联合18F-FDG和18F-NaF PET/CT对骶骨衰竭性骨折及转移瘤的鉴别诊断价值

夏雨霄 丁浩源 赵艳红 刘会攀 王姊 陈跃

衰竭性骨折是应力性骨折的一种，是指轻微外力作用于内源性强度减弱的骨骼而导致的骨折，也称功能不全性骨折。骶骨衰竭性骨折（sacral insufficiency fractures，SIF）是正常生理性应力或反复肌肉牵拉持续作用于弹性抵抗力减弱的骶骨而导致骨皮质或骨小梁断裂引起的骨折，骨质疏松和盆腔放疗是致病的常见原因[1-2]。经盆腔放射治疗的病人中45%～89%可发生SIF[3]。CT、MRI及全身骨显像区分SIF和转移瘤有一定困难，特别是对于骨质疏松的老年癌症病人或盆腔放疗后的病人。正确区分两者对于避免过度放化疗和不必要的活检至关重要。随着正电子发射体层成像（PET）/CT临床应用的日益增多，多种放射性显像剂已经被应用于临床诊疗，如18F-氟脱氧葡萄糖（FDG）已广泛用于恶性肿瘤的诊断、分期和疗效监测，18F-氟化钠（NaF）已成为有潜力的放射性骨显像剂，但两者在SIF方面的研究报道极少。本研究旨在探讨18F-FDG联合18F-NaF PET/CT对SIF和转移瘤的鉴别诊断价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性收集西南医科大学附属医院2013年3月—2017年10月期间经临床或病理诊断为SIF或骶骨转移瘤的病人122例，男40例，女82例，年龄24～81岁，中位年龄58.1岁。纳入标准：①年龄≥18岁；②均行18F-FDG和18F-NaF PET/CT检查，且于3 d内完成；③2项检查中至少有1项发现骶骨局部显像剂异常摄取。排除标准：①有明确骶尾部外伤史和/或已知长期过量运动；②患有除骨折以外的其他良性骶骨疾病；③患有原发性骶骨肿瘤；④PET/CT检查前行骶骨有创性检查者。根据影像诊断及后期随访（1年以上）或病理结果将病人分为SIF组和转移瘤组：①SIF组52例，男9例，女43例，年龄46～81岁，中位年龄63.7岁。45例出现腰骶部、髋部和/或下肢放射痛，7例无明显特异性症状；其中19例有恶性肿瘤病史。②转移瘤组70例，男 31例，女 39例，年龄 24～76岁，中位年龄55.4岁；62例出现腰骶部疼痛或全身疼痛，8例无特异性临床症状。

1.2 诊断标准 SIF组：①CT可见骶椎与骶髂关节平行的线状硬化性病变；②MRI可见骶骨T1WI低信号带的骨折线影，周围骨髓水肿强化；③99Tcm-亚甲基二磷酸盐（99Tcm-methylenediphosphonate,99Tcm-MDP）全身骨显像可见骶骨“H”形、“蝶”形、“弓”形代谢活跃区；④符合上述任意1种影像表现，且1年以上随访病灶无进展；或骶骨病灶病理检查证实为骨折[4-5]。骶骨转移瘤组：①有确切的原发性恶性肿瘤病史；②99Tcm-MDP全身骨显像发现骶骨无规律的骨组织放射性异常浓聚或减低缺损灶，随访发现病灶持续存在或范围进一步扩大；③X线平片、CT或MRI检查发现骶骨局部骨组织有溶骨性或成骨性破坏、病理性骨折；④符合①②③中任意2条；或骶骨病灶病理检查证实为转移瘤。

1.3 设备与方法 采用西门子Eclipse HD（SD_000_N 8-460）回旋加速器、北京特派生物技术有限公司专用18F-FDG自动化学合成系统 （PETFDG-IT-N）自行制备18F-NaF和18F-FDG，两者的放射化学纯度均＞95%。18F-FDG检查前需禁食4 h以上，保证空腹血糖在11.1 mmoL/L以下。经手背静脉注射显像剂，18F-FDG注射剂量为5.5 MBq/kg体质量，避光安静休息1 h后行PET/CT扫描；18F-NaF注射剂量为4.07 MBq/kg体质量，45 min后行PET/CT检查。采用Philips Gemini TF 16扫描设备，先行16层螺旋CT扫描，范围自颅顶至股骨中上段。扫描参数：①18F-FDG：管电压 120 kV，管电流 100 mA，螺距0.81，旋转时间0.5 s/r，层厚1 mm，层间距5 mm，矩阵512×512，窗宽 300～500 HU，窗位 40～60 HU。同机PET 三维采集，层厚 5 mm，70～90 s/床位，共采集7～8个床位。②18F-NaF：管电压120 kV，管电流40 mA，螺距 0.81，旋转时间 0.5 s/r，层厚 1 mm，层间距 5 mm，矩阵 128×128，窗宽 1 000～1 500 HU，窗位250～350 HU，CT采用骨算法重建。同机PET三维采集，层厚 3.0 mm，50～60 s/床位，共采集 11～13 个床位。采用衰减校正和有序子集最大期望值法重建获得横断面、冠状面、矢状面PET影像。影像融合由Philips自备的后处理融合软件自动完成。

