骨髓脂肪的含量，更清晰地顯示病變。在臨床工作中，mDIXON Quant是一種快速高效成像技術(shù)，一次掃描可獲得40幅FF圖像，與常規(guī)MRI相比，掃描時(shí)間更短并降低了部分容積效應(yīng)的影響，提高了病變的檢出率。由于mDIXON Quant技術(shù)對(duì)椎體轉(zhuǎn)移瘤具有較高的診斷效能，當(dāng)患者M(jìn)RI增強(qiáng)對(duì)比劑禁忌時(shí)，可輔以此序列為患者診斷椎體轉(zhuǎn)移瘤提供參考。

本研究FF圖像定性評(píng)價(jià)椎體轉(zhuǎn)移瘤中，發(fā)現(xiàn)40個(gè)椎體為假陽(yáng)性，假陽(yáng)性率為3.03%，74個(gè)椎體為假陰性，假陰性率7.18%。假陽(yáng)性病灶包括椎體邊緣不典型血管瘤、許莫式結(jié)節(jié)并周?chē)[、嚴(yán)重外傷導(dǎo)致的壓縮性骨折并周?chē)[等良性病變，由于上述病變區(qū)域的骨髓脂肪被替代或骨折后骨髓脂肪發(fā)生漂移[12]，致病變區(qū)域骨髓脂肪含量減少，F(xiàn)F偽彩圖顯示顏色類(lèi)似于轉(zhuǎn)移瘤，造成假陽(yáng)性灶。假陰性病灶主要包括一些較小的轉(zhuǎn)移灶、部分成骨性轉(zhuǎn)移瘤及具有原發(fā)腫瘤病史患者經(jīng)放化療后繼發(fā)的椎體轉(zhuǎn)移灶。當(dāng)小的骨轉(zhuǎn)移灶隱匿在椎體邊緣凹陷的終板下，骨髓脂肪含量發(fā)生變化，區(qū)分轉(zhuǎn)移灶與其他良性病變存在困難，這需要在今后的研究中擴(kuò)大樣本進(jìn)行研究。有研究發(fā)現(xiàn)放化療會(huì)抑制骨髓造血功能，導(dǎo)致紅骨髓減少，黃骨髓增加[13]，椎體內(nèi)骨髓脂肪分布不均勻，當(dāng)椎體發(fā)生轉(zhuǎn)移瘤時(shí)，轉(zhuǎn)移瘤隱藏在其內(nèi)，造成假陰性。成骨性轉(zhuǎn)移瘤在形成腫瘤骨樣組織過(guò)程中，可保留骨小梁[14]，同時(shí)包含惡性腫瘤細(xì)胞與殘余脂肪，因此骨髓內(nèi)仍存在脂肪，以致FF偽彩圖與其他病變較難區(qū)分。在臨床工作中，我們發(fā)現(xiàn)骨島易被誤認(rèn)為成骨性轉(zhuǎn)移。骨島為骨松質(zhì)內(nèi)局限性骨質(zhì)的生長(zhǎng)變異，或骨發(fā)育過(guò)程中的發(fā)育錯(cuò)誤[15]，其骨質(zhì)含量較椎體轉(zhuǎn)移瘤的腫瘤樣骨組織高，二者脂肪含量存在差異，因此通過(guò)FF檢測(cè)脂肪含量的變化，可鑒別二者。

在椎體轉(zhuǎn)移瘤定量分析中，本研究結(jié)果顯示正常椎體的脂肪分?jǐn)?shù)為（42.79±21.02）%，與既往報(bào)道結(jié)果大致相符[16]。本研究椎體轉(zhuǎn)移瘤的脂肪分?jǐn)?shù)為（3.93±3.37）%，較正常椎體低，原因可能是當(dāng)惡性腫瘤引起骨轉(zhuǎn)移時(shí)，成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞功能失衡，腫瘤組織侵襲性增殖，完全或部分替代正常骨髓內(nèi)脂肪，使病變區(qū)域脂肪含量減低。Schmeel等[1]研究椎體惡性病變的PDFF值為（3.09±3.06）%明顯低于正常椎體PDFF值（50.51±14.69）%；張銀霞[17]研究表示溶骨性椎體轉(zhuǎn)移瘤脂肪含量低于正常椎體脂肪含量，本研究結(jié)果與既往研究結(jié)果一致，即椎體轉(zhuǎn)移瘤脂肪含量較正常椎體低。骨髓隨著年齡、性別、免疫狀態(tài)而動(dòng)態(tài)變化，因此引起椎體中的紅黃骨髓分布不均勻，MR常規(guī)序列顯示信號(hào)異常，與椎體轉(zhuǎn)移瘤較難鑒別，本研究得出使用mDIXON Quant技術(shù)FF值可鑒別正常椎體與椎體轉(zhuǎn)移瘤，排除了椎體中紅黃骨髓再分布的干擾。研究還發(fā)現(xiàn)FF值可以作為一個(gè)獨(dú)立因素區(qū)分良惡性病變的顯著變量，并分別提出FF值可以鑒別椎體良惡性病變[8,18]。本文研究只針對(duì)椎體轉(zhuǎn)移瘤與正常椎體，今后我們將擴(kuò)大研究病種，為臨床診斷提供影像依據(jù)。

國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)研究顯示正常椎體在不同年齡、性別組脂肪含量存在差異[19]，但尚未在椎體轉(zhuǎn)移瘤進(jìn)行相關(guān)分組研究。本研究得出椎體轉(zhuǎn)移瘤FF值在不同年齡、性別組及不同椎體部位之間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，間接表明測(cè)量椎體轉(zhuǎn)移瘤的FF值，數(shù)值相對(duì)穩(wěn)定，影響因素較少，并可以作為客觀參照。同時(shí)，本研究進(jìn)一步比較溶骨性與非溶骨性椎體轉(zhuǎn)移瘤FF值間的差異，結(jié)果顯示兩者之間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。當(dāng)惡性腫瘤細(xì)胞經(jīng)血轉(zhuǎn)移至椎體時(shí)，先出現(xiàn)骨髓浸潤(rùn)，隨后發(fā)生骨質(zhì)破壞[20]；對(duì)于不同類(lèi)型骨質(zhì)破壞雖然產(chǎn)生機(jī)制不同，但本質(zhì)上都是由腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)骨髓，替代正常骨髓，以至骨髓內(nèi)脂肪發(fā)生變化，這說(shuō)明本研究中FF值不能鑒別溶骨性及非溶骨性椎體轉(zhuǎn)移，但目前沒(méi)有關(guān)于不同類(lèi)型骨質(zhì)破壞間的FF值研究。

本研究存在一些不足之處：首先評(píng)閱者手動(dòng)繪制ROI過(guò)程中，對(duì)于病灶邊緣的確定存在一定主觀性，可能會(huì)導(dǎo)致偏差；第二，不同原發(fā)惡性腫瘤間椎體轉(zhuǎn)移瘤是否存在差異，需進(jìn)一步擴(kuò)充樣本數(shù)。

綜上所述，mDIXON Quant作為一項(xiàng)快捷、無(wú)創(chuàng)的磁共振定量成像技術(shù)，可定量測(cè)定椎體的脂肪含量，對(duì)椎體轉(zhuǎn)移瘤具有較高的診斷效能，其中椎體轉(zhuǎn)移瘤中的脂肪分?jǐn)?shù)較正常椎體明顯減低。