3.0T磁共振體素內不相干運動擴散加權成像鑒別診斷脊柱不典型血管瘤與溶骨性轉移瘤

史燕杰，李曉婷，張曉燕，劉玉良，孫應實

(北京大學腫瘤醫院暨北京市腫瘤防治研究所醫學影像科 惡性腫瘤發病機制及轉化研究教育部重點實驗室，北京 100142)

3.0T磁共振體素內不相干運動擴散加權成像鑒別診斷脊柱不典型血管瘤與溶骨性轉移瘤

史燕杰，李曉婷，張曉燕，劉玉良，孫應實*

(北京大學腫瘤醫院暨北京市腫瘤防治研究所醫學影像科 惡性腫瘤發病機制及轉化研究教育部重點實驗室，北京 100142)

目的 探討3.0T MR體素內不相干運動(IVIM)成像對脊柱不典型血管瘤與溶骨性轉移瘤的鑒別診斷價值。方法 回顧性收集18例脊柱不典型血管瘤患者(19個病灶)和25例脊柱轉移瘤患者(69個病灶)。對所有患者均行3.0T MR掃描，包括常規序列和IVIM DWI序列，采用單指數模型后處理軟件獲得ADC值，采用雙指數模型后處理軟件獲得IVIM參數，包括慢速擴散系數(ADCslow值)、快速擴散系數(ADCfast值)及快速擴散分數(f值)。采用獨立樣本t檢驗或Mann-WhitneyU檢驗比較各參數值的差異。結果 脊柱不典型血管瘤和轉移瘤的ADC值分別為(1.16±0.30)×10-3s/mm2、(0.80±0.27)×10-3s/mm2，差異有統計學意義(t=5.00，P<0.001)；ADCslow中位數分別為0.78×10-3s/mm2、0.55×10-3s/mm2，差異有統計學意義(P=0.02)；ADCfast分別為(63.06±33.89)×10-3s/mm2、(70.78±39.62)×10-3s/mm2，差異無統計學意義(t=0.77，P=0.44)；f分別為(40.65±14.75)%、(32.49±11.50)%，差異有統計學意義(t=2.57，P=0.01)。結論 IVIM可定量評估脊柱不典型血管瘤和溶骨性轉移瘤的水分子擴散及微血管灌注特性，ADC、ADCslow值對脊柱不典型血管瘤和溶骨性轉移瘤具有一定的鑒別診斷價值。

脊柱；血管瘤；腫瘤轉移；不相干運動；擴散磁共振成像

原發腫瘤患者中約5%～10%可出現脊柱轉移[1]，該類患者需接受放療或化療[2]。但原發腫瘤患者中一部分脊柱的良性病灶可能誤診為轉移瘤，使患者接受不必要的治療[3]。脊柱血管瘤在脊柱良性病灶中最常見[4]。脊柱不典型血管瘤與轉移瘤的影像學征象有一定重疊[5]，MRI形態學成像對兩者鑒別診斷有一定的困難。體素內不相干運動(introvoxel incoherent motion, IVIM)是MRI功能成像的一種，其定量參數可反映腫瘤組織的擴散系數及微血管灌注[6-7]。IVIM已應用于臨床多個系統，如前列腺[8]、肝臟[9]、腎臟[10]、乳腺[11]及骨關節[12-13]等。本研究通過IVIM對脊柱不典型血管瘤與溶骨性轉移瘤行定量評估，旨在篩選出對兩種疾病有鑒別診斷價值的灌注及擴散特征定量參數。

1 資料與方法

1.1一般資料 回顧性分析2013年10月—2015年12月在我院接受椎體MR掃描的患者，其中脊柱不典型血管瘤患者18例(19個病灶)，男10例，女8例，年齡38～83歲，平均(57.2±10.2)歲，包括肝癌8例、直腸癌4例、結腸癌3例、乳腺癌1例、胃癌1例、食管癌1例；脊柱轉移瘤患者25例(69個病灶)，其中男8例，女17例，年齡39～75歲，平均(55.1±9.8)歲，包括乳腺癌14例、肺癌5例、直腸癌2例、結腸癌1例、肝癌1例、胰腺癌1例，原發灶不明確1例，其2個病灶經病理證實為轉移瘤。納入標準：原發惡性腫瘤經病理證實；患者接受椎體常規MR及IVIM DWI檢查，且發現椎體病灶；患者無體內金屬植入物或異物，無幽閉恐懼癥等MR檢查禁忌證；CT檢查發現相應病灶；≥6個月的MR或CT檢查隨訪；檢查前未行放療或化療。排除標準：病灶椎體發生壓縮性骨折；MRI圖像丟失。

