多b 值彌散加權(quán)成像及常規(guī)磁共振成像對(duì)兒童急性白血病腰椎骨髓浸潤診斷價(jià)值評(píng)估

孫海燕， 李榮品， 吳亞蘭， 叢夢迪， 王偉秀， 王 晶， 侯振洲

河北省兒童醫(yī)院CT—磁共振科，河北 石家莊 050031

急性白血病(acute leukemia，AL)是造血干細(xì)胞的惡性克隆性疾病，腫瘤細(xì)胞取代正常組織在骨髓內(nèi)異常增殖，正常造血功能被抑制[1]。 根據(jù)受累細(xì)胞類型將AL 分為急性淋巴細(xì)胞白血病(acute lymphoblastic leukemia，ALL)和急性髓細(xì)胞白血病(acute myeloid leukemia，AML)。 兒童以ALL較多見，約占80%[2]。 臨床主要依賴骨髓穿刺涂片進(jìn)行診斷和療效評(píng)估，但因骨髓穿刺取材有限，在反映骨髓病變程度及累及范圍方面存在局限性[3]；其次，有創(chuàng)性操作存在感染和出血風(fēng)險(xiǎn)，多次反復(fù)進(jìn)行，患兒不易耐受[4]。 磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)1 次檢查即可獲得大范圍內(nèi)的骨髓狀態(tài)，對(duì)正常骨髓及髓內(nèi)病變進(jìn)行充分顯示，彌補(bǔ)了骨髓活檢的不足。 目前，應(yīng)用多b 值彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)進(jìn)行兒童白血病骨髓浸潤研究的報(bào)道較少見。 本研究應(yīng)用多b 值DWI 對(duì)AL 兒童腰椎MRI 圖像進(jìn)行分析，探討其在診斷兒童AL 方面的臨床應(yīng)用價(jià)值。 現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取自2019 年3 月至2020 年11 月于河北省兒童醫(yī)院血液科就診的臨床初診為急性初發(fā)白血病的29 例患兒為白血病組。 其中，男性18 例，女性11 例；年齡0.4 ~13.0 歲，平均年齡5.3 歲；ALL 22 例，AML 7 例。 納入標(biāo)準(zhǔn):(1)經(jīng)骨髓穿刺結(jié)果證實(shí)為AL；(2)MRI 檢查前未行手術(shù)、放療、化療、介入等相關(guān)治療；(3)MRI 檢查時(shí)間與骨髓穿刺活檢時(shí)間相差≤48 h。 排除標(biāo)準(zhǔn):(1)脊椎椎體存在其他病變，如腫瘤、炎癥或外傷等；(2)無骨髓穿刺活檢病理結(jié)果；(3)DWI 和表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)圖偽影較重，影響測量。 另隨機(jī)選擇于我院就診的無血液系統(tǒng)疾病史、椎體腫瘤疾病史及手術(shù)史的32 例患兒作為正常組，其中，脊髓栓系2 例，遺尿26 例，腦膜炎1 例，藏毛竇1 例，脊柱側(cè)彎2 例；男性17 例，女性15 例；年齡0.4 ~14.0 歲，平均年齡5.2 歲。 本研究屬于回顧性研究，并經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 檢查方法 掃描設(shè)備為Philips Achieva 1.5T 雙梯度超導(dǎo)MR 成像設(shè)備，不能合作的小兒在掃描前30 min 給予10%水合氯醛液(0.5 ~1.0 ml/kg)灌腸鎮(zhèn)靜。 采用5 通道相控陣線圈。 MRI 掃描序列包括腰椎矢狀位，T1WI 序列掃描參數(shù)為TR 400 ms，TE 8 ms，層厚2.5 mm，層間距1.0 mm；T2WI 序列掃描參數(shù)為TR 3 000 ms，TE 120 ms，層厚2.5 mm，層間距1.0 mm；短時(shí)反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列STIR 序列掃描參數(shù)為TR 4 265 ms，TI 165 ms，TE 80 ms，層厚2.5 mm，層間距1.0 mm。 矢狀位DWI 序列采用單次激發(fā)回波平面成像(SS-EPI)序列掃描，b 值選擇0、200、400、600 s/mm2，TR 910 ms，TE 61 ms，層厚3.5 mm，層間距1.0 mm，NSA ＝4，F(xiàn)OV ＝(31 ×20) ~(44 ×24)，矩陣＝176 ×210。

