磁共振扩散加权成像在脊椎良恶性骨折鉴别诊断中的应用

　　【摘要】 目的：探讨磁共振扩散加权成像(DWI)在脊椎良恶性压缩性骨折中的鉴别诊断价值。方法：对63例103个病变椎体均行MRI常规扫描和扩散加权成像，良性组25例44个骨折椎体，恶性组18例31个椎体，结核组20例28个椎体，正常对照组63例共63个椎体。分析病变椎体与正常椎体DWI信号特点，定量分析比较各组之间表观扩散系数(ADC)值的差异。结果：病变组ADC值均高于正常对照组，差异具有统计学意义(P<0.01);良性组ADC值明显高于恶性组，差异具有统计学意义(P<0.01);恶性组与结核组ADC值差异无统计学意义(P>0.05)。结论：扩散成像ADC定量测定能在很大程度帮助鉴别脊椎骨折的病因。DWI的信号改变不能非常准确地鉴别良恶性压缩骨折。关键词： 脊椎; 骨折; 扩散加权成像; 表观扩散系数中图分类号：R445.2; R683.2 文献标识码：A 文章编号：10095551(2008)04037704

　　【关键词】 骨折

　　The application of MR Diffusionweighted imaging in discriminating benign and malignant vertebral fractures

　　XIAO Yan, JIA Wenxiao, DING Shuang， et al

　　(Imaging Center， First Affiliated Hospital，Xinjiang Medical University，Urumqi 830000， China)

　　Abstract: Objective: To investigate the value in distinguishing benign and malignant vertebral fractures with MR diffusion  weighted imaging (DWI). Methods: Sixty three patients with 103 vertebral fractures were underwent routine MRI scanning and echo–planar DWI(EPI/DWI). The materials were divided into benign group (n = 44，25 cases)， malignant group (n = 31， 18 cases)， tuberculosis group (n =28, 20 cases) and normal vertebral body group (n=63，63).　Signal intensities on DWI were compared and apparent diffusion coefficient (ADC) values of normal and abnormal vertebral bodies were calculated. ADC values among the benign， malignant， tuberculosis vertebral bodies and normal ones were quantitatively analyzed and compared. Results: The ADC values of the three abnormal groups were higher than normal group (P<0.01)， and benign group higher than malignant one (P<0.01). But the ADC values of malignant group were close to tuberculosis one (P>0.05). Conclusion: MR quantitative ADC measurement is helpful to a certain degree in differentiating the causes of vertebral fractures. Qualitative diffusion weighted MR imaging can not accurately distinguish benign with malignant vertebral compression fractures.

　　Key words: spine; fracture; diffusion weighted imaging; apparent diffusion coefficient脊椎压缩性骨折的病因诊断是临床上和影像诊断上的难点之一。传统的X线平片、CT、核素扫描是脊椎压缩性骨折的常规检查方法，但对骨折原因的判断仍比较困难，且对轻微的脊椎骨折和早期的脊椎病变检出率不高[1]。MR 扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)能根据不同梯度脉冲强度下水分子扩散运动的不同而探测其信号强度。其在中枢神经系统疾病尤其是急性脑梗死中的应用较为肯定[2]，但对脊椎良恶性骨折的鉴别诊断价值意见目前尚不一致[ 3，4] 。本研究利用MR 表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC) 定量测定，对良性和恶性脊椎压缩性骨折进行鉴别，旨在探讨DWI在脊椎骨折中的鉴别诊断价值。

