磁共振水脂分離技術和多模型IVIM 成像鑒別診斷脊柱轉移瘤與脊柱結核

王帥娜，巴義文，閆瑞芳，任繼鵬，殷慧佳，韓東明*

1.新鄉(xiāng)醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院磁共振科，河南 衛(wèi)輝 453100；2.新鄉(xiāng)醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院骨科，河南 衛(wèi)輝 453100；*通信作者韓東明 625492590@qq.com

轉移瘤是脊柱常見的惡性病變之一，各類晚期腫瘤中，出現(xiàn)脊柱轉移瘤的比例高達40%～70%[1]。結核是脊柱的好發(fā)病變，其臨床特征及影像學表現(xiàn)與轉移瘤存在一定程度的重疊[2]。然而，在治療及預后方面，兩者存在較大差異，因此準確鑒別脊柱轉移瘤和脊柱結核意義重大。多點非對稱回波采集與迭代最小二乘法水脂分離（iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and the least squares estimation quantification sequence，IDEAL-IQ）和體素內不相干運動（intravoxel incoherent motion，IVIM）成像均為新穎的定量磁共振技術，前者能夠準確量化組織內脂肪含量和T2弛豫情況[3-4]，后者則可以通過單指數(shù)、雙指數(shù)及拉伸指數(shù)3種不同的擬合模型定量反映組織內擴散、灌注及組織復雜度情況[5-6]。目前，已有研究將IDEAL-IQ和IVIM聯(lián)合應用于肝細胞癌[7]、股骨頭壞死[8]等疾病的評估，并取得了積極的成果。本研究擬探索IDEAL-IQ和IVIM在脊柱轉移瘤和脊柱結核鑒別中的價值，并尋找獨立預測因子，以期為相關臨床診療提供新的影像學標記物。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性收集2021年1月—2022年8月于新鄉(xiāng)醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院行脊柱MRI檢查患者的臨床及影像資料。納入標準：①病理或隨訪證實為脊柱轉移瘤或脊柱結核；②MRI掃描前未接受干預性治療；③無MRI掃描禁忌證。排除標準：①掃描序列不完整；②MRI圖像存在明顯偽影；③病變最大直徑＜1 cm。最終納入93例患者，男58例，女35例，年齡35～77歲，平均（57.86±9.94）歲。本研究經本院醫(yī)學倫理委員會批準（EC-022-093），所有患者均簽署知情同意書。

1.2 檢查方法 采用1.5T MR掃描儀（GE Optima MR360）和8通道脊柱線圈，患者取仰臥位，頭先進。首先進行矢狀位T1WI和T2WI掃描，重復時間567/1 929 ms，回波時間8/85 ms，視野30 cm×30 cm，層數(shù)9；隨后以矢狀位圖像為參考，對病變部位進行軸位壓脂T2WI掃描，重復時間2 468 ms，回波時間85 ms，視野36 cm×36 cm，層厚6 mm，層間距1 mm，層數(shù)12；然后將軸位T2WI的掃描位置、層厚、層間距及層數(shù)拷貝至IVIM和IDEAL-IQ序列進行相關掃描，IVIM重復時間3 119 ms；回波時間Min full；視野36 cm×36 cm；b=0、20、40、80、160、200、400、600、800、1 000 s/mm2；掃描時間5 min 52 s。IDEAL-IQ，重復時間17 ms；回波時間Min full；激勵次數(shù)1；視野36 cm×36 cm；翻轉角8°；掃描時間41 s。多發(fā)病變患者僅對最大病變進行IVIM和IDEAL-IQ序列掃描。

1.3 圖像處理及分析 將所有圖像上傳至GE AW4.7工作站。對于IVIM序列，使用內置的MADC軟件分別生成標準表觀擴散系數(shù)（stand average diffusion coefficient，ADCstand）、真性擴散系數(shù)（diffusion coefficient，D）、假性擴散系數(shù)（pseudo diffusion coefficient，D*）、灌注分數(shù)（perfusion fraction，f）、分布擴散系數(shù)（distributed diffusion coefficient，DDC）和擴散異質性指數(shù)（diffusion heterogeneity index，α）的參數(shù)偽彩圖。對于IDEAL-IQ序列，在掃描后由系統(tǒng)自動生成脂肪分數(shù)（fat fraction，F(xiàn)F）和橫向弛豫率（R2*）參數(shù)偽彩圖。感興趣區(qū)（ROI）的劃定：在軸位T2WI圖像上選取病變最大層面沿病變內側邊緣手動勾畫ROI，盡量避開明顯的囊變、出血和壞死等區(qū)域。然后將ROI復制到各參數(shù)偽彩圖上，由工作站自動計算相關參數(shù)。上述工作由1名主治醫(yī)師（5年工作經驗）和1名副主任醫(yī)師（15年工作經驗）在對臨床病理資料及對方結果未知的情況下獨立完成。

