多b 值弥散加权成像及常规磁共振成像对儿童急性白血病腰椎骨髓浸润诊断价值评估

孙海燕， 李荣品， 吴亚兰， 丛梦迪， 王伟秀， 王 晶， 侯振洲

河北省儿童医院CT—磁共振科，河北 石家庄 050031

急性白血病(acute leukemia，AL)是造血干细胞的恶性克隆性疾病，肿瘤细胞取代正常组织在骨髓内异常增殖，正常造血功能被抑制[1]。 根据受累细胞类型将AL 分为急性淋巴细胞白血病(acute lymphoblastic leukemia，ALL)和急性髓细胞白血病(acute myeloid leukemia，AML)。 儿童以ALL较多见，约占80%[2]。 临床主要依赖骨髓穿刺涂片进行诊断和疗效评估，但因骨髓穿刺取材有限，在反映骨髓病变程度及累及范围方面存在局限性[3]；其次，有创性操作存在感染和出血风险，多次反复进行，患儿不易耐受[4]。 磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)1 次检查即可获得大范围内的骨髓状态，对正常骨髓及髓内病变进行充分显示，弥补了骨髓活检的不足。 目前，应用多b 值弥散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)进行儿童白血病骨髓浸润研究的报道较少见。 本研究应用多b 值DWI 对AL 儿童腰椎MRI 图像进行分析，探讨其在诊断儿童AL 方面的临床应用价值。 现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取自2019 年3 月至2020 年11 月于河北省儿童医院血液科就诊的临床初诊为急性初发白血病的29 例患儿为白血病组。 其中，男性18 例，女性11 例；年龄0.4 ~13.0 岁，平均年龄5.3 岁；ALL 22 例，AML 7 例。 纳入标准:(1)经骨髓穿刺结果证实为AL；(2)MRI 检查前未行手术、放疗、化疗、介入等相关治疗；(3)MRI 检查时间与骨髓穿刺活检时间相差≤48 h。 排除标准:(1)脊椎椎体存在其他病变，如肿瘤、炎症或外伤等；(2)无骨髓穿刺活检病理结果；(3)DWI 和表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)图伪影较重，影响测量。 另随机选择于我院就诊的无血液系统疾病史、椎体肿瘤疾病史及手术史的32 例患儿作为正常组，其中，脊髓栓系2 例，遗尿26 例，脑膜炎1 例，藏毛窦1 例，脊柱侧弯2 例；男性17 例，女性15 例；年龄0.4 ~14.0 岁，平均年龄5.2 岁。 本研究属于回顾性研究，并经医院伦理委员会批准。

1.2 检查方法 扫描设备为Philips Achieva 1.5T 双梯度超导MR 成像设备，不能合作的小儿在扫描前30 min 给予10%水合氯醛液(0.5 ~1.0 ml/kg)灌肠镇静。 采用5 通道相控阵线圈。 MRI 扫描序列包括腰椎矢状位，T1WI 序列扫描参数为TR 400 ms，TE 8 ms，层厚2.5 mm，层间距1.0 mm；T2WI 序列扫描参数为TR 3 000 ms，TE 120 ms，层厚2.5 mm，层间距1.0 mm；短时反转恢复序列STIR 序列扫描参数为TR 4 265 ms，TI 165 ms，TE 80 ms，层厚2.5 mm，层间距1.0 mm。 矢状位DWI 序列采用单次激发回波平面成像(SS-EPI)序列扫描，b 值选择0、200、400、600 s/mm2，TR 910 ms，TE 61 ms，层厚3.5 mm，层间距1.0 mm，NSA ＝4，FOV ＝(31 ×20) ~(44 ×24)，矩阵＝176 ×210。

1.3 数据采集 将原始数据传至Extended MR WorkSpace 2.6.3.3 工作站，进行图像后处理，重建ADC 图，由两位高年资影像科医师分别利用自带测量工具在T1WI、T2WI、STIR、DWI 及ADC 序列上进行测量，取椎体矢状位中心层面，测量第2 ~4 腰椎体，绘制感兴趣区(region of interest，ROI)，尽量适宜椎体的大小，但不包括骨皮质、椎间盘及周围韧带，每个椎体测量3 次，将两位医师测量结果的平均值作为最终记录值。 测量的数据包括T1 信号强度(ST1)、T2 信号强度(ST2)、STIR 信号强度(SSTIR)、DWI 信号强度(SD0、SD200、SD400、SD600)、ADC 值。

1.4 统计学方法 采用SPSS 21.0 统计学软件对数据进行处理。 计量资料用均数±标准差(±s)表示，组间比较采用独立样本t 检验。 绘制受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve，ROC)，分析常规序列、DWI 序列对白血病组及正常组的鉴别诊断效能。 以P <0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 白血病组与正常组ST1、ST2、SSTIR、ADC 值的比较 白血病组的ST1、ST2均低于正常组，组间比较，差异均有统计学意义(P<0.05)。 两组SSTIR、ADC 比较，差异无统计学意义(P>0.05)。 见表1。

