多b 值彌散加權成像及常規磁共振成像對兒童急性白血病腰椎骨髓浸潤診斷價值評估

孫海燕， 李榮品， 吳亞蘭， 叢夢迪， 王偉秀， 王 晶， 侯振洲

河北省兒童醫院CT—磁共振科，河北 石家莊 050031

急性白血病(acute leukemia，AL)是造血干細胞的惡性克隆性疾病，腫瘤細胞取代正常組織在骨髓內異常增殖，正常造血功能被抑制[1]。 根據受累細胞類型將AL 分為急性淋巴細胞白血病(acute lymphoblastic leukemia，ALL)和急性髓細胞白血病(acute myeloid leukemia，AML)。 兒童以ALL較多見，約占80%[2]。 臨床主要依賴骨髓穿刺涂片進行診斷和療效評估，但因骨髓穿刺取材有限，在反映骨髓病變程度及累及范圍方面存在局限性[3]；其次，有創性操作存在感染和出血風險，多次反復進行，患兒不易耐受[4]。 磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)1 次檢查即可獲得大范圍內的骨髓狀態，對正常骨髓及髓內病變進行充分顯示，彌補了骨髓活檢的不足。 目前，應用多b 值彌散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)進行兒童白血病骨髓浸潤研究的報道較少見。 本研究應用多b 值DWI 對AL 兒童腰椎MRI 圖像進行分析，探討其在診斷兒童AL 方面的臨床應用價值。 現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取自2019 年3 月至2020 年11 月于河北省兒童醫院血液科就診的臨床初診為急性初發白血病的29 例患兒為白血病組。 其中，男性18 例，女性11 例；年齡0.4 ~13.0 歲，平均年齡5.3 歲；ALL 22 例，AML 7 例。 納入標準:(1)經骨髓穿刺結果證實為AL；(2)MRI 檢查前未行手術、放療、化療、介入等相關治療；(3)MRI 檢查時間與骨髓穿刺活檢時間相差≤48 h。 排除標準:(1)脊椎椎體存在其他病變，如腫瘤、炎癥或外傷等；(2)無骨髓穿刺活檢病理結果；(3)DWI 和表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)圖偽影較重，影響測量。 另隨機選擇于我院就診的無血液系統疾病史、椎體腫瘤疾病史及手術史的32 例患兒作為正常組，其中，脊髓栓系2 例，遺尿26 例，腦膜炎1 例，藏毛竇1 例，脊柱側彎2 例；男性17 例，女性15 例；年齡0.4 ~14.0 歲，平均年齡5.2 歲。 本研究屬于回顧性研究，并經醫院倫理委員會批準。

1.2 檢查方法 掃描設備為Philips Achieva 1.5T 雙梯度超導MR 成像設備，不能合作的小兒在掃描前30 min 給予10%水合氯醛液(0.5 ~1.0 ml/kg)灌腸鎮靜。 采用5 通道相控陣線圈。 MRI 掃描序列包括腰椎矢狀位，T1WI 序列掃描參數為TR 400 ms，TE 8 ms，層厚2.5 mm，層間距1.0 mm；T2WI 序列掃描參數為TR 3 000 ms，TE 120 ms，層厚2.5 mm，層間距1.0 mm；短時反轉恢復序列STIR 序列掃描參數為TR 4 265 ms，TI 165 ms，TE 80 ms，層厚2.5 mm，層間距1.0 mm。 矢狀位DWI 序列采用單次激發回波平面成像(SS-EPI)序列掃描，b 值選擇0、200、400、600 s/mm2，TR 910 ms，TE 61 ms，層厚3.5 mm，層間距1.0 mm，NSA ＝4，FOV ＝(31 ×20) ~(44 ×24)，矩陣＝176 ×210。

1.3 數據采集 將原始數據傳至Extended MR WorkSpace 2.6.3.3 工作站，進行圖像后處理，重建ADC 圖，由兩位高年資影像科醫師分別利用自帶測量工具在T1WI、T2WI、STIR、DWI 及ADC 序列上進行測量，取椎體矢狀位中心層面，測量第2 ~4 腰椎體，繪制感興趣區(region of interest，ROI)，盡量適宜椎體的大小，但不包括骨皮質、椎間盤及周圍韌帶，每個椎體測量3 次，將兩位醫師測量結果的平均值作為最終記錄值。 測量的數據包括T1 信號強度(ST1)、T2 信號強度(ST2)、STIR 信號強度(SSTIR)、DWI 信號強度(SD0、SD200、SD400、SD600)、ADC 值。

1.4 統計學方法 采用SPSS 21.0 統計學軟件對數據進行處理。 計量資料用均數±標準差(±s)表示，組間比較采用獨立樣本t 檢驗。 繪制受試者工作特征曲線(receiver operating characteristic curve，ROC)，分析常規序列、DWI 序列對白血病組及正常組的鑒別診斷效能。 以P <0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 白血病組與正常組ST1、ST2、SSTIR、ADC 值的比較 白血病組的ST1、ST2均低于正常組，組間比較，差異均有統計學意義(P<0.05)。 兩組SSTIR、ADC 比較，差異無統計學意義(P>0.05)。 見表1。

