弥散加权成像对判定原发性骨肉瘤恶性程度的临床价值

李 莹 任翠萍 张 岚 朱海云

骨肉瘤是儿童和青少年最常见的骨原发恶性肿瘤，好发于四肢长骨，起病时多无典型的临床症状。不同病理类型的骨肉瘤恶性程度不同[1]，肿瘤对周围组织的侵犯及病变血供的丰富程度也不一样，直接决定了患者的治疗方案及预后[2]。近年来应用磁共振弥散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）及表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）鉴别良恶性骨肿瘤及软组织肿瘤的报道较多，结论也不尽相同，而且其在临床中的应用也逐渐被国内外放射科医师及骨科医师所重视。本研究旨在探讨DWI图像和平均ADC值对于原发性骨肉瘤恶性程度判定的临床价值。

方 法

1.临床资料

本组49例，女14例，男35例，年龄7～72岁，中位年龄16岁。最常见首发症状是疼痛，其中42例伴有不同程度的疼痛。所有病例行DWI检查前均未行放疗、化疗、手术或病理穿刺等可能造成影像干扰的措施，两周内经活检或手术病理证实。参照2013年WHO骨肿瘤分类标准，将所有患者分为高度恶性组34例（骨母细胞型骨肉瘤9例、软骨母细胞型骨肉瘤9例、纤维母细胞型骨肉瘤11例、表面高度恶性骨肉瘤1例、小细胞恶性骨肉瘤4例）和低度恶性组15例（髓内高分化骨肉瘤9例、皮质旁骨肉瘤5例、骨膜骨肉瘤1例）。本研究经伦理委员会批准进行，患儿家属均签署知情同意书。

2.MR检查方法

2.1 常规MRI平扫：使用德国Siemens3.0T超导MRI扫描仪（Magnetom Trio Tim），序列包括冠状位T1WI （TR/TE=500ms/20ms）、T2WI（TR/TE=4200ms/100ms）、脂肪抑制T2WI和横轴位脂肪抑制T2WI（TR/TE=4200ms/100ms），必要时加扫矢状位脂肪抑制T2WI（TR/TE=4000ms/100ms），FOV 360mm×380mm，层厚=4mm，层数根据病变大小而定，以病变为中心。

2.2 DWI：使用单次激励平面回波扩散加权成像（SEEPI-DWI）序列，扫描的中心、层厚、层数及FOV与横轴位平扫保持一致。TR/TE：3700/85ms，average=4，弥散敏感系数（b值）分别取0、400、800、1000、1500s/mm2。

3.图像分析

由三名5年以上工作经验的MRI诊断医师在不知道患者临床资料和病理结果的情况下采用盲法，独立对图像进行分析、测量，意见不一致时以两位医师同意的意见为准。利用Siemens Syngo工作站的软件获得表观弥散系数（ADC）图，选取ROI得到相应的ADC值（10-3mm2/s）。选择 ROI应结合MR平扫及ADC图，尽量选取病变均匀的实质区域，面积约为30～40mm2，避开钙化、出血、坏死囊变等区域。同一病灶的不同b值复制相同的ROI各进行3次重复测量取其平均值，分别用ADC0～400、ADC0～800、ADC0～1000和ADC0～1500来表示。选取邻近正常骨髓的平均ADC值作为对照。

4.统计学分析

采用SPSS20.0统计软件进行数据分析，不同b值的平均ADC值不满足正态分布，采用四分位数间距表示。使用两个独立样本秩和检验的方法分析骨肉瘤的平均ADC值。采用Medcalc 12.7.0医学统计软件绘制受试者工作特征（Receiver Operating Characteristic，ROC）曲线，由ROC曲线确定高、低恶性骨肉瘤的最佳鉴别阈值及灵敏度和特异度。以P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.不同恶性程度骨肉瘤的DWI信号特点

图1 男，21岁，软骨母细胞型骨肉瘤（高度恶性）。A.矢状位PDWI压脂序列，肱骨近端干骺端及肱骨干髓腔呈混杂高信号，边界清晰，周围见软组织肿块；B～E.分别为b=400、800、1000、1500s/mm2的DWI图，病变呈不同程度弥散受限高信号，随b值升高信号逐渐降低。

图2 女，20岁，骨旁骨肉瘤（低度恶性）。A.冠状位T1WI，左股骨远端内侧皮质旁可见片状不均匀低信号，病灶边界尚清，内部信号不均；B～E.分别为b=400、800、1000、1500s/mm2的DWI图，病变内部可见片状稍高信号，随b值升高信号明显降低，b=1500时，未见明确弥散受限区域。

图3 不同b值下的平均ADC值诊断骨肉瘤恶性程度的ROC曲线。

表1 49例不同恶性程度骨肉瘤病变实质区不同b值下所得平均ADC值的比较 (10-3mm2/s)

以邻近正常肌肉的DWI信号作为参照，表现为低信号（低于正常肌肉）、等信号（与正常肌肉信号一致）和高信号（高于正常肌肉）。选取所有病灶相同层面、不同b值下、ADC值最稳定的DWI图像，可以发现同一病灶同一层面病变实质区的DWI信号随着b值的增大而减低；其中30例表现为明显高信号（图1），均为高度恶性骨肉瘤；19例低度恶性骨肉瘤均表现为轻、中度高信号（图2）。

2.不同恶性程度骨肉瘤不同b值下所得平均ADC值的比较（表1）

随着b值的升高骨肉瘤的平均ADC值均有不同程度的降低，不同b值下高度恶性组的平均ADC值均低于低度恶性组。统计分析可知，高、低度恶性骨肉瘤的ADC0～400、ADC0～800、ADC0～1000的差异有统计学意义，而ADC0～1500的差异无统计学意义。

