磁共振彌散加權成像及波譜成像評價原發(fā)性骨肉瘤惡性程度

李 瑩，任翠萍，程敬亮，李貝貝，肖翠萍，王 乾

(鄭州大學第一附屬醫(yī)院磁共振科，河南 鄭州 450052)

磁共振彌散加權成像及波譜成像評價原發(fā)性骨肉瘤惡性程度

李 瑩，任翠萍*，程敬亮，李貝貝，肖翠萍，王 乾

(鄭州大學第一附屬醫(yī)院磁共振科，河南 鄭州 450052)

目的探討DWI和1H-MRS對不同惡性程度原發(fā)性骨肉瘤的診斷價值。方法回顧性分析41例經病理證實的骨肉瘤患者的DWI和1H-MRS檢查資料。DWI檢查中b值分別為0、400、800、1 000、1 500 s/mm2，經后處理獲得相應的ADC圖，并計算ADC值。對18例MRS譜線穩(wěn)定的骨肉瘤患者進行分析并獲得MRS譜線、膽堿復合物(Cho)、肌酸(Cr)及Cho/Cr值。不同b值下高度和低度惡性骨肉瘤的ADC值比較采用Kruskal-WallisH檢驗，Cho/Cr值的比較采用Mann-WhitneyU檢驗。結果當b值分別為400、800、1000 s/mm2時，高度與低度惡性骨肉瘤的ADC值差異有統(tǒng)計學意義(χ2=6.26、4.37、4.87，P=0.01、0.04、0.03)；而b值為1 500 s/mm2時，高度與低度惡性骨肉瘤ADC值差異無統(tǒng)計學意義(χ2=2.39，P=0.12)。b值為400 s/mm2時，以ADC值診斷高度惡性骨肉瘤的特異度和敏感度為73.30%和72.70%。高、低度惡性骨肉瘤的Cho/Cr值差異有統(tǒng)計學意義(Z=-2.45，P<0.05)。以Cho/Cr診斷高度惡性骨肉瘤的最佳界值為2.21，特異度為75.00%，敏感度為92.90%。結論ADC值(b值取400 s/mm2)及Cho/Cr值均對診斷原發(fā)性骨肉瘤的惡性程度有一定價值。

骨肉瘤；擴散磁共振成像；磁共振波譜

骨肉瘤是兒童和青少年最常見的骨原發(fā)惡性腫瘤，不同病理類型的骨肉瘤影像學表現(xiàn)不同[1]，通過分析影像表現(xiàn)可推測其病理基礎，進而評估其惡性程度。術前化療療效是評價患者預后的重要因素，影響手術方式及術后治療方案的選擇，因此術前準確評估骨肉瘤的惡性程度，有助于制定高效的化療方案。MR平掃可顯示骨肉瘤病變的形態(tài)、范圍及對周圍組織的侵犯，但無法定量分析，且不能提供病變微觀結構的信息。MR動態(tài)增強可反映腫瘤的血液循環(huán)狀況，但屬有創(chuàng)檢查，且采用的分析模型不同所得參數和結論也不同。DWI和MRS屬無創(chuàng)檢查方式，可通過檢測腫瘤內水分子擴散狀態(tài)和腫瘤組織代謝物的信息來評價腫瘤的惡性程度。本研究通過DWI和MRS定量評估原發(fā)性骨肉瘤的惡性程度，旨在探討對惡性程度評價有重要價值的最佳b值和最佳Cho/Cr診斷界值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2014年1月—2016年7月就診于我院的41例骨肉瘤患者的資料，男29例，女12例，年齡7～72歲，中位年齡19歲。37例患者均伴不同程度的疼痛。所有患者在接受DWI、MRS檢查前均未行放療、化療、手術或病理穿刺檢查，影像學檢查后2周內經活檢或手術病理證實。將41例患者按腫瘤惡性程度分為2組，高度惡性組30例(骨母細胞型骨肉瘤8例、軟骨母細胞型骨肉瘤8例、纖維母細胞型骨肉瘤9例、表面高度惡性骨肉瘤1例、小細胞惡性骨肉瘤4例)，低度惡性組11例(髓內高分化骨肉瘤7例、皮質旁骨肉瘤3例、骨膜骨肉瘤1例)。

