磁共振體素內不相干性運動在肌骨系統腫瘤定性診斷中的作用

張晶， 左盼莉， 程克斌， 于愛紅， 程曉光

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·骨骼肌肉影像學·

磁共振體素內不相干性運動在肌骨系統腫瘤定性診斷中的作用

張晶， 左盼莉， 程克斌， 于愛紅， 程曉光

目的：評價磁共振體素內不相干性運動(IVIM)參數在肌骨系統腫瘤定性診斷中的價值。方法：本研究中的38 例肌骨系統腫瘤的患者，均采用1.5T MR掃描儀進行檢查，在常規掃描后進行IVIM掃描。IVIM使用的9個b值分別為0，20，40，60，80，100，250，500和750 s/mm2。分別測量病變區和作為對照組的正常肌肉組織IVIM參數ADC、ADCslow、ADCfast及PF值。根據病理結果，將病變分為良性(12例)、交界性(14例)及惡性腫瘤(12例)，并對三組腫瘤之間以及腫瘤與對照組之間ADC、ADCslow、ADCfast及PF值的差異進行統計學分析。結果：交界性腫瘤的ADC及ADCslow值分別為(1.02±0.15)×10-3mm2/s和(1.02±0.16)×10-3mm2/s，明顯低于對照組(1.38±0.20)×10-3mm2/s和(1.38±0.17)×10-3mm2/s，差異具有統計學意義(P=0.001)。惡性腫瘤的ADC及ADCslow值分別為(0.90±0.13)×10-3mm2/s和(0.88±0.14)×10-3mm2/s，明顯低于對照組(1.48±0.12)×10-3mm2/s和(1.48±0.09)×10-3mm2/s，差異具有統計學意義(P<0.001)。而良性腫瘤的ADC及ADCslow與對照組之間差異無統計學意義(P=0.564，0.480)。ADCfast以及PF值在腫瘤與對照組之間無統計學差異。交界性、惡性腫瘤的ADC和ADCslow值明顯低于良性腫瘤，差異具有統計學意義(P值均<0.001)，但交界性腫瘤與惡性腫瘤之間的ADC和ADCslow值差異無統計學意義。良性、交界性和惡性腫瘤之間的ADCfast和PF值的差異沒有統計學意義。結論：IVIM參數ADC和ADCslow有助于區分良性腫瘤與交界性、惡性腫瘤，提高肌骨系統腫瘤的診斷準確性。

肌骨系統腫瘤； 體素內不相干性運動； 磁共振成像

肌骨系統腫瘤比較少見但可以致命，常發生于年輕人。常規MRI序列常不能判斷腫瘤的良、惡性或侵襲性，這將導致不必要的活檢，或因診斷延遲使侵襲性腫瘤生長和轉移以及術前治療方案的設計不當。功能成像技術擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)比MRI形態學序列能更好地發現并顯示腫瘤的特性，其基本的生物學前提是惡性腫瘤組織通常比良性或正常組織有更高的細胞密度[1]。DWI通過表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)值量化組織中水分子的擴散，而ADC值的變化受組織擴散和毛細血管灌注的共同影響。傳統的DWI技術基于單指數模型計算ADC值，忽略了微循環灌注對ADC值的影響。Bihan等[2]最早提出體素內不相干性運動(intravoxel incoherent motion，IVIM)的概念，即血管內血液中水分子的運動可被定義為假性擴散，代表的是微循環內的灌注成分，通過寬泛的b值選擇以及雙指數模型的數學分析方法，能夠很好地區分組織內的真性擴散和假性擴散成分(微循環灌注)。國內外研究已將IVIM技術應用于肝臟、腎臟及乳腺病變的研究[3-5]，但在肌骨系統腫瘤方面的研究鮮有報道[6]。本文主要就IVIM參數ADC、快速ADC(ADCfast)、慢速ADC(ADCslow)和灌注分數(perfusion fraction，PF)值在肌骨系統腫瘤定性診斷中的作用進行初步研究。

