IVIM-DWI成像序列定量评价脊柱转移瘤的价值

森巴提·别格扎提, 郭 辉, 迪里木拉提·巴吾冬

(新疆医科大学第一附属医院影像中心, 乌鲁木齐 830054)

脊柱特殊的血供系统使其成为恶性肿瘤常见的转移部位[1]，当原发肿瘤临床症状不典型时脊柱转移引起患者首发症状，而出现脊柱转移时，患者预后较差，因此早期诊断脊柱转移、侵及范围对临床治疗及干预起着重要的作用[2]。脊柱转移瘤在MRI表现为骨髓替代征，采用传统MRI诊断脊柱转移瘤并不难，但正常椎体脂肪含量高时，因转移瘤病灶含水量高，在T2WI像上均呈高信号，使一些小转移灶被掩盖，造成对患者病情的漏诊。体素内不相干运动扩散加权成像(intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI)通过双指数模型同时获得灌注和扩散信息，能更准确地反映骨髓成分的微观变化，提供骨髓病变的更多信息。本研究旨在定量评价IVIM-DWI序列在脊柱转移瘤的诊断价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料选取新疆医科大学第一附属医院影像中心2018年6-9月期间经临床病史、影像资料及病理证实的21例脊柱转移瘤患者为病例组，其中男性10例，女性11例，年龄35～83岁，平均年龄(64.3±11.5)岁。病例组均有明确原发病史，肺癌6例、乳腺癌3例、直肠癌1例、食管癌2例、前列腺癌3例、卵巢癌2例，乙状结肠癌1例、胰腺癌1例、鼻咽癌2例。另取11例健康志愿者为对照组，其中男性7例，女性4例，年龄23～72岁，平均年龄(40.82±14.89)岁，无肿瘤病史，排除脊柱良恶性病变、脂肪变及压缩性骨折等。病例组和对照组均排除有幽闭恐惧症或核磁检查禁忌证者。

1.2 检查方法采用德国Siemens公司Skyra3.0T型磁共振机，运用脊柱线圈对患者各椎体进行MRI常规序列和IVIM-DWI序列的扫描。常规序列包括矢状位的自旋回波序列(SE) T1 加权成像、快速自旋回波序列(FSE) T2 加权成像、T2 加权压脂成像及矢状位IVIM-DWI序列成像，IVIM-DWI共有8个b值(0、50、100、150、200、400、600、800)。扫描参数：矢状位IVIM-DWI序列：共有8个b值(0、50、100、150、200、400、600、800)，TR：6 800 ms，回波时间(TE)：82 ms，层厚：3 mm，层间距：1 mm,激励次数(NEX):2次,成像野(FOV):320 mm,扫描时间5 min，扫描序列及各参数见表1。

表1 病例组患者MR常规序列和IVIM-DWI序列的扫描参数

1.3 IVIM-DWI图像及数据后处理将IVIM-DWI图像传输至Siemens syngo．via工作站并导入MITK-Diffusion专用后处理软件，感兴趣区(ROI)选取在病灶显示最大的3个层面并避开坏死、囊变及血管部位，每个层面取3个ROI，测定各参数值，即D、D*及f值并取平均值，ROI面积75～175 mm2。对照组ROI选取椎体信号强度显示较均匀的连续3个层面，并保持其大小与病例组一致，每个层面取3个ROI，测定各参数计算平均值，经Win-micron专用后处理软件生成各参数的伪彩图。

2 结果

病例组患者21例，共侵犯椎体110个，其中颈椎14个、腰椎33个、胸椎48个、骶椎15个。与对照组D、D*值(0.33±0.17)×10-3、(20.91±24.25)×10-3mm2/s比较，病例组D、D*值(0.81±0.44)×10-3、(55.28±42.12)×10-3mm2/s升高，差异有统计学意义(P<0.01)；与对照组f值(0.37±0.15)%比较，病例组f值(0.12±0.07)%降低，差异有统计学意义(P<0.01)，见表2。对照组和病例组椎体IVIM-DWI成像效果均较好，见图1、2。IVIM-DWI各参数对脊柱转移瘤的诊断阈值、AUC、敏感度和特异度分别为:D值：0.75×10-3mm2/s、0.917、86.4%、88.3%;D*值：0.54 ×10-3mm2/s、0.752、71.8%、81.9%,f值为0.073，表明诊断效能低，见图3。

