3.0 T MRI水-脂分离Dixon技术鉴别良恶性椎体压缩性骨折的价值

樊秋菊 ，于 楠 ，胡延静 ，曹 媛 ，于 勇 ，谭 辉 ，王少彧 ，薛 育

（1.陕西中医药大学附属医院影像科，陕西 咸阳 712000；2.陕西中医药大学基础医学与医学技术学院，陕西 咸阳 712000；3.西门子医疗系统有限公司磁共振事业部，上海 200000）

椎体压缩性骨折是临床常见病、多发病，主要由骨质疏松症、外伤、原发性肿瘤及转移瘤等所致，其中1/3为恶性肿瘤所致［1］。目前对无明显临床或影像学表现提示为恶性肿瘤所致椎体压缩性骨折的鉴别诊断是一个难题。随着MRI的发展，其已成为骨髓疾病的首选检查方式。常规MRI技术，如T1WI、T2WI和STIR对鉴别骨质疏松或恶性肿瘤转移引起的信号改变具有较高的敏感度，但特异度较低［2］。正常的中轴骨造血细胞包括脂肪和水成分（红骨髓脂肪含量约40%，黄骨髓脂肪含量约80%）。近年来，水-脂分离Dixon技术成功用于分析含脂性组织或病灶，如脂肪肝、肾上腺、肾脏等［3-6］，为椎体良恶性病变的鉴别诊断提供了新的手段。但关于Dixon技术在脊柱良恶性压缩骨折鉴别诊断中的价值报道尚不多见。本研究回顾性分析76例椎体压缩骨折患者，探讨水-脂分离Dxion技术对良恶性椎体压缩性骨折的鉴别诊断价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2016年8月至2017年1月陕西中医药大学附属医院收治的因椎体压缩性骨折接受CT扫描且难以确诊的患者76例，其中男35例，女 41 例；年龄 28～82 岁，平均（64.3±11.5）岁。 纳入标准：年龄＞18岁；病程＜3个月的急性或亚急性椎体骨折；排除成骨性转移、弥漫性血液系统疾病、MRI检查禁忌证及不能配合检查者。所有患者经3个月以上CT或MRI随访、PET-CT证实、组织学活检明确骨折原因。随访时间内患者疼痛逐渐减轻、完全消退和椎体骨质破坏未进展被诊断为良性压缩骨折。根据临床随访或病理结果，将患者分为良性组和恶性组，其中良性组43例（35例骨质疏松性骨折，5例创伤性骨折，3例感染性骨折；年龄28～76岁），其中颈椎3例，胸椎22例，腰椎18例；6例经穿刺活检确诊，22例经MRI随访（疼痛、水肿消失，排除恶性肿瘤骨折椎体的形态学特征）证实，15例经CT随访（疼痛消失、无恶性肿瘤进展的形态学征象）证实。恶性组33例（28例转移性骨折；原发肿瘤包括肺癌11例，乳腺癌7例，食管癌4例，结肠癌、肾癌和前列腺癌各2例，3例非霍奇金淋巴瘤，2例多发性骨髓瘤；年龄34～82岁），其中颈椎3例，胸椎 16例，腰椎14例；6例经穿刺活检确诊，22例经MRI随访证实（疼痛消失、水肿消失，排除恶性肿瘤骨折椎体的形态学特征），5例经CT随访证实（疼痛消失、无恶性肿瘤进展的形态学征象）。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Magnetom Skyra 3.0 TMRI扫描仪，16通道相控阵脊柱线圈。患者取仰卧位。扫描序列及参数：自旋回波矢状位T1WI（TR 433.00 ms，TE 8.70 ms）、快速自旋回波矢状位 T2WI（TR 4 000.00 ms，TE 110.00 ms）、矢状位 STIR（TR 4 230.00 ms，TE 98.00 ms，TI 180.00 ms），矩阵 320×256，层厚4 mm；T1加权三维容积内插屏气检查双回波 Dixon 序列，TR 4.00 ms，TE 1.31 ms和 4.00 ms，翻转角 10°，矩阵 320×256，层厚 4 mm，层距 1 mm，扫描时间16 s。

