3.0T MRI多b值擴散加權平面回波成像對多發性骨髓瘤的診斷價值

王 麗 蔣 濤 姜 樺 高 文

(1.首都醫科大學附屬北京朝陽醫院放射科，北京 100020；2.首都醫科大學附屬北京朝陽醫院血液科，北京 100020)

磁共振(magnetic resonance，MR)擴散加權成像(diffusion-weighted image, DWI)是目前唯一無創性反應活體組織水分子擴散的檢查方法，用于診斷超早期的腦梗死已經得到國內外研究[1-2]認同。其應用于其他臟器的診斷也逐漸增多[3-4]，多發性骨髓瘤(multiple myeloma，MM)是發生于中老年人的漿細胞惡性增生性疾病,臨床通過骨髓穿刺定性，常規MRI檢查可以顯示病變對骨髓的侵犯范圍，但無法定量評價病變的侵犯程度[5-6]。近年來高場磁共振全身DWI[7-9]和18F-FDG PET/CT正逐漸應用于多發性骨髓瘤診斷，但針對高場磁共振多b值的研究較少報道，b值的選擇與DWI的信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)，判斷椎體病變的可靠性有密切關系，本研究通過應用3.0T磁共振多個b值對多發性骨髓瘤組與健康志愿者的比較，尋求最優化b值，以探討其敏感性及特異性。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取自2009年9月至2011年12月首都醫科大學附屬北京朝陽醫院血液科就診患者，經過骨髓穿刺確診并具有完整病例資料50例，其中男性25例，女性25例，年齡38～79歲，中位年齡59歲，臨床確診的多發性骨髓瘤患者按Durie-Salman分期，DS-Ⅱ期10例，DS-Ⅲ期40例，其中10例患者先后化學藥物治療(以下簡稱化療)復查2～4次不等，病程長達2年；MRIDWI檢查與骨髓穿刺的時間在1周以內，患者無骨髓病變的健康志愿者20例，其中男性為11例，女性為9例，中位年齡為55歲。

1.2 MR成像和測量方法

采用Siemens Trio 3.0T 超導雙梯度MR掃描儀，最大梯度場 45 mT/m，梯度切換率 200 mT·m-1·s-1。應用體線圈對脊柱(包括胸椎、腰椎、髂骨等部位)常規做矢狀位TSE/T1WI、TSE/T2WI脂肪抑制序列及軸位TSE/T2WI檢查；DWI掃描參數：單次激勵 EPI-DWI序列，TR 4 800 ms，TE 91 ms，NEX為1次，矩陣為93×132，FOV為195×279 cm2，層數20～30層，層厚5 mm，軸位掃描；b值在同一序列分別設定b0=0 s/mm2，b1=50 s/mm2，b2=600 s/mm2，b3=1 000 s/mm2，總掃描時間：2 min 57 s。

所有數據均傳入Siemens Trio 3.0T LEANADUO工作站，利用Functool軟件處理完成。根據常規矢狀位T1WI及T2WI脂肪抑制序列所顯示的病變，選擇DWI序列軸位圖像，選用4個不同的擴散敏感系數(b0=0 s/mm2，b1=50 s/mm2，b2=600 s/mm2，b3=1 000 s/mm2)，將b1/b2值分別設定0/50、0/600、0/1 000的圖像通過工作站完成ADC圖像重建。對不同b值DWI分別進行定性和定量分析。

1.3 主觀評價DWI圖像質量

參考湯光宇等[10]關于椎體DWI圖像的分級，結合本研究，根據圖像有無變形和偽影，將圖像質量分為3級：I級：解剖結構及病變顯示清晰，背景噪音較少，無顆粒狀偽影，重復測量值穩定；Ⅱ級：解剖結構及病變顯示較清晰，有一定的背景噪音，有少許顆粒狀偽影，重復測量值較穩定；Ⅲ級：解剖結構及病變顯示不清晰，背景噪音較多，有多量顆粒狀偽影，重復測量值不穩定；由兩位MR高年主治醫師對圖像進行評分，如果有分歧，協商后達成一致。選擇在DWI像上呈高信號，而在ADC圖像上呈低信號的病變部位設置感興趣區(region of interest,ROI)，每個ROI面積約22 mm2，測量病變椎體信號強度值(signal intensity，SIa)及ADC值，同時測量3處椎旁軟組織信號強度值和標準差，取其平均值作為背景噪聲值(signal intensity，SIb)和標準差(Standard deviation of signal intensity， SDb)，采用圖像SNR，進行DWI圖像質量評價，其計算公式如下：SNR=SIa/SDb。ADC測量：ADC值采用國內通用公式：ADC=ln (S高/S低)/(b低/b高)。公式單位為mm2/s，b高=50、600、1 000 mm2/s，b低=0 mm2/s；ln為自然對數，其中S低、S高分別為相應b值時DWI上信號強度。

