磁共振弥散加权成像在脊柱转移瘤和脊柱感染性病变鉴别诊断中的应用

李光纪 陈首名 罗 鹰 马方伟 何志兵

恶性肿瘤的鉴别诊断是医学影像研究的热点，尤其是骨骼系统转移瘤和感染病变的鉴别诊断，在常用的CT等检查手段上表现并不典型。磁共振扩散加权成像(diffusion-weighted imaging，DWI)技术的出现解决了这一问题，是目前唯一一种能够检测活体组织内水分子扩散运动的无创性手段，可在活体上进行水分子扩散测量与成像，反映组织的微观几何结构和细胞内外水分子的转移等变化[1-2]。以往，磁共振扩散加权成像主要用于中枢神经系统病变的诊断。我们观察了脊柱转移瘤病变和感染性病变磁共振弥散加权成像(DWI)、对比噪声比(contrast to noise ratio，CNR)以及表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)值的不同，旨在为脊柱转移瘤病变和感染性病变的鉴别诊断提供参考依据，现将研究结果作如下报告。

1 资料与方法

1.1 临床资料

本研究收集我院2015年2月至2016年4月收治的30例脊柱转移瘤患者和24例脊柱感染患者作为观察对象，分别为脊柱转移瘤组和脊柱感染组。脊柱转移瘤组患者男性19例，女性11例；年龄34～68岁，平均年龄(57.1±2.6)岁；原发性疾病主要有：肺癌12例，乳腺癌8例，前列腺癌6例，肝癌2例，卵巢癌1例，生殖细胞瘤1例。脊柱感染组患者男性10例，女性14例；年龄31～69岁，平均年龄(57.2±2.9)岁；原发疾病：化脓性脊柱炎16例，结核性脊柱炎8例。所有患者检查前签署磁共振扫描知情同意书。纳入标准：①所有患者均经病理学检查确诊；②年龄为18～80岁；③既往无放化疗史；④既往无激素类药物服用史；⑤既往无肝炎、结核等传染病史。排除标准：①合并心脑血管等重要器官功能障碍者；②合并影响骨钙磷代谢的内分泌及代谢性疾病者；③合并磁共振检查禁忌证，如心脏起搏器、金属异物植入者。2组患者基础资料上比较差异无统计学意义(P>0.05)，可进行比较。

1.2 检查仪器设备

我们的磁共振设备使用的是1.5 T磁共振扫描仪(SignaHD，GE Medical System，USA)。图像工作站使用的是美国GE公司提供的AdvantagowindowsTM图形图像工作站。

1.3 检查方法

对所有患者的病灶进行扫描，检查时取患者仰卧位，并叮嘱患者不要紧张，平复呼吸后由足先进，定位线定位在眉中线，在X、Y、Z 3个空间轴上同时施加弥散加权梯度场，将横轴位分为5～6段扫描，每段39层，段与段之间有4层重叠。每段的中心频率(CF)采用第1段和第3段中心频率的平均值。在完成一段数据采集后检查床前进至下一段扫描。扫描采用SE-EPI-DWI脉冲序列，扫描参数：TR=5500 ms，TE = 74.4 ms，TI=200 ms，FOV：40 cm×40 cm，层厚7 mm，层间距0～1 mm，层数10～15层，矩阵128×128，NEX = 2，相位编码选择上下方向，采集次数6次，b值取650 s/mm2，每段扫描时间5分33秒，总扫描时间约30 min。扫描范围包括：从头顶到股骨中段水平。在扫描结束后，使用ADD/SUB软件对患者各段的原始图像进行叠加处理分析。

1.4 观察指标

采用美国GE公司提供的AdvantagowindowsTM 4.3图形图像工作站进行图像分析，由本院两名高年资影像科医师读图，将DWI图像信号分为高、等、低3种级别。用FuncTool软件对DWI图像的表观弥散系数(ADC)值和对比噪声比(CNR)值进行测量。对比噪声比(CNR)计算公式为：CNR病灶等于SNR病灶减去SNR椎体(SNR是病灶和邻近正常椎体的信号噪声比(SNR)。

1.5 统计学方法

2 结果

2.1 2组患者病灶磁共振弥散加权成像信号强度比较

30例脊柱转移瘤组患者的弥散加权图像中，全部为高信号。24例脊柱感染疾病组患者的弥散加权图像中，18例患者为低信号，4例为等信号，2例患者为高信号。以DWI高信号作为脊柱转移瘤的诊断指标，诊断的敏感性为100.0%(30/30)，特异性为91.67%(22/24)，准确性为96.30%(52/54)。以DWI低信号作为脊柱感染病变的诊断指标，诊断的敏感性为75.05%(18/24)，特异性为0.0%(0/30)，准确性为33.33%(18/54)。

