MRI动态增强扫描对脊柱结核和脊柱转移瘤的鉴别诊断价值

郎 宁 LANG Ning

苏敏英2 SU Minying

Hon J. Yu2

袁慧书1 YUAN Huishu

MRI动态增强扫描对脊柱结核和脊柱转移瘤的鉴别诊断价值

郎 宁1LANG Ning

苏敏英2SU Minying

Hon J. Yu2

袁慧书1YUAN Huishu

作者单位
1.北京大学第三医院放射科 北京 100191
2. 美国加利福尼亚大学Tu&Yun肿瘤功能成像中心 美国 92697-5020

目的 探讨MR T1WI动态增强成像半定量和定量分析对脊柱结核和脊柱转移瘤的鉴别诊断价值，提高术前影像诊断准确性。资料与方法 对24例脊柱结核和22例脊柱转移瘤进行MR T1WI动态增强扫描，对图像后处理分析得到的时间-信号强度曲线、上升期病变信号强度增幅、最大上升线性斜率及应用双室药物代谢动力学分析获得的血管通透性常数（Ktrans）和转运常数（kep）进行比较。结果 24例脊柱结核患者中，仅1例（4.2%）呈速降型曲线，12例（50.0%）呈平台型，11例（45.8%）呈持续增强型；22例脊柱转移瘤中，12例（54.5%）呈速降型曲线，7例（31.8%）呈平台型曲线，3例（13.6%）呈持续增强型曲线。脊柱结核组和脊柱转移瘤组信号强度增幅[（198±81）%与（165±60）%]、时间-信号强度曲线最大上升线性斜率[（100±55）%与（111±41）%]和Ktrans[（0.077±0.036）/min与（0.077±0.028）/min]差异均无统计学意义（t=1.56、0.76、0，P＞0.05）。脊柱结核组kep明显低于转移瘤组[（0.270±0.015）/min与（0.490±0.023）/min，t=38.74，P＜0.001]。结论 MR T1WI动态增强成像可以为表现不典型、常规MRI检查不易鉴别的脊柱结核和脊柱转移瘤的鉴别诊断提供一定的参考。

结核，脊柱；脊柱肿瘤；磁共振成像；图像增强；诊断，鉴别

椎体转移瘤与脊柱结核是比较常见的疾病，脊柱结核和脊柱转移瘤在影像学上均表现为椎体骨质破坏和局部肿块影，均可以多发或单发。如果病变影像学表现典型，通过椎间盘是否受累、周围软组织为脓肿或软组织肿块可以较为容易地对两者进行鉴别诊断。然而，如果患者进行检查时病变处于发展的某一特殊时期，凭借平扫和普通静态增强扫描均很难将结核的肉芽肿和转移瘤的软组织肿块相鉴别[1]。正确的术前影像诊断对治疗方法的选择和预后评估具有重要作用。本研究采用MRI动态增强扫描鉴别诊断脊柱结核和脊柱转移瘤，以提高术前影像诊断的准确性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2008年6月—2013年12月于北京大学第三医院放射科进行脊柱MRI动态增强扫描的46例患者，其中经病理或临床治疗随诊证实脊柱结核24例，男15例，女9例；年龄16～71岁，平均（43.0±18.5）岁；22例为多发病变，2例为单发病变；11例未见典型椎间盘受累，11例增强扫描未见典型椎旁脓肿，6例既未见典型椎间盘受累，也未见典型椎旁脓肿，仅表现为骨质破坏和软组织肿块，表现不典型。22例脊柱转移瘤均经CT引导下穿刺或者手术病理证实，男13例，女9例；年龄30～81岁，平均（54.8±17.0）岁；17例为多发病变，5例为单发病变；原发肿瘤：肺癌7例，甲状腺癌5例，肝癌4例，乳腺癌3例，肾癌2例，前列腺癌1例。纳入标准：临床怀疑脊柱病变，MRI动态增强成像前未采取任何治疗、未行穿刺活检或手术；在MRI动态增强成像后1周内进行穿刺活检或手术治疗，如果未行手术则根据临床治疗随访结果确诊。排除标准：曾行有创活检、病变局部有手术治疗史、经过肿瘤治疗、不能配合MRI增强扫描或拒绝接受增强扫描检查者。本研究经北京大学第三医院伦理委员会审核通过，所有患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE MR 750和Siemens Trio 3T超导型全身MRI扫描仪，先进行常规MRI平扫检查，扫描序列包括横轴位T2WI、矢状位T2WI、矢状位T1WI和脂肪抑制T2WI。常规平扫检查后进行MRI动态增强扫描，采用Ulrich（欧利奇）高压注射器，经肘正中静脉注入钆喷替酸葡甲胺（Gd-DTPA，0.2 mmol/kg），注射速度2 ml/s，注射后再注射20 ml生理盐水。扫描序列采用FLASH 3D VIBE序列，TR 4.1 ms，TE 1.5 ms，翻转角为10°，空间分辨率为256×192，视野250 mm ×250 mm，1个层块，扫描30层，层厚3 mm，间隔0.6 mm，使用体线圈，单次扫描10～14 s，动态增强扫描总时间120～168 s，第一次扫描结束即刻开始注射造影剂。动态增强扫描后采用常规T1WI脂肪抑制序列进行常规MRI增强扫描。