篩選18例MRS基線穩(wěn)定的患者，其中男11例，女7例，年齡7～24歲，中位年齡16歲；其中高度惡性骨肉瘤14例(骨母細胞型骨肉瘤2例、軟骨母細胞型骨肉瘤4例、纖維母細胞型骨肉瘤6例、小細胞惡性骨肉瘤2例)，低度惡性骨肉瘤4例(髓內高分化骨肉瘤2例、皮質旁骨肉瘤2例)。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Magnetom Trio Tim 3.0T超導MR掃描儀，掃描序列包括冠狀位T1WI(TR 500 ms，TE 20 ms)、T2WI(TR 4 200 ms，TE 100 ms)、脂肪抑制T2WI和軸位脂肪抑制T2WI(TR 4 200 ms，TE 100 ms)，必要時加掃矢狀位脂肪抑制T2WI(TR 4 000 ms，TE 100 ms)，F(xiàn)OV 360 mm×380 mm，層厚4 mm，層數根據病變大小而定，以病變?yōu)橹行摹WI采用單次激勵平面回波序列，TR 3 700 ms，TE 85 ms，b值分別取400、800、1 000、1 500 s/mm2，余參數同平掃。1H-MRS采用單體素激發(fā)回波序列，TR 2 000 ms，TE 135 ms，采集次數128，矩陣1 024×1 024。掃描時間約264 s。波譜體素定位時選擇DWI圖像受限最明顯且ADC圖信號低、病變均勻的實質區(qū)；腫瘤伴軟組織腫塊形成時，選擇軟組織腫塊區(qū)域；注意避開出血、鈣化骨化及液化壞死區(qū)，采集波譜的感興趣容積≥1.5 cm3。

1.3 圖像處理

1.3.1 DWI 采用Siemens Syngo工作站，結合MR平掃圖像，選擇病變受限最顯著且均勻的實質區(qū)域，基于ADC圖選取ROI并測量ADC值，ROI的選擇需避開鈣化及骨化、出血、壞死囊變等區(qū)域。對同一病灶在不同b值下復制相同的ROI各進行3次重復測量，取其平均值，分別以ADC400、ADC800、ADC1 000和ADC1 500表示。選取鄰近正常骨髓的ADC值作為對照。

1.3.2 MRS 采用工作站的Spectroscopy分析軟件自動完成相位及基線校正、水信號處理、信號充填，根據之前選擇的感興趣容積生成譜線，記錄相關測量指標，包括膽堿復合物(choline, Cho)、肌酸(creatine, Cr)及Cho/Cr值。

1.4 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 21.0統(tǒng)計分析軟件，不同b值的ADC值、Cho/Cr值均不滿足正態(tài)分布，采用中位數(四分位數間距)表示，不同b值下高度與低度惡性骨肉瘤的ADC值比較采用Kruskal-WallisH檢驗分析，Cho/Cr值采用Mann-WhitneyU檢驗分析。采用非參數擬合ROC確定ADC值診斷準確率較高時的b值和Cho/Cr值的最佳診斷界值。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

不同b值下高度與低度惡性骨肉瘤ADC值比較見表1。隨著b值的升高，高度和低度惡性骨肉瘤的ADC值均不同程度降低(圖1)。相同b值下，當b值分別為400、800、1 000 s/mm2時，高度與低度惡性骨肉瘤的ADC值差異均有統(tǒng)計學意義(P均<0.05)；而b值為1 500 s/mm2時，高度與低度惡性骨肉瘤ADC值差異無統(tǒng)計學意義(P=0.12)；見表1。

MRS顯示，18例患者均出現(xiàn)Cho峰(圖2)，其中7例未出現(xiàn)Lip峰。高、低度惡性骨肉瘤的Cho/Cr值分別為3.56(1.84)、2.00(1.71)，差異有統(tǒng)計學意義(Z=-2.45，P<0.05)。

不同b值下以ADC值診斷惡性骨肉瘤的ROC曲線見圖3。b值分別為400、800、1 000、1 500 s/mm2時，ROC曲線下面積分別為0.76(P=0.012)、0.72 (P=0.037)、0.73(P=0.027)和0.66(P=0.122)。分別以ADC值1 340×10-3mm2/s(b=400 s/mm2)、1 100×10-3mm2/s(b=800 s/mm2)、990×10-3mm2/s(b=1 000 s/mm2)和830×10-3mm2/s(b=1 500 s/mm2)為界值，診斷高度惡性骨肉瘤的特異度和敏感度分別為73.30%和72.70%、65.90%和65.90%、63.40%和61.00%、51.20%和61.00%。以Cho/Cr值診斷高度惡性骨肉瘤的ROC曲線下面積為0.89(P=0.02)，最佳診斷界值為2.21，特異度為75.00%，敏感度為92.90%(圖4)。

