DCE-MRI對原發性骨肉瘤惡性程度的評估價值

李瑩， 任翠萍， 張嵐， 程敬亮

·骨骼肌肉影像學·

DCE-MRI對原發性骨肉瘤惡性程度的評估價值

李瑩， 任翠萍， 張嵐， 程敬亮

目的探討動態增強曲線類型及動態增強參數對原發性骨肉瘤惡性程度評判的臨床價值。方法對51例經病理證實的骨肉瘤患者行動態增強MR掃描，采用Mean Curve分析軟件得到時間-信號強度曲線(TIC)、早期動態增強的斜率值(Slope)和邊緣-中心向心強化程度比值(Rrim-center)。使用多個獨立樣本的非參數檢驗比較高、低度惡性骨肉瘤的TIC類型分布；采用兩個獨立樣本秩和檢驗比較高、低度惡性骨肉瘤的動態增強參數；采用多個獨立樣本非參數檢驗比較不同曲線類型的骨肉瘤的動態增強參數。結果高、低度惡性骨肉瘤的TIC類型的分布差異具有統計學意義(χ2=22.364，P=0.000)。高度惡性骨肉瘤的Slope值和Rrim-center值均高于低度惡性骨肉瘤，差異有統計學意義(Z=-5.159，P=0.000；Z=-5.284，P=0.000)。Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型TIC曲線的Slope值和Rrim-center值逐漸減小，差異有統計學意義(χ2=24.453，P=0.000；χ2=25.246，P=0.000)。結論TIC類型、動態增強參數值可評價原發性骨肉瘤的惡性程度。

骨肉瘤； 磁共振成像； 診斷

骨肉瘤是兒童和青少年最常見的骨原發惡性腫瘤，好發于四肢長骨，起病時多無典型的臨床癥狀。不同病理類型的骨肉瘤惡性程度不同[1]，腫瘤對周圍組織的侵犯及病變血供的豐富程度也不一樣，直接決定了患者的治療方案及預后[2]。近年來應用動態增強(dynamic contrast-enhanced，DCE)MRI鑒別良惡性骨腫瘤及軟組織腫瘤的報道較多，結論也不盡相同，而且其在臨床中的應用也逐漸被國內外放射科醫師及骨科醫師所重視。本研究旨在探討DCE-MRI的時間-信號強度曲線(time-signal intensity curve，TIC)類型及動態增強參數對判定原發性骨肉瘤惡性程度的臨床價值。

材料與方法

1.臨床資料

骨肉瘤患者51例，女19例，男32例，年齡7～72歲，中位年齡18歲。最常見首發癥狀是疼痛，43例伴有不同程度的疼痛。所有病例行DCE-MRI檢查前均未行放療、化療、手術或病理穿刺等可能造成影像干擾的診療措施，兩周內經活檢或手術病理證實。參照2013年WHO骨腫瘤分類標準，將所有患者分為高度惡性組36例(骨母細胞型骨肉瘤10例、軟骨母細胞型骨肉瘤9例、纖維母細胞型骨肉瘤12例、表面高度惡性骨肉瘤1例、小細胞惡性骨肉瘤4例)和低度惡性組15例(髓內高分化骨肉瘤9例、皮質旁骨肉瘤5例、骨膜骨肉瘤1例)。本研究經倫理委員會批準進行，患者本人或患兒家屬均簽署知情同意書。

2.檢查方法

采用Siemens Magnetom Trio Tim 3.0T超導MR掃描儀，掃描序列包括冠狀面T1WI (TR 500 ms， TE 20 ms)、T2WI (TR 4200 ms，TE 100 ms)、脂肪抑制T2WI和橫軸面脂肪抑制T2WI(TR 4200 ms，TE 100 ms)，必要時加掃矢狀面脂肪抑制T2WI(TR 4000 ms，TE 100 ms)，視野360 mm×380 mm，層厚4 mm，層數根據病變大小而定，以病變為中心。