1.4 統計學方法

應用SPSS 13.0統計軟件包進行統計學分析，所有數據經正態性檢驗和方差齊性檢驗，均符合正態性分布和方差齊，SNR和ADC值的比較：各組間比較采用單因素方差分析(one-way，ANOVA)進行檢驗。MM組與健康志愿組ADC值的比較，應用兩個獨立樣本t檢驗，以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 病變信號特點及檢出率

多發性骨髓瘤患者的骨髓信號在常規T1WI上呈彌漫性低信號，較同年齡健康組骨髓相比明顯減低，比自身椎間盤信號減低或相等，受累較重病灶在T1WI呈多發散在斑片狀、結節狀的低信號的骨質破壞(圖1、2)，在T2WI壓脂序列上表現為高信號灶(圖1B、圖2B)，DWI圖像上高信號灶(圖2B、C、D)，ADC圖上較周圍骨髓信號減低。根據骨髓受累情況本研究MM組患分別檢出彌漫性浸潤的13例，局灶性浸潤的18例，彌漫性浸潤并灶性浸潤的18例，有1例患者的骨髓表現為椒鹽狀改變，本組50例患者在常規T1WI及T2WI壓脂序列上共檢出的164處病灶，除5例8處病灶，由于頸、胸交界部、心臟、主動脈搏動及大量胸水的影像，其他病灶在DWI上均可檢出，DWI的檢出率達95%。

圖1 多發性骨髓瘤(DS-Ⅲ期)患者ⅠFig.1 MRI sagittal of lumbar spine of a patient Ⅰ withmultiple myeloma of DS-Ⅲ

A：T1WI；B：T2WI fat suppression sequence MRI images show that there were multiple T1 low signal T2 high signal foci in vertebral bone marrow;MRI：magnetic resonance imaging.

圖2 多發性骨髓瘤(DS-Ⅲ期)患者Ⅱ的MRI腰椎Fig.2 MRI images of lumbar spine in patients Ⅱ with multiple myeloma (stage DS-Ⅲ)

A：T1WI；B： T2WI fat suppression sequence MRI images show myeloma forms a lump involving the spinal canal in L1/2 level;MRI：magnetic resonance imaging.

圖3 患者Ⅰ不同b值的DWI圖像Fig.3 DWI images of patient Ⅰ with different b values

A:T2WI;B:DWI, b=50;C:DWI, b=600;D:DWI；b=1 000;DWI:diffusion-weighted image; The axial T2WI(A)and the different b value DWI(B，C，D)of the same patient. The bone marrow lesion of the lumbar vertebra is high signal change. With the increase of the b value, the background image is blurred and the signal to noise ratio is reduced, but the focus is sensitive.

2.2 DWI結果

DWI圖像質量評分表詳見表1，b值為50 s/mm2的圖像質量較好，圖像質量評分為I級的占92%，b值為1 000 s/mm2的圖像質量較差，圖像質量評分為I級的占37%，而b值為600 s/mm2的圖像質量介于兩者之間。3組間的圖像質量百分比差異有統計學意義(P<0.05)，低b值的DWI圖像解剖結構清晰，與軸位T2WI吻合，但是病變的顯示受背景圖像的影響而不明顯，隨著b值的升高，病變周圍的解剖結構逐漸模糊，圖像對病變的敏感性逐漸提高,同時背景噪聲的增加使信噪比降低，相應圖像質量降低(圖3B～D)。DWI圖像SNR比較見表2顯示：b值為50、600、1 000 s/mm2的SNR的平均值為22.28±14.40，11.85±7.78，7.57±4.72組間差異均有統計學意義(F=19.523，P<0.01),隨著b值的增高,其敏感性增高，但信噪比明顯降低，圖像模糊，ADC值很不穩定，詳見表1，圖4、5。