　　1资料与方法

　　1.1临床资料63例患者中，男性33例，女性30例，年龄5～79岁，平均46.2岁。良性组：因外伤或老年骨质疏松致压缩性骨折25例，均经临床随访、X线平片或/和CT、MR复查3～6个月以上证实。其中13例为外伤后2个月内行MR检查，6例无明确外伤史;13例为单个脊椎骨折，12例累及31个脊椎。恶性组：18例，16例为转移瘤，2例为多发性骨髓瘤，其中7例为单个脊椎，11例累及24个脊椎，原发肿瘤包括肺癌6例，胃癌、乳腺癌、前列腺癌各2例，肾癌、卵巢癌各1例，多发性骨髓瘤2例，原发癌不明者2例。18例中14例经手术病理证实，4例经临床随访、X线平片或/和CT、MRI、ECT骨扫描证实，24个脊椎为溶骨性转移，7个脊椎为成骨性转移。结核组20例累及28个脊椎，均经手术病理证实。

　　1.2检查方法磁共振检查采用Philips公司GyroscanNT1.5PT6000超导型磁共振扫描机。五通道相控阵脊柱线圈，常规矢状位FSE序列T2WI、T1WI及FSE序列抑脂T2WI扫描，参数：T2WI(TR/TE=2 150 ms/110 ms)，ETL18，矩阵512×512，NEX 4，FOV 300 mm，层厚4.0 mm，间隔0.4，扫描层数9层;T1WI(TR/TE =530 ms/10 ms)，ETL4，余参数同T2WI。扩散加权成像(DWI)采用矢状位SE/EPIDWI，TR/TE=2 000 ms/65 ms，矩阵128×256，NEX 8，扩散敏感系数b值=0、500 s/mm2，DWI扫描时间67 s。

　　1.3图像信号分析和表观扩散系数(ADC)测量将获得扩散加权图像传输至View Forum 2003(Release3.1.1.1)工作站。由2名有经验的MR诊断医师分别结合常规T2WI、T1WI进行病变脊椎定位、DWI信号判断(与相邻正常脊椎信号比较，正常脊椎作为对照)，选择固定感兴趣区测量病灶最大显示层面上的3个兴趣区域平均ADC值，感兴趣区(ROI)约为35～45 mm2 ，避开邻近的脑脊液、血管等结构。同时记录良性、恶性及结核组骨折椎体在T2WI、T1WI、抑脂T2WI和DWI信号特点，以及DWI图上骨折椎体的不同扩散敏感梯度场(b1、b2)同一部位的组织信号强度，再根据ADC值计算公式ADC=(lnS1/S2)/(b2-b1)，计算出ADC值。b1、b2分别为施加的2个扩散敏感因子，S1、S2分别为施加扩散敏感梯度场(b1、b2)后同一部位的组织信号强度。

　　1.4统计学处理采用SPSS12.0软件进行统计学分析，采用Dunnettt检验比较良性组、恶性组、结核组与对照组之间，以及良性组与恶性组之间、恶性组与结核组之间ADC的值，采用χ2检验比较良性组、恶性组与结核组之间DWI信号的差别，检验水准α=0.05。

　　2结果

　　由2名有经验的磁共振诊断医师阅片，63例DWI图像及ADC图像质量符合诊断要求，骨折椎体与相邻正常椎体形态、信号均能清晰辨认。

　　2.1常规MR信号特点良性组25例累及44个椎体，其中腰椎21个，胸椎14个，颈椎9个，T2WI上32个椎体(73%)呈等低信号(图1a)， 12个(27%)为不均匀稍高信号，T1W I上均呈等低信号，抑脂T2WI上39个椎体(89%)呈不均匀稍高信号(图1b)，5个(11%)为等低信号;恶性组18例累及31个椎体，其中腰椎17个，胸椎10个，颈椎4个，T2WI上26个(84%)呈稍高或高信号(图2a)，5个(16%)为等低信号，T1WI均为低信号(图2b)，抑脂T2WI上均呈不均匀稍高或高信号;结核组20例累及28个椎体，T2WI上均呈不均匀高信号，T1WI呈低信号，抑脂T2WI上呈不均匀高信号。