1.3 數(shù)據(jù)采集 將原始數(shù)據(jù)傳至Extended MR WorkSpace 2.6.3.3 工作站，進(jìn)行圖像后處理，重建ADC 圖，由兩位高年資影像科醫(yī)師分別利用自帶測量工具在T1WI、T2WI、STIR、DWI 及ADC 序列上進(jìn)行測量，取椎體矢狀位中心層面，測量第2 ~4 腰椎體，繪制感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，盡量適宜椎體的大小，但不包括骨皮質(zhì)、椎間盤及周圍韌帶，每個(gè)椎體測量3 次，將兩位醫(yī)師測量結(jié)果的平均值作為最終記錄值。 測量的數(shù)據(jù)包括T1 信號(hào)強(qiáng)度(ST1)、T2 信號(hào)強(qiáng)度(ST2)、STIR 信號(hào)強(qiáng)度(SSTIR)、DWI 信號(hào)強(qiáng)度(SD0、SD200、SD400、SD600)、ADC 值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)。 繪制受試者工作特征曲線(receiver operating characteristic curve，ROC)，分析常規(guī)序列、DWI 序列對(duì)白血病組及正常組的鑒別診斷效能。 以P <0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 白血病組與正常組ST1、ST2、SSTIR、ADC 值的比較 白血病組的ST1、ST2均低于正常組，組間比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。 兩組SSTIR、ADC 比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。 見表1。

表1 白血病組與正常組ST1、ST2、SSTIR、ADC 值的比較(±s)

表1 白血病組與正常組ST1、ST2、SSTIR、ADC 值的比較(±s)

組別 ST1ST2SSTIRADC 值/mm2·s-1正常組 683.09 ±111.22 695.71 ±121.99 347.01 ±110.38 (0.56 ±0.13) ×10-3白血病組 418.66 ±66.87 499.86 ±106.66 378.74 ±114.36 (0.54 ±0.14) ×10-3 t 值 －11.371 －6.644 1.102 －0.647 P 值 <0.05 <0.05 >0.05 >0.05

2.2 白血病組與正常組不同b 值DWI 信號(hào)強(qiáng)度比較 白血病組不同b 值的DWI 信號(hào)強(qiáng)度均高于正常組，組間比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P <0.05)。 各組DWI 信號(hào)強(qiáng)度隨b 值增高降低。 其中，白血病組SD0與SD200、SD400、SD600比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P <0.05)；SD200與SD600比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P <0.05)；其余兩兩比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。 正常組SD0與SD200、SD400、SD600比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；SD200、SD400、SD600組間兩兩比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。 見表2。

2.3 ST1、ST2的診斷效能評(píng)價(jià) ROC曲線顯示，ST1對(duì)應(yīng)的曲線下面積(area under the curve，AUC)為0.988，ST2對(duì)應(yīng)的AUC 為0.885，AUC 均>0.5，認(rèn)為T1WI 及T2WI 序列鑒別白血病與正常組均有診斷學(xué)意義，T1WI 序列診斷效能更高，以541.4 作為診斷最佳臨界值，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P <0.05)，即ST1<541.4 時(shí)，判定為白血病。 見圖1。

表2 白血病組與正常組不同b 值DWI 信號(hào)強(qiáng)度的比較(±s)

表2 白血病組與正常組不同b 值DWI 信號(hào)強(qiáng)度的比較(±s)

注:與本組SD0比較，①P<0.05；與本組SD200比較，②P<0.05

組別 SD0SD200SD400SD600正常組 448.32 ±115.95 375.58 ±95.00①340.53 ±94.03①321.63 ±89.75①白血病組 625.73 ±132.78 551.92 ±135.81①496.74 ±127.44①447.29 ±120.79①②t 值 5.570 5.920 5.482 4.640 P 值 <0.05 <0.05 <0.05 <0.05

2.4 不同b 值DWI 信號(hào)強(qiáng)度的診斷效能 ROC 曲線顯示，不同b 值DWI 各序列AUC 均>0.5，SD200的AUC 值最高，為0.852，最佳臨界值為504.65，敏感度為69%，特異度為90.6%。 見圖2。

2.5 ALL 及AML 各測量值比較 ALL 和AML 患兒在常規(guī)序列和不同b 值下DWI 序列的信號(hào)強(qiáng)度、ADC 值比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。 見表3。

