IVIM-DWI聯(lián)合MRS鑒別診斷骨質疏松與轉移性椎體壓縮性骨折

樊秋菊，譚 輝，于 楠，楊 祺，王少彧， 賀太平 *，于 勇，薛 育

(1.陜西中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院影像科，陜西 咸陽 712000；2.陜西中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學與醫(yī)學技術學院，陜西 咸陽 712000；3.西門子醫(yī)療系統(tǒng)有限公司磁共振事業(yè)部，上海 200000)

脊柱壓縮性骨折是老年人的常見病、多發(fā)病，主要由骨質疏松和脊柱惡性腫瘤所致，其中1/3的患者為惡性腫瘤轉移。正確診斷對患者治療方式的選擇及預后至關重要，此外，對于骨質疏松致椎體壓縮性骨折的患者還可避免活檢，減少創(chuàng)傷[1]。常規(guī)MRI技術，如T1WI、T2WI和短時間反轉恢復法(short ti inversion recovery， STIR) 對鑒別骨質疏松與惡性腫瘤轉移引起的信號改變具有較高的敏感度，但特異度較低[2]。近年來，體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion, IVIM)成像利用雙指數(shù)模型多b值DWI，可用于評價病變水分子彌散、微血管灌注情況，為椎體良惡性病變的鑒別診斷提供了新的手段[3]。國內學者[4]采用1H-MRS定量測定椎體脂肪與水的比例，以定量診斷椎體骨質疏松癥。而MRS在脊柱良惡性壓縮骨折鑒別診斷中的價值鮮見報道。本研究回顧性收集骨質疏松與轉移性椎體壓縮性骨折患者，探討IVIM聯(lián)合1H-MRS對椎體骨質疏松及轉移瘤所致壓縮性骨折的鑒別診斷價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2016年8月—2017年1月本院門診及住院、因椎體壓縮性骨折接受CT掃描并難以診斷的患者70例，其中男34例，女36例，年齡34～82歲，平均(64.3±11.5)歲。納入標準：年齡>18歲；臨床癥狀為急性或亞急性后背痛的椎體骨折病例(病程<3個月)；排除成骨性轉移、彌漫性血液系統(tǒng)疾病、脊柱炎、結核、存在MR檢查禁忌證及不能配合檢查者。所有患者均經組織學活檢、MRI隨訪、PET/CT或3個月以上CT隨訪證實骨折原因。隨訪時間內患者疼痛逐漸減輕或完全消退和椎體骨質破壞未進展則診斷為骨質疏松性壓縮性骨折[5]。根據(jù)椎體骨折病因，將患者分為骨質疏松組和轉移組。骨質疏松組38例，男16例， 女22例，年齡45～76 歲，平均(65.2±9.0)歲，其中頸椎2例，胸椎20例，腰椎16例；通過穿刺活檢確診5例，臨床隨訪結合MRI顯示疼痛消失、水腫消失，排除惡性腫瘤骨折椎體的形態(tài)學特征19例；臨床隨訪結合超過3個月的CT復查顯示疼痛消失、無惡性腫瘤進展的形態(tài)學征象14例；轉移組32例，男18例，女14例，年齡34～82歲，平均(63.2±13.6)歲)，其中頸椎6例，胸椎16例，腰椎14例，原發(fā)病變包括肺癌10例，乳腺癌6例，胃癌5例，食管癌4例，結腸癌、腎癌和前列腺癌各2例，黑色素瘤1例。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Magnetom Skyra 3.0T MR掃描儀，16通道相控陣脊柱線圈，行自旋回波矢狀位T1WI(TR 550 ms，TE 10 ms)、快速自旋回波矢狀位T2WI(TR 4 000 ms，TE 110 ms)、矢狀位STIR(TR 3 500 ms，TE 65ms，TI 180ms)，矩陣256×256，層厚4 mm；IVIM-DWI：TR 2 800 ms，TE 75 ms，層厚4 mm，層間距1，mm，矩陣256×256，b值分別為0、50、100、150、200、400、600、800 s/mm2，在x、y、z方向同時施加，NEX 4。1H-MRS：根據(jù)腰椎矢狀位STIR成像定位，先行勻場，采用單體素點解析波譜序列，TR 3 000 ms，TE 30 ms，非立方體素，大小1.0 cm×1.0 cm×1.0 cm～1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm，波寬2 000 Hz，F(xiàn)A 90°，NEX 64，不抑水。