表1 白血病组与正常组ST1、ST2、SSTIR、ADC 值的比较(±s)

表1 白血病组与正常组ST1、ST2、SSTIR、ADC 值的比较(±s)

组别 ST1ST2SSTIRADC 值/mm2·s-1正常组 683.09 ±111.22 695.71 ±121.99 347.01 ±110.38 (0.56 ±0.13) ×10-3白血病组 418.66 ±66.87 499.86 ±106.66 378.74 ±114.36 (0.54 ±0.14) ×10-3 t 值 －11.371 －6.644 1.102 －0.647 P 值 <0.05 <0.05 >0.05 >0.05

2.2 白血病组与正常组不同b 值DWI 信号强度比较 白血病组不同b 值的DWI 信号强度均高于正常组，组间比较，差异均有统计学意义(P <0.05)。 各组DWI 信号强度随b 值增高降低。 其中，白血病组SD0与SD200、SD400、SD600比较，差异均有统计学意义(P <0.05)；SD200与SD600比较，差异有统计学意义(P <0.05)；其余两两比较，差异均无统计学意义(P>0.05)。 正常组SD0与SD200、SD400、SD600比较，差异均有统计学意义(P<0.05)；SD200、SD400、SD600组间两两比较，差异无统计学意义(P>0.05)。 见表2。

2.3 ST1、ST2的诊断效能评价 ROC曲线显示，ST1对应的曲线下面积(area under the curve，AUC)为0.988，ST2对应的AUC 为0.885，AUC 均>0.5，认为T1WI 及T2WI 序列鉴别白血病与正常组均有诊断学意义，T1WI 序列诊断效能更高，以541.4 作为诊断最佳临界值，差异有统计学意义(P <0.05)，即ST1<541.4 时，判定为白血病。 见图1。

表2 白血病组与正常组不同b 值DWI 信号强度的比较(±s)

表2 白血病组与正常组不同b 值DWI 信号强度的比较(±s)

注:与本组SD0比较，①P<0.05；与本组SD200比较，②P<0.05

组别 SD0SD200SD400SD600正常组 448.32 ±115.95 375.58 ±95.00①340.53 ±94.03①321.63 ±89.75①白血病组 625.73 ±132.78 551.92 ±135.81①496.74 ±127.44①447.29 ±120.79①②t 值 5.570 5.920 5.482 4.640 P 值 <0.05 <0.05 <0.05 <0.05

2.4 不同b 值DWI 信号强度的诊断效能 ROC 曲线显示，不同b 值DWI 各序列AUC 均>0.5，SD200的AUC 值最高，为0.852，最佳临界值为504.65，敏感度为69%，特异度为90.6%。 见图2。

2.5 ALL 及AML 各测量值比较 ALL 和AML 患儿在常规序列和不同b 值下DWI 序列的信号强度、ADC 值比较，差异均无统计学意义(P>0.05)。 见表3。

3 典型病例

男性患儿，6 岁，诊断为ALL，MRI 及DWI 图像见图3。

4 讨论

图1 ST1、ST2鉴别白血病组和正常组的ROC 曲线

图2 不同b 值DWI 信号强度的ROC 曲线

表3 ALL 和AML 患儿各测量值间的比较(±s)

表3 ALL 和AML 患儿各测量值间的比较(±s)

组别 ST1ST2SSTIRSD0SD200SD400SD600ADC 值/mm2·s-1 ALL 患儿411.97±43.86 521.32±88.69 383.01±104.74 629.42±135.67 561.08±142.03 507.80±134.10 453.93±129.46 (0.54±0.14)×10-3 AML 患儿439.69±116.00 432.41±136.25 365.31±149.54 614.14±132.85 523.14±119.15 461.99±104.83 426.40±93.58 (0.54±0.15)×10-3 t 值 －0.618 2.025 0.351 0.261 0.637 0.824 0.518 0.028 P 值 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05

图3 MRI 及DWI 图像(a.T1WI；b.T2WI；c.STIR 矢状位图像，T1WI 椎体信号弥漫性减低；d~g.b 值分别为0、200、400、600 s/mm2 对应的DWI 图像；h.ADC 图像)

骨髓是人体的造血器官，依功能不同分为红骨髓和黄骨髓，红骨髓中造血细胞约占60%，脂肪细胞约占40%；黄骨髓含大量脂肪组织，无直接造血功能[5]。 婴儿时期骨髓主要为红骨髓，随着年龄的增长，从外周骨向中轴骨逐渐被富含脂肪的黄骨髓取代，约20 ~25岁形成成人型红黄骨髓分布[3]。 当人体由于各种原因导致现有红骨髓造血能力不足时(如白血病、贫血等原因)，黄骨髓即向红骨髓逆转，首先于中轴骨发生骨髓逆转[6]，且中轴骨是其异常表现最为显著的部位之一。 腰椎的MRI 成像效果较佳，作为ROI 进行相关测量时部分容积效应较小，故而本研究选取腰椎作为研究部位。