1.3 图像分析 Dixon技术采用双回波序列成像，将同相位与反相位2种图像信息相减或相加后再除以2，可获得同一层面相互匹配的同相位、反相位、纯水相及纯脂相4幅图像，便于4种图像间的对照研究。将获得的MRI图像传输至Siemens syngo.via工作站，由2名具有5年以上骨关节病变诊断经验的放射科医师采用双盲法阅片，意见不一致时，经讨论达成一致。在良性组及恶性组同相位、反相位、纯水相及纯脂相4幅图中选取椎体病变范围最大层面，绘制 ROI，应完全避开出血、坏死、囊变及钙化区域。选择经过病变邻近正常椎体正中矢状位图像，手动绘制ROI，包括整个椎体的松质骨部分，避开椎静脉入口及皮质骨等。为减少测量误差，需测量3次取平均值。计算病变椎体信号强度指数（signal intensity ratio，SIR）及脂肪分数（fat fraction，FF）［2］，公式如下：SIR=SIOP/SIIP，FF=SIFO/（SIWO+SIFO）×100%，SIOP、SIIP、SIWO、SIFO分别为反相位、同相位、纯水相、纯脂相的信号强度。

1.4 统计学分析 采用SPSS 19.0统计软件，对符合正态分布的计量资料以±s表示。2名测量者间各参数的一致性检验采用组内相关系数（intraclass correlation coefficient，ICC）分析：0 为不一致，0.01～0.20为一致性弱，0.21～0.40为轻度一致，0.41～0.60为中度一致，0.61～0.80为一致性较好，0.81～0.99为几乎一致，1.00为完全一致。以病理及临床随访证实作为金标准，计算应用Dixon技术诊断良恶性椎体压缩性骨折的敏感度、特异度、准确率、阳性预测值及阴性预测值；良性组与恶性组之间SIR和FF的比较采用独立样本t检验，并绘制ROC曲线，确定SIR、FF鉴别诊断阈值及曲线下面积（area under curve，AUC）。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 良性组与恶性组正常及病变椎体的SIR、FF值结果比较（表1，图1，2） 2名观察者所测得SIR和FF值一致性好（ICC值均＞0.8），取两者的均值。良性组与恶性组正常椎体的SIR及FF值组间比较差异均无统计学意义（均P＞0.05）。良性组SIR显著低于恶性组（P＜0.01），FF 值显著高于恶性组（P＜0.01）。

2.2 良性组及恶性组SIR及FF值ROC曲线分析绘制SIR及FF值对良恶性椎体压缩性骨折的诊断效能ROC曲线（图3），SIR鉴别良恶性椎体压缩性骨折的AUC为0.88，最佳鉴别阈值为0.86；FF鉴别良恶性椎体压缩性骨折的AUC为0.79，最佳鉴别阈值为12.75%。

3 讨论

椎体压缩性骨折病因性质的鉴别是临床常见问题，尤其对于倾向骨质疏松压缩性骨折的老年患者，正确诊断有助于治疗方式的选择和预后评估。研究报道［7-8］某些形态学特征可能有助于鉴别骨折性质，骨质疏松性椎体骨折的形态学特征包括骨折片、残留骨髓信号、STIR高信号和T1WI增强扫描无强化等；恶性椎体骨折的形态学特征包括椎体后缘皮质膨胀、硬膜外占位性病变、椎弓根破坏、T1WI弥漫性低信号、STIR呈高信号和T1WI对比增强扫描显示强化等，但均缺乏特异性。

表1 椎体压缩性骨折良性组、恶性组的信号强度指数（SIR）、脂肪分数（FF）比较（±s）

表1 椎体压缩性骨折良性组、恶性组的信号强度指数（SIR）、脂肪分数（FF）比较（±s）

组别 例数良性组 43恶性组 33 t值P值正常椎体SIR 正常椎体FF（%） 病变椎体SIR 病变椎体FF（%）0.95±0.23 68.52±17.68 0.72±0.28 27.43±6.77 1.02±0.26 72.23±21.16 1.38±0.21 11.88±4.23 0.78 1.30 -8.44 4.96 0.45 0.20 0.00 0.00

研究［9］表明，骨骼病变中存在脂肪，则高度提示良性病变。Dixon技术最初由Dixon在1984年提出［10］，利用化学位移效应在常规自旋回波序列基础上，通过调整不同的回波时间，采集同相位与反相位图。Douis等［11］使用化学位移反相位信号减低20%鉴别良恶性骨骼病变，灵敏度91.7%，特异度72.7%，阴性预测值97.1%，阳性预测值47.8%，准确率82.5%。本研究Dixon技术采用双回波序列成像，TE分别为1.31和4 ms，扫描速度快（16 s），将同相位与反相位2种图像信息相减或相加后再除以2，获得同一层面相互匹配的同相位、反相位、纯水相及纯脂相4幅图像，用于对照研究。水-脂分离Dixon技术由于具有分离脂肪组织迅速、兼容性较广、SNR较高和可定量检测脂肪组织等优点，已被广泛应用于研究含脂性组织或病灶，如脂肪肝、肾上腺、肾脏等［3-6］。近年来，Dixon技术较多应用于骨质疏松的评价中［12］。