1.3 图像分析 由2名具有10年以上脊柱病变诊断经验的医师分别采用盲法独立分析。手动选择增强最明显的区域作为感兴趣区（ROI），范围0.5～1.2 cm2，排除囊变、钙化、坏死、出血等区域。使用Siemens Sygno Mean Curve软件获得ROI内的时间-信号强度曲线，将曲线分为3类[2]：①速降型，上升期前1 min内信号强度达到峰值，达峰后曲线呈下降趋势，下降程度＞10%；②平台型，上升期前1 min内未达到明显峰值，1 min后呈缓慢上升趋势，与1 min时的信号强度相比上升＜10%；③持续增强型，在整个扫描时限内信号强度持续升高，扫描结束时的信号强度与1 min时相比上升＞10%。

根据公式（1）和公式（2）计算时间-信号强度曲线上升期病变信号强度增幅（Peak SE%）和最大上升线性斜率（Max Wash-in SE%）：

其中SIpeak代表曲线上升期结束信号强度达到峰值时的信号强度（对于持续增强型SIpeak代表扫描结束时的信号强度），SIinitial代表注药前的信号强度，SI2和SI1代表时间-信号强度曲线上升部分信号强度增幅最大的两点的信号强度。

应用双室药学动力学Tofts模型进行定量参数分析获得血管通透性常数（Ktrans）和转运常数（kep）[3]，拟合过程中使用由Parker等[4]提供的血液动力学参数（与Siemens Syngo Tissue 4D软件采用的血液动力学参数相同）。

1.4 统计学方法 采用SPSS 11.5软件，脊柱结核和脊柱转移瘤的不同模式曲线之间的差异比较采用Fisher确切概率法，脊柱结核和脊柱转移瘤的曲线参数最大上升幅度和上升期最大斜率、药代动力学参数Ktrans和kep比较采用成组t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 动态增强曲线特征 24例脊柱结核患者中，1例（4.2%）呈速降型，12例（50.0%）呈平台型，11例（45.8%）呈持续增强型。22例脊柱转移瘤中，12例（54.5%）呈速降型，7例（31.8%）呈平台型，3例（13.6%）呈持续增强型。脊柱结核和脊柱转移瘤表现为速降型曲线的病例差异有统计学意义（P＜0.001）。脊柱结核及脊柱转移瘤的动态增强曲线见图1、2。

2.2 动态增强曲线特征性参数和药物代谢动力学研究脊柱结核和脊柱转移瘤的动态增强曲线特征性参数和药代动力学参数见表1。与脊柱转移瘤组相比，脊柱结核组的信号强度增幅略高，但差异无统计学意义（t=1.56，P＞0.05），多数脊柱结核表现为平台型（12例）或持续增强型（11例），峰值出现较晚，6例在扫描期间未出现高峰，使用扫描最后时间点的信号强度。脊柱结核组的时间-信号强度曲线最大上升线性斜率略低于脊柱转移瘤组，但差异无统计学意义（t=0.76，P＞0.05）；两组Ktrans差异无统计学意义（t=－0.00，P＞0.05）；脊柱结核组kep明显低于脊柱转移瘤组，差异有统计学意义（t=38.74，P＜0.001）。kep与曲线下降有关，脊柱转移瘤组较高的kep值提示脊柱转移瘤组有较多病例呈速降型曲线、较少病例呈持续增强型曲线。

图1 男，64岁，脊柱结核。T2WI（A）及T1WI（B）显示C7～T1椎体溶骨性骨质破坏（箭），椎体周围可见软组织增厚，向椎管内压迫；增强T1WI病变不均匀强化，未发现明显的典型无强化区（箭，C）；时间-信号强度曲线呈速降型，药物代谢动力学分析Ktrans=0.117/min，kep=0.499/min（D）