材料與方法

1.臨床資料

本組的38名研究對象是2013年10月-2015年6月來本院就診的肌骨系統腫瘤患者，其中男24名，女14名，年齡8～67歲。MRI檢查前，患者均未進行手術或活檢。全部病例均經穿刺活檢或手術病理證實。根據WHO(2012)軟組織與骨腫瘤組織學分類，將所有病例分為3組：①良性組12例，其中神經鞘瘤5例，血管瘤3例，腱鞘巨細胞瘤(局限型)、肌性周細胞瘤、表皮樣囊腫及結節性筋膜炎各1例；②交界性組14例，包括軟骨母細胞瘤3例，骨巨細胞瘤4例，色素沉著絨毛結節性滑膜炎3例，朗格漢斯組織細胞瘤2例，硬纖維瘤及動脈瘤樣骨囊腫各1例；③惡性組12例，其中骨肉瘤6例，Ewing肉瘤2例，轉移瘤2例，滑膜肉瘤及惡性梭形細胞瘤各1例。MRI檢查前，所有患者均簽署了知情同意書。

2.檢查方法

所有患者均采用Siemens Magnetom Espree 1.5T MR掃描儀進行檢查。采用橫軸面SE T1WI、T2WI、脂肪抑制T2WI以及矢狀面或冠狀面脂肪抑制T2WI序列進行病變的形態學分析。IVIM采用單次激發自旋回波EPI序列進行數據采集，參數：視野128 mm×128 mm，矩陣128×128，層厚6 mm，TE 72 ms，TR 1600 ms，9個b值分別為0，20，40，60，80，100，250，500和750 s/mm2。

IVIM結束后，采用脂肪抑制3D VIBE(volumetric interpolated breath-hold exam)序列進行動態增強掃描,參數如下：翻轉角(flip angle，FA)10°，TR 5.6 ms，TE 2.4 ms，層厚4.0 mm，無間距，視野310 mm×213 mm，矩陣256×178，體素1.2 mm×1.2 mm×4.0 mm，并行成像加速因子2。動態增強掃描實際的掃描時間是4分15秒，時間分辨力為5 s，掃描40個時相。采用Spectris Medrad高壓注射器注射對比劑釓噴酸葡胺注射液(0.5 mmol/mL)，注射流率4 mL/s，劑量0.2 mL/kg。

3.數據分析

IVIM原始圖像采用單指數模型擬合得到ADC值，采用雙指數模型擬合得到ADCslow,ADCfast和PF。病灶興趣區(region of interest，ROI)設置在腫瘤內實性部分，避開水腫和壞死區，取平均值做統計分析。對照組為病灶ROI所在層面的正常肌肉組織(圖1)。

4.統計方法

采用SPSS 18.0對數據進行統計學分析。對每組數據中腫瘤與對照組的ADC、ADCslow、ADCfast以及PF值的差異進行配對t檢驗，對三組病變數據中ADC、ADCslow、ADCfast以及PF值的差異進行單因素方差分析，以P<0.05為差異具有統計學意義。

結　果

腫瘤與對照組的ADC、ADCslow、ADCfast和PF值見表1。交界性腫瘤ADC及ADCslow值明顯低于對照組，差異具有統計學意義(P=0.001、0.001)；惡性腫瘤的ADC及ADCslow值也明顯低于對照組(圖1)，差異具有統計學意義(P均<0.001)，而良性腫瘤的ADC及ADCslow與對照組的差異沒有統計學意義(P=0.564、0.480)。良性、交界性和惡性腫瘤的ADCfast和PF值與對照組的差異沒有統計學意義。良性、交界性、惡性腫瘤之間IVIM參數的方差分析結果顯示，交界性、惡性腫瘤的ADC(F=31.552，P=0.000)和ADCslow值(F=32.005，P=0.000)比良性腫瘤低，差異具有統計學意義。但交界性與惡性腫瘤之間ADC和ADCslow的差異沒有統計學意義。良性、交界性和惡性腫瘤之間的ADCfast和PF值的差異均無統計學意義。

討　論

生物體內，除了組織中水分子存在擴散運動外，雜亂排列的毛細血管內的血液也像水分子一樣做著無規律運動，相當于水分子的擴散運動，因此血流灌注也被認為是假性擴散過程[2]。基于單指數模型計算的ADC值，反映組織中水分子的擴散，忽略了組織中血液微循環灌注對ADC值的影響。Bihan等[2]提出的IVIM理論，可通過雙指數模型分別評價水分子的擴散與毛細血管的微循環灌注情況。IVIM使用多b值DWI序列，通過后處理軟件得到4個參數，分別是由多個b值擬合的ADC值、ADCfast值、ADCslow值和PF值，用以評價活體組織的擴散和灌注信息。