3.ROC曲线分析

b值分别取400、800、1000、1500 s/mm2时，ADC值鉴别高度恶性组与低度恶性组的曲线下面积（area under ROC curve，AUC）分别为0.754、0.737、0.659和0.605（图3），最佳鉴别阈值分别为1.018×10-3mm2/s、1.089×10-3mm2/s、1.201×10-3mm2/s和0.957×10-3mm2/s，敏感度分别为65.2%、64.8%、66.3%、55.9%，特异度分别为77.2%、64.8%、64.1%、62.8%，其中，当b=400s/mm2时诊断的准确性最高。

讨 论

DWI是一种能够体现肿瘤组织内水分子运动的高级功能成像技术，可以从微观分子水平反应肿瘤细胞的含量，早期识别与组织内水分含量相关的生理学和形态学改变[3]。ADC值与恶性肿瘤的细胞密度有较高的相关性，肿瘤细胞生长活跃、排列紧密，导致细胞外间隙明显减小，因此水分子扩散运动明显受限，ADC图信号明显减低[4-5]。

骨肉瘤最重要的影像特征是瘤骨形成，瘤骨因富含钙等矿物质且几乎不含水分子，DWI表现为极低信号，ADC值几乎等于零[6]。骨肉瘤第二常见的征象是骨质破坏，表现为正常骨髓组织被肿瘤组织替代，DWI序列上实性部分（生长活跃部分）表现为不同程度高信号。骨肉瘤病变实质区平均ADC值随着b值的增高而降低。49例骨肉瘤病灶均表现了不同程度的DWI高信号，而且同一病灶同一层面病变实质区的DWI信号随着b值的增大而减低。b=1500 s/mm2时，高低度骨肉瘤的平均ADC值之间无统计学差异，这可能是由于b值越大，弥散程度越强，图像对弥散表现的越敏感，图像的信噪比降低，无法获得稳定的ADC值。李彩霞等[7]也认为b值越大，DWI图像质量越差，测得的ADC值也越不稳定。马婉玲[8]通过对16例骨肉瘤的DWI研究发现肿瘤内成骨性成分越多，低信号区域越大；肿瘤内溶骨性成分越多，DWI上高信号区域越大；分别测定16例骨肉瘤的实性区、坏死区及肿瘤骨的平均ADC值，并进行两两比较，认为将DWI及ADC值与常规MR图像结合，可判断肿瘤内生长活跃部分所占比例及恶性程度，与本研究部分结果一致。

关于表观弥散系数值方面，近几年国内多个学者做了相关的研究。齐滋华[9]通过分析35例肌骨肿瘤的DWI、ADC值及EADC值，认为b=400s/mm2时，DWI图像清晰且得到的ADC值稳定，可用来对鉴别骨转移瘤和良性骨肿瘤，而对良恶性骨肿瘤的鉴别无统计学意义。李树金等[10]通过对软组织肿瘤的DWI及ADC进行Meta分析，认为b值介于500～700s/mm2之间时鉴别良恶性肿瘤更有价值。袁晓霞[11]通过分析20例骨肉瘤、20例其它恶性骨肿瘤及20例良性骨肿瘤及肿瘤样变在b取400、600、800s/mm2时的DWI图像及ADC图，得出b取600s/mm2时作为骨肉瘤DWI成像的合理取值。王绍武等[12]对50例软组织肿瘤的DWI表现及ADC图研究，得出b值取600s/mm2时有助于鉴别软组织肿瘤的良恶性。李彩霞等[7]通过对61例骨肿瘤及肿瘤样变进行DWI分析，b值分别取400、800、1000和1500s/mm2，在ADC图上多次选取ROI获得不同b值下的平均ADC值，结果显示良恶性骨肿瘤及肿瘤样变的ADC值差异有统计学意义，但也有很大重叠，认为b=800s/mm2适合用来鉴别良恶性骨肿瘤及肿瘤样病变的准确性最高，ADC可作为鉴别诊断的参考值。庄勋慧[13]对61例肌骨肿瘤进行DWI分析，b值分别取300、600和900s/mm2，结果显示b=900s/mm2时诊断效能最大，鉴别良恶性肿瘤的最佳ADC阈值为1.26×10-3mm2/s，其敏感度和特异度分别为93.33%和86.67%。本组病例中，以b=400s/mm2时诊断的准确性最高，诊断敏感性和特异性分别为65.2%和77.2%。造成不同的学者研究结果不同的原因可能与选用设备的厂家、场强和成像序列不同、b值的数目及数值不同、研究样本的差异、ROI的选择方式不同等因素有关。

本研究存在一定的局限性：①病例样本量不够大，而且低度恶性骨肉瘤的例数相对较少，因此在做统计学分析时可能存在一定的误差。②起初选择b值时，考虑骨肉瘤属恶性肿瘤，高b值时也可表现一定程度的弥散受限，因此b值的选择间隔较大，造成低度恶性骨肉瘤在高b值上的DWI表现差异太小，后续的研究可以将b值选择控制在400～800之间小间隔多b值取值。③本组骨肉瘤病理类型较多且特点各不一样，也不能保证病理取材的部位与DWI观察的部位一致，因此无法将病理与影像一一对应。因此需扩大样本量，继续探寻最佳b值，对骨肉瘤进行细化、量化和个性化研究，提高DWI对骨肉瘤恶性程度的诊断率。

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