1.2儀器與方法 采用GE 3.0T Discovery 750磁共振掃描儀，8通道相控陣腹部線圈。平掃序列包括T1WI，TR 3.2 ms，TE 2 ms，矩陣256×192，層厚 4 mm，層間隔-2 mm，NEX 1；T2WI SSFSE序列，TR 2 000 ms，TE 199 ms，矩陣384×244，層厚7 mm，層間隔1 mm，NEX 0.54；脂肪抑制T2WI FSE序列，TR 8 000 ms，TE 109 ms，矩陣288×256，層厚7 mm，層間隔1 mm，NEX 4；軸位IVIM-DWI EPI序列，TR 6 000 ms，TE 93.3 ms，矩陣128×128，層厚 7 mm，層間隔2 mm，NEX 1，b值為0、20、50、100、200、600、800、1 000、1 200、1 500 s/mm2。增強掃描采用3D lava-flex序列，TR 3 ms，TE 1.5 ms，矩陣224×192，層厚 4 mm，間隔-2 mm，NEX 1，采用高壓注射器經肘前靜脈團注對比劑Gd-DTPA(0.1 ml/kg體質量)，流率2 ml/s，后以相同流率跟注生理鹽水20 ml。

1.3圖像處理 將IVIM序列原始圖像傳至AW 4.5工作站，經funtool軟件包中的多b值擴散分析軟件(multi ADC Analysis Algorithms)單指數模型獲得ADC值，采用雙指數模型獲得慢速擴散系數(ADCslow值)、快速擴散系數(ADCfast值)及快速擴散分數(f值)。由2名高年資影像專業醫師共同協商勾畫ROI，并進行椎體病灶測量。2名醫師參考T1WI、T2WI及增強掃描圖像，確定病灶的位置、范圍及內部實性成分，手動勾畫ROI，盡量包括病灶的實性成分，避開壞死部分，對病灶所有層面勾畫ROI，取其平均值。

1.4診斷標準 脊柱不典型血管瘤：CT或MRI圖像發現“星點征”或“柵欄征”，病灶邊界清晰，內部可見細胞外脂肪信號，CT或MRI增強掃描病灶內部可見強化，6個月后隨訪病灶大小無變化。脊柱轉移瘤：CT和MRI發現病灶骨質破壞，病灶邊界模糊，6個月后隨訪發現病灶增大或治療后縮小。

圖1 患者男，51歲，胃癌，L2椎體血管瘤 A.DWI圖像； B.ADCslow值偽彩圖示ADCslow值為1.08×10-3 s/mm2； C.ADCfast值偽彩圖示ADCfast值為137.50×10-3 s/mm2； D.f值偽彩圖示f值為26.80%

2 結果

脊柱不典型血管瘤和轉移瘤患者的年齡(P=0.57)、ADC值(P=0.30)、ADCfast值(P=0.75)及f值(P=0.39)，均符合正態分布；ADCslow值(P<0.001)不符合正態分布。脊柱不典型血管瘤和轉移瘤患者年齡差異無統計學意義(t=0.66，P=0.52)。

脊柱不典型血管瘤和轉移瘤的ADC值分別為(1.16±0.30)×10-3s/mm2、(0.80±0.27)×10-3s/mm2，差異有統計學意義(t=5.00，P<0.001)；ADCslow值中位數分別為0.78×10-3s/mm2、0.55×10-3s/mm2，差異有統計學意義(P=0.02)；ADCfast值分別為(63.06±33.89)×10-3s/mm2、(70.78±39.62)×10-3s/mm2，差異無統計學意義(t=0.77，P=0.44)；f值分別為(40.65±14.75)%、(32.49±11.50)%，差異有統計學意義(t=2.57，P=0.01)。脊柱不典型血管瘤和轉移瘤DWI圖像見圖1、2。