3 典型病例

男性患兒，6 歲，診斷為ALL，MRI 及DWI 圖像見圖3。

4 討論

圖1 ST1、ST2鑒別白血病組和正常組的ROC 曲線

圖2 不同b 值DWI 信號(hào)強(qiáng)度的ROC 曲線

表3 ALL 和AML 患兒各測量值間的比較(±s)

表3 ALL 和AML 患兒各測量值間的比較(±s)

組別 ST1ST2SSTIRSD0SD200SD400SD600ADC 值/mm2·s-1 ALL 患兒411.97±43.86 521.32±88.69 383.01±104.74 629.42±135.67 561.08±142.03 507.80±134.10 453.93±129.46 (0.54±0.14)×10-3 AML 患兒439.69±116.00 432.41±136.25 365.31±149.54 614.14±132.85 523.14±119.15 461.99±104.83 426.40±93.58 (0.54±0.15)×10-3 t 值 －0.618 2.025 0.351 0.261 0.637 0.824 0.518 0.028 P 值 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05

圖3 MRI 及DWI 圖像(a.T1WI；b.T2WI；c.STIR 矢狀位圖像，T1WI 椎體信號(hào)彌漫性減低；d~g.b 值分別為0、200、400、600 s/mm2 對(duì)應(yīng)的DWI 圖像；h.ADC 圖像)

骨髓是人體的造血器官，依功能不同分為紅骨髓和黃骨髓，紅骨髓中造血細(xì)胞約占60%，脂肪細(xì)胞約占40%；黃骨髓含大量脂肪組織，無直接造血功能[5]。 嬰兒時(shí)期骨髓主要為紅骨髓，隨著年齡的增長，從外周骨向中軸骨逐漸被富含脂肪的黃骨髓取代，約20 ~25歲形成成人型紅黃骨髓分布[3]。 當(dāng)人體由于各種原因?qū)е卢F(xiàn)有紅骨髓造血能力不足時(shí)(如白血病、貧血等原因)，黃骨髓即向紅骨髓逆轉(zhuǎn)，首先于中軸骨發(fā)生骨髓逆轉(zhuǎn)[6]，且中軸骨是其異常表現(xiàn)最為顯著的部位之一。 腰椎的MRI 成像效果較佳，作為ROI 進(jìn)行相關(guān)測量時(shí)部分容積效應(yīng)較小，故而本研究選取腰椎作為研究部位。

Bracken 等[7]研究發(fā)現(xiàn)，年齡<5 歲兒童正常骨髓MRI在T1WI 表現(xiàn)為等或稍高信號(hào)(與骨骼肌信號(hào)相比)，年齡<1 歲組患兒等信號(hào)比例高于年齡≥1 歲組。 發(fā)生AL 時(shí)，T1WI 信號(hào)減低，與骨骼肌信號(hào)近似，稍低于椎間盤信號(hào)[8]。Nguyen 等[9]研究認(rèn)為，與淋巴瘤相比，白血病骨髓替代以彌漫性模式更常見；在T2WI 上，正常骨髓呈中等或稍高信號(hào)，高于鄰近肌組織，AL 時(shí)表現(xiàn)為均勻一致的中等或略高信號(hào)，信號(hào)強(qiáng)度低于正常組。 余海寧等[10]認(rèn)為，初發(fā)白血病患兒椎體骨髓T2WI 表現(xiàn)為中等信號(hào)，與正常骨髓信號(hào)比較，無明顯差別。 這與本研究結(jié)果稍有差別，分析原因考慮余海寧等[10]報(bào)道的患兒平均年齡為8.1 歲，本研究患兒平均年齡為5.3 歲，偏小，骨髓內(nèi)含水量較多，雖然，白血病浸潤時(shí)含水量增加，脂肪含量減少，但可能由于增加的水分不足以抵消減少的脂肪含量，導(dǎo)致測量的T2WI 信號(hào)強(qiáng)度低于正常組。本研究ROC 曲線顯示，T1WI、T2WI 均能鑒別白血病組和正常組，T1WI 診斷效能更高，借助T1WI 信號(hào)強(qiáng)度值進(jìn)行定量分析確診的準(zhǔn)確率更高，還可對(duì)患兒的預(yù)后進(jìn)行評(píng)價(jià)，降低骨髓穿刺帶來的痛苦[11]。 還有研究應(yīng)用T1WI 信號(hào)強(qiáng)度直方圖分析ALL 和正常兒童，認(rèn)為95th T1WI 值的鑒別診斷效能最高，具有臨床應(yīng)用價(jià)值[12]。