表1　3組腫瘤病灶與對照組的ADC、ADCslow、ADCfast以及PF的均值和標準差

IVIM的結果受選取的擴散敏感梯度因子b值的影響[7]。IVIM雙指數模型在低b值(b<200 s/mm2)時，微血管灌注對MR信號衰減作用明顯，高b值(b>200 s/mm2)時主要反映水分子擴散情況[8]。對于b值的選取和數目，目前還沒有統一的結論。本研究采用9個b值，其中6個低b值，3個高b值。選取較多的低b值，可減少低b值造成的信號衰減對圖像質量的影響，也可獲得更多的灌注信息；而高b值所獲得的數據重復性好且穩定，使用2～3個b值即可[9]。由于不同組織器官的結構和含水量不同，其信號衰減與b值的關系也不盡相同，因此b值的選擇也要根據檢查部位的不同加以調整。

作為測量灌注的檢查方法，IVIM測量的是分子運動引起的信號變化。ADCfast代表毛細血管灌注相關系數，其數值取決于血流速度和毛細血管幾何形態。PF值則表示微循環灌注在所選區域占總體擴散效應的百分比，其數值與血容量相關[10]。本研究結果顯示，每組ADCfast值都明顯高于ADCslow值，則進一步說明低b值時，ADCfast對于信號衰減更為敏感。本研究中，交界性腫瘤的ADCfast值高于良性和惡性腫瘤，三組腫瘤之間ADCfast值的差異無統計學意義。這可能在于本研究涉及的腫瘤病理種類多，不同類型腫瘤的血管分布及血管復雜性也不相同，從而導致了ADCfast的復雜性。本組病例中良性、交界性、惡性腫瘤的PF值依次升高，符合惡性腫瘤的血液供應一般較良性腫瘤豐富的規律，但三組腫瘤之間PF值的差異無統計學意義。Jignesh等[11]將肝臟IVIM和動態增強序列的參數進行比較后發現，IVIM模型所描述的灌注與傳統意義上的灌注含義并不相同，IVIM模型的機制有待進一步研究。

ADCslow反映單純水分子擴散，擴散受細胞結構、細胞間隙及擴散介質的影響。研究顯示，腫瘤級別越高，核異質性越大，導致細胞密度越大，細胞外間隙越小[12]。惡性腫瘤往往表現為腫瘤組織細胞密度大，細胞間隙縮小，分子擴散受限。本研究統計結果顯示，交界性和惡性腫瘤的ADC及ADCslow明顯低于對照組，差異具有統計學意義，而良性腫瘤的ADC及ADCslow與對照組的差異沒有統計學意義。交界性、惡性腫瘤的ADC和ADCslow比良性腫瘤低，差異具有統計學意義，但交界性與惡性腫瘤之間ADC和ADCslow的差異沒有統計學意義。在筆者以往的研究中，ADC值不能區分肌骨系統腫瘤的良惡性[13]，這可能與以下幾個原因有關：①過去的研究中，b值只有0和700 s/mm2，本研究中的ADC值是擬合了多個b值的影響，b值越多，則ADC值越準確[10]。ADCslow值則是去除了微循環灌注的影響，單純反映水分子的擴散情況。②本研究所參照的病理組織學分類是將肌骨系統腫瘤分為良性、交界性和惡性，而交界性腫瘤包括的是過去良性腫瘤中生長活躍的病變和惡性腫瘤中惡性度偏低的病變，正是這部分腫瘤使良、惡性腫瘤的ADC值有重疊。本組研究顯示交界性與惡性腫瘤的ADC、ADCslow比良性腫瘤和對照組低，這與交界性、惡性腫瘤的細胞數目更多，使擴散受限的病理特點相一致。本組數據顯示，通過單指數模型擬合多個b值計算出來的ADC值與雙指數模型計算的ADCslow之間有較好的一致性，但在臨床應用中哪一個更具優勢，還需進一步研究。