图2 男，75岁，前列腺癌脊柱转移。T2WI（A）及T1WI（B）显示L1～4椎体溶骨性骨质破坏，椎体周围可见软组织肿块（箭）；增强T1WI显示不均匀强化（箭，C）；时间-信号强度曲线呈速降型，药物代谢动力学分析Ktrans=0.058/min，kep=0.565/min（D）

表1 脊柱结核和脊柱转移瘤的动态增强曲线特征性参数和药物代谢动力学参数

3 讨论

恶性肿瘤骨转移较为常见，脊柱是常见转移部位；脊柱结核在骨关节结核中最为常见，两者临床上均可以出现由于不同程度的神经根或脊髓受压引起的放射痛、病理征、感觉异常、肢体无力或截瘫等，并常有受累椎体区持续疼痛或叩击痛，临床症状差异不大。脊柱结核和脊柱转移瘤在影像学上均表现为椎体骨质破坏和局部软组织影，均可以多发或单发。脊柱结核的典型表现为椎体骨质破坏、椎间盘受累、椎旁脓肿形成；脊柱转移瘤多表现为椎体骨质破坏，软组织肿块形成，椎间盘较少受累，如果病变表现较为典型，两者鉴别较为容易。然而，如果患者进行检查时，病变处于发展的某一时期，比如结核脓肿尚未形成、椎旁病变处于实性肿块阶段或者结核尚未累及椎间盘，两者均表现为椎体的骨质破坏、椎旁肿物，椎间盘无受累，凭借平扫和普通静态增强扫描均很难将结核的肉芽肿和转移瘤的软组织肿块相鉴别[1,5-6]。然而脊柱结核和脊柱转移瘤的治疗方法和预后明显不同，脊柱转移瘤可寻找原发灶并采取相应的抗肿瘤治疗；而脊柱结核则采取抗结核治疗，因此，正确的术前影像诊断能给临床治疗方法的选择和预后评估带来极大的帮助。本研究将动态增强成像应用于脊柱结核和脊柱转移瘤，探讨两者之间的差异，为术前诊断和鉴别诊断提供帮助。

由于脊柱骨质结构的复杂性与特殊性，脊柱良、恶性病变的影像学表现不同于同一种疾病在四肢骨的表现，正确诊断甚至术前判断病变良恶性均有一定的困难。目前脊柱病变的MRI诊断主要采用常规MRI序列和普通静态增强扫描，通过观察病变的形态及信号信息为诊断提供帮助，对于脊柱病变的定性诊断、分级、治疗效果监测、复发评价等均有一定的局限性。动态增强MRI是在快速注射造影剂之后应用快速成像注：Peak SE%：时间-信号强度曲线上升期病变信号强度增幅；Max Wash-in SE%：曲线上升期的最大上升线性斜率；Ktrans：血管通透性常数；kep：转运常数序列进行快速扫描，获得造影剂在毛细血管网和组织间质间隙分布情况的动态生理信息。肿瘤是血管生成依赖性疾病，这些新生血管引起肿瘤血容积、灌注值及毛细血管通透性等的变化，进而引起血流模式改变，这些因素构成MRI动态增强扫描的基础[7]。MRI早期动态增强扫描可以提供比普通MRI增强扫描更为准确的病变的血供信息，对骨骼系统疾病的鉴别诊断有很大帮助。

本研究中多层面多时相动态增强MRI采用FLASH 3D VIBE序列，可以覆盖整个病变椎体，并为选取增强最明显的区域提供足够的空间分辨率和图像质量。目前已有研究将双室药物代谢动力学方法应用于脊柱动态增强数据的定量分析，并获得了满意的结果[8]。本研究采用药物代谢动力学拟合得出血管通透性常数Ktrans和转运常数kep，拟合过程中使用Tissue 3D商业软件采用的基于Parker等[4]提供的血流曲线，通过选择和商业软件相同的血流参数，便于本研究结果和其他研究结果相比较。