表2 脊柱转移瘤患者与正常志愿者的IVIM-DWI 相关参数指标比较

图1 脊柱转移瘤图

(注：55岁某男性患者，a:T2WI序列，矢状位；b:T2WI压脂序列，矢状位；c:D值伪彩图；d:D*值伪彩图；e:f值伪彩图)

图2 正常脊柱图

图3 D、D*及f值诊断脊柱转移瘤的ROC曲线

(注：蓝色代表D值；绿色代表D*值；黄色代表f值；紫色代表参考线)

3 讨论

骨骼是恶性肿瘤第三大转移部位，其中最常见的是脊柱转移，多发于胸、腰椎，其次为颈、骶椎[3]。椎体转移最早出现骨髓代谢改变而后发生形态改变，当病变进展至形态改变时会出现脊髓压迫症，造成不同程度神经功能障碍，若不能及时处理则造成脊髓坏死并产生严重后果。因此早期发现骨髓代谢的变化在脊柱转移瘤的治疗和预后起着十分重要的作用。MRI对骨髓变化较敏感，而脊柱转移瘤早期表现为骨髓替代征[4]，临床上多采用MRI诊断脊柱转移瘤，但当正常椎体脂肪含量高时，转移瘤病灶含水量高，在T2WI像上整个椎体都呈稍高信号，使一些小转移灶被掩盖，当脊柱转移瘤原发瘤不明确及单发和椎体形态无变化的病例亦难以诊断。常规DWI技术基于单指数模型，其ADC值受多种因素的影响，在人体组织中，不仅有水分子的运动，也有微循环的灌注，而常规DWI不能区分各种因素进行定量分析[5]，因此要得到准确的纯扩散及灌注信息，常规DWI不再适用。而体素内不相干运动扩散加权成像(IVIM-DWI)作为传统DWI技术的延伸，最初由Lebihan等[6]提出, 基于双指数模型多b值来定量分析活体组织内水分子的扩散及血液微循环灌注的信息。低b值时反映微循环的灌注、高b值时基本反映纯水分子的扩散[7]。近些年来，IVIM-DWI在肿瘤性病变诊断中应用较多[8]，主要用于脑胶质瘤分级、乳腺癌、前列腺癌及肾癌等疾病的诊断，而在骨关节系统方面的研究仍罕见，需要作出大量研究来为骨关节系统方面的疾病提供更多定量参数的诊断阈值[9-11]。

本研究将IVIM-DWI技术应用在脊柱转移瘤的定量分析中，得出相关参数D、D*及f值，其中D(diffusion coefficient)为扩散系数,代表感兴趣区纯水分子所致扩散效应,D*(pseudo-diffusion coefficient)为伪扩散系数,代表感兴趣区局部微循环灌注所致扩散效应;f(perfusion fraction)是灌注分数,代表感兴趣区微循环灌注效应占总体扩散效应的容积率。本研究共纳入的21例脊柱转移瘤患者病变椎体D值及D*值均高于对照组，与樊秋菊等[12]研究结果相似。D值高可能是脊柱转移瘤肿瘤细胞破坏椎体骨质，使骨小梁数量减低，造成骨质密度下降，细胞外间隙增加，水分子自由扩散增加[13-16]。D*值为相对应的D值的10倍以上，其值高可能与转移性椎体骨质新生血管生长迅速、血液灌注量较大有关。本研究发现病例组f值低于对照组，理论上f值应随灌注成分增加而增加，f值低可能与TR、TE等扫描参数的影响有关。D、D*及f值在诊断脊柱转移瘤中有一定价值,ROC曲线显示D值诊断效能最大，其敏感度及特异度也最高，其次为D*值，而f值诊断效能极低，反应纯水分子扩散及灌注相关水分子扩散在诊断脊柱转移瘤中意义较大。IVIM-DWI是一种无创性的MR定量成像检查技术,D、D*及f值可以反映脊柱转移瘤椎体肿瘤细胞密集度及灌注特性,为脊柱转移瘤的影像学诊断提供理论依据。