1.4 統(tǒng)計學方法 應用SPSS 26.0和MedCalc 15.0軟件。符合正態(tài)分布的計量資料采用±s表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；非正態(tài)分布的計量資料以M（Q1，Q3）表示，組間比較采用Mann-WhitneyU檢驗。計數(shù)資料以例數(shù)表示。采用組內相關系數(shù)（ICC）評價觀察者間的一致性。采用受試者工作特征曲線（ROC）評估診斷效能，采用Delong檢驗對比診斷效能的差異，采用二元Logistic回歸方法得出獨立預測因子和聯(lián)合診斷。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 臨床特征 脊柱轉移瘤患者50例，男32例，女18例，平均年齡（56.43±9.81）歲；原發(fā)腫瘤：肺癌33例，前列腺癌4例，乳腺癌3例，直腸癌5例，子宮內膜癌2例，胃癌2例，宮頸癌1例。脊柱結核患者43例，男26例，女17例，平均年齡（57.43±9.81）歲。

2.2 一致性分析 2位醫(yī)師所測FF、R2*、ADCstand、D、D*、f、DDC和α值均有較高的一致性（ICC均＞0.75），取兩者的平均值作為最終結果納入本研究。

2.3 兩組影像學參數(shù)比較 轉移瘤組的FF、R2*、ADCstand、D、D*和DDC值均低于結核組（P＜0.05），兩組f和α值差異無統(tǒng)計學意義（P=0.136、0.307）。轉移瘤組及結核組影像表現(xiàn)及各參數(shù)比較見表1及圖1、2。

圖1 男，74歲，直腸癌腰椎轉移（箭示病灶）。軸位壓脂T2WI示病變呈等、稍高信號（A）；軸位DWI圖像（b=800 s/mm2）示病變呈等、稍高信號（B）；ADCstand值偽彩圖示病變呈綠色信號（C）；D值偽彩圖示病變呈藍綠色信號（D）；D*值偽彩圖示病變呈藍色信號（E）；f值偽彩圖示病變呈紅色信號（F）；DDC值偽彩圖示病變呈紅、黃、綠色混雜信號（G）；α值偽彩圖示病變呈藍綠色信號（H）；FF值偽彩圖示病變呈深藍綠色信號（I）；R2*值偽彩圖示病變呈藍綠色信號（J）

圖2 男，58歲，胸椎結核（箭示病灶）。軸位壓脂T2WI示病變呈等、稍高信號（A）；軸位DWI圖像（b=800 s/mm2）示病變呈等、稍低信號（B）；ADCstand值偽彩圖示病變呈藍綠色信號（C）；D值偽彩圖示病變呈藍綠色信號（D）；D*值偽彩圖示病變呈紅藍色信號（E）；f值偽彩圖示病變呈紅綠色信號（F）；DDC值偽彩圖示病變呈紅、綠色混雜信號（G）；α值偽彩圖示病變呈藍色信號（H）；FF值偽彩圖示病變呈深藍綠色信號（I）；R2*值偽彩圖示病變呈藍綠色信號（J）

表1 脊柱轉移瘤組、脊柱結核組間各參數(shù)值比較

2.4 回歸分析 將患者年齡、性別及各定量參數(shù)納入回歸分析。單因素回歸分析顯示患者年齡、FF、R2*、ADCstand、D、D*和DDC均是脊柱轉移瘤與脊柱結核的預測因子（P均＜0.05）；多因素回歸顯示僅FF、ADCstand和D*是獨立預測因子（P均＜0.05，表2）。

表2 各參數(shù)診斷脊柱轉移瘤與脊柱結核的單因素、多因素回歸分析結果

2.5 ROC曲線診斷效能 FF、R2*、ADCstand、D、D*、DDC、IDEAL-IQ（FF+R2*）和IVIM（ADCstand+D+D*+DDC）的AUC分別為0.829、0.622、0.715、0.761、0.740、0.622、0.835和0.791。FF、ADCstand和D*聯(lián)合診斷脊柱轉移瘤和脊柱結核的AUC為0.920，敏感度為72.00%，特異度為95.35%。Delong分析顯示，F(xiàn)F+ADC+D*與FF+R2*、ADCstand+D+D*+DDC、FF、ADCstand、R2*、D、D*、DDC間AUC差異均有統(tǒng)計學意義（Z=2.842、3.112、2.810、4.827、3.975、3.450、3.506、5.143，P均＜0.05），見圖3、表3。

圖3 不同參數(shù)及成像方法鑒別脊柱轉移瘤和脊柱結核的ROC曲線。A.FF、R2*、IDEAL-IQ和以上指標聯(lián)合診斷；B.ADCstand、D*、D、DDC、IVIM和以上指標聯(lián)合診斷