表1 白血病組與正常組ST1、ST2、SSTIR、ADC 值的比較(±s)

表1 白血病組與正常組ST1、ST2、SSTIR、ADC 值的比較(±s)

組別 ST1ST2SSTIRADC 值/mm2·s-1正常組 683.09 ±111.22 695.71 ±121.99 347.01 ±110.38 (0.56 ±0.13) ×10-3白血病組 418.66 ±66.87 499.86 ±106.66 378.74 ±114.36 (0.54 ±0.14) ×10-3 t 值 －11.371 －6.644 1.102 －0.647 P 值 <0.05 <0.05 >0.05 >0.05

2.2 白血病組與正常組不同b 值DWI 信號強度比較 白血病組不同b 值的DWI 信號強度均高于正常組，組間比較，差異均有統計學意義(P <0.05)。 各組DWI 信號強度隨b 值增高降低。 其中，白血病組SD0與SD200、SD400、SD600比較，差異均有統計學意義(P <0.05)；SD200與SD600比較，差異有統計學意義(P <0.05)；其余兩兩比較，差異均無統計學意義(P>0.05)。 正常組SD0與SD200、SD400、SD600比較，差異均有統計學意義(P<0.05)；SD200、SD400、SD600組間兩兩比較，差異無統計學意義(P>0.05)。 見表2。

2.3 ST1、ST2的診斷效能評價 ROC曲線顯示，ST1對應的曲線下面積(area under the curve，AUC)為0.988，ST2對應的AUC 為0.885，AUC 均>0.5，認為T1WI 及T2WI 序列鑒別白血病與正常組均有診斷學意義，T1WI 序列診斷效能更高，以541.4 作為診斷最佳臨界值，差異有統計學意義(P <0.05)，即ST1<541.4 時，判定為白血病。 見圖1。

表2 白血病組與正常組不同b 值DWI 信號強度的比較(±s)

表2 白血病組與正常組不同b 值DWI 信號強度的比較(±s)

注:與本組SD0比較，①P<0.05；與本組SD200比較，②P<0.05

組別 SD0SD200SD400SD600正常組 448.32 ±115.95 375.58 ±95.00①340.53 ±94.03①321.63 ±89.75①白血病組 625.73 ±132.78 551.92 ±135.81①496.74 ±127.44①447.29 ±120.79①②t 值 5.570 5.920 5.482 4.640 P 值 <0.05 <0.05 <0.05 <0.05

2.4 不同b 值DWI 信號強度的診斷效能 ROC 曲線顯示，不同b 值DWI 各序列AUC 均>0.5，SD200的AUC 值最高，為0.852，最佳臨界值為504.65，敏感度為69%，特異度為90.6%。 見圖2。

2.5 ALL 及AML 各測量值比較 ALL 和AML 患兒在常規序列和不同b 值下DWI 序列的信號強度、ADC 值比較，差異均無統計學意義(P>0.05)。 見表3。

3 典型病例

男性患兒，6 歲，診斷為ALL，MRI 及DWI 圖像見圖3。

4 討論

圖1 ST1、ST2鑒別白血病組和正常組的ROC 曲線

圖2 不同b 值DWI 信號強度的ROC 曲線

表3 ALL 和AML 患兒各測量值間的比較(±s)

表3 ALL 和AML 患兒各測量值間的比較(±s)

組別 ST1ST2SSTIRSD0SD200SD400SD600ADC 值/mm2·s-1 ALL 患兒411.97±43.86 521.32±88.69 383.01±104.74 629.42±135.67 561.08±142.03 507.80±134.10 453.93±129.46 (0.54±0.14)×10-3 AML 患兒439.69±116.00 432.41±136.25 365.31±149.54 614.14±132.85 523.14±119.15 461.99±104.83 426.40±93.58 (0.54±0.15)×10-3 t 值 －0.618 2.025 0.351 0.261 0.637 0.824 0.518 0.028 P 值 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05

圖3 MRI 及DWI 圖像(a.T1WI；b.T2WI；c.STIR 矢狀位圖像，T1WI 椎體信號彌漫性減低；d~g.b 值分別為0、200、400、600 s/mm2 對應的DWI 圖像；h.ADC 圖像)

骨髓是人體的造血器官，依功能不同分為紅骨髓和黃骨髓，紅骨髓中造血細胞約占60%，脂肪細胞約占40%；黃骨髓含大量脂肪組織，無直接造血功能[5]。 嬰兒時期骨髓主要為紅骨髓，隨著年齡的增長，從外周骨向中軸骨逐漸被富含脂肪的黃骨髓取代，約20 ~25歲形成成人型紅黃骨髓分布[3]。 當人體由于各種原因導致現有紅骨髓造血能力不足時(如白血病、貧血等原因)，黃骨髓即向紅骨髓逆轉，首先于中軸骨發生骨髓逆轉[6]，且中軸骨是其異常表現最為顯著的部位之一。 腰椎的MRI 成像效果較佳，作為ROI 進行相關測量時部分容積效應較小，故而本研究選取腰椎作為研究部位。