圖1患者男，21歲，高度惡性骨肉瘤 A.MR矢狀位PDWI脂肪抑制序列示肱骨近端干骺端及肱骨干髓腔呈混雜高信號，邊界清晰，周圍見軟組織腫塊； B～E.分別為b=400、800、1 000、1 500 s/mm2的ADC圖，ADC值分別為1 372×10-3mm2/s、1 222×10-3mm2/s、1 100×10-3mm2/s、971×10-3mm2/s； F.病理示軟骨母細胞型骨肉瘤(HE，×100)

圖2 患者男，24歲，低度惡性骨肉瘤 A.MR冠狀位T1WI增強示左脛骨近端骨質破壞，病灶突破脛骨外緣在周圍形成軟組織腫塊，增強后病變呈明顯均勻強化； B、C.MRS見Cho、Lip峰出現(xiàn)，Cho/Cr=1.90； D.病理示低級別中心性骨肉瘤(HE，×100)

組別ADC400ADC800ADC1000ADC1500低度惡性組(n=11)1698.00(775.00)1385.00(359.00)1210.00(307.00)1100.00(301.00)高度惡性組(n=30)1169.00(456.75)986.50(414.25)925.50(330.75)681.00(314.75)χ2值6.264.374.872.39P值0.010.040.030.12

圖3 不同b值下以ADC值診斷高度惡性骨肉瘤的ROC曲線 A.b=400 s/mm2，ADC值1 340×10-3 mm2/s; B.b=800 s/mm2，ADC值1 100×10-3 mm2/s; C.b=1 000 s/mm2，ADC值990×10-3 mm2/s; D.b=1 500 s/mm2，ADC值830×10-3 mm2/s

圖4 以Cho/Cr值2.21診斷高度惡性骨肉瘤的ROC曲線

3 討論

DWI可評價腫瘤組織內水分子的運動能力，早期識別與組織內水含量相關的生理學和形態(tài)學改變[2]，并通過ADC值反映組織的微觀結構和功能改變。本研究結果顯示，當b值分別為400、800、1 000 s/mm2時，高度與低度惡性骨肉瘤病變實質區(qū)ADC值差異均有統(tǒng)計學意義(P均<0.05)，主要因ADC值與惡性腫瘤的細胞密度有較高的相關性。腫瘤細胞生長活躍、排列緊密，異常增殖導致細胞外間隙明顯減小，因此水分子擴散運動明顯受限，ADC圖信號明顯減低；存在完整的細胞膜及細胞內間隔時，細胞內外水分子擴散均受限，ADC值降低[3-4]。即腫瘤惡性程度越高，水分子擴散運動受限越明顯，ADC值降低越明顯。當b值為1 500 s/mm2時，高度與低度惡性骨肉瘤的ADC值差異無統(tǒng)計學意義(P=0.12)，可能因b值越大，彌散程度越強，圖像對彌散表現(xiàn)的越敏感，圖像的信噪比降低，無法獲得穩(wěn)定的ADC值。李彩霞等[5]也認為b值越大，DWI圖像質量越差，測得的ADC值越不穩(wěn)定。馬婉玲等[6]的研究顯示，可將DWI和ADC值與常規(guī)MR圖像相結合來判斷腫瘤內生長活躍部分所占比例及惡性程度。

本研究結果顯示，b值為400 s/mm2時，DWI圖像清晰且所得ADC值穩(wěn)定，診斷惡性骨肉瘤的特異度和敏感度較高。李樹金等[7]通過對軟組織腫瘤的DWI及ADC進行Meta分析，認為b值為500～700 s/mm2時鑒別良惡性腫瘤更有價值。袁曉霞[8]對20例骨肉瘤、20例其他惡性骨腫瘤及20例良性骨腫瘤及腫瘤樣變進行分析，發(fā)現(xiàn)b值為600 s/mm2時進行骨肉瘤DWI更合理。李彩霞等[5]對61例骨腫瘤及腫瘤樣變的分析結果顯示，b值為800 s/mm2時鑒別良惡性骨腫瘤及腫瘤樣變的準確率較高。本研究與上述研究結果有所不同的原因可能與選用的設備、場強、成像序列、b值的數目及數值、研究樣本及ROI的選擇方式不同等因素有關。

