磁共振动态增强及波谱成像对骨肉瘤的鉴别诊断价值

李 莹 LI Ying

任翠萍 REN Cuiping

程敬亮 CHENG Jingliang

李贝贝 LI Beibei

肖翠萍 XIAO Cuiping

孙 囡 SUN Nan

磁共振动态增强及波谱成像对骨肉瘤的鉴别诊断价值

李 莹 LI Ying

任翠萍 REN Cuiping

程敬亮 CHENG Jingliang

李贝贝 LI Beibei

肖翠萍 XIAO Cuiping

孙 囡 SUN Nan

作者单位郑州大学第一附属医院磁共振科 河南郑州450052

目的 探讨磁共振动态增强（DCE）曲线类型及氢质子波谱成像（1H-MRS）对原发性骨肉瘤的应用价值。资料与方法 前瞻性纳入41例符合研究标准的骨肉瘤患者，分别行DCE及1H-MRS扫描，根据其病理结果分为高度和低度恶性骨肉瘤，利用分析软件得到时间-信号强度曲线（TIC）并进行分类；对其中18例1H-MRS谱线稳定的骨肉瘤患者进行分析并得到Cho及Cho/Cr值，分别进行统计分析。结果 高度恶性骨肉瘤中TIC I型、II型曲线分别有20例、10例，低度恶性骨肉瘤TIC I型、II型、III型曲线分别有2例、5例、4例，高、低度恶性骨肉瘤之间TIC类型分布差异有统计学意义（χ2=10.876，P＜0.05）。高、低度恶性骨肉瘤的Cho/Cr值差异有统计学意义（Z=－2.445，P＜0.05）。以Cho/Cr作为诊断指标，最佳诊断界值为2.3。结论 TIC类型、Cho/Cr值对于评价骨肉瘤的恶性程度有一定的参考价值。

骨肉瘤；磁共振成像；图像增强；磁共振波谱学；病理学，外科

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，肿瘤对周围组织的侵犯及病变血供的丰富程度也不同，直接决定了患者的治疗方案及预后[1]。近年来，应用动态增强（dynamic contrast-enhanced，DCE）鉴别良恶性骨肿瘤及软组织肿瘤的研究较多，结果也不尽相同，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。磁共振波谱成像（magnetic resonance spectroscopy，MRS）作为一种补充检查手段，在骨肌肿瘤中的研究相对少见，且设备、参数设置及研究对象不同，导致结果也不相同。病理检查是评价骨肉瘤恶性程度的“金标准”。本研究旨在结合病理结果，探讨DCE的曲线类型及氢质子MRS（1H-MRS）参数对于原发性骨肉瘤恶性程度评判的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2014年1月—2016年3月就诊于郑州大学第一附属医院的骨肉瘤患者41例，其中男29例，女12例；年龄7～72岁，中位年龄19岁。37例首发症状为不同程度的疼痛。所有病例行DCE、1H-MRS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，2周内经活检或手术病理证实。参照2013年WHO骨肿瘤分类标准[2]，将所有患者分为高度恶性组30例和低度恶性组11例。从41例骨肉瘤中筛选出18例1H-MRS基线稳定的患者，女7例，男11例；年龄7～24岁，中位年龄15岁；高度恶性骨肉瘤14例，低度恶性骨肉瘤4例。所有骨肉瘤患者的病理类型分布见表1。

1.2 检查方法

1.2.1 常规MRI平扫 使用Siemens 3.0T超导MRI扫描仪（Magnetom Trio Tim），序列包括冠状位T1WI （TR/TE 500 ms/20 ms）、T2WI（TR/TE 4200 ms/100 ms）、脂肪抑制T2WI和横轴位脂肪抑制T2WI（TR/TE 4200 ms/100 ms），必要时加扫矢状位脂肪抑制T2WI（TR/TE 4000 ms/100 ms），视野（FOV）360 mm×380 mm，层厚4 mm，层数根据病变大小而定，以病变为中心。