3 討論

MR功能成像可顯示組織、器官及病灶的功能特征。DWI是一種無創性功能成像方法，可通過檢測生物組織內水分子運動狀態的改變間接反映組織結構及細胞功能變化等信息，并通過ADC值定量反映組織的微觀結構和功能改變；但計算ADC值的單指數模型假設人體組織是單一均勻的物質，不能完全體現組織的生理學行為，DWI中的水分子微觀運動不僅受組織水分子擴散影響，還受毛細血管內血液微循環灌注的影響[8]。因此通過MRI與b值間單一指數關系計算的ADC值不能真實反映組織擴散的生物特征。隨著MRI微循環研究的深入，近年來提出一些新的擴散表征模型，其中認可度較高的為IVIM。IVIM DWI采用雙指數模型，通過不同定量參數評價組織的擴散系數及組織微血管灌注，該模型可采用低b值DWI將擴散與灌注分離，提供的功能參數也從單一的ADC值，發展到ADCslow值、ADCfast值和f值[6-7]。雙指數模型假定單個像素內ADC值由fast(快速擴散)和slow(慢速擴散)兩部分組成，其中fast部分主要受灌注效應影響，slow部分則是真實擴散效應的反映[7]。ADCslow值反映真實的水分子擴散；ADCfast值代表毛細血管灌注相關參數，其取決于血流速度和毛細血管密度；f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[6,14]。

本研究結果顯示，脊柱不典型血管瘤ADC值和ADCslow值均明顯高于轉移瘤，差異均有統計學意義，主要因惡性腫瘤組織中細胞增值活躍，細胞核增大，核漿比例增高，癌細胞增多排列緊密，微血管密度增高，使細胞內外間隙均減少，導致腫瘤組織內水分子擴散受限明顯，使ADC值和ADCslow值減低[15]；脊柱血管瘤的血管間隙較大，有利于水分子運動[5]。既往骨關節腫瘤良惡性鑒別診斷的研究顯示，骨良性腫瘤ADC值均明顯高于惡性腫瘤[16-19]，骨良性腫瘤ADCslow值高于惡性腫瘤[16]，與本研究結果一致。本研究中ADC值擬合了多個b值，研究[14]顯示b值越多，ADC值越準確；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。

本研究結果顯示，脊柱轉移瘤與不典型血管瘤ADCfast值差異無統計學意義?？赡茉蛴校孩俦狙芯堪ú煌l腫瘤，不同類型腫瘤的血流灌注特點不同，導致脊柱轉移瘤ADCfast值的復雜性；②脊柱轉移瘤生長較快，導致腫瘤內部出現肉眼無法顯示的微小壞死區域，導致血流灌注減少；③腫瘤內微血管增多，間質壓力增高，引起腫瘤內部血流灌注減少，出現微小壞死區，導致血流量與血容量減低[15]；④脊柱血管瘤為富血供腫瘤，其血流灌注可能高于其他良性腫瘤，有待進一步研究證實。本研究中兩者ADCfast差異無統計學意義，但脊柱轉移瘤ADCfast值高于不典型血管瘤，符合惡性腫瘤組織血流灌注較良性腫瘤豐富的特征。ADCfast值在脊柱良惡性鑒別診斷中將可能是一項潛在的、重要的影像學指標。

圖2 患者女，58歲，乳腺癌，T12椎體轉移瘤 A.DWI圖像； B.ADCslow值偽彩圖示ADCslow值為0.61×10-3 s/mm2； C.ADCfast值偽彩圖示ADCfast值為49.3×10-3 s/mm2； D.f值偽彩圖示f值為25.45%

理論上f值與組織微循環灌注呈正相關。但本研究發現脊柱血管瘤的f值高于轉移瘤，而脊柱血管瘤組微循環灌注低于轉移瘤。關于f值計算類似矛盾研究結果也出現在對脂肪肝和鼻咽癌的IVIM研究[20-21]。其原因可能為，f值與TE密切相關，TE越長，在低b值時信號衰減越明顯，f值越大；IVIM理論忽略了TE對f值得影響；如果組織中血流成分較多，TE時間延長，導致f值被高估，此時需要進行T2校正[20-22]。本研究中脊柱血管瘤含有大量血流成分，導致其內f值被高估，需進行T2校正。

