骨髓病變的MRI研究進展

龔彤 綜述 牛金亮 審校

·綜述·

骨髓病變的MRI研究進展

龔彤 綜述 牛金亮 審校

骨髓的病變主要指正常的骨髓組織被病理組織完全或部分替代、浸潤。MRI是研究骨髓病變的首選影像學方法，近年來擴散加權成像(DWI)、磁共振波譜成像(MRS)、動態增強磁共振成像(DCE-MRI)、正電子斷層掃描-磁共振成像(PET-MRI)等MRI新技術逐步應用于骨髓病變的臨床及科研，為骨髓病變的深入研究提供新的思路和方法。

骨髓病變；磁共振成像；進展

骨髓的病變主要指各種原因引起骨髓骨小梁、細胞、脂肪等成分的改變，骨髓組織局灶或完全被病理組織替代、浸潤[1]。骨髓病變包括由血液病、代謝病等系統性疾病引起的彌漫性病變，以及由骨腫瘤、創傷(如骨質疏松所致骨折)、感染、骨缺血性壞死等局灶性疾病引起的局部病變。近年來，擴散加權成像(DWI)、磁共振波譜成像(MRS)、動態增強磁共振成像(DCE-MRI)、正電子斷層掃描-磁共振成像(positron emission tomography MRI,PET-MRI)等多種先進MRI技術逐步應用于骨髓病變的臨床及科研中[2-4]。本文擬對惡性血液病及骨質疏松癥(osteoporosis,OP)引起的骨髓病變的MRI研究進展進行綜述。

DWI

1.常規DWI

DWI通過檢測組織細胞內外水分子的擴散運動，分析水分子含量及其所處狀態，研究組織細胞的密度、排列等微觀結構變化，反映組織的病理生理學狀態。DWI的定量參數——表觀擴散系數(ADC)是組織的生物學指標之一，可應用于正常骨髓和骨髓病變的定量研究[5,6]。正常成人的椎體骨髓約含20%～70%的脂肪，隨著年齡的增長，脂肪細胞含量增加，脂肪細胞體積增大，含氫質子減少，ADC值降低[6]；正常成人的紅骨髓脂肪細胞含量低于黃骨髓，而紅骨髓的ADC值(0.2×10-3mm2/s)高于黃骨髓(0.1×10-3mm2/s)。

ADC值可用于惡性血液病的療效監測。Bonaffini等[2]的研究得出，多發性骨髓瘤(multiple myeloma,MM)治療緩解組的骨髓ADC值(0.63×10-3mm2/s)較治療前(1.04×10-3mm2/s)增高，而未緩解組較治療前無明顯變化。治療緩解的急性白血病(acute leukemia,AL)患者的骨髓ADC值明顯增加，約為治療前的3倍[7]；亦有研究結果表明，急性髓細胞白血病(acute myeloid leukemia，AML)患者化療緩解組與未緩解組的腰椎骨髓ADC值無顯著性差異，因此ADC值評估AL患者的療效尚存在爭議[8]。淋巴瘤治療緩解組的ADC值較治療前(0.79×10-3mm2/s)增高64.6%，而未緩解組治療前后的ADC值差異無統計學意義[9]。

骨質疏松癥(osteoporosis,OP)是以骨強度減小及易骨折為特點的一種疾病。ADC值可用于OP的檢出。據Griffith等[10]報道，OP患者的腰椎骨密度減低，骨髓脂肪成分增加，血流灌注率降低，骨髓ADC值(0.43×10-3mm2/s)低于正常人(0.46×10-3mm2/s)，其原因可能與骨髓水腫及脂肪細胞阻礙組織擴散有關。Dietrich等[11]的研究得出，OP導致的椎體壓縮骨折患者的骨髓ADC值明顯增高，約為(1.0～2.0)×10-3mm2/s。

2.基于體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion,IVIM)的DWI

單指數模型DWI假定人體組織為單一均勻物質，b值的增加與組織信號強度衰減成正比，然而人體組織要復雜得多。多b值DWI的研究表明，人體組織中，單一體素血管內水分子的擴散類似于自由水，擴散速度快，且向各個方向擴散的幾率相同，這種現象稱為IVIM[12]?；贗VIM的多b值雙指數模型DWI可提供組織擴散和灌注的雙重信息，且不需要對比劑；獲得的參數中，D*值主要反映組織微循環的血流速度、f值主要反映組織微循環的血流量、D值主要反映組織及細胞的真實擴散[13]。