　　2.2DWI信号特点与ADC值测量b值500 s/mm2，良性组DWI上38个(86.4%)椎体呈稍高信号(图1c)，6个(13.6%)椎体呈等低信号。恶性组DWI上29个(93.5%)为稍高或高信号(图2c)，2个(6.5%)椎体呈等低信号。结核组抑脂T2WI、DWI上均呈稍高或高信号(图3a、b)。良性组、恶性组与结核组在DWI上的信号差别无统计学意义(P>0.05)。良性组ADC值为(1.42±0.26)×10-3mm2/s，恶性组ADC值(0.91±0.17)×10-3mm2/s，对照组ADC值为(0.43±0.15)×10-3mm2/s，良性组及恶性组均显著高于对照组(P<0.01)，良性组ADC值明显高于恶性组(P<0.01)，结核组ADC值为(0.93±0.19)×10-3mm2/s，恶性组与结核组ADC值差异无统计学意义(P>0.05) (表1)。

　　表1各组椎体骨折的ADC值比较(×10- 3 mm2/s)组别ADC95%可信区间对照组(n=63)0.43±0.150.39～0.47良性组(n=44)1.42±0.26*1.34～1.50恶性组(n=31)0.91±0.17*△0.85～0.97结核组(n=28)0.93±0.190.86～1.00注：与对照组比较，　*P<0.01; 与良性组比较, △P<0.01