从动态增强曲线类型方面，脊柱结核和脊柱转移瘤表现为速降型曲线的病例差异有统计学意义（P＜0.001）。郁万江等[9]报道，恶性病变的动态增强曲线多属于速降型或速升平坦型，但曲线类型在良、恶性病变中有较大的重叠。Van Der Woude等[10]发现，速升-速降型曲线代表病变内部细胞密集且缺乏间质的部分，这种组织结构使对比剂较少在细胞间隙留存而迅速流出，曲线下降迅速，并认为速升速降型曲线高度提示恶性病变。肿瘤血管分布杂乱无章，内径粗细明显不均匀，血管基底膜功能缺陷，而且毛细血管通透性增加，血流量大、阻力低[11]，恶性肿瘤有丰富的肿瘤血管，导致在MRI动态成像上表现为对比剂早期快速进入，时间-信号强度曲线的上升期曲线陡峭，信号强度增幅较大，达峰时间短，曲线上升期斜率较大[2]。本组22例脊柱转移瘤中，12例（54.5%）呈速降型曲线，7例（31.8%）呈平台型曲线，与文献报道相符，与转移瘤肿瘤血管作为实体肿瘤丰富且通透性更强的观点相符。24例脊柱结核患者中，仅1例（4.2%）呈速降型曲线，12例（50.0%）呈平台型，11例（45.8%）呈持续增强型，与速降型曲线相比，平台型或持续增强型曲线代表较低的血管通透性和较高的间质成分，使造影剂可以在血管外间隙停留。曲线类型结果分析提示，如果是速降型曲线应首先考虑转移瘤而不是结核，而对于平台型和持续增强型曲线需结合其他征象进一步鉴别。

与曲线类型上升阶段均为速升型结果一致，脊柱结核组和脊柱转移瘤组信号强度增幅、时间-信号强度曲线最大上升线性斜率和血管通透性常数Ktrans均无显著差异，提示两者血管均较为丰富，符合其病理学改变，转移瘤有丰富的肿瘤血管；而结核病灶内部有成熟的新生血管形成，但结构相对规则。与24例脊柱结核病例中23例为平坦型或缓慢上升型曲线一致，脊柱结核的转运常数kep明显低于转移瘤（P＜0.001）。在病理学上，镜下典型的结核结节中央常有干酪样坏死，其中含有结核杆菌，周围有类上皮细胞、朗汉斯巨细胞、外周浸润的淋巴细胞和少量增生的成纤维细胞，这种组织结构中有较多的间质间隙可以让造影剂存留。此外，结核内部有多个微小的坏死灶，坏死灶局部有破损的小血管时，可能造成造影剂漏出到小的坏死灶内，也可能是结核病灶持续强化的原因[12]。

总之，MRI动态增强扫描对于MRI扫描难以鉴别的脊柱结核和转移瘤具有一定的鉴别诊断价值，特别是kep值可以为两者的鉴别诊断提供帮助，如果常规MRI检查鉴别诊断困难，可以参考MRI动态增强曲线参数为鉴别诊断提供依据，为临床诊断提供更多的信息。

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（本文编辑 张春辉）

Differentiation of Tuberculosis and Metastatic Cancer in the Spine Using Dynamic Contrast-enhanced MRI

Purpose To investigate the significance of dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging in differential diagnosis of spinal tuberculosis and metastatic cancer. Materials and Methods DCE-MRI was performed in 46 patients, including 24 cases of TB and 22 cases of metastatic cancer. The characteristic DCE parameters including time-signal intensity curve, signal intensity amplification, and maximum slope were calculated. The two-compartmental pharmacokinetic model was used to obtain Ktransand kep. Results Of 24 cases of TB, only 1 case (4.2%) showed the wash-out kinetic pattern, 12 cases (50.0%) showed the plateau pattern, and 11 cases (45.8%) showed the persistent enhancing pattern. Of 22 cases of metastatic cancers, 12 cases (54.5%) showed wash-out kinetic pattern, 7 cases (31.8%) showed plateau pattern, and 3 cases (13.6%) showed persistent enhancing pattern. Compared to the metastatic cancer group, the TB group was not statistic different in peak signal enhancement [(198±81)% vs. (165±60)%, P＞0.05], maximum slope [(100±55)% vs. (111±41)%, P＞0.05] and Ktrans[(0.077±0.036)/ min vs. (0.077±0.028)/min, P＞0.05]. The TB group had a lower kepwhen compared with the metastatic cancer group [(0.270±0.015)/min vs. (0.490±0.230)/min, t=38.74, P＜0.001]. Conclusion DCE-MRI may provide additional information for differential diagnosis when the manifestations of spinal TB and metastasis were similar or atypical.

Tuberculosis, spinal; Spinal tumor; Magnetic resonance imaging; Image enhancement; Diagnosis, differential

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.05.013

袁慧书

Department of Radiology, Peking University Third Hospital, Beijing 100191, China

Address Correspondence to: YUAN Huishu

E-mail: huishuy@bjmu.edu.cn

国家自然科学基金项目（81471634）。

R738.1；R529.2；R730.42

2014-12-11

修回日期：2015-04-05

中国医学影像学杂志

2015年 第23卷 第5期：373-376，387

Chinese Journal of Medical Imaging

2015 Volume 23(5): 373-376, 387