MM治療緩解組的骨髓f值(5.8%)較治療前(11%)明顯降低，該結果和DCE-MRI的骨髓最大強化率(slope)的變化趨勢一致，說明f值可作為微循環血流灌注指標來評估MM的治療療效[14]；MM患者治療前的骨髓D值與骨髓最大強化率(slope)呈顯著正相關(r=0.7；P=0.001)，可能的原因是腫瘤組織取代正常骨髓組織，導致腫瘤細胞數量增加，正常脂肪細胞含量減少，同時腫瘤組織血流灌注增加，因此彌漫性骨髓浸潤與增高的D值相關，D值可用于評估骨髓彌漫性浸潤病變[14]。

正常成人的骨髓D*值與骨密度呈正相關，D值與骨髓脂肪分數(fat fraction,FF)呈正相關(R2=0.669,P=0.002)[15]，說明IVIM-DWI參數可用于評估OP的病理生理學改變。

3.全身擴散加權成像(WB-DWI)

WB-DWI是在DWI基礎上發展的一種新的全身擴散成像技術，可以在自由呼吸狀態下完成大范圍的薄層掃描，重建獲得高信噪比、高分辨率的圖像[16]。WB-DWI可比X線更早、更準確地顯示骨髓瘤病灶的范圍和數目[17]，亦可分析淋巴瘤骨髓浸潤的范圍，其敏感度和特異度分別為89%、100%[18]。

MRS

MRS利用化學位移原理，可通過檢測組織代謝物的濃度變化來診斷疾病及評價療效。Kuliszkiewicz-Janus等[19]關于AL患者的31P-MRS對比研究發現，與正常人相比，AL患者的骨骼磷代謝物含量明顯降低，完全緩解時稍增加，說明骨骼磷代謝物的含量對AL的診斷及療效評價有一定價值。另有學者關于OP的1H-MRS研究發現，正常人股骨頸骨髓中亞甲基、甘油和脂肪峰值顯著低于OP患者；OP患者的跟骨骨髓中亞甲基與甘油峰值比低于骨量減少組；骨量減少組和OP組的亞甲基與不飽和脂質峰值比高于正常人，故骨髓1H-MRS可作為篩選OP患者或OP高風險者的一種可能的方法[3]。

DCE-MRI

DCE-MRI是評估組織血流動力學的影像學檢查方法，相應的時間-信號強度曲線(TIC)可獲得一系列的半定量、定量參數。半定量參數主要包括：強化峰值(peak)、強化斜率(enhancement slope，ES)、達峰時間(time to peak，TTP)、最大強化率(peak enhancement percentage，Emax)等。半定量分析相對簡單且具有相應的量化值，可直觀地反映組織中對比劑流入和流出的情況；缺點是不能準確反映組織中對比劑的濃度[20]。定量分析可反映組織灌注情況及血管通透性改變[21]，常用的定量參數包括：對比劑從血管到組織間隙的滲透率(Ktrans)、速率常數(Kep)、血管外細胞外間隙容積分數(Ve)、振幅(amplitude)等。

惡性血液病骨髓浸潤的組織學0級、1級指輕度骨髓浸潤，2級、3級指中重度骨髓浸潤，Emax、ES與組織學分級呈正相關(r=0.86，P<0.01；r=0.84，P<0.01)；TTP與組織學分級呈負相關(r=-0.54，P<0.01)[22]。DCE-MRI獲得的骨髓灌注參數可作為AML預后評價的生物學指標，據文獻報道[23]，高peak(≥0.42)、ES(≥0.0235)、amplitude(≥0.03)和Kep(≥0.0082)與較短的總生存率有關(P=0.004，0.01，0.034，0.026)；此外，高Kep亦與較低的緩解率有關(P=0.008)。當年齡、性別和治療前染色體核型多變量一起分析時，Kep成為DCE-MRI各參數中反映總生存率(相對危險度=30.305)和緩解率(相對危險度=6.477)的獨立指標。

Ma等[24]的研究得出，骨量減少組和OP組的Ktrans及Ve顯著低于正常組，說明OP組骨組織血供減少與骨量減少有關。Griffith等[10]的研究證實OP組椎體骨髓的MRI灌注參數下降，與骨髓內環境有關，而非全身性的循環系統病變(如動脈硬化)所致。