本研究的不足：①椎體血管瘤和大部分轉移瘤未做病理確診，臨床多數無癥狀血管瘤不需活檢及進一步治療，椎體轉移瘤在發生壓縮性骨折行椎體成形術時，才可獲得活檢病理；②脊柱不典型血管瘤數量相對較少，需在今后研究中擴大樣本量加以證實；③原發腫瘤類型不同，不同類型骨轉移瘤的血供與細胞密度存在差異，導致IVIM參數的復雜性；④未測量病灶的T2值，無法對病灶f值進行校正，導致脊柱血管瘤中的f值被高估。

總之，本研究結果顯示，IVIM可定量評估脊柱不典型血管瘤和溶骨性轉移瘤的水分子擴散及微血管灌注特性，ADC值和ADCslow值對脊柱的不典型血管瘤和溶骨性轉移瘤具有一定的鑒別診斷價值。

[1] Porter BA, Shields AF, Olson DO. Magnetic resonance imaging of bone marrow disorders. Radiol Clin North Am, 1986,24(2):269-289.

[2] Msaouel P, Pissimissis N, Halapas A, et al. Mechanisms of bone metastasis in prostate cancer: Clinical implications. Best Pract Res Clin Endocrinol Metab, 2008,22(2):341-355.

[3] Mubarak F, Akhtar W. Acute vertebral compression fracture:Differentiation of malignant and benign causes by diffusion weighted magnetic resonance imaging. J Pak Med Assoc, 2011,61(6):555-558.

[4] Jiang L, Liu XG, Yuan HS, et al. Diagnosis and treatment of vertebral hemangiomas with neurologic deficit: A report of 29 cases and literature review. Spine J, 2014,14(6):944-954.

[5] Leeds NE, Kumar AJ, Zhou XJ, et al. Magnetic resonance imaging of benign spinal lesions simulating metastasis: Role of diffusion-weighted imaging. Top Magn Reson Imaging, 2000,11(4):224-234.

[6] LeBihan D. IVIM method measures diffusion and perfusion. Diagn Imaging (San Franc), 1990,12(6):133-136.

[7] Le Bihan D, Breton E, Lallemand D, et al. Separation of diffusion and perfusion in intravoxel incoherent motion MR imaging. Radiology, 1988,168(2):497-505.

[8] 冷曉明,韓曉蕊,趙曼,等.單指數DWI和IVIM-DWI對前列腺中央腺體疾病的診斷效能.中國醫學影像技術,2016,32(10):1560-1564.

[9] Andreou A, Koh DM, Collins DJ, et al. Measurement reproducibility of perfusion fraction and pseudodiffusion coefficient derived by intravoxel incoherent motion diffusion-weighted MR imaging in normal liver and metastases. Eur Radiol, 2013, 23(2):428-434.

[10] Eckerbom P, Hansell P, Bjerner T, et al. Intravoxel incoherent motion MR imaging of the kidney: Pilot study. Adv Exp Med Biol, 2013,765:55-58.

[11] 鄒雪雪,秦東京,姜興岳,等.DCE-MRI聯合IVIM-DWI鑒別診斷乳腺良惡性病變.中國醫學影像技術,2016,32(4):534-538.

[12] Marchand AJ, Hitti E, Monge F, et al. MRI quantification of diffusion and perfusion in bone marrow by intravoxel incoherent motion (IVIM) and non-negative least square (NNLS) analysis. Magn Reson Imaging, 2014,32(9):1091-1096.

[13] Merz M, Seyler L, Bretschi M, et al. Diffusion-weighted imaging and dynamic contrast-enhanced MRI of experimental breast cancer bone metastases-a correlation study with histology. Eur J Radiol, 2015,84(4):623-630.

[14] Le Bihan D. Intravoxel incoherent motion perfusion MR imaging: A wake-up call. Radiology, 2008,249(3):748-752.

[15] 楊嚴偉,顧曉艷,陳光強,等.3.0T磁共振IVIM-DWI參數與直腸中分化腺癌T分期相關性的初步研究.實用放射學雜志,2016,32(7)：1052-1055.

[16] 張晶,左盼莉,程克斌,等.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.放射學實踐,2016,31(7)：654-657.