1.3 圖像分析 將獲得的MR圖像傳輸至Siemens syngo.via工作站，所有圖像均由2名具有5年以上骨關節(jié)病變診斷經驗的放射科醫(yī)師采用雙盲法閱片。MRS體素位于壓縮椎體的STIR高信號中心，盡量包含整個病灶，避開囊變、壞死，體素大小變化以適應骨折的構型，平均體素(2.5±0.5)cm3。先對波譜進行校正，分別測量位于4.7 ppm處水峰及1.3 ppm處脂峰相對峰下面積，計算脂水比(lipid water ratio, LWR)和脂肪分數(shù)(fat fraction, FF)：LWR=脂峰下面積/水峰下面積，F(xiàn)F=LWR/(1+LWR)×100%。將IVIM-DWI圖像導入MITK-Diffusion專用后處理軟件，IVIM上的ROI(面積75.40～176.60 mm2)直接對應MRS體素，由MITK-Diffusion軟件自動計算生成真彌散系數(shù)(diffusion coefficient, D)、假彌散系數(shù)(pseudo diffusion, D*)和灌注分數(shù)(perfusion fraction, f)。所有數(shù)據(jù)均測量3次，取平均值。

圖1 患者女，67歲，骨質疏松 A.T11椎體壓縮性骨折，STIR呈高信號(箭)； B.T11椎體IVIM-DWI后處理圖像，ROI呈高信號，D=1.65×10-3 s/mm2，D*=18.4×10-3 s/mm2，f=0.128； C.MRS，水峰下面積5 320，脂峰下面積4 900,脂肪分數(shù)47.79

圖2 患者男，64歲，左肺鱗癌 A.L2椎體轉移，STIR呈高信號(箭)； B.L2椎體IVIM-DWI后處理圖像，ROI呈高信號，D=1.31×10-3 s/mm2，D*=84.8×10-3 s/mm2，f=0.0893； C.MRS，水峰下面積9 740，脂峰下面積479，脂肪分數(shù)4.69

1.4 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計學分析軟件，符合正態(tài)分布的計量資料以±s表示。2名測量者間各參數(shù)的一致性采用組內相關系數(shù)(intraclass correlation coefficient, ICC)評價：0～1為不一致，0.01～0.20為一致性弱，0.21～0.40為輕度一致，0.41～0.60為中度一致，0.61～0.80為一致性較好，0.81～0.99為幾乎一致，1.00為完全一致。兩組IVIM和MRS參數(shù)的比較采用獨立樣本t檢驗。以病理及臨床隨訪結果作為金標準，計算MRS、IVIM-DWI和兩者聯(lián)合診斷良惡性椎體骨折的敏感度、特異度、準確率，并繪制ROC曲線，計算ROC曲線下面積(area under curve, AUC)。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2名觀察者所測得LWR、FF、D值、D*值及f值一致性好(ICC值均>0.8)，取兩者均值作為結果。

轉移組的f值、D值和FF顯著低于骨質疏松組，D*值明顯高于骨質疏松組(P均<0.05)；LWR差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，見表1。

38例骨質疏松性骨折中，16例MRS診斷為轉移性，4例IVIM-DWI診斷為轉移性，1例二者聯(lián)合診斷為轉移性，見圖1。32例轉移性骨折中，4例MRS診斷為骨質疏松性骨折，7例IVIM-DWI診斷為骨質疏松性骨折，3例二者聯(lián)合診斷為骨質疏松性骨折，見圖2。

MRS、IVIM-DWI及二者聯(lián)合診斷轉移性椎體壓縮性骨折的敏感度、特異度、準確率見表2。3種方法診斷轉移性椎體壓縮性骨折的AUC分別為0.73、0.88、0.94(P=0.008、0.002、0.032)，見圖3。

3 討論

椎體壓縮性骨折病因性質的鑒別是臨床常見問題，尤其對于傾向骨質疏松壓縮性骨折的老年患者，正確地診斷決定治療方式的選擇和預后。雖有研究[6-7]報道某些形態(tài)學特征可能有助于鑒別骨折性質：骨質疏松性椎體骨折的形態(tài)學特征包括骨折片、殘留骨髓信號、STIR高信號和T1WI增強無強化等；惡性椎體骨折的形態(tài)學特征包括椎體后緣皮質膨脹、硬膜外占位、椎弓根破壞、T1WI呈彌漫性低信號、STIR呈高信號和T1W對比增強顯示強化等，但均缺乏特異性。

表1 骨質疏松組與轉移組MRS參數(shù)和IVIM參數(shù)的比較(±s)

表1 骨質疏松組與轉移組MRS參數(shù)和IVIM參數(shù)的比較(±s)

組別LWRFFD(×10-3s/mm2)D?(×10-3s/mm2)f骨質疏松組0．42±0．1824．73±6．721．68±0．3525．81±3．420．16±0．08轉移組0．27±0．1514．95±7．371．04±0．9353．83±11．140．11±0．05t值-1．29-2．38-3．842．52-3．09P值0．8000．0110．020<0．0010．003

表2 MRS、IVIM-DWI和MRS聯(lián)合IVIM-DWI診斷轉移性椎體骨折的效能[%(例)]

圖3 IVIM-DWI、MRS和二者聯(lián)合診斷轉移性椎體骨折的ROC曲線

MRS技術可精確測量脂質與水的比例，從細胞層面揭示骨髓脂質含量[8]。IVIM-DWI采用f、D和D*定量參數(shù)，評估水分子在組織中的擴散和微血管灌注，可更準確地反映組織的生理和病理狀態(tài)，已廣泛應用于各種惡性腫瘤[9]，為椎體骨折性質的鑒別診斷提供了可能[10]。但將其與MRS結合，評價二者聯(lián)合的診斷效能鮮見報道。

