MR擴散張量成像在軟組織腫瘤診斷中的應用

王洪波，陳焱君，吳澤文，肖 林

（廣州中醫藥大學附屬骨傷科醫院，廣東 廣州 510240）

擴散張量成像（Diffusion tensor imaging,DTI）是一種新的功能MRI成像方法，在顯示具有各向異性擴散的組織結構與病變方面具有較大的優越性和潛力。目前，DTI白質纖維束成像在腦腫瘤、中風、多發性硬化等累及白質纖維疾病的診斷與研究方面顯示出較高價值和良好的應用前景[1－3]。國外有研究者報道DTI肌纖維束成像能較好顯示心肌纖維的結構與方向，對心肌病變如心肌梗死或心肌病等疾病的影像學研究具有潛在應用價值[4]，但軟組織腫瘤的DTI研究尚未見報道。本研究嘗試將DTI應用于軟組織腫瘤病變診斷，并與手術病理學所見進行對照研究，探討其在軟組織腫瘤診斷及功能研究中的應用價值與前景。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

34例軟組織腫瘤中，良性軟組織腫瘤14例，原發惡性軟組織腫瘤20例。男20例，女14例。年齡13～83歲，平均36.2歲。14例良性腫瘤中，纖維血管瘤5例，腱鞘囊腫4例，腱鞘巨細胞瘤2例，良性間葉瘤、良性畸胎瘤及脂肪瘤各1例。20例惡性腫瘤中，淋巴瘤6例，滑膜肉瘤5例，纖維肉瘤3例，惡性神經鞘瘤、橫紋肌肉瘤、惡性纖維組織細胞瘤各2例。34例腫瘤中發生于頸部者5例，發生于上肢者9例，發生于骨盆者4例，發生于下肢者16例。34例中有30例行腫瘤切除術，4例淋巴瘤經穿刺活檢證實。

1.2 磁共振成像

采用GE Signa 1.5T CV/i，NV/i磁共振掃描儀，使用頭線圈可屈曲表面線圈。

MRI掃描序列及參數包括：①橫斷面 SE T1WI：TR 460ms，TE 12ms，矩陣 256×256，層厚 5mm，間隔 0mm；②橫斷面 FSE T2WI：TR 3000ms，TE 102ms，矩陣 256×256，層厚5mm，間隔0mm；③橫斷面DTI掃描：采用單次激發SE-EPI序列，在25個方向上施加擴散梯度，b=1000s/mm2，掃描參數：TR 8000ms，TE 79.2ms，矩陣 128×128，層厚 5mm，間隔0mm；④脂肪抑制 SE T1WI增強掃描序列：TR 500ms，TE 15ms，矩陣 256×256，層厚 5mm，間隔 0mm；造影劑采用 Gd-DTPA 0.1mmol/kg，經肘靜脈注射。

1.3 圖像處理與數據測量

采用AW4.2工作站，應用Functool軟件進行DTI各參數圖重建，計算并分析良、惡性腫瘤中心區、腫瘤周邊區及鄰近正常肌肉的部分各向異性值（Fractional anisotropy,FA）和體積比各向異性值（Volume ratio anisotropy,VrA）。不同的測量興趣區選定依據常規MRI平掃及增強掃描信號并與組織病理學對照確定。每一區域取3個興趣區，取其平均值作為該區測量值。腫瘤周邊區域的確定方法為：以T2WI上腫瘤病變異常信號區最大半徑劃圓，再以最大半徑的4/5劃同心圓，兩圓之間腫瘤的周圍1/5區確定為腫瘤周邊區。內圓內區域為腫瘤中心區。腫瘤鄰近正常軟組織區為MRI平掃及增強掃描均未見異常信號改變的軟組織。

1.4 病理學檢查

所有手術病理標本采用石蠟包埋組織塊后制成厚約4μm的病理切片，行蘇木素－伊紅（HE）染色檢查，于光學顯微鏡下觀察腫瘤組織的結構特點。

1.5 數據統計學分析

測量數據用±s表示，采用SPSS 11.0統計軟件包，對良、惡性軟組織腫瘤中心區、腫瘤周邊區及鄰近正常軟組織的FA及VrA分別進行單因素ANOVA方差分析，顯著性水平取 α=0.05。

2 結果

2.1 MRI表現及統計學分析結果

14例良性軟組織腫瘤中，5例纖維血管瘤，平掃T1WI呈低信號、T2WI及DTI掃描呈高信號。其中2例邊界清晰，3例與鄰近正常軟組織分界不清。增強掃描腫瘤呈明顯不均勻強化。4例腱鞘囊腫及2例腱鞘巨細胞瘤平掃T1WI呈低信號，T2WI及DTI掃描呈高信號，與鄰近正常軟組織邊界清晰，可見包膜 （圖1a）。增強掃描4例腱鞘囊腫呈輕度邊緣強化，2例腱鞘巨細胞瘤呈不均勻實質性強化，邊界清晰。良性間葉瘤及良性畸胎瘤各1例平掃T1WI呈等信號，T2WI及DTI掃描呈稍高信號，與鄰近正常組織邊界清晰，增強掃描呈中度實質性強化。1例脂肪瘤平掃病變區T1WI及T2WI均呈高信號，T2WI抑脂掃描及DTI掃描病變呈低信號，與鄰近正常組織邊界清晰，增強掃描病變區未見強化。除1例脂肪瘤DTI各參數圖呈低信號外，13例良性腫瘤FA及VrA圖上，腫瘤信號強度低于鄰近組織，腫瘤中心及周邊區信號強度基本一致（圖 1b，1c）。

20例原發惡性腫瘤，平掃T1WI腫瘤均呈低或稍低信號，T2WI則呈高或稍高信號，11例病灶中央可見更長T1、更長T2信號區。增強掃描腫瘤實質病變區均呈明顯均勻或不均勻強化，11例腫瘤內壞死、囊變區未見強化。DTI圖上腫瘤實質呈稍高信號，壞死區呈稍低信號，正常軟組織呈等、低信號。20例惡性腫瘤中，16例腫瘤病變與鄰近正常組織邊界不清。FA及VrA圖上，腫瘤信號強度低于鄰近組織，腫瘤中心信號強度低于周邊區。其中6例可見周圍部分軟組織T2WI呈高信號，測量此區域FA值的平均值為0.282±0.031，稍高于附近信號無異常的正常軟組織。另外4例惡性腫瘤邊界清晰，FA及VrA圖上，腫瘤信號強度低于鄰近正常軟組織，腫瘤中心區信號強度與周邊區基本相似（圖2b，2c）。

圖1 圖1a為DTI T2WI，圖1b為FA，圖1c為VrA，左小腿近端后方軟組織內見巨大腫塊影，DTI T2WI為高信號，可見包膜，與鄰近正常軟組織邊界清晰；FA圖及VrA圖見病變信號強度低于周圍軟組織，病變中心區與周邊區信號強度相似。 圖2 圖2a為DTI T2WI，圖2b為FA，圖2c為VrA。DTI T2WI圖（b=0）右股骨近端內側軟組織內見巨大不規則類圓形腫塊影，DTI T2WI為高及高、低混雜信號，邊界清晰，可見包膜，鄰近組織受壓移位；FA圖及VrA圖見腫瘤信號強度