　　1a： T2WI呈低信号

　　1b： 抑脂T2WI，T6椎体呈不均匀稍高信号1c： EPI/DWI序列，T6椎体呈等低信号

　　图1椎体良性骨折

　　2a： FSE序列抑脂T2WI，T10L5椎体呈不均匀高信号2b： T1WI呈低信号

　　2c： EPI/DWI序列，T10椎体呈不均匀稍高信号

　　图2脊椎转移瘤，原发癌肺癌

　　3a：FSE序列抑脂T2WI

　　3b：EPI/DWI序列，C3、4、7椎体均呈不均匀高信号

　　图3脊椎结核3讨论脊椎骨折的良恶性鉴别一直是临床关注的重点，尤其对于伴有骨质疏松的老年患者或有原发肿瘤史的患者，其骨折原因是良性单纯骨折、抑或恶性肿瘤所致的病理性骨折，因此正确判断对患者治疗方案的制订和预后至关重要。MRI 能根据骨髓信号改变发现早期的病变，是评估骨髓情况的极好方法，而且MRI 能清晰地显示肿瘤与周围组织尤其与脊髓的关系及软组织的侵犯范围，根据骨折脊椎的信号变化还可判断骨折是急性抑或慢性。目前MR 检查已成为脊椎压缩骨折病因诊断的主要方法[5]。但由于良性脊椎骨折所致的出血、水肿与恶性骨折所致的肿瘤细胞浸润均可延长脊椎的T2与T1值，故根据常规MRI T2WI、T1WI信号特点对脊椎骨折的良恶性鉴别价值有限[1,6,7]。因此，良恶性脊椎压缩骨折的鉴别是研究的重点。DWI是目前唯一能在活体上检测水分子Brownian运动的成像技术，DWI上的组织对比主要依赖于组织中水分子在细胞内或跨细胞膜运动的程度，因此DWI反映了组织中水分子运动信息，其信号衰减程度与使用的b值和体素中的ADC值有关[3]。b值越大，DWI的扩散敏感度越大， DWI的权重越大，“T2 shinethrough”效应越小，这样可减少良性椎体骨折的假阳性率或使其低信号更加明显[8] ，但由于超快速的EPI序列对磁敏感性伪影敏感，b值过大，容易导致图像扭曲变形和SNR降低，需通过增大扫描野、带宽、层厚以及使用多通道相控阵线圈来改善图像质量[3]，本研究中b值定为500 s/mm2，图像质量基本满足诊断要求。ADC 值反映了体内局部水分子的弥散能力。水分子弥散的信号改变主要来自于水分子的弥散通路，细胞外的水分子较细胞内的弥散更快，因此细胞外水分子的ADC 值就高，ADC值增加，表明水分子扩散快，信号衰减大，DWI上呈低信号，反之亦然。近年来国外已有将MR DWI应用于脊椎良性压缩与恶性压缩骨折鉴别的报道[8]，但应用于脊椎骨髓病变的理论基础尚未完全阐明，可能是良性压缩骨折引起骨髓充血水肿，使细胞外水分子增多，弥散增快，因而ADC值增高，DWI上表现为低信号，而脊柱恶性压缩骨折时骨髓内肿瘤细胞增多，使细胞外水容量降低，导致弥散减少，ADC值降低，DWI上则表现为高信号[7]。为了减少化学位移伪影，EPI序列兼带有脂肪抑制，因而被黄骨髓取代的成人正常椎体在EPI/DWI上呈低信号，由于黄骨髓组织间隙内自由水含量少，组织中缺少可运动的质子，ADC值低。本研究中对照组椎体的ADC值最低为(0.43±0.15)×10-3mm2/s，明显低于病变椎体(P<0.01)。同时，良恶性骨折椎体DWI上多数呈稍高或高信号，但良性椎体ADC值明显高于恶性椎体(P<0.01)。可能的机理是恶性骨折椎体由于肿瘤细胞的浸润，使细胞外间隙减小，水分子的运动受阻，ADC值减低，DWI上信号升高。恶性骨折椎体的ADC值高于正常椎体，是由于恶性骨折椎体组织中存在可运动的水分子;良性骨折椎体因骨髓水肿，细胞外自由运动的水分子增多，扩散加快，但由于“T2 shinethrough”效应明显，虽然b值较高，综合因素导致ADC值仍减低， DWI上信号升高。由此可见，ADC值反映了良恶性骨折椎体组织中水分子扩散的差别，良性骨折椎体ADC值最大，恶性骨折椎体次之，正常椎体最小。本研究采用b值500 s/mm2，将恶性椎体骨折95%可信区间上界0.97×10-3 mm2/s定为良恶性椎体骨折ADC值界值，诊断敏感性为74.2%，特异性为91.0%。良、恶性骨折椎体中，部分ADC值有交叉重叠，恶性组中2个源于前列腺癌的成骨性转移瘤椎体，DWI上呈等低信号，ADC值较低，这与Chan等[3]报道的结果类似，推测原因可能是成骨性转移瘤组织内水分子含量少的缘故。良性组中13个陈旧性骨折椎体ADC值稍低，其中9个DWI上呈稍高信号，可能与骨折椎体处在不同的修复期有关，在修复期间，其ADC值发生动态变化，有可能处在恶性骨折椎体的ADC值范围之内。恶性骨折与脊椎结核ADC值相近(P>0.05)，这可能与结核脓肿组织中大分子蛋白的粘滞作用有关，阻碍了水分子的扩散，ADC值较低，但脊椎结核在常规MRI上具有较典型的征象，不难与恶性骨折鉴别，与化脓性感染需加以鉴别。综上，根据DWI上压缩椎体单纯信号的改变，难以精确鉴别良性椎体压缩和恶性压缩。而在此基础上进一步进行病变的ADC定量测定能排除“T2 shinethrough”效应，只与组织的ADC值高低有关，能更准确地反映病变组织的弥散特性。关于ADC 值的定量测定数值，目前的报道并不完全一致[9,10]。本研究初步的结论是良、恶性脊椎压缩骨折ADC值不同，分别为(1.42±0.26)×10-3mm2/s和(0.91±0.17)×10-3mm2/s，虽然有极少数病例ADC测定有交叉，但有统计学意义，认为定量ADC 测定能进一步提高鉴别诊断能力。总之，常规MRI 一般能比较准确地鉴别良性压缩骨折和恶性压缩骨折，但少数情况鉴别有一定的困难。MR DWI尤其是ADC定量测定是一种比较理想的无创性鉴别方法，但目前经验尚不足，需进一步研究。

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