1.4 影像分析 由3名不同年资（1名低级别，2名高级别）的影像专业医师共同对PET/CT影像进行分析。观察记录病灶部位的影像特点，包括部位、周围软组织情况、解剖形态及显像剂浓聚形态。由1名医师勾画骶骨病灶作为兴趣区（ROI），分别记录ROI区域内18F-NaF和18F-FDG的最大标准摄取值SUVmax-NaF和SUVmax-FDG，并计算两者的比值（SUVmax-NaF/FDG）。

1.5 统计学方法 采用SPSS 17.0统计软件进行数据分析。非正态分布的计量资料以[中位数（四分位距），M（P25，P75）]表示，2 组间比较采用 Mann-Whitney U检验。计数资料以例（%）表示，2组间比较采用χ2检验。采用受试者操作特征（ROC）曲线判断SUVmax-NaF、SUVmax-FDG和SUVmax-NaF/FDG对SIF和骶骨转移瘤的鉴别诊断效能，确定最佳截断值并计算敏感度、特异度。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 CT及PET/CT表现

2.1.1 SIF CT典型表现为骶骨翼纵行、骶骨体横行的透亮骨折线或/和硬化带，形态不规则，呈锯齿状，骨皮质欠连续、轻微错位及少许游离骨碎片。病灶周围无软组织肿块形成。18F-FDG PET/CT横断面表现为显像剂沿骨折线呈条片状、结节状浓聚。18FNaF PET/CT影像上横断面表现为沿骨折线走行的片状、结节状、条带状的高摄取区，或由骶骨体水平浓聚区和双侧骶骨翼纵行浓聚区连接组成典型“H”形代谢活跃区（图1）。

2.1.2 骶骨转移瘤 CT典型表现为虫蚀状、地图样溶骨性骨质破坏，边缘不规则，无硬化，不伴骨膜反应，部分骨质破坏区形成软组织肿块，也有呈絮状、边界模糊的高密度灶，骨小梁增粗、模糊或两者兼有。18F-FDG PET/CT横断面表现为不规则片状、结节状浓聚。18F-NaF PET/CT横断面表现为片状、结节状或围绕软组织肿块不规则条形、新月形、环形浓聚，软组织肿块通常表现为显像剂分布缺损（图2）。

图1 SIF病人，女，73岁。CT横断面影像（A、B图）上可见双侧骶骨翼骨皮质不连续，低密度线样影与骶髂关节面平行，周围骨质密度不匀，以左侧为著，周围软组织稍肿胀（箭头）。18F-FDG PET全身显像（C图）可见骶骨左侧显像剂分布呈“く”形（箭头）；横断面显像（D、E图）示左侧骶骨翼结节状显像剂摄取增高影（箭头），SUVmax-FDG为3.9。18F-NaF PET/CT全身（F图）及横断面（G、H图）显像示双侧骶骨翼两条垂直浓聚带与骶骨体水平浓聚带连接组成“H”形显像剂浓聚区，即“Honda”征（箭头），SUVmax-NaF为 89.1。

2.2 2种显像剂对骶骨病灶检出的比较18F-NaF对 SIF的检出率 （100%，52/52）高于18F-FDG（92.3% ，48/52） （χ2=4.160，P=0.041），18F-FDG PET/CT假阴性（即同机CT未见骨折线影）4例（7.7%，4/52；SUVmax-FDG=0.6±0.2）。2 种方法对骶骨转移瘤的检出率相同，均为100%（70/70）。

2.3 2组间不同显像剂的SUVmax的比较 SIF组的SUVmax-NaF、SUVmax-NaF/FDG高于骶骨转移瘤组，而SUVmax-FDG低于骶骨转移瘤组（均P＜0.05）。详见表1。