本研究使用腫瘤病灶同層的正常肌肉組織作為對照組，是基于以下的原因：①研究顯示，健康成人骨髓ADC值受年齡、性別、性激素水平的影響，ADC值與年齡呈負相關，與雌二醇、孕酮水平呈正相關[14]；② 骨髓ADC值與紅、黃骨髓分布模式及水分子和脂肪細胞所占百分比有關[15]；③在對肝臟腫瘤的研究中顯示，肝實質的ADCfast和PF值重復性差[16]，為了消除ADC值內在變化的影響，有學者提出椎旁肌肉作為內在的參考標準[17]。本研究中，良性、交界性和惡性腫瘤的ADCfast和PF值與對照組的差異沒有統計學意義，可能是由于骨骼肌是灌注豐富的組織[18]，腫瘤組織的灌注增加不足以引起病變與對照組之間的巨大差別。

本組研究對象的病種覆蓋面較廣，有利于顯示定量參數在良惡性病變之間差異的共性，不足之處在于病例數偏少，未能進行定量參數診斷效能的評估，未能與其它功能成像進行比較分析，希望在未來更深入的研究中得以解決。

本組研究顯示，IVIM參數ADC和ADCslow有助于區分良性腫瘤與交界性、惡性腫瘤，ADCfast和PF值的臨床作用，還有待于進一步研究。

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The value of MRI intravoxel incoherent motion technique in the differential diagnosis of musculoskeletal tumor

ZHANG Jing,ZUO Pan-li,CHENG Ke-bin,et al.

Department of Radiology,Beijing Jishuitan Hospital,Beijng 100035,China

Objective:To evaluate the value of magnetic resonance intravoxel incoherent motion (IVIM) parameters in the differential diagnosis of musculoskeletal tumor.Methods:Thirty eight patients with musculoskeletal tumor were recruited in this study.IVIM was performed in addition to routine MRI examination with a 1.5T MR scanner.Nine b values including 0,20,40,60,80,100,250,500 and 750s/mm2were used. IVIM parameters of tumor and normal muscle (control group) including ADC,ADCslow,ADCfastand perfusion fraction (PF) values were measured.Patients were divided into benign (12 cases),borderline (14 cases) and malignant tumor (12 cases) according to pathology diagnosis.The ADC,ADCslow,ADCfastand PF values between three groups of tumor and between tumor and control group were compared and analyzed statistically.Results:The ADC and ADCslowvalues of borderline tumor [ADC=(1.02±0.15)×10-3mm2/s,ADCslow=(1.02±0.16)×10-3mm2/s] were significantly lower than that of control group [ADC=(1.38±0.20)×10-3mm2/s;ADCslow=(1.38±0.17)×10-3mm2/s](P=0.001).The ADC and ADCslowvalues of malignant tumor [ADC=(0.90±0.13)×10-3mm2/s,ADCslow=(0.88±0.14)×10-3mm2/s] were also significantly lower than that of control group [ADC=(1.48±0.12)×10-3mm2/s;ADCslow=(1.48±0.09)×10-3mm2/s] (P<0.001).However,the ADC and ADCslowvalues of benign tumor had no statistical difference compared with that of control group (P=0.564,0.480).There was no significant difference in the ADCfastand PF values between tumor group and control group.The ADC and ADCslowvalues of borderline tumor and malignant tumor were markedly lower than that of benign tumors,with statistical difference (P<0.001).Yet,there were no significant differences between the ADC and ADCslowvalues of borderline tumor and malignant tumor.Also,there were no significant statistic differences between the ADCfastand PF values of benign,borderline and malignant tumors.Conclusion:IVIM parameters (ADC and ADCslowvalue) are helpful in differentiating benign tumor and borderline as well as malignant tumors of musculoskeletal system,which is useful to improve the accuracy of the diagnosis of musculoskeletal tumors.

Musculoskeletal tumor; Intravoxel incoherent motion; Magnetic resonance imaging

100035北京，北京積水潭醫院放射科(張晶、程克斌、于愛紅、程曉光)；100102北京，西門子醫療有限公司MR事業部(左盼莉)

張晶(1970-)，女，北京人，碩士，副主任醫師，主要從事肌骨系統影像診斷工作。

程曉光，E-mail：xiao65@263.net

北京市衛生系統高層次衛生技術人才培養項目(2009-02-03；2013-3-033)

R445.2; R738

A

1000-0313(2016)07-0654-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.07.018

2016-03-22)