DCE-MRI：采用橫軸面T1WI三維快速小角度激發梯度回波(FLASH-3D)加脂肪抑制(TR 3.9 ms，TE 1.3 ms，翻轉角15°)序列，層厚、層數及FOV隨病灶的大小而定。首先掃描1期蒙片，第2期掃描的同時注入對比劑，共計掃描18期。采用Medrad高壓注射器注射對比劑，劑量0.1 mmol/kg，注射流率2.0 mL/s，而后注射20 mL生理鹽水沖管。動態掃描時間265～386 s。

3.圖像后處理

由3名具有5年以上工作經驗的MRI診斷醫師在不知道患者臨床資料和病理結果的情況下獨立對圖像進行分析、測量，意見不一致時協商達成一致。

采用后處理工作站的Mean Curve軟件繪制TIC，ROI選取增強早期病變強化最顯著的實質區(紅色線)、鄰近正常組織如骨髓及軟組織(綠色線和藍色線)、同層面動脈血管(黃色線)作為參照，縱坐標為信號強度，橫坐標為掃描時間，得到TIC的同時還可獲得Slope序列和包含不同時間點的信號強度值的表格。根據齊滋華[3]的TIC分型方法：Ⅰ型為快速上升下降型；Ⅱ型為快速上升平臺型；Ⅲ型為緩慢上升型；Ⅳ型為平坦型。選擇ROI的原則：結合MR平掃及增強圖像，選取病變均勻、增強早期強化最顯著的實質區域，面積30～40 mm2，避開鈣化、出血、壞死囊變等區域。

早期動態增強的斜率值(Slope)：在生成的Slope序列上選擇TIC上升最陡直的區域，多個病灶層面分別進行多次測量獲得平均值。

邊緣-中心向心強化程度比值(Rrim-center)根據公式Rrim-center=(SIrim-SIcenter)/(SIrim+SIcenter)計算，其中SIrim代表注入對比劑前后病灶邊緣的信號強度差，SIcenter代表對比劑注入前后病灶中心的信號強度差。

4.統計學分析

采用SPSS 21.0統計軟件進行數據分析，Slope值和Rrim-center值不滿足正態分布，采用四分位數間距表示。采用多個獨立樣本的非參數檢驗分析TIC類型分布；采用兩個獨立樣本秩和檢驗分析不同惡性程度骨肉瘤的動態增強參數；采用多個獨立樣本非參數檢驗比較不同曲線類型的骨肉瘤的動態增強參數。以Plt;0.05為差異有統計學意義。

結果

1.高、低度惡性骨肉瘤的TIC類型分布

51例患者中，高度惡性骨肉瘤36例，其中Ⅰ型曲線(圖1)23例、Ⅱ型曲線13例(圖2)；低度惡性骨肉瘤15例，Ⅰ型、Ⅱ型(圖3)、Ⅲ型(圖4)曲線分別為2例、6例、7例，Ⅱ型曲線在高、低度惡性骨肉瘤有重疊，TIC類型在高、低度惡性腫瘤中的分布差異有統計學意義(χ2=22. 364，P=0.000)。TIC取Ⅰ型曲線為高度惡性診斷標準，診斷高度惡性骨肉瘤的敏感度為63.9%，特異度為86.7%，陽性預測值為92%，陰性預測值為50%。TIC取Ⅲ型曲線為低度惡性診斷標準，診斷低度惡性骨肉瘤的敏感度為46.7%，特異度為100%，陽性預測值為100%，陰性預測值為81.8%。

表1 51例不同惡性程度的骨肉瘤TIC類型分布

2.高、低度惡性骨肉瘤的動態增強參數的比較

采用非參數檢驗的兩個獨立樣本的秩和檢驗對高、低度惡性組的動態增強參數進行分析發現，高、低度惡性骨肉瘤的動態增強參數值Slope和Rrim-center差異均有統計學意義(Z=-5.159，P=0.000；Z=-5.284，P=0.000)。

表2 51例骨肉瘤的動態增強參數的比較

3.不同TIC類型的骨肉瘤的動態增強參數的比較

采用多個獨立樣本的非參數檢驗對動態增強參數進行分析，可得不同曲線類型的Slope值的χ2值=24.453，P=0.000(Plt;0.05)；Rrim-center的χ2值=25.246，P=0.000(Plt;0.05)，可知不同TIC類型的骨肉瘤的動態增強參數值之間的差異有統計學意義。

