磁共振水脂分离技术和多模型IVIM 成像鉴别诊断脊柱转移瘤与脊柱结核

王帅娜，巴义文，闫瑞芳，任继鹏，殷慧佳，韩东明*

1.新乡医学院第一附属医院磁共振科，河南 卫辉 453100；2.新乡医学院第一附属医院骨科，河南 卫辉 453100；*通信作者韩东明 625492590@qq.com

转移瘤是脊柱常见的恶性病变之一，各类晚期肿瘤中，出现脊柱转移瘤的比例高达40%～70%[1]。结核是脊柱的好发病变，其临床特征及影像学表现与转移瘤存在一定程度的重叠[2]。然而，在治疗及预后方面，两者存在较大差异，因此准确鉴别脊柱转移瘤和脊柱结核意义重大。多点非对称回波采集与迭代最小二乘法水脂分离（iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and the least squares estimation quantification sequence，IDEAL-IQ）和体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion，IVIM）成像均为新颖的定量磁共振技术，前者能够准确量化组织内脂肪含量和T2弛豫情况[3-4]，后者则可以通过单指数、双指数及拉伸指数3种不同的拟合模型定量反映组织内扩散、灌注及组织复杂度情况[5-6]。目前，已有研究将IDEAL-IQ和IVIM联合应用于肝细胞癌[7]、股骨头坏死[8]等疾病的评估，并取得了积极的成果。本研究拟探索IDEAL-IQ和IVIM在脊柱转移瘤和脊柱结核鉴别中的价值，并寻找独立预测因子，以期为相关临床诊疗提供新的影像学标记物。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性收集2021年1月—2022年8月于新乡医学院第一附属医院行脊柱MRI检查患者的临床及影像资料。纳入标准：①病理或随访证实为脊柱转移瘤或脊柱结核；②MRI扫描前未接受干预性治疗；③无MRI扫描禁忌证。排除标准：①扫描序列不完整；②MRI图像存在明显伪影；③病变最大直径＜1 cm。最终纳入93例患者，男58例，女35例，年龄35～77岁，平均（57.86±9.94）岁。本研究经本院医学伦理委员会批准（EC-022-093），所有患者均签署知情同意书。

1.2 检查方法 采用1.5T MR扫描仪（GE Optima MR360）和8通道脊柱线圈，患者取仰卧位，头先进。首先进行矢状位T1WI和T2WI扫描，重复时间567/1 929 ms，回波时间8/85 ms，视野30 cm×30 cm，层数9；随后以矢状位图像为参考，对病变部位进行轴位压脂T2WI扫描，重复时间2 468 ms，回波时间85 ms，视野36 cm×36 cm，层厚6 mm，层间距1 mm，层数12；然后将轴位T2WI的扫描位置、层厚、层间距及层数拷贝至IVIM和IDEAL-IQ序列进行相关扫描，IVIM重复时间3 119 ms；回波时间Min full；视野36 cm×36 cm；b=0、20、40、80、160、200、400、600、800、1 000 s/mm2；扫描时间5 min 52 s。IDEAL-IQ，重复时间17 ms；回波时间Min full；激励次数1；视野36 cm×36 cm；翻转角8°；扫描时间41 s。多发病变患者仅对最大病变进行IVIM和IDEAL-IQ序列扫描。

1.3 图像处理及分析 将所有图像上传至GE AW4.7工作站。对于IVIM序列，使用内置的MADC软件分别生成标准表观扩散系数（stand average diffusion coefficient，ADCstand）、真性扩散系数（diffusion coefficient，D）、假性扩散系数（pseudo diffusion coefficient，D*）、灌注分数（perfusion fraction，f）、分布扩散系数（distributed diffusion coefficient，DDC）和扩散异质性指数（diffusion heterogeneity index，α）的参数伪彩图。对于IDEAL-IQ序列，在扫描后由系统自动生成脂肪分数（fat fraction，FF）和横向弛豫率（R2*）参数伪彩图。感兴趣区（ROI）的划定：在轴位T2WI图像上选取病变最大层面沿病变内侧边缘手动勾画ROI，尽量避开明显的囊变、出血和坏死等区域。然后将ROI复制到各参数伪彩图上，由工作站自动计算相关参数。上述工作由1名主治医师（5年工作经验）和1名副主任医师（15年工作经验）在对临床病理资料及对方结果未知的情况下独立完成。