1.2.2 MRI-DCE 使用横轴位T1WI三维快速小角度激发梯度回波（FLASH-3D）加脂肪抑制（TR/TE 3.9 ms/

1.3 ms，翻转角15°）的序列，层厚、层数及FOV根据病灶的大小而定。首先扫描1期蒙片，第2期扫描的同时注入对比剂，共计扫描18期。使用Medrad高压注射器注射对比剂钆喷替酸葡甲胺（Gd-DTPA），剂量0.1 mmol/kg，速度2.0 ml/s，而后以同样速度注射20 ml生理盐水冲管。动态扫描时间265～386 s。

1.2.31H-MRS 采用1H-MRS单体素激发回波序列，扫描参数：TR 2000 ms，TE 135 ms，采集次数128，矩阵1024×1024。扫描时间约264 s。波谱体素定位时选择DCE早期强化最明显均匀的病变实质区；肿瘤伴有软组织肿块形成时，选择软组织肿块区域；避开出血、钙化、骨化及液化坏死区，采集波谱的感兴趣容积（volume of interest，VOI）≥ 1.5 cm3。行1H-MRS 检查前需进行严格的水抑制和自动匀场。

1.3 图像后处理 由3名从事MRI诊断的主治医师采用盲法，独立对图像进行分析、测量，意见不一致时以2位医师同意的意见为准。

1.3.1 MRI-DCE 利用后处理工作站的Mean Curve软件绘制时间-信号强度曲线（time-signal intensity curve，TIC），选取DCE早期病变强化最显著的实质区（红色线）、邻近正常组织[包括骨髓及软组织（绿色线和蓝色线）]及同层面动脉血管（黄色线）作为参照，纵坐标为信号强度，横坐标为扫描时间（图1、2）。TIC类型：I型为快速上升下降型，II型为快速上升平台型，III型为缓慢上升型，IV型为平坦型[3]。

1.3.21H-MRS 利用工作站的Spectroscopy分析软件自动完成相位及基线校正、水信号处理、信号及实数充填，根据之前选择的VOI生成谱线，并以表格形式导出相关测量指标，包括胆碱（choline，Cho）、肌酸（creatine，Cr）、脂质（lipids，Lip）及 Cho/Cr、Lip/Cr。

1.4 统计学方法 采用SPSS 21.0软件，Cho/Cr值不满足正态分布，采用四分位数间距表示。TIC类型分布采用多个独立样本的非参数检验，高、低度恶性骨肉瘤的Cho/Cr值采用2个独立样本秩和检验。采用非参数拟合受试者工作特性（ROC）曲线来确定Cho/Cr值的最佳诊断界值。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 高、低度恶性骨肉瘤的TIC类型分布 41例患者高、低度恶性骨肉瘤的TIC类型分布见表2。高、低度恶性骨肉瘤之间TIC类型的分布差异有统计学意义（χ2=10.876，P＜0.05）。

2.21H-MRS结果 基线稳定的18例骨肉瘤患者均出现Cho峰（图1、3），7例未出现Lip峰。高、低度恶性骨肉瘤的Cho/Cr值的四分位间距分别为（2.703，4.883）、（1.045，2.695），两组Cho/Cr值差异有统计学意义（Z=－2.445，P＜0.05）。以Cho/Cr值作为诊断指标绘制ROC曲线，曲线下面积（AUC）为0.718，特异度为66.7%，敏感度为72.2%，最佳诊断界值为Cho/Cr=2.3（图 4）。

表1 41例骨肉瘤的病理类型分布（例）

表2 41例不同恶性程度的骨肉瘤TIC类型分布（例）

图1 男，21岁，高度恶性骨肉瘤。MRI矢状位PDWI压脂序列示肱骨近端干骺端及肱骨干髓腔呈混杂高信号（箭），边界清晰，周围见软组织肿块（A）；TIC选点图，其中“1”点为病灶实性部分强化最明显的边缘区域（B）；病灶实性部分TIC呈快速上升下降型（C）；白色方框为1H-MRS扫描时选择的感兴趣体素区域（D）；1H-MRS见明显升高的Cho峰，Cho/Cr=3.48（E）；病理示软骨母细胞型骨肉瘤（HE，×100，F）