2.2 2组患者病灶表观弥散系数(ADC)值比较

脊柱转移瘤组患者病灶平均ADC值为(0.72±0.12)×10-3mm2/s，明显低于脊柱感染组患者的(1.43±0.14)×10-3mm2/s，比较差异有统计学意义(t=20.06，P<0.05)。

2.3 2组患者病灶对比噪声比(CNR)值比较

脊柱转移瘤组患者病灶平均CNR值为(27.46±4.35)，明显高于脊柱感染组患者的(13.58±3.14)，比较差异有统计学意义(t=13.12，P<0.05)。

3 讨论

磁共振弥散加权成像作为一种磁共振(MRI)检查中的特殊手段，能够通过检查活体细胞水分子扩散运动受限制的方向和程度等内容，间接了解组织的微动态和微结构变化[3]。当水分子在敏感梯度场方向上自由的扩散，那么在扩散梯度场施加期间扩散的距离和经历的磁场变化也就越大，而组织的磁共振弥散加权成像信号也就衰减地越明显，即在磁共振弥散加权成像上组织的信号衰减越明显则表明其中的水分子在梯度场方向上扩散就越是自由[4-5]。由于组织内血流灌注及生理运动中的水分子可能会对机体内水分子的扩散运动有一定程度的影响，所以利用DWI上组织信号强度变化检测的结果不是真正的扩散系数，其大小以表观弥散系数(ADC)表示，单位为mm2/S，弥散系数越大，代表水分子弥散运动越强[6-7]。而对比噪声比(CNR)值表明了成像序列对不同组织成分之间差异的探测能力，是磁共振弥散加权成像诊断疾病的核心之一[8]。用于磁共振弥散加权成像的序列有很多种，主要有GRE、SE、FSE、单次激发FSE序列等等，也可以是T1WI、T2WI或T2*WI等的序列。本文使用临床上最为常见的单次激发SE-EPI DWI序列对脊柱转移瘤和脊柱感染病灶进行检查，该序列可以有效抑制正常组织和脂肪的信号，从而确保病灶的高对比噪声比(CNR)，确保检查的敏感性[9-10]。

以往磁共振弥散加权成像多用于中枢神经系统疾病的检查诊断中，近年来，其应用领域逐渐拓宽，尤其是在恶性肿瘤或感染性疾病的鉴别诊断中发挥重要作用[11-12]。由于大部分肿瘤组织的细胞密度比正常组织要高些，细胞核更大些，从而核浆比会增加，引起细胞外间隙和水分子的弥散空间减少，所以磁共振弥散加权成像多为高信号，ADC值下降，实现鉴别诊断的目的。而感染性疾病组织由于组织肿胀，炎性渗出增多，使细胞外间隙和水分子的弥散空间增加，所以磁共振弥散加权成像多为低信号或等信号，ADC值增加。国外文献报道[13]，在较高b值时ADC值能有效鉴别脊柱的良、恶性病变。我们通过对脊柱转移瘤和脊柱感染性疾病进行磁共振弥散加权成像检查，结果发现：脊柱转移瘤组30例患者的磁共振弥散加权图像全部为高信号，而脊柱感染疾病组24例患者中，18例患者为低信号，4例为等信号，2例患者为高信号。以DWI高信号作为脊柱转移瘤的诊断指标，诊断的敏感性为100.0% (30/30)，特异性为91.67%(22/24)，准确性为96.30%(52/54)。以DWI低信号作为脊柱感染病变的诊断指标，诊断的敏感性为75.05% (18/24)，特异性为0.0%(0/30)，准确性为33.33%(18/54)。提示，脊柱转移瘤患者磁共振弥散加权成像以高信号为主，而感染性疾病以低信号为主，诊断敏感性均较高。另外，脊柱转移瘤组患者病灶平均ADC值为(0.72±0.12)×10-3mm2/s，明显低于脊柱感染组患者的(1.43±0.14)×10-3mm2/s。表明，与脊柱转移瘤相比，脊柱感染性病变的弥散程度更高，这是因为恶性肿瘤内细胞密度会高于感染性病变，导致水分子弥散受限。有研究报道[14-16]，对脊柱恶性肿瘤和感染进行DWI矢状面SS-SE-EPI-DWI序列检查，结果提示感染性病变的ADC值显著高于恶性肿瘤，与本研究结果报道一致。而且本研究结果显示，脊柱转移瘤组患者病灶平均CNR值为(27.46±4.35)，明显高于脊柱感染组患者的(13.58±3.14)。提示，脊柱转移瘤多表现为病变椎体高信号肿块且边界清晰；而脊柱感染性病灶则多表现为受累椎体弥漫性信号且边界不清。

综上所述，脊柱转移瘤患者磁共振弥散加权成像以高信号为主，而感染性疾病以低信号为主，而且脊柱感染性疾病的ADC值明显高于脊柱转移瘤病变。磁共振弥散加权成像检查对于脊柱转移瘤和感染性疾病的鉴别诊断具有重要意义。

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