1.4 统计学方法 应用SPSS 26.0和MedCalc 15.0软件。符合正态分布的计量资料采用±s表示，组间比较采用独立样本t检验；非正态分布的计量资料以M（Q1，Q3）表示，组间比较采用Mann-WhitneyU检验。计数资料以例数表示。采用组内相关系数（ICC）评价观察者间的一致性。采用受试者工作特征曲线（ROC）评估诊断效能，采用Delong检验对比诊断效能的差异，采用二元Logistic回归方法得出独立预测因子和联合诊断。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 临床特征 脊柱转移瘤患者50例，男32例，女18例，平均年龄（56.43±9.81）岁；原发肿瘤：肺癌33例，前列腺癌4例，乳腺癌3例，直肠癌5例，子宫内膜癌2例，胃癌2例，宫颈癌1例。脊柱结核患者43例，男26例，女17例，平均年龄（57.43±9.81）岁。

2.2 一致性分析 2位医师所测FF、R2*、ADCstand、D、D*、f、DDC和α值均有较高的一致性（ICC均＞0.75），取两者的平均值作为最终结果纳入本研究。

2.3 两组影像学参数比较 转移瘤组的FF、R2*、ADCstand、D、D*和DDC值均低于结核组（P＜0.05），两组f和α值差异无统计学意义（P=0.136、0.307）。转移瘤组及结核组影像表现及各参数比较见表1及图1、2。

图1 男，74岁，直肠癌腰椎转移（箭示病灶）。轴位压脂T2WI示病变呈等、稍高信号（A）；轴位DWI图像（b=800 s/mm2）示病变呈等、稍高信号（B）；ADCstand值伪彩图示病变呈绿色信号（C）；D值伪彩图示病变呈蓝绿色信号（D）；D*值伪彩图示病变呈蓝色信号（E）；f值伪彩图示病变呈红色信号（F）；DDC值伪彩图示病变呈红、黄、绿色混杂信号（G）；α值伪彩图示病变呈蓝绿色信号（H）；FF值伪彩图示病变呈深蓝绿色信号（I）；R2*值伪彩图示病变呈蓝绿色信号（J）

图2 男，58岁，胸椎结核（箭示病灶）。轴位压脂T2WI示病变呈等、稍高信号（A）；轴位DWI图像（b=800 s/mm2）示病变呈等、稍低信号（B）；ADCstand值伪彩图示病变呈蓝绿色信号（C）；D值伪彩图示病变呈蓝绿色信号（D）；D*值伪彩图示病变呈红蓝色信号（E）；f值伪彩图示病变呈红绿色信号（F）；DDC值伪彩图示病变呈红、绿色混杂信号（G）；α值伪彩图示病变呈蓝色信号（H）；FF值伪彩图示病变呈深蓝绿色信号（I）；R2*值伪彩图示病变呈蓝绿色信号（J）

表1 脊柱转移瘤组、脊柱结核组间各参数值比较

2.4 回归分析 将患者年龄、性别及各定量参数纳入回归分析。单因素回归分析显示患者年龄、FF、R2*、ADCstand、D、D*和DDC均是脊柱转移瘤与脊柱结核的预测因子（P均＜0.05）；多因素回归显示仅FF、ADCstand和D*是独立预测因子（P均＜0.05，表2）。

表2 各参数诊断脊柱转移瘤与脊柱结核的单因素、多因素回归分析结果

2.5 ROC曲线诊断效能 FF、R2*、ADCstand、D、D*、DDC、IDEAL-IQ（FF+R2*）和IVIM（ADCstand+D+D*+DDC）的AUC分别为0.829、0.622、0.715、0.761、0.740、0.622、0.835和0.791。FF、ADCstand和D*联合诊断脊柱转移瘤和脊柱结核的AUC为0.920，敏感度为72.00%，特异度为95.35%。Delong分析显示，FF+ADC+D*与FF+R2*、ADCstand+D+D*+DDC、FF、ADCstand、R2*、D、D*、DDC间AUC差异均有统计学意义（Z=2.842、3.112、2.810、4.827、3.975、3.450、3.506、5.143，P均＜0.05），见图3、表3。

图3 不同参数及成像方法鉴别脊柱转移瘤和脊柱结核的ROC曲线。A.FF、R2*、IDEAL-IQ和以上指标联合诊断；B.ADCstand、D*、D、DDC、IVIM和以上指标联合诊断