PET-MRI

PET作為功能顯像技術，可提供體內細胞代謝和分子水平的變化信息，反映正常細胞凋亡、腫瘤血管新生、細胞代謝改變、細胞增殖及細胞乏氧等信息[25]。MRI掃描可清晰顯示組織的解剖學結構及病理學改變。PET-MRI融合成像能從功能MRI的角度顯示組織病變的分子生物學特點。Herrmann等[26]認為FDG-PET-CT和FDG-PET-MRI在淋巴瘤病灶的定位和計數上具有相同的價值，而Heacock等[4]發現PET-MRI對淋巴瘤骨髓浸潤病灶的檢出率高于PET-CT。

其它方法

磁共振動脈自旋標記(arterial spin labeling,ASL)灌注成像是一種可定量分析組織灌注的方法。ASL灌注成像利用內源性動脈自旋標記，不需注射對比劑，其定量參數——血流量(blood flow,BF)可反映組織的血供和血管化程度。Fenchel等[27]的研究顯示，MM患者從治療前[(251±159)mL/(min·100g)]到治療后3周[(115±85)mL/(min·100g)]、8周[(101±90) mL/(min·100g)]的BF值顯著減低。MRI內場擴散衰減(decay due to diffusion in the internal field,DDIF)序列可在低空間分辨率下提供多孔結構如骨小梁的微構架集合信息，可用于研究OP患者骨髓的固體骨結構及細胞學成分[28]；OP患者的骨小梁內部磁場較正常人分布均勻，而增多的脂肪細胞會加重骨小梁間的磁場干擾；DDIF時間隨骨髓脂肪含量增多而減少，正常青年組的DDIF衰減時間低于老年組。

展望

DWI、MRS、DCE-MRI、PET-MRI等技術為骨髓病變的診斷、療效監測及預后評價提供了更多的病理生理學信息，相信隨著MRI技術的不斷發展，MRI將成為研究骨髓病變形態及功能變化的重要影像檢查方法。

[1] Moulopoulos LA,Koutoulidis V.Bone Marrow MRI[M].Italia:Springer Verlag,2014:35.

[2] Bonaffini PA,Ippolito D,Casiraghi A,et al.Apparent diffusion coefficient maps integrated in whole-body MRI examination for the evaluation of tumor response to chemotherapy in patients with multiple myeloma[J].Acad Radiol,2015,22(9):1163-1171.

[3] Di Pietro G,Capuani S,Manenti G,et al.Bone marrow lipid profiles from peripheral skeleton as potential biomarkers for osteoporosis: a1H-MR spectroscopy study[J].Acad Radiol,2016,23(3):273-283.

[4] Heacock L,Weissbrot J,Raad R,et al.PET/MRI for the evaluation of patients with lymphoma: initial observations[J].AJR,2015,204(4):842-848.

[5] Khoo MM,Tyler PA,Saifuddin A,et al.Diffusion-weighted imaging (DWI) in musculoskeletal MRI:a critical review[J].Skeletal Radiol,2011,40(6):665-681.

[6] Jie H,Hao F,Na LX.Vertebral bone marrow diffusivity in healthy adults at 3T diffusion-weighted imaging[J].Acta Radiol,2016,57(10):1238-1243.

[7] Ballon D,Dyke J,Schwartz LH,et al.Bone marrow segmentation in leukemia using diffusion and T2weighted echo planar magnetic resonance imaging[J].NMR Biomed,2000,13(6):321-328.

[8] 牛金亮,梁聰聰,李俊峰,等.急性白血病椎體骨髓浸潤的擴散加權成像研究[J].中華放射學雜志,2011,45(9):807-811.

[9] Horger M,Claussen C,Kramer U,et al.Very early indicators of response to systemic therapy in lymphoma patients based on alterations in water diffusivity——a preliminary experience in 20 patients undergoing whole-body diffusion-weighted imaging[J].Eur J Radiol,2014,83(9):1655-1664.

[10] Griffith JF,Yeung DKW,Antonio GE,et al.Vertebral marrow fat content and diffusion and perfusion indexes in women with varying bone density:MR evaluation[J].Radiology,2006,241(3):831-838.