圖1 女，31歲，纖維母細胞型骨肉瘤(高度惡性)。a) 矢狀面T1WI見胸6椎體明顯壓縮變扁(箭)，前后徑明顯增寬，且向后壓迫硬膜囊； b) TIC選點圖，“1”點(紅色)為病灶實性部分強化最明顯的邊緣區域； c) 病灶實性部分動態增強曲線呈快速上升下降型(TIC Ⅰ型)。 圖2 男，13歲，小細胞型骨肉瘤(高度惡性)。a) 冠狀面T1WI示左側脛骨中上段大片混雜低信號(箭)，周圍見軟組織腫塊，邊界尚清； b) TIC選點圖，“1”點(紅色)為軟組織腫塊強化最明顯的邊緣區域； c) 病灶實性部分動態增強曲線呈快速上升平臺型(TICⅡ型)。

參數Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型χ2值P值Slope(%/s)(P25～P75)28．90，62．3019．40，34．405．92，10．7424．4530．000Rrim?center(P25～P75)0．579，0．8510．377，0．6110．135，0．38525．2460．000

討論

MRI-DCE成像技術反映的是腫瘤組織的血流動力學特點，同時定量反映腫瘤的強化效果，從而反映出腫瘤的血流灌注情況及血管化程度[4]。腫瘤的惡性程度的高低與腫瘤組織內部異常增殖的血管網的形態和功能以及患骨本身的血液循環狀況相關。惡性腫瘤生長迅速，增生活躍的腫瘤內部可見豐富的血管結構，而其形成的血管壁多較薄，且缺乏平滑肌組織，血管化程度高而血管成熟度低，因此腫瘤惡性程度越高，組織的血流量、血液灌注量和滲透性也越高。

1.TIC

TIC是腫瘤內部的毛細血管密度、血管通透性、血流灌注量等多種因素的綜合反映。動態增強過程中對比劑快速洗脫的病理生理學基礎是血管內皮細胞間隙大、基底膜不完整造成血管滲透性的增加，因此骨肉瘤惡性程度越高，血管通透性越高且細胞間隙越大，越容易形成TICI型曲線。丁慶國等[5]通過對34例肌骨病變的DCE-MRI研究，認為TIC曲線類型對于腫塊良惡性的鑒別診斷有重要價值。張晶等[6]通過對93例肌骨系統腫瘤的DCE-MRI研究，結果顯示TIC類型在良惡性腫瘤中的分布差異具有統計學意義。李彩霞等[7]對61例肌骨系統腫瘤及腫瘤樣變行DCE-MRI研究，結果顯示，Ⅰ型曲線只見于惡性病變，Ⅱ型與Ⅲ型曲線在良、惡性病變之間有明顯重疊，Ⅳ型TIC曲線僅見于良性病變，良、惡性骨腫瘤及腫瘤樣病變的TIC類型分布有顯著差異。郎寧等[8]通過對66例脊柱良惡性病變行DCE研究，結果顯示Ⅰ型、Ⅲ型、Ⅳ型曲線對良惡性病變有較高鑒別價值；Ⅰ型曲線多為惡性病變，Ⅲ型、Ⅳ型曲線多為良性病變，而良惡性病變均可表現為Ⅱ型曲線。既往的研究多為DCE-MRI鑒別肌骨系統腫瘤的良惡性，而本組51例患者均為惡性骨肉瘤，通過研究結果顯示高、低度惡性骨肉瘤的TIC類型分布有顯著差異，Ⅱ型曲線可見明顯重疊。TIC Ⅰ型診斷高度惡性骨肉瘤的敏感度為63.9%，特異度為86.7%，陽性預測值為92%，陰性預測值為50%。TIC Ⅲ型診斷低度惡性骨肉瘤的敏感度為46.7%，特異度為100%，陽性預測值為100%，陰性預測值為81.8%。本組研究對象均為惡性骨肉瘤，因此TIC類型中無Ⅳ型曲線；骨肉瘤惡性程度越高，病灶的血流灌注更易呈快進快出表現，即TIC呈I型，而一些惡性程度較低的骨肉瘤表現為TIC Ⅲ型，這與既往的研究結果都是一致的。