在恶性椎体压缩性骨折中，肿瘤细胞取代了正常的骨髓组织和脂肪成分，而脂肪成分在良性病变中仍存在，此为椎体良恶性病变鉴别诊断的病理依据。林帆等［13］研究发现，反相位信号强度随着脂肪含量的增加而降低。与同相位图像相比，脂肪的存在将导致反相位图像上的信号损失［14］。本研究采用反相位与同相位的比值计算病变椎体SIR，结果显示良性组 SIR（0.72±0.28）显著低于恶性组（1.38±0.21）（P＜0.01）。良性压缩骨折，如骨质疏松、创伤或终板炎等，主要由于充血水肿，脂肪发生漂移，导致脂肪比例下降，反相位信号强度降低程度增加，SIR降低；恶性压缩骨折（主要为转移瘤所致），正常椎体组织基本被肿瘤组织所替代，脂肪比例明显下降，反相位信号强度降低不明显，SIR值增加；且SIR值为0.86时鉴别骨质疏松与转移瘤压缩骨折的灵敏度、特异度较高，此结论与Ragab等［15］研究相符合。

本研究采用双回波水-脂分离Dixon技术，较化学位移成像增加了脂相及水相2个序列，能够更精确定量病变中脂肪含量。1H-MRS可无创性定量检测腰椎骨髓脂肪含量，但也存在局限性，主要是扫描时间长，且骨髓组织内脂肪常分布不均匀［16］。张灵艳等［16］通过对68例骨量正常组和骨质疏松组腰椎椎体分别行1H-MRS和正反相位MRI检查，发现两者均能提供骨髓脂肪沉积定量信息，且Dixon可行全腰椎成像，避免因某一椎体内脂肪分布不均匀而造成的MRS分析误差。本研究显示，良性组FF值（27.43±6.77）%显著高于恶性组（11.88±4.23）%（P＜0.01）。

图1 女，69岁，骨质疏松症 图1a～1d 分别为同相位、反相位、纯水相及纯脂相图像。T10和L1（箭头）示椎体压缩变扁呈楔形。选取病变椎体病变范围最大层面，手工划定ROI（○），测量病变区域信号强度，T10的信号强度指数（SIR）和脂肪分数（FF）值分别为0.34、32.63% 图2 男，65岁，肺癌 图2a～2d 分别为同相位、反相位、纯水相及纯脂相图像。L3～5椎体形态变扁，呈多发性浸润性病变（箭头）。选取L3椎体同一层面测量病变区域（○）信号强度，SIR和FF值分别为1.28、10.83% 图3 SIR和FF对椎体骨折性质的诊断效能ROC曲线。FF和SIR的曲线下面积分别为0.79和0.88，诊断良恶性椎体压缩性骨折的最佳阈值分别为12.75%和0.86

本研究，43例良性椎体压缩性骨折中，8例经Dixon诊断为假阳性，其中4例为严重外伤所致椎体重度压缩性骨折，2例为感染所致，2例为骨质疏松性骨折。推测可能由于广泛水肿，使骨髓脂肪发生漂移，被血肿或炎性细胞代替，使SIR升高，FF降低，最终被诊断为恶性，这与Rumpel等［17-18］研究结果相似。33例恶性椎体压缩性骨折中，5例诊断为假阴性，主要为淋巴瘤和骨髓瘤，这是由于其浸润性生长方式，可保留骨小梁，因此可显示恶性细胞与残余脂肪［19］，使 SIR 降低，FF 升高，最终被诊断为良性。

本研究的局限性：①转移性椎体骨折来源于不同类型的原发性肿瘤，且未根据原发恶性肿瘤进行分组，可能导致不同信号差异；②成骨性与溶骨性转移的病理也存在差异，因此，本研究排除成骨性转移，入组转移性椎体骨折均以溶骨性转移为主，后续将以成骨性转移纳入作为研究方向之一；③多数诊断是基于临床和影像学证据，通过活检证实骨折性质在临床不常规进行。

综上所述，通过3.0 T MRI水-脂分离Dixon技术可定量测定椎体的SIR和脂肪含量的变化，对于椎体骨折性质的诊断和鉴别诊断具有重要价值。