[11] Dietrich O,Biffar A,Reiser MF,et al.Diffusion-weighted imaging of bone marrow (Review)[J].Semin Musculosklet Radiol,2009,13(2):134-144.

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

[13] Federau C,O'Brien K,Meuli R,et al.Measuring brain perfusion with intravoxel incoherent motion (IVIM):initial clinical experience[J].J Magn Reson Imaging,2014,39(3):624-632.

[14] Bourillon C,Rahmouni A,Lin C,et al.Intravoxel incoherent motion diffusion-weighted Imaging of multiple myeloma lesions:correlation with whole-body dynamic contrast agent-enhanced MR imaging[J].Radiology,2015,277(3):773-783.

[15] Ohno N,Miyati T,Kasai H,et al.Evaluation of perfusion-related and true diffusion in vertebral bone marrow:a preliminary study[J].Radiol Phys Technol,2015,8(1):135-140.

[16] 張偉,薛鵬,尹所,等.全身彌散加權成像診斷腫瘤骨轉移的應用探討[J].中國CT和MRI雜志,2013,11(2):91-93.

[17] Giles SL,deSouza NM,Collins DJ,et al.Assessing myeloma bone disease with whole-body diffusion-weighted imaging:comparison with X-ray skeletal survey by region and relationship with laboratory estimates of disease burden[J].Clin Radiol,2015,70(6):614-621.

[18] Littooij AS,Kwee TC,Barber I,et al.Whole-body MRI for initial staging of paediatric lymphoma:prospective comparison to an FDG-PET/CT-based reference standard[J].Eur Radiol,2014,24(5):1153-1165.

[19] Kuliszkiewicz-Janus K,Tuz MA,Baczyński S.Application of31P MRS to the analysis of phospholipid changes in plasma of patients with acute leukemia[J].Biochim Biophys Acta,2005,1737(1):11-15.

[20] Barnes SL,Whisenant JG,Loveless ME,et al.Practical dynamic contrast enhanced MRI in small animal models of cancer:data acquisition,data analysis,and interpretation[J].Pharmaceutics,2012,4(3):442-478.

[21] Sourbron SP,Buckley DL.Classic models for dynamic contrast-enhanced MRI[J].NMR Biomed,2013,26(8):1004-1027.

[22] Zha Y,Li M,Yang J.Dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging of diffuse spinal bone marrow infiltration in patients with hematological malignancies[J].Korean J Radiol,2010,11(2):187-194.

[23] Chen BB,Hsu CY,Yu CW,et al.Dynamic contrast-enhanced MR imaging measurement of vertebral bone marrow perfusion may be indicator of outcome of acute myeloid leukemia patients in remission[J].Radiology,2011,258(3):821-831.

[24] Ma HT,Griffith JF,Zhao X,et al.Relationship between marrow perfusion and bone mineral density:a pharmacokinetic study of DCE-MRI[J].Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc,2012:377-379.

[25] Boss A,Bisdas S,Kolb A,et al.Hybrid PET/MRI of intracranial masses:initial experiences and comparison to PET/CT[J].J Nucl Med,2010,51(8):1198-1205.

[26] Herrmann K,Queiroz M,Huellner MW,et al.Diagnostic performance of FDG-PET/MRI and WB-DW-MRI in the evaluation of lymphoma:a prospective comparison to standard FDG-PET/CT[J].BMC Cancer,2015,15:1002.

[27] Fenchel M,Konaktchieva M,Weisel K,et al.Response assessment in patients with multiple myeloma during antiangiogenic therapy using arterial spin labeling and diffusion-weighted imaging:a feasibility study[J].Acad Radiol,2010,17(11):1326-1333.

[28] Sprinkhuizen SM,Ackerman JL,Song YQ.Influence of bone marrow composition on measurements of trabecular microstructure using decay due to diffusion in the internal field MRI:simulations and clinical studies[J].Magn Reson Med,2014,72(6):1499-1508.

030001 山西醫科大學(龔彤)；030001 山西醫科大學第二醫院影像科(牛金亮)

龔彤(1989-)，女，重慶渝北人，碩士研究生，主要從事骨關節影像診斷工作。

牛金亮，E-mail：sxlscjy@163.com

R551.3； R445.2

A

1000-0313(2017)02-0183-03

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.02.019

2016-03-30

2016-05-23)