[17] Ahlawat S, Khandheria P, Subhawong TK, et al. Differentiation of benign and malignant skeletal lesions with quantitative diffusion weighted MRI at 3T. Eur J Radiol, 2015,84(6):1091-1097.

[18] Geith T, Schmidt G, Biffar A, et al. Comparison of qualitative and quantitative evaluation of diffusion-weighted MRI and chemical-shift imaging in the differentiation of benign and malignant vertebral body fractures. AJR Am J Roentgenol, 2012,199(5):1083-1092.

[19] Martel Villagrán J, Bueno Horcajadas, Pérez Fernández E, et al. Accuracy of magnetic resonance imaging in differentiating between benign and malignant vertebral lesions: Role of diffusion-weighted imaging, in-phase/opposed-phase imaging and apparent diffusion coefficient. Radiologia, 2015,57(2):142-149.

[20] Sigmund EE, Cho GY, Kim S, et al. Intravoxel incoherent motion imaging of tumor microenvironment in locally advanced breast cancer. Magn Reson Med, 2011,65(5):1437-1447.

[21] 張水興,賈乾君,張忠平,等.基于體素內不相干運動的擴散加權成像對鼻咽癌與炎性增生性疾病的鑒別診斷.中華放射學雜志,2013,47(7):617-621.

[22] Lemke A, Laun FB, Simon D, et al. An in vivo verification of the intravoxel incoherent motion effect in diffusion-weighted imaging of the abdomen. Magn Reson Med, 2010,64(6):1580-1585.

Differential diagnosis of spinal osteolytic metastases from atypical hemangiomas using introvoxel incoherent motion at 3.0T MRI

SHIYanjie,LIXiaoting,ZHANGXiaoyan,LIUYuliang,SUNYingshi*

(DepartmentofRadiology,KeyLaboratoryofCarcinognenesisandTranslationalResearch[MinistryofEducation],PekingUniversityCancerHospital&Institute,Beijing100142,China)

Objective To investigate the diagnostic performance of introvoxel incoherent motion (IVIM) at 3.0T MR for distinguishing spinal metastases and atypical hemangiomas. Methods The retrospective study was performed of 18 patients with 19 spinal atypical hemangiomas and 25 patients with 69 spinal metastases. Conventional MR imaging and IVIM imaging were acquired at 3.0T MR scanner. The IVIM parameters including ADC value obtained by single exponential model, ADCslow, ADCfast, and fraction of ADCfast(f) obtained by bio exponential model of spinal lesions were calculated by using the ADC analysis software. All IVIM parameters between spinal metastases and atypical hemangiomas were analyzed by usingttest orMann-WhitneyUtest. Results The ADC value of spinal metastases ([0.80±0.27]×10-3s/mm2) was significantly lower than that of spinal atypical hemangiomas ([1.16±0.30]×10-3s/mm2;t=5.00,P<0.001); the ADCslowof spinal atypical hemangiomas and metastases were 0.78×10-3s/mm2and 0.55×10-3s/mm2respectively (P=0.02); the ADCfaswere not significantly different between spinal metastases ([70.78±39.62]×10-3s/mm2) and atypical hemangiomas ([63.06±33.89]×10-3s/mm2;t=0.77,P=0.44); the f of spinal atypical hemangiomas was (40.65±14.75)% and that of metastases was (32.49±11.50)% (t=2.57,P=0.01). Conclusion IVIM imaging can quantitatively evaluate the characteristics of perfusion and diffusion in spinal metastases and atypical hemangiomas. ADC and ADCsloware suitable for identification of atypical hemangiomas and osteolytic metastases.

Spine; Hemangiomas; Neoplasm metastasis; Introvoxel incoherent motion; Diffusion magnetic resonance imaging

國家自然科學基金(81471640、81371715)。

史燕杰(1981—)，男，山西武鄉人，博士，主治醫師。研究方向：腫瘤影像學。E-mail： shiyanjie-2008@163.com

孫應實，北京大學腫瘤醫院暨北京市腫瘤防治研究所醫學影像科 惡性腫瘤發病機制及轉化研究教育部重點實驗室，100142。

E-mail： sys27@163.com

2016-10-13

2016-11-30

骨骼肌肉影像學

10.13929/j.1003-3289.201610045

R738.1; R445.2

A

1003-3289(2017)02-0276-05