图2 女，20岁，低度恶性骨肉瘤。MRI冠状位T1WI平扫左股骨远端内侧皮质旁可见片状不均匀低信号（箭），病灶边界尚清，内部信号不均（A）；TIC选点图，其中“1”点为病灶实性部分强化最明显的边缘区域（B）；病变实性部分TIC呈缓慢上升型（C）；病理示骨旁骨肉瘤（HE，×100，D）

图3 男，24岁，低度恶性骨肉瘤。MRI冠状位T2WI脂肪抑制序列示左胫骨近端骨质破坏，病灶突破胫骨外缘在周围形成软组织肿块（箭），病灶周围骨髓水肿（A）；1H-MRS扫描的体素选择病变形成的软组织肿块（B）；1H-MRS见Cho、Lip峰出现，Cho/Cr=1.90（C）；病理示低级别中心性骨肉瘤（HE，×100，D）

图4 Cho/Cr值诊断18例骨肉瘤恶性程度分级的ROC曲线

3 讨论

3.1 TIC类型对骨肉瘤恶性程度判定的价值 TIC是肿瘤内部的毛细血管密度、血管通透性、血流灌注量等多种因素的综合反映。肿瘤恶性程度的高低与组织内部异常增殖的血管网的形态和功能以及患骨本身的血液循环状况相关。动态增强过程中对比剂快速洗脱的病理生理学基础是血管内皮细胞间隙大、基底膜不完整造成血管渗透性增加[4]。因此骨肉瘤恶性程度越高，血管通透性越高且细胞间隙越大，越容易形成TIC I型曲线。齐滋华[5]对35例肌骨系统病变行DCE扫描发现，TIC I型曲线仅见于恶性病变，II型与III型曲线在良、恶性病变之间有明显重叠，IV型曲线仅见于良性病变，且良、恶性肿瘤的TIC类型之间差异有统计学意义。张晶等[6]通过对93例肌骨系统肿瘤行DCE研究，结果显示TIC类型在良恶性肿瘤中的分布差异有统计学意义。李彩霞等[7]对61例肌骨系统肿瘤及肿瘤样变行DCE研究，结果与齐滋华[5]的研究结果基本一致，即良、恶性骨肿瘤及肿瘤样病变的TIC类型分布差异显著。郎宁等[8]通过对66例脊柱良恶性病变行DCE研究，结果显示I型、III型、IV型曲线对良恶性病变有较高的鉴别价值，I型曲线多为恶性病变，III型、IV型曲线多为良性病变，而良恶性病变均可表现为II型曲线。本研究41例骨肉瘤中高、低度恶性组TIC类型分布差异有统计学意义（P＜0.05），II型曲线可见有明显重叠。本研究患者均为恶性骨肉瘤，TIC类型中无IV型曲线，与齐滋华[5]的研究结果一致。骨肉瘤恶性程度越高，病灶的血流灌注更易呈快进快出表现，即TIC呈I型，而部分低度恶性骨肉瘤可表现为TIC III型，与良性骨肿瘤的鉴别主要依靠MRI平扫和延迟增强的图像表现以及病变的形态学表现。