2.3 ADC值的結果

b值為50、600、1 000 s/mm2的ADC值的平均值為(1.52±0.81)×10-3mm2/s、(1.32±0.74)×10-3mm2/s、(1.15±0.71)×10-3mm2/s 3組間差異均有統計學意義(F=3.525，P<0.01)，詳見表2。多發性骨髓瘤(MM組)與健康志愿組DWI不同b值平均ADC值比較，MM組均明顯高于健康志愿組，差異有統計學意義(P<0.01)。ADC值均隨b值的升高而降低，詳見表3。

表1 多發性骨髓瘤不同b值DWI等級評價結果Tab.1 Evaluation results of different b values DWI level in multiple myeloma (s/mm2)

Itemb=50b=600b=1 000FPSNR22.28±14.4011.85±7.787.57±4.7219.5230.001ADC/(×10-3mm2·s-1)1.52±0.811.32±0.741.15±0.713.5250.032 DWI:diffusion-weighted image;SNR: signal to noise ratio; ADC: apparent diffusion coefficient.

GroupNumber of caseb=50b=600b=1 000HV200.32±0.160.28±0.110.24±0.20MM501.52±0.811.32±0.741.15±0.71t7.3916.9995.898P0.0000.0000.000 ADC:apparent diffusion coefficient; HV: healthy volunteers; MM: multiple myeloma.

3 討論

多發性骨髓瘤由于臨床癥狀多樣化，早期診斷及療效評價是通過骨髓穿刺來完成的，X線平片及CT檢查作為骨質破壞的檢查手段已經廣泛應用，但是當骨髓瘤細胞侵及骨髓，無明顯骨小梁破壞或僅為輕微侵蝕骨小梁變細時，X線及CT的檢出受到限制[11-12]，MRI對骨髓病變的高敏感性成為多發性骨髓瘤早期診斷的有效檢查手段，Bruno[13]認為對于多發性骨髓瘤I期患者應用MR檢查骨髓有異常的生存率比無異常的患者生存率低，可以作為獨立因素評價患者的預后。MRI增強檢查對于疾病的診斷和療效的評價也發揮了一定作用，但是造影劑所帶來的腎毒性又加重了疾病的進展[14-15]。有研究[9]應用全身DWI根據病變破壞程度及分布，按照臨床分期進行全身MR分期，并顯示兩種分期方法差異無統計學意義，提示MR可以有效地檢出骨髓瘤的病灶，但以上這些檢查都無法定量評估病變的浸潤程度，高場MR DWI在骨腫瘤的應用價值和技術參數的探討仍然是當前研究的熱點。

本研究通過對常規檢查與DWI檢查的對比研究以及健康組與MM組的對比研究顯示：DWI對于多發性骨髓瘤患者的骨髓病變具有較高的敏感度和特異度，通過測量ADC值可以間接定量評估病損骨髓的破壞程度。

首先與常規T1WI與T2WI壓脂序列比較，具有同等水平的敏感度，本研究50例患者的164處在常規T1WI及T2WI壓脂序列檢出的病灶，除5例8處病灶，由于頸、胸交界部、心臟、主動脈搏動及大量胸水的影像，其他病灶在DWI上均可檢出，DWI的檢出率達95%；在DWI上MM病灶呈高信號灶，沿椎體走行分布，周圍正常骨髓呈低信號改變，形成黑白鮮明的對比(圖3)，而在ADC圖上病變呈稍低信號改變，與鄰近的軟組織如腰大肌、雙腎的高信號形成對比；有2例患者的病灶侵及椎管，在DWI(圖4)及ADC圖(圖5)上均可清晰顯示。這是由于DWI檢查能夠反映組織內水分子的Brown運動，水分子的擴散狀況能反映該組織的生物物理特性，水分子在梯度場內擴散，因位置的移動而經歷磁場強度的變化，從而導致氫質子相位位移，使相位不能重聚，從而使信號減低[1-2]。多發性骨髓瘤是由具有合成和分泌免疫球蛋白能力的漿細胞克隆性惡性增生從而導致破骨細胞的數目和活躍度增長，侵犯骨髓及骨質產生破骨性改變，對骨髓的侵犯是由于惡性漿細胞的浸潤、堆積替代了正常骨髓組織，一方面使細胞外空間減少，水分子的運動受阻，ADC值減低，另一方面生物膜結構的阻擋和大分子蛋白的吸附作用在一定程度上限制了水分的擴散，導致ADC值減少[16-17]。

圖4 患者Ⅰ不同b值的DWI圖像Fig.4 DWI images of patient Ⅰ with different b values

A：T2WI;B:DWI,b=50;C:DWI, D=600,D:DWI, 6=1 000,DWI:diffusion-weighted image. Axis images of T2WI (A) and DWI of different b values (B, C, D) of the same patient. Myeloma involves the right pedicle and transverse process of T12, forming extramedullary soft tissue mass (arrows) equal to paraspinal soft tissue signals, involving the spinal canal and the right nerve roots.