MRS是利用磁共振化學位移成像的技術，通過獲得某些代謝產物的波譜信息并進行定量分析，可從微觀分子水平上反映活體組織內的病理生理變化和代謝情況。Fayad等[9]研究表明，正常骨肌組織的1H-MRS代謝物主要包括Cho、Lip和Cr。Cho是細胞膜磷脂的主要代謝物之一，峰值位于3.22 ppm，主要參與細胞膜的合成和運輸，磷脂的代謝功能和細胞增生影響其含量[10]。Lip峰位于0.9～1.5 ppm，其出現(xiàn)多提示腫瘤組織的凝固性壞死；Lip峰降低被認為是惡性腫瘤的特征性代謝物，但其峰值出現(xiàn)位置不固定，有雙峰也有單峰[9]。Cr峰位于3.03 ppm，常作為對照值衡量其他代謝物。本研究采用1H-MRS單體素波譜成像，主要測定骨肉瘤Cho的含量及Cho/Cr值，發(fā)現(xiàn)高度惡性組的Cho值較低度惡性組更高，差異有統(tǒng)計學意義(Z=-2.45，P<0.05)，分析原因為骨肉瘤組織內細胞膜代謝旺盛和腫瘤細胞異常增殖造成Cho含量增高，且惡性程度越高Cho及Cho/Cr值越高。本研究結果還顯示，Cho/Cr=2.21可用以鑒別高度與低度惡性骨肉瘤，其敏感度、特異度分別為92.90%、75.00%。既往研究[11]結果顯示，Cho/Cr=1.79可作為鑒別良惡性腫瘤的參考界值。郭會利等[12]研究認為Cho/Cr=1.5可鑒別骨肌系統(tǒng)的良惡性病變。李振峰等[13]認為Cho/Cr=2可作為骨肉瘤惡性程度分級的標準，與本研究結果相似。

本研究的不足：①樣本量較小，低度惡性骨肉瘤患者病例數和接受MRS的相對較少，統(tǒng)計學分析時可能存在一定的誤差；②選擇b值時，考慮骨肉瘤屬惡性腫瘤，高b值時也應表現(xiàn)明顯彌散受限，因此b值的選擇間隔較大，造成低度惡性骨肉瘤在高b值的DWI表現(xiàn)差異小，今后可將b值控制在400～800 s/mm2，進行小間隔多b值選??；③本組骨肉瘤病理類型較多且特點各不同，不能保證病理取材的部位與DWI、MRS觀察部位一致，因此無法將病理與影像一一對應。

總之，ADC值(b=400 s/mm2)和Cho/Cr值均對評估原發(fā)性骨肉瘤的惡性程度具有一定的價值。

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Diffusionweightedimagingandmagneticresonancespectroscopyinevaluationofmalignantdegreeofprimaryosteosarcoma

LIYing,RENCuiping*,CHENGJingliang,LIBeibei,XIAOCuiping,WANGQian

(DepartmentofMR,theFirstAffiliatedHospitalofZhengzhouUniversity,Zhengzhou450052,China)

ObjectiveTo explore the value of DWI and1H-MRS in evaluation of malignant degree of primary osteosarcoma.MethodsA retrospective analysis was performed in 41 patients with osteosarcoma confirmed pathologically and examined with DWI and1H-MRS. The b values were 0, 400, 800, 1 000 and 1 500 s/mm2in DWI,respectively. ADC map was obtained, and ROIs were selected to measure ADC values. Eighteen cases which had stable spectral lines in MRS were selected and analyzed. The spectral lines, Choline (Cho), Creatine (Cr) and Cho/Cr ratio were obtained. Analysis of ADC values of high and low grade osteosarcoma were performed withKruskal-WallisHtest, and Cho/Cr values were analyzed withMann-WhitneyUtest.ResultsWhen b values were 400, 800, 1 000 s/mm2, ADC values of high and low grade osteosarcoma were significantly different (χ2=6.26, 4.37, 4.87,P=0.01, 0.04, 0.03). When b value was 1 500 s/mm2, ADC value of high and low grade osteosarcoma had no statistical difference (χ2=2.39,P=0.12). Moreover, when 400 s/mm2was taken as the optimal b value, the specificity and sensitivity of ADC value for identifying high grade osteosarcoma was 73.30% and 72.70%，respectively. Cho/Cr values between high and low grade osteosarcoma were significantly different (Z=-2.45,P<0.05). As a diagnostic parameter, the best threshold value of Cho/Cr was 2.21. And the specificity and sensitivity for diagnosing high grade osteosarcoma was 75.00% and 92.90%，respectively.ConclusionADC (b=400 s/mm2) and Cho/Cr values may be helpful to identifying malignant degree in osteosarcoma.

Osteosarcoma; Diffusion magnetic resonance imaging; Magnetic resonance spectroscopy

李瑩(1985—)，女，河南鶴壁人，碩士，主治醫(yī)師。研究方向：中樞及骨肌系統(tǒng)的影像診斷。E-mail: lyimmy@126.com

任翠萍，鄭州大學第一附屬醫(yī)院磁共振科，450052。E-mail: rcp810@sohu.com

2017-02-08

2017-09-07

R738.1; R445.2

A

1003-3289(2017)11-1700-05

10.13929/j.1003-3289.201702030