3.21H-MRS对骨肉瘤恶性程度判定的价值 MRS是利用MR化学位移成像技术，得到某些代谢产物的波谱信息并进行定量分析，从微观分子水平上反映活体组织内的病理生理变化和代谢情况[9]。2004年Wang等[10]首次使用1H-MRS鉴别骨肌系统肿瘤的良恶性。Fayad等[11]的研究表明正常骨肌组织的1H-MRS代谢物主要包括Cho、Lip和Cr。Cho是细胞膜磷脂的主要代谢物之一，峰值位于3.22 ppm，主要参与细胞膜的合成和运输，磷脂的代谢功能和细胞增生影响其含量[12]。正常肌骨组织中含量很低，而骨肉瘤中由于细胞膜代谢旺盛和肿瘤细胞异常增殖造成含量较高。对于Lip峰，其出现多提示肿瘤组织的凝固性坏死，骨肉瘤可造成Lip峰明显降低，被认为是恶性肿瘤的特征性代谢物。但由于设备、参数设置及研究对象的不同，峰值出现位置尚无统一标准，文献报道有双峰也有单峰[11]。Cr峰位于3.03 ppm，常作为对照值来衡量其他代谢物。本研究采用经典的、数据稳定的1H-MRS单体素波谱成像，主要测定骨肉瘤内Cho的含量及Cho/Cr值。国内部分学者将1H-MRS单体素波谱应用于骨与软组织肿瘤的良恶性鉴别，由于设备、参数设置及研究对象的不同，所得结果也各不相同。齐滋华等[13]研究显示恶性肌骨肿瘤的Cho峰值明显升高，良恶性肌骨肿瘤的Cho/Cr值差异有统计学意义，Cho/Cr=1.79可作为鉴别良恶性肿瘤的参考界值。郭会利等[14]研究表明Cho/Cr=1.5可用来鉴别骨肌系统的良恶性病变。李振峰等[15]的研究结果显示，Cho/Cr=2可作为骨肉瘤恶性程度分级的标准。而Zhang等[16]则通过定量分析Cho/Lip值鉴别骨肿瘤的良恶性，通过ROC曲线分析得出当Cho/Lip=0.2鉴别骨肿瘤良恶性的敏感度和特异度最高，分别为76%和88%。本研究通过对18例骨肉瘤患者进行研究，结果显示高度恶性组的Cho/Cr值较高，且高、低度恶性组的Cho/Cr值差异有统计学意义，Cho/Cr=2.3可作为高、低度恶性骨肉瘤的分级，其敏感度、特异度分别为72.2%、66.7%，分析可能是由于样本量较小、病理组织学类型特殊、病灶的形态及大小、病灶内复杂成分的干扰、扫描时患者移动、病灶过于靠近胸壁或皮肤等原因造成敏感度和特异度较低。

本研究的局限性：①病例样本量不够大，低度恶性骨肉瘤和进行MRS的患者例数相对较少，因此进行统计学分析时可能存在一定的误差。②骨肉瘤病理类型较多且特点不一，也不能保证病理取材的部位与DCE、MRS观察的部位一致，因此无法将病理与影像一一对应。

总之，TIC I型多支持高度恶性骨肉瘤，而TIC III型多提示低度恶性骨肉瘤；1H-MRS可用来评价骨肉瘤的恶性程度，Cho/Cr=2.3可作为评价骨肉瘤恶性程度的参考界值。

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（本文编辑 周立波）

Dynamic Contrast-enhanced Magnetic Resonance Imaging and Magnetic Resonance Spectroscopy in Differential Diagnosis of Osteosarcoma

Purpose To explore the dynamic contrast-enhanced (DCE) MRI curve type and hydrogen proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) in the diagnosis of primary osteosarcoma. Materials and Methods This was a prospective study. Dynamic contrast enhancement and1H-MRS scanning were performed in forty-one osteosarcoma patients who were eligible for the study. According to the pathological findings, patients were divided into high malignant osteosarcoma group and low malignant osteosarcoma group. The time-signal intensity curves (TIC) were obtained and classified by the analysis software. Among them, 18 patients with stable1H-MRS spectrum were analyzed, and Cho as well as Cho/Cr value was obtained and statistically analyzed, respectively. Results The type I and type II TIC curves in high malignant osteosarcoma group were 20 and 10 cases,respectively. The type I, type II and type III TIC curves in low malignant osteosarcoma group were 2, 5 and 4 cases, respectively. The difference of TIC type distribution between high and low malignant osteosarcoma was statistically significant (χ2=10.876, P＜0.05). The difference of Cho/Cr value between high and low malignant osteosarcoma was statistically significant (Z=－2.445, P＜0.05). Consider Cho/Cr value as the diagnostic index, the best cut-off value was 2.3. Conclusion TIC type and Cho/Cr value have certain reference value for evaluating the malignant degree of osteosarcoma.

Osteosarcoma; Magnetic resonance imaging; Image enhancement; Magnetic resonance spectroscopy; Pathology, surgical

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.09.017

任翠萍

Department of MR, the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou 450052, China

Address Correspondence to: REN Cuiping E-mail: rcp810@sohu.com

R738.1

2017-04-14

修回日期： 2017-06-20

中国医学影像学杂志

2017年 第25卷 第9期：698-701，706

Chinese Journal of Medical Imaging 2017 Volume 25 (9): 698-701, 706