表3 各参数诊断脊柱转移瘤和脊柱结核的ROC曲线分析

3 讨论

3.1 IDEAL-IQ鉴别脊柱转移瘤和结核 FF和R2*是IDEAL-IQ的代表性参数，前者能够反映组织内的脂肪含量，后者用于定量描述组织的T2弛豫情况。郑召龙等[9]对比分析35例骨质疏松与35例转移瘤所致椎体压缩骨折患者的IDEAL-IQ影像资料，结果显示脊柱转移瘤组的FF和R2*值较骨质疏松组降低。Kwack等[10]将IDEAL-IQ用于鉴别脊柱转移瘤和良性局灶性椎体骨髓病变，结果表明脊柱转移瘤的FF和R2*值比良性局灶性椎体骨髓病变更小，且FF比R2*更准确地对两者进行鉴别。本研究率先将IDEAL-IQ序列鉴别脊柱转移瘤和脊柱结核，结果显示转移瘤组的FF和R2*值均较结核组显著降低，且FF值是两者鉴别的独立预测因子之一。这与上述研究结果类似，表明IDEAL-IQ序列可在脊柱转移瘤及脊柱结核的鉴别中发挥作用，推测原因可能为脊柱转移瘤较脊柱结核具有更强的侵袭性和更为复杂的生化微环境，表现为富水且乏脂肪，导致FF和R2*值降低。

3.2 多模型IVIM 鉴别脊柱转移瘤和脊柱结核ADCstand、D和DDC值均是IVIM用于反映水分子扩散情况的参数[11-12]。本研究中，脊柱转移瘤组的ADCstand、D和DDC值均较脊柱结核组降低，与秦思源等[13]和王海燕等[14]的研究结果一致，表明IVIM扩散相关参数均可用于脊柱转移瘤和脊柱结核的鉴别。分析其原因为脊柱转移瘤病变增殖迅速、细胞结构紧密，而脊柱结核病变多以侵蚀、渗出及坏死为特征，因此与脊柱转移瘤相比，脊柱结核病变内部水分子扩散运动受限不明显，ADCstand、D和DDC值较高。

D*和f是IVIM用于反映水分子微循环灌注信息的参数，两者的大小主要与组织内微血管血液流速和微血管密度等因素有关[15-16]。刘杰等[17]研究显示，脊柱转移瘤较脊柱结核病变的D*值增加，f值降低。而秦思源等[13]的研究结果与之相反。王海燕等[14]则认为脊柱转移瘤与脊柱结核间D*值和f值均无显著差异。本研究结果显示脊柱转移瘤组的D*值较结核组降低，而两组f值无显著差异，与上述研究结果不同。推测可能由于D*和f易受IVIM序列中b值设定的影响，且不同研究中所采用b值存在较大差异[18]。因此在今后的研究中，寻找合理的b值设定，将是探索D*和f在脊柱结核与脊柱转移瘤鉴别价值的重要方向。

α是IVIM用于反映组织复杂度的参数，一般情况下，组织结构越复杂，水分子扩散均匀性越低，α值越小[19-20]。本研究中脊柱转移瘤组和脊柱结核组间α值无显著差异，表明α无法鉴别这两种疾病。推测原因可能与脊柱转移瘤和脊柱结核均表现为对骨质的侵蚀与破坏，因而使两者有类似的组织复杂度有关。

3.3 诊断效能对比 本研究中ADCstand、FF和D*是鉴别脊柱转移瘤和脊柱结核的独立预测因子，且三者的联合诊断效能不仅显著高于各单项参数，还高于IDEAL-IQ和IVIM。这可能是因为组合模型集中了不同参数的优势，能够更全面、准确地反映病变特征。因此，在临床常规中联合应用IDEAL-IQ和IVIM，可以为脊柱转移瘤和脊柱结核的鉴别提供更可靠的依据。

3.4 本研究的局限性 ①病例数较少且为单中心研究，可能会引起选择偏倚。②IVIM序列中b值的分布和数量尚未标准化，本研究所使用的b值可能会对相关参数，尤其是D*和f的准确性产生影响。③IVIM序列易受各类伪影影响，这导致本研究中一些微小病灶被排除，在一定程度上降低了研究成果的适用范围。④勾画ROI时主动避开了显著的囊变/坏死等区域，可能会降低病变的异质性，进而对α值的诊断效能产生不利影响。今后将进一步扩大样本量，优化扫描与ROI划定方案，以期获得更加可靠、稳定的结果。

总之，IDEAL-IQ与多模型IVIM均可用于脊柱结核与脊柱转移瘤的鉴别，其中ADCstand、FF和D*的组合有潜力成为鉴别两者的有效影像学标志物。