STIR 圖像中，正常黃骨髓表現(xiàn)為低信號(hào)，紅骨髓信號(hào)與肌肉信號(hào)近似為中等信號(hào)強(qiáng)度[5]。 有研究報(bào)道，成人白血病患者椎體含水量增加，導(dǎo)致椎體STIR 信號(hào)增高，認(rèn)為STIR 序列能有效觀察白血病進(jìn)程中骨髓的改變及治療效果[13]。 而在本研究中，白血病組與正常組的STIR 信號(hào)強(qiáng)度差異無顯著性，考慮本研究患兒年齡均偏小，小年齡兒童骨髓本身含水量較多，脂肪含量少，脂肪抑制后，信號(hào)增高不太明顯，這一結(jié)果有待增加樣本量繼續(xù)研究。

DWI 序列能反映人體組織中水分子的自由擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)[14]，其信號(hào)強(qiáng)度與擴(kuò)散程度和T2 的穿透效應(yīng)有關(guān)，擴(kuò)散程度取決于b 值。 本研究結(jié)果顯示，同一b 值下，白血病組腰椎骨髓的DWI 信號(hào)強(qiáng)度均高于正常組，表明白血病細(xì)胞代替正常骨髓，骨髓中細(xì)胞密集程度增加；而相同成像組織隨著b 值的增加，DWI 信號(hào)強(qiáng)度逐漸降低，說明b 值越高，組織成像受T2 穿透效應(yīng)的影響越小。 ADC 值是DWI 數(shù)據(jù)的定量分析，與組織學(xué)檢查中細(xì)胞含量有關(guān)，為組織特征描述提供了客觀參數(shù)。 本研究中，正常組ADC 值高于于萍等[15]報(bào)道的結(jié)果，因?yàn)楸狙芯恐械难芯繉?duì)象均為兒童，骨髓中的紅骨髓比例相對(duì)較大，水分子含量多，且紅骨髓的ADC 值高于黃骨髓，因此兒童腰椎骨髓的ADC 值偏大。 Nonomura 等[16]研究認(rèn)為，正常富細(xì)胞骨髓和白血病骨髓間的ADC 值比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P >0.05)，但正常成人乏細(xì)胞骨髓、中等細(xì)胞骨髓與正常兒童富細(xì)胞骨髓的ADC 值間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，這與本研究結(jié)果一致，本研究中，正常組與白血病組ADC 值無明顯差別。 本研究ROC 曲線提示，不同b 值DWI序列均能鑒別白血病組和正常組，b 值為200 s/mm2時(shí)診斷效能較高，提示在臨床可疑AL 進(jìn)行脊柱檢查時(shí)推薦使用低b 值掃描。 目前，有關(guān)骨髓DWI 序列b 值的選擇尚不統(tǒng)一，Tang 等[17]研究表明，鑒別良、惡性椎體壓縮骨折的最佳b 值為300 s/mm2；也有學(xué)者選擇b 值為1 000 s/mm2進(jìn)行白血病患者髂骨治療前后ADC 值的比較[16]。 因此，有待進(jìn)一步研究和開發(fā)適用于骨髓檢查的合適的b 值，以取得最佳的圖像質(zhì)量。

本研究結(jié)果還顯示，ALL 和AML 患兒在常規(guī)序列和不同b 值下DWI 序列的信號(hào)強(qiáng)度、ADC 值比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，提示MRI 雖敏感性較高，但特異性較低，尚不能鑒別ALL 和AML。

MRI 是一種極好的評(píng)估兒童AL 的無創(chuàng)方式，特別是對(duì)于病史和體格檢查受限的年幼兒童，偶然發(fā)現(xiàn)的骨髓異常信號(hào)有助于臨床血液系統(tǒng)惡性腫瘤的診斷。 但是，因兒童骨髓隨年齡變化而不同的特點(diǎn)，在研究時(shí)與成人有很多不同，因此，評(píng)估兒童骨髓MRI 圖像時(shí)，有必要了解隨年齡變化的骨髓特點(diǎn)，才能更好地解釋各種征象表現(xiàn)。

綜上所述，AL 兒童腰椎T1WI 信號(hào)減低，診斷效能較高；DWI 序列信號(hào)增高，適宜選擇低b 值。 ADC 值不能區(qū)分白血病和正常腰椎。 常規(guī)序列及DWI 序列不能區(qū)分ALL 和AML。