Bracken 等[7]研究發現，年齡<5 歲兒童正常骨髓MRI在T1WI 表現為等或稍高信號(與骨骼肌信號相比)，年齡<1 歲組患兒等信號比例高于年齡≥1 歲組。 發生AL 時，T1WI 信號減低，與骨骼肌信號近似，稍低于椎間盤信號[8]。Nguyen 等[9]研究認為，與淋巴瘤相比，白血病骨髓替代以彌漫性模式更常見；在T2WI 上，正常骨髓呈中等或稍高信號，高于鄰近肌組織，AL 時表現為均勻一致的中等或略高信號，信號強度低于正常組。 余海寧等[10]認為，初發白血病患兒椎體骨髓T2WI 表現為中等信號，與正常骨髓信號比較，無明顯差別。 這與本研究結果稍有差別，分析原因考慮余海寧等[10]報道的患兒平均年齡為8.1 歲，本研究患兒平均年齡為5.3 歲，偏小，骨髓內含水量較多，雖然，白血病浸潤時含水量增加，脂肪含量減少，但可能由于增加的水分不足以抵消減少的脂肪含量，導致測量的T2WI 信號強度低于正常組。本研究ROC 曲線顯示，T1WI、T2WI 均能鑒別白血病組和正常組，T1WI 診斷效能更高，借助T1WI 信號強度值進行定量分析確診的準確率更高，還可對患兒的預后進行評價，降低骨髓穿刺帶來的痛苦[11]。 還有研究應用T1WI 信號強度直方圖分析ALL 和正常兒童，認為95th T1WI 值的鑒別診斷效能最高，具有臨床應用價值[12]。

STIR 圖像中，正常黃骨髓表現為低信號，紅骨髓信號與肌肉信號近似為中等信號強度[5]。 有研究報道，成人白血病患者椎體含水量增加，導致椎體STIR 信號增高，認為STIR 序列能有效觀察白血病進程中骨髓的改變及治療效果[13]。 而在本研究中，白血病組與正常組的STIR 信號強度差異無顯著性，考慮本研究患兒年齡均偏小，小年齡兒童骨髓本身含水量較多，脂肪含量少，脂肪抑制后，信號增高不太明顯，這一結果有待增加樣本量繼續研究。

DWI 序列能反映人體組織中水分子的自由擴散運動[14]，其信號強度與擴散程度和T2 的穿透效應有關，擴散程度取決于b 值。 本研究結果顯示，同一b 值下，白血病組腰椎骨髓的DWI 信號強度均高于正常組，表明白血病細胞代替正常骨髓，骨髓中細胞密集程度增加；而相同成像組織隨著b 值的增加，DWI 信號強度逐漸降低，說明b 值越高，組織成像受T2 穿透效應的影響越小。 ADC 值是DWI 數據的定量分析，與組織學檢查中細胞含量有關，為組織特征描述提供了客觀參數。 本研究中，正常組ADC 值高于于萍等[15]報道的結果，因為本研究中的研究對象均為兒童，骨髓中的紅骨髓比例相對較大，水分子含量多，且紅骨髓的ADC 值高于黃骨髓，因此兒童腰椎骨髓的ADC 值偏大。 Nonomura 等[16]研究認為，正常富細胞骨髓和白血病骨髓間的ADC 值比較，差異無統計學意義(P >0.05)，但正常成人乏細胞骨髓、中等細胞骨髓與正常兒童富細胞骨髓的ADC 值間有統計學差異，這與本研究結果一致，本研究中，正常組與白血病組ADC 值無明顯差別。 本研究ROC 曲線提示，不同b 值DWI序列均能鑒別白血病組和正常組，b 值為200 s/mm2時診斷效能較高，提示在臨床可疑AL 進行脊柱檢查時推薦使用低b 值掃描。 目前，有關骨髓DWI 序列b 值的選擇尚不統一，Tang 等[17]研究表明，鑒別良、惡性椎體壓縮骨折的最佳b 值為300 s/mm2；也有學者選擇b 值為1 000 s/mm2進行白血病患者髂骨治療前后ADC 值的比較[16]。 因此，有待進一步研究和開發適用于骨髓檢查的合適的b 值，以取得最佳的圖像質量。

本研究結果還顯示，ALL 和AML 患兒在常規序列和不同b 值下DWI 序列的信號強度、ADC 值比較，差異均無統計學意義(P>0.05)，提示MRI 雖敏感性較高，但特異性較低，尚不能鑒別ALL 和AML。

MRI 是一種極好的評估兒童AL 的無創方式，特別是對于病史和體格檢查受限的年幼兒童，偶然發現的骨髓異常信號有助于臨床血液系統惡性腫瘤的診斷。 但是，因兒童骨髓隨年齡變化而不同的特點，在研究時與成人有很多不同，因此，評估兒童骨髓MRI 圖像時，有必要了解隨年齡變化的骨髓特點，才能更好地解釋各種征象表現。

綜上所述，AL 兒童腰椎T1WI 信號減低，診斷效能較高；DWI 序列信號增高，適宜選擇低b 值。 ADC 值不能區分白血病和正常腰椎。 常規序列及DWI 序列不能區分ALL 和AML。