表3 各參數(shù)診斷脊柱轉移瘤和脊柱結核的ROC曲線分析

3 討論

3.1 IDEAL-IQ鑒別脊柱轉移瘤和結核 FF和R2*是IDEAL-IQ的代表性參數(shù)，前者能夠反映組織內的脂肪含量，后者用于定量描述組織的T2弛豫情況。鄭召龍等[9]對比分析35例骨質疏松與35例轉移瘤所致椎體壓縮骨折患者的IDEAL-IQ影像資料，結果顯示脊柱轉移瘤組的FF和R2*值較骨質疏松組降低。Kwack等[10]將IDEAL-IQ用于鑒別脊柱轉移瘤和良性局灶性椎體骨髓病變，結果表明脊柱轉移瘤的FF和R2*值比良性局灶性椎體骨髓病變更小，且FF比R2*更準確地對兩者進行鑒別。本研究率先將IDEAL-IQ序列鑒別脊柱轉移瘤和脊柱結核，結果顯示轉移瘤組的FF和R2*值均較結核組顯著降低，且FF值是兩者鑒別的獨立預測因子之一。這與上述研究結果類似，表明IDEAL-IQ序列可在脊柱轉移瘤及脊柱結核的鑒別中發(fā)揮作用，推測原因可能為脊柱轉移瘤較脊柱結核具有更強的侵襲性和更為復雜的生化微環(huán)境，表現(xiàn)為富水且乏脂肪，導致FF和R2*值降低。

3.2 多模型IVIM 鑒別脊柱轉移瘤和脊柱結核ADCstand、D和DDC值均是IVIM用于反映水分子擴散情況的參數(shù)[11-12]。本研究中，脊柱轉移瘤組的ADCstand、D和DDC值均較脊柱結核組降低，與秦思源等[13]和王海燕等[14]的研究結果一致，表明IVIM擴散相關參數(shù)均可用于脊柱轉移瘤和脊柱結核的鑒別。分析其原因為脊柱轉移瘤病變增殖迅速、細胞結構緊密，而脊柱結核病變多以侵蝕、滲出及壞死為特征，因此與脊柱轉移瘤相比，脊柱結核病變內部水分子擴散運動受限不明顯，ADCstand、D和DDC值較高。

D*和f是IVIM用于反映水分子微循環(huán)灌注信息的參數(shù)，兩者的大小主要與組織內微血管血液流速和微血管密度等因素有關[15-16]。劉杰等[17]研究顯示，脊柱轉移瘤較脊柱結核病變的D*值增加，f值降低。而秦思源等[13]的研究結果與之相反。王海燕等[14]則認為脊柱轉移瘤與脊柱結核間D*值和f值均無顯著差異。本研究結果顯示脊柱轉移瘤組的D*值較結核組降低，而兩組f值無顯著差異，與上述研究結果不同。推測可能由于D*和f易受IVIM序列中b值設定的影響，且不同研究中所采用b值存在較大差異[18]。因此在今后的研究中，尋找合理的b值設定，將是探索D*和f在脊柱結核與脊柱轉移瘤鑒別價值的重要方向。

α是IVIM用于反映組織復雜度的參數(shù)，一般情況下，組織結構越復雜，水分子擴散均勻性越低，α值越小[19-20]。本研究中脊柱轉移瘤組和脊柱結核組間α值無顯著差異，表明α無法鑒別這兩種疾病。推測原因可能與脊柱轉移瘤和脊柱結核均表現(xiàn)為對骨質的侵蝕與破壞，因而使兩者有類似的組織復雜度有關。

3.3 診斷效能對比 本研究中ADCstand、FF和D*是鑒別脊柱轉移瘤和脊柱結核的獨立預測因子，且三者的聯(lián)合診斷效能不僅顯著高于各單項參數(shù)，還高于IDEAL-IQ和IVIM。這可能是因為組合模型集中了不同參數(shù)的優(yōu)勢，能夠更全面、準確地反映病變特征。因此，在臨床常規(guī)中聯(lián)合應用IDEAL-IQ和IVIM，可以為脊柱轉移瘤和脊柱結核的鑒別提供更可靠的依據。

3.4 本研究的局限性 ①病例數(shù)較少且為單中心研究，可能會引起選擇偏倚。②IVIM序列中b值的分布和數(shù)量尚未標準化，本研究所使用的b值可能會對相關參數(shù)，尤其是D*和f的準確性產生影響。③IVIM序列易受各類偽影影響，這導致本研究中一些微小病灶被排除，在一定程度上降低了研究成果的適用范圍。④勾畫ROI時主動避開了顯著的囊變/壞死等區(qū)域，可能會降低病變的異質性，進而對α值的診斷效能產生不利影響。今后將進一步擴大樣本量，優(yōu)化掃描與ROI劃定方案，以期獲得更加可靠、穩(wěn)定的結果。

總之，IDEAL-IQ與多模型IVIM均可用于脊柱結核與脊柱轉移瘤的鑒別，其中ADCstand、FF和D*的組合有潛力成為鑒別兩者的有效影像學標志物。