2.4 2种显像剂SUVmax及其比值鉴别骶骨转移瘤和 SIF的诊断效能 SUVmax-FDG、SUVmax-NaF和SUVmax-NaF/FDG鉴别骶骨转移瘤和SIF的ROC曲线见图3。SUVmax-NaF/FDG鉴别骶骨转移瘤和SIF的ROC曲线下面积（AUC）、敏感度、特异度均最高，SUVmax-NaF的AUC、敏感度、特异度均最低，见表2。

3 讨论

图2 非小细胞肺癌术后骶骨转移瘤病人，男，58岁。CT横断面影像（A、B图）上可见S1椎体右侧附件区及右侧骶骨翼地图样溶骨性骨质破坏（箭头），边缘不规则，无硬化，伴软组织肿块形成（箭头），累及右侧骶髂关节面。18F-FDG PET全身显像（C图）示骶骨右侧翼显像剂呈片状分布，摄取稍增高（箭头）；横断面显像（D、E图）示软组织肿块及周围骨质显像剂呈不规则片状，摄取稍增高（箭头），SUVmax-FDG为3.0。18F-NaF PET全身骨显像（F图）示骶骨右侧结节状显像剂浓聚（箭头）；横断面显像（G、H图）示显像剂沿软组织肿块周围骨质浓聚（箭头），SUVmax-NaF为26.1。

表1 2组对不同显像剂摄取（SUVmax）的比较

表2 2种显像剂的SUVmax及其比值鉴别骶骨转移瘤和SIF的诊断效能

图3 2种显像剂的SUVmax及其比值鉴别骶骨转移瘤和SIF的ROC曲线

1982年，Lourie[5]首次报道SIF，此类骨折好发于绝经后女性，骨质疏松是其发生的根本原因，盆腔放射治疗是重要的诱发因素。除此之外，激素治疗、类风湿性关节炎、骶髂关节成形术等也可能导致SIF。病人多表现为腰骶部、髋部或/和下肢放射性疼痛，活动后加重，休息后减轻[6-7]。传统X线平片鉴别诊断SIF和骶骨转移瘤很困难，CT的敏感度显著高于传统X线平片，目前对于临床怀疑骨折而X线平片检查阴性的病人，矢状面多层CT多平面重组技术可提高骶骨骨折的检出率[8]。但是，衰竭性骨折病人大多合并骨质疏松，骨质密度普遍减低，CT检查仍很难在早期精确定位未累及骨皮质的骨折线[9]。MRI显示软组织病变的分辨力和对比度较好，但对骨质的分辨力低于CT[10]。部分SIF病人有原发恶性肿瘤病史，当骨髓水肿信号明显掩盖骨折线时，MRI表现缺乏特异性，易误诊为侵袭性疾病[9]。99Tcm-MDP全身骨显像检测SIF的敏感性高，可呈“H”型或蝶形特征性显像剂摄取模式[11]。随着PET/CT的应用日益增多，多种正电子显像剂逐步应用于临床。18FFDG PET/CT已广泛应用于各种癌症病人的临床诊断、分期和疗效监测。18F-NaF相比于99Tcm-MDP具有更高的骨骼亲和力和更快的血浆清除率[12]，能有效反映骨骼血流状况及重建情况，虽然它的摄取是非肿瘤特异性的，但已有研究证实了18F-NaF PET/CT对骨转移的诊断价值[13]。以上2种正电子显像剂用于鉴别诊断SIF和骶骨转移瘤的报道极少，本研究对比分析了SIF组、骶骨转移瘤组共122例病人分别在18F-NaF PET/CT和18F-FDG PET/CT上的显像特点，以期指导临床工作。