圖5 患者Ⅱ不同b值的ADC圖Fig.5 ADC map of patient Ⅱ with different b values

A：ADC map, b=50；B：ADC map, b=600;C: ADC map, b=1 000;ADC：Apparent diffusion coefficient； The lesion showed a low signal involving the right vertebral lamina and spinal canal, forming soft tissue mass, and the right nerve roots were involved.

其次在健康組與MM組的鑒別診斷上具有較高特異性。MM組的ADC值均明顯高于健康志愿組，差異有統計學意義。這是由于正常骨髓分布于骨髓腔內，由黃骨髓和紅骨髓組成，隨著年齡的增長，黃骨髓逐漸替代紅骨髓，本組健康志愿者的年齡均在50歲以上，椎體黃骨髓的比例較高，黃骨髓內含水量較少，所以ADC值較低；而多發性骨髓瘤患者一方面由于骨髓漿細胞在骨髓腔大量增生的同時由基質細胞衍變而來的成骨細胞過度表達IL-6，激活破骨細胞，導致骨質疏松甚至溶骨性破壞，繼發高鈣血癥，另一方面骨髓彌散受限與骨髓增生情況有關，骨髓穿刺結果提示大部分患者的骨髓象顯示均有紅系、粒系的異常增生，幼稚的有核細胞越多，細胞密度越大，導致細胞外間隙縮小，水分子相對彌散受限，故在彌散圖像上信號增高，ADC值下降[7]。本組健康志愿者組的ADC值明顯低于多發性骨髓瘤患者組。這一點高度提示DWI可以敏感檢出病變椎體，多發性骨髓瘤組的ADC值與既往文獻中惡性椎體骨折的數據吻合[10]。

通過對本組高場DWI多b值的研究顯示：DWI的圖像信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)隨著b值的增高而降低，而圖像對檢出病變的敏感性逐漸增高，這一點與既往文獻中低場磁共振儀的結論一致[3,10]。根據既往文獻，本研究選擇了b=50、600及1 000 s/mm23個b值，為了避免高場磁共振儀對脊柱側彎或運動的敏感造成測量誤差，本研究選擇了軸位掃描，通過對50例多發性骨髓瘤患者脊椎、骨盆156處骨髓病灶的評價和比較顯示：隨著b值的增高，病變周圍的解剖結構逐漸模糊，圖像SNR減低，Ⅲ級圖像所占比例增高，但是圖像對病變的敏感性逐漸提高。在頸椎及胸廓入口區、胸椎靠近心臟及主動脈部的DWI圖像變形明顯，b值為1 000的圖像扭曲而無法辨認解剖結構；高場磁共振儀對運動的敏感性更高。這是由于隨著b值增加，組織的重T2(T*)效應所引起的磁敏感偽影和渦流偽影使圖像發生扭曲更明顯。選用的b值越大,即施加的彌散梯度場強就大,一方面,使彌散不同的組織信號差異增大;另一方面,使圖像易變形、扭曲,信噪比降低,這點與文獻[10]的報道一致。本組在b值=600時的信噪比和病變檢出率較合適，既能對病灶敏感地檢出，又能較清晰地顯示病變及其解剖結構，而且對于臨床無法增強的患者進行定量療效評價。經過相關性分析顯示各組ADC值與骨髓穿刺漿細胞比例無明顯相關性，這一點與文獻[7]吻合。有5例患者的3次復查結果顯示，經過化療后，漿細胞比例明顯下降的同時，ADC值卻逐漸上升，結合常規T1WI及T2WI脂肪抑制序列，筆者發現，病灶明顯縮小，ADC值低的區域逐漸減少，而被高信號的囊變區替代，由于復查的病例較少，無法作統計學計算。

總之，高場彌散加權像不僅能夠敏感地檢出多發性骨髓瘤對骨髓的破壞，并且可以無創定量分析病灶的破壞程度及治療效果，在不用造影劑的情況下，為晚期腎功能不全患者監測骨髓受累情況。

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