本研究轉移組FF值低于骨質疏松組(t=-2.38，P<0.05)，與Rumpel等[11]報道相符。隨著年齡的增長，脂肪的含量增加，尤其對于骨質疏松癥患者，脂肪細胞取代丟失的骨小梁網。骨質疏松性骨折患者自由水比例增加，STIR呈高信號，椎體內尚含有部分殘余脂質，MRS表現(xiàn)為脂峰高度下降，峰下面積減少，水峰增高，峰下面積增加；另一方面，水腫程度加重或急性重度壓縮性骨折時，椎體內脂質成分完全被結合水或血腫替代，MRS呈脂峰低平，水峰高尖。本研究中16例骨質疏松性骨折被診斷為轉移性骨折。在轉移性骨折中，惡性細胞增殖快，骨髓脂質細胞被腫瘤細胞替代，骨骼完整性減弱，易發(fā)生病理性骨折，MRS亦呈脂峰低平，水峰高尖，具有一定特異性，但與部分骨質疏松骨折鑒別困難。本研究中僅4例轉移性骨折被診斷為骨質疏松性骨折，結果顯示MRS診斷椎體骨折性質敏感度較高，但特異度及準確率低，ROC曲線下面積為0.73(P=0.008)，提示MRS對骨質疏松及轉移性椎體骨折診斷效能較低。

Geith等[12]采用單指數(shù)模型，發(fā)現(xiàn)良性骨折ADC值較惡性骨折更高，診斷惡性椎體骨折的ADC閾值為1.7×10-3mm2/s。ADC值反映水分子的彌散程度，但在灌注豐富的惡性腫瘤組織中，可能降低ADC值的診斷準確性[13]。本研究采用雙指數(shù)模型多b值DWI，轉移組D值低于骨質疏松組(t=-3.84，P<0.05)，可能因惡性腫瘤細胞密度大，細胞外間隙小，加之細胞膜的黏滯性增高使細胞膜的通透性降低，細胞內水分子擴散減少，水分子彌散受限；f值低于骨質疏松組(t=-3.09,P<0.05)；D*值高于骨質疏松組(t=2.52,P<0.05)，可能因轉移性椎體骨折新生血管生長迅速，血液灌注量較大，骨質疏松性椎體骨折無新生血管，血液灌注量較小[14]。本研究中4例骨質疏松性骨折被診斷為轉移性骨折，7例轉移性骨折被診斷為骨質疏松性骨折，可能因某些轉移性腫瘤僅少量新生微血管生長，或原發(fā)腫瘤為小細胞型，使轉移性椎體骨折與骨質疏松性骨折的D值存在一定重疊。本研究IVIM診斷椎體骨折性質的敏感度、特異度、準確率分別為78.13%、89.47%、84.28%，AUC為0.88(P=0.002)，表明IVIM對骨質疏松及轉移性椎體骨折診斷效能較高，但敏感度較低。

本研究MRS與IVIM-DWI聯(lián)合鑒別診斷椎體骨折性質的敏感度、特異度、準確率分別為90.63%、97.37%、94.29%，且AUC最大(0.94)，提示診斷效能明顯提高。38例骨質疏松性骨折中，16例MRS診斷為轉移性，其中12例二者聯(lián)合診斷為骨質疏松性，提示IVIM-DWI可從水分子彌散受限的角度對椎體骨折性質的鑒別診斷提供有價值的信息。32例轉移性骨折中，4例病灶IVIM診斷為骨質疏松性骨折，其中3例二者聯(lián)合診斷為惡性，因3例患者的原發(fā)腫瘤為前列腺癌和小細胞肺癌，兩類轉移性病變細胞密度改變不顯著，僅依據(jù)IVIM多b值擴散圖像進行性質判斷易誤診病變的性質，聯(lián)合MRS可準確診斷。

本研究的局限性：①轉移性椎體骨折來源于不同類型的原發(fā)性腫瘤，且未根據(jù)原發(fā)惡性腫瘤進行分組，可能導致不同灌注模式及信號差異；②由于成骨性與溶骨性轉移的彌散存在差異，因此本研究中排除成骨性轉移，轉移性椎體骨折均以溶骨性轉移為主，今后將成骨性轉移納入為其中一個研究方向；③多數(shù)診斷是基于臨床和影像學證據(jù)，通過活檢證實骨折性質在臨床不常規(guī)進行；④未包括其他良性或惡性病變，如脊柱炎(化膿性或結核性)、原發(fā)性椎體腫瘤及骨髓瘤等。

總之，IVIM-DWI聯(lián)合1H-MRS的定量評估可提高椎體骨質疏松或轉移性骨折的鑒別診斷效能，對指導臨床制定正確的治療方案有重要意義。

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