圖3 男，20歲，低級別中心型骨肉瘤(低度惡性)。a) 矢狀面T1WI示右側脛骨下段骨質破壞，病灶周圍緣形成軟組織腫塊(箭)； b) TIC選點圖，“1”點(紅色)為病灶軟組織腫塊強化最明顯的邊緣區域； c) 病灶實性部分動態增強曲線呈快速上升平臺型。 圖4 女，20歲，骨旁骨肉瘤(低度惡性)。a) 冠狀面T1WI示左股骨遠端內側皮質旁示大片狀、邊界清晰的低信號，內部信號不均勻(箭)； b) TIC選點圖，“1”點(紅色)為病灶實性部分強化最明顯的邊緣區域； c) 動態增強曲線呈緩慢上升型。

2.Slope值

Slope值是TIC早期最陡峭上升段的斜率，是一個定量指標，反映的是腫瘤的血管化程度和血流灌注情況。動態增強早期腫瘤組織內對比劑的量決定了其在腫瘤內的濃度變化，因而TIC的早期強化率反應的是腫瘤的血供情況及內部新生腫瘤血管的分布[9]。動態增強早期對比劑在血管內外濃度差最大，腫瘤血管進行性充盈，TIC早期呈陡直上升，可表現與病變同層面動脈血管的TIC曲線相仿；且腫瘤組織血管化程度越高，血流灌注越高，則陡直上升的趨勢越明顯。本組病例中高度惡性骨肉瘤的Slope值明顯高于低度惡性骨肉瘤，且高低度惡性組之間差異具有統計學意義。李彩霞等[7]通過對61例骨肌病變研究后認為良惡性病變的Slope值存在較大范圍的重疊，不能單獨用于良惡性腫瘤的判斷；而本組病例中高低度惡性骨肉瘤的Slope值之間差異具有統計學意義，可能與低度惡性骨肉瘤內成骨較多、血管化程度較低有關。朗寧等[8]研究認為惡性腫瘤達峰時間明顯比良性病變快，最大上升線性斜率大，對良惡性病變的鑒別有重要價值，與本組研究結果一致。

3.Rrim-center值

Rrim-center值是衡量腫瘤血流動力學情況的另一個定量分析指標。腫瘤邊緣在血管內皮生長因子的作用下見新生血管生成，因此為腫瘤血管豐富、生長活躍的區域；由于腫瘤血管通透性高且缺乏平滑肌細胞，再加上缺乏有效的淋巴回流系統和血管外壓較高，因而腫瘤內部流體靜壓和間質內壓升高，可致腫瘤內部血流灌注較低[10]。綜上可知，骨肉瘤邊緣和中心的新生血管的密度及灌注量分布差異明顯。骨肉瘤惡性程度越高，腫瘤邊緣的新生血管越豐富，而腫瘤中心更易出現囊變、壞死區，則腫瘤邊緣與中心的血流灌注差越大，即Rrim-center值越大。本組骨肉瘤患者，高度惡性骨肉瘤的Rrim-center值高于低度惡性骨肉瘤，差異有統計學意義。丁慶國等[5]認為肌骨腫塊邊緣、中央區的TIC類型不一致，即腫塊邊緣和中心的血管化程度、間質壓力的不同及組織成分存在差異，與本組的研究結果在原理上是一致的。李彩霞等[7]通過研究61例骨肌腫瘤結果顯示惡性骨腫瘤Rrim-center值高于良性組，且良惡性骨肌病變之間動態增強參數差異有統計學意義，與本文研究結果一致。

本研究存在一定的局限性：①病例樣本量不夠大，而且低度惡性骨肉瘤的例數相對較少，因此在做統計學分析時可能存在一定的誤差。②本組骨肉瘤病理類型較多且特點各不一樣，也不能保證病理取材的部位與DCE-MRI觀察的部位一致，因此無法將病理與影像一一對應。本研究結果顯示，TICⅠ型曲線支持高度惡性骨肉瘤，而TIC Ⅲ型曲線提示低度惡性骨肉瘤，Slope值和Rrim-center值可用來評價骨肉瘤的惡性程度。

[1] 周寨文，張延偉，韓偉強，等.不同病理類型骨肉瘤的影像學表現初探[J].放射學實踐，2013，28(11):1160-1163.