Bracken 等[7]研究发现，年龄<5 岁儿童正常骨髓MRI在T1WI 表现为等或稍高信号(与骨骼肌信号相比)，年龄<1 岁组患儿等信号比例高于年龄≥1 岁组。 发生AL 时，T1WI 信号减低，与骨骼肌信号近似，稍低于椎间盘信号[8]。Nguyen 等[9]研究认为，与淋巴瘤相比，白血病骨髓替代以弥漫性模式更常见；在T2WI 上，正常骨髓呈中等或稍高信号，高于邻近肌组织，AL 时表现为均匀一致的中等或略高信号，信号强度低于正常组。 余海宁等[10]认为，初发白血病患儿椎体骨髓T2WI 表现为中等信号，与正常骨髓信号比较，无明显差别。 这与本研究结果稍有差别，分析原因考虑余海宁等[10]报道的患儿平均年龄为8.1 岁，本研究患儿平均年龄为5.3 岁，偏小，骨髓内含水量较多，虽然，白血病浸润时含水量增加，脂肪含量减少，但可能由于增加的水分不足以抵消减少的脂肪含量，导致测量的T2WI 信号强度低于正常组。本研究ROC 曲线显示，T1WI、T2WI 均能鉴别白血病组和正常组，T1WI 诊断效能更高，借助T1WI 信号强度值进行定量分析确诊的准确率更高，还可对患儿的预后进行评价，降低骨髓穿刺带来的痛苦[11]。 还有研究应用T1WI 信号强度直方图分析ALL 和正常儿童，认为95th T1WI 值的鉴别诊断效能最高，具有临床应用价值[12]。

STIR 图像中，正常黄骨髓表现为低信号，红骨髓信号与肌肉信号近似为中等信号强度[5]。 有研究报道，成人白血病患者椎体含水量增加，导致椎体STIR 信号增高，认为STIR 序列能有效观察白血病进程中骨髓的改变及治疗效果[13]。 而在本研究中，白血病组与正常组的STIR 信号强度差异无显著性，考虑本研究患儿年龄均偏小，小年龄儿童骨髓本身含水量较多，脂肪含量少，脂肪抑制后，信号增高不太明显，这一结果有待增加样本量继续研究。

DWI 序列能反映人体组织中水分子的自由扩散运动[14]，其信号强度与扩散程度和T2 的穿透效应有关，扩散程度取决于b 值。 本研究结果显示，同一b 值下，白血病组腰椎骨髓的DWI 信号强度均高于正常组，表明白血病细胞代替正常骨髓，骨髓中细胞密集程度增加；而相同成像组织随着b 值的增加，DWI 信号强度逐渐降低，说明b 值越高，组织成像受T2 穿透效应的影响越小。 ADC 值是DWI 数据的定量分析，与组织学检查中细胞含量有关，为组织特征描述提供了客观参数。 本研究中，正常组ADC 值高于于萍等[15]报道的结果，因为本研究中的研究对象均为儿童，骨髓中的红骨髓比例相对较大，水分子含量多，且红骨髓的ADC 值高于黄骨髓，因此儿童腰椎骨髓的ADC 值偏大。 Nonomura 等[16]研究认为，正常富细胞骨髓和白血病骨髓间的ADC 值比较，差异无统计学意义(P >0.05)，但正常成人乏细胞骨髓、中等细胞骨髓与正常儿童富细胞骨髓的ADC 值间有统计学差异，这与本研究结果一致，本研究中，正常组与白血病组ADC 值无明显差别。 本研究ROC 曲线提示，不同b 值DWI序列均能鉴别白血病组和正常组，b 值为200 s/mm2时诊断效能较高，提示在临床可疑AL 进行脊柱检查时推荐使用低b 值扫描。 目前，有关骨髓DWI 序列b 值的选择尚不统一，Tang 等[17]研究表明，鉴别良、恶性椎体压缩骨折的最佳b 值为300 s/mm2；也有学者选择b 值为1 000 s/mm2进行白血病患者髂骨治疗前后ADC 值的比较[16]。 因此，有待进一步研究和开发适用于骨髓检查的合适的b 值，以取得最佳的图像质量。

本研究结果还显示，ALL 和AML 患儿在常规序列和不同b 值下DWI 序列的信号强度、ADC 值比较，差异均无统计学意义(P>0.05)，提示MRI 虽敏感性较高，但特异性较低，尚不能鉴别ALL 和AML。

MRI 是一种极好的评估儿童AL 的无创方式，特别是对于病史和体格检查受限的年幼儿童，偶然发现的骨髓异常信号有助于临床血液系统恶性肿瘤的诊断。 但是，因儿童骨髓随年龄变化而不同的特点，在研究时与成人有很多不同，因此，评估儿童骨髓MRI 图像时，有必要了解随年龄变化的骨髓特点，才能更好地解释各种征象表现。

综上所述，AL 儿童腰椎T1WI 信号减低，诊断效能较高；DWI 序列信号增高，适宜选择低b 值。 ADC 值不能区分白血病和正常腰椎。 常规序列及DWI 序列不能区分ALL 和AML。