半定量分析SUVmax对SIF和骶骨转移瘤的鉴别诊断具有重要价值。众所周知，18F-FDG PET/CT可以通过SUVmax-FDG进行半定量分析以鉴别良恶性肿瘤，相关研究较多[14-15]，但国内18F-FDG用于诊断SIF的研究极少[16]，国外也多为个案报道，如Halac等[17]报道了1例子宫内膜癌盆腔放疗后SIF病人，SUVmax-FDG=4.3；Salavati等[18]报道了 8 例骨盆放疗后 SIF 病人，SUVmax-FDG 的中位值为 2.5（1.6～6.0）。本研究结果显示，骶骨转移瘤SUVmax-FDG显著高于SIF，SUVmax-FDG=4.4是鉴别两者的最佳截断值，敏感度、特异度分别为77.1%、84.6%，与以上研究[16-17]结果相符。18F-NaF PET/CT半定量分析用于鉴别良恶性骨肿瘤存在争议[19]，国内外几乎没有18F-NaF用于诊断SIF的报道。本研究结果显示，SIF的SUVmax-NaF显著高于骶骨转移瘤，最佳临界值SUVmax-NaF=40.4，其敏感度、特异度分别为72.9%、65.4%。虽然SUVmax-FDG的敏感度和特异度高于SUVmax-NaF，但SIF组中有4例病人在18F-FDG PET/CT中呈假阴性（SUVmax-FDG=0.6±0.2），而在18F-NaF PET/CT上可见明显的显像剂浓聚灶（SUVmax-NaF=37.9±16.7），18F-NaF PET/CT对 SIF的检出率高于18FFDG PET/CT。本研究还分析比较了SUVmax-NaF/FDG对SIF和转移瘤的鉴别价值，结果显示，SUVmax-NaF/FDG鉴别诊断SIF和转移瘤的敏感度、特异度分别为 82.9%、96.2%，高于 SUVmax-FDG（77.1%、84.6%）和SUVmax-NaF（72.9%、65.4%）。上述研究结果表明，单独通过半定量分析鉴别SIF和骶骨转移瘤时，18F-FDG优于18F-NaF，而两者联合应用可以提高SIF的检出率。此外，良恶性骶骨病灶的SUVmax分布范围有重叠，因此不能仅仅通过SUVmax的高低来评判骶骨病灶的性质，还需结合显像剂浓聚形态以及体层解剖影像鉴别两者。

18F-NaF浓聚形态有助于鉴别SIF和骶骨转移瘤，而18F-FDG浓聚形态鉴别两者的价值有限。本研究结果显示，除片状、结节状18F-NaF浓聚以外，SIF可以特征性表现为条带状或典型“H”形的18FNaF浓聚，骶骨转移瘤可以特征性表现为围绕软组织肿块的不规则条形、新月形、环形的18F-NaF浓聚及软组织肿块区域显像剂分布缺失。因此，18F-NaF的浓聚形态对于鉴别SIF和骶骨转移瘤有一定参考价值。恶性骨折18F-FDG通常表现为髓内摄取，因为骨髓是骨骼转移的主要部位，而良性骨折多在骨折部位周围的骨皮质或软组织内呈轻度显像剂摄取，但本研究中此征象并不明显。SIF和骶骨转移瘤的18F-FDG浓聚形态均表现为片状、结节状，两者的18F-FDG浓聚形态无特异性，无法单独从18FFDG浓聚形态鉴别SIF和骶骨转移瘤。

骶骨病灶区的软组织肿块是鉴别SIF和骶骨转移瘤的重要间接征象。由于引起SIF的外力多轻微，损伤区域的出血量少，SIF的软组织水肿发生率远低于耻骨和髋臼衰竭性骨折且水肿程度轻[20]，而骶骨转移瘤生长速度快、恶性程度高，易破坏骨质而形成软组织肿块。本研究结果显示，骶骨转移瘤病人的骨质破坏区可形成软组织肿块，而SIF病人病灶周围仅出现轻微软组织肿胀，无软组织肿块形成。因此，骶骨病灶区软组织肿块可为SIF和转移瘤的鉴别提供重要信息。

本研究考虑到因骨量和血流量不同，正常骨骼不同部位对18F-NaF摄取存在差异[21]，因此将研究部位局限于骶骨，减少了不同部位NaF生理性摄取差异对实验结果的影响。而且，本研究样本量相对较大，数据较为可靠。除此之外，本研究实施的连续2次PET/CT检查（16～26 mSv）不会对病人身体产生辐射损伤。但是，本研究也存在一些局限性：①本研究是一项回顾性病例对照研究，选择偏倚可能会影响研究结果。②本研究没有把骨折时间及修复程度对显像剂摄取程度的影响纳入观察范围。③本研究未进行多次的PET/CT随访，无法了解随时间的推移SUVmax的动态变化。④本研究未完全获得纳入病例的病理结果，部分病人是通过临床随访诊断或排除诊断。

综上所述，通过SUVmax值、显像剂浓聚形态及骶骨病灶区软组织肿块可以鉴别诊断SIF和骶骨转移瘤，18F-FDG和18F-NaF 2种显像剂在以上方面各有其优势，两者联合应用可以互补，对鉴别诊断SIF和骶骨转移瘤有增益价值。