[2] 朱忠勝，張春林.骨肉瘤保肢與截肢[J].國際骨科學雜志，2012，33(2):124-125.

[3] 齊滋華.3T磁共振功能成像對肌骨腫瘤中的應用研究[D].山東:山東大學，2006.

[4] Bajpai J，Gamnagatti S，Kumar R，et al.Role of MRI in osteosarcoma for evaluation and prediction of chemotherapy response:correlation with histological necrosis[J].Pediatric Radiology，2011，41(4):441-450.

[5] 丁慶國，胡春洪，郭亮，等.時間-信號強度曲線在肌骨系統腫塊中的價值[J].放射學實踐，2003，18(4):266-268.

[6] 張晶，梁偉，李曉松，等.MR動態增強掃描時間-信號強度曲線在骨骼肌肉系統腫瘤定性診斷中的價值[J].中華放射學雜志，2009，43(6):575-578.

[7] 李彩霞，任仙，任翠萍，等.MR動態增強鑒別良惡性骨腫瘤及腫瘤樣病變的價值[J].臨床放射學雜志，2011，24(11):1497-1500.

[8] 朗寧，盧禹流，袁慧書.動態增強MR對脊柱良惡性病變的鑒別診斷價值[J].中國醫學影像學雜志，2016，30(10):847-849，851.

[9] Zhang XM，Yu D，Zhang HL，et al.3D dynamic contrast-enhanced MRI of rectal carcinoma at 3T:correlation with microvascular density and vascular endothelial growth factor markers of tumor angiogenesis[J].J Magn Reson Imaging，2008，27(6):1309-1316.

[10] Perini R，Choe R，Yodh AG，et al.Non-invasive assessment of tumor neovasculature:techniques and clinical applications[J].Cancer and Metastasis Rev，2008，27(4):615-630.

Thevalueofdynamiccontrast-enhancedMRIinevaluatingthedegreeofmalignancyofosteosarcoma

LI Ying,REN Cui-ping,ZHANG Lan,et al.

Department of MR,the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University,Zhengzhou 450052，China

Objective：The purpose of this study was to explore the clinical value of time-signal intensity curve (TIC) types and parameters of dynamic contrast-enhanced MRI (DCE-MRI) in evaluating the degree of malignancy of osteosarcoma.Methods51 patients with osteosarcoma confirmed by pathology were examined by DCE-MRI scan.TIC type,slope and rim-center were obtained by mean curve software.TIC types was analyzed by rank sum test of a number of independent samples;two independent samples rank sum was used to analyze DCE-MRI parameters of low-grade and high-grade osteosarcoma;the DCE-MRI parameters of three different curve types were compared by use of rank sum test of a number of independent samples.ThePvalue lt;0.05 was considered significant.ResultsThe χ2value of TIC type between high-grade and low-grade osteosarcoma was 22.364,withP=0.000 (Plt;0.05),which was significantly different.Both slope and rim-center values of highly malignant osteosarcoma were higher than those of the low-grade ones.TheZandPvalue of slope and rim-center values between the high-grade and low-grade malignant osteosarcoma were -5.159,-5.284 and 0.000,0.000 (Plt;0.05),indicating a significant statistical difference.The slope and rim-center values of TIC type Ⅰ, Ⅱ,and Ⅲ decreased,the χ2value andPvalue of slope and rim-center value of different TIC types were 24.453,25.246 and 0.000,0.000 (Plt;0.05),which indicated significant statistical difference.ConclusionTIC types and DCE-MRI parameters can evaluate the degree of malignancy of osteosarcoma.

Osteosarcoma； Magnetic resonance imaging； Diagnosis

450052 鄭州，鄭州大學第一附屬醫院磁共振科(李瑩、任翠萍、程敬亮)；450000 鄭州，河南中醫藥大學第一附屬醫院磁共振科(張嵐)

李瑩(1985-)，女，河南鶴壁人，碩士，主治醫師，主要從事中樞神經系統和骨肌系統的磁共振診斷工作。

河南省中醫藥科學研究專項課題(2015ZY02014)

R445.2； R738.1

A

1000-0313(2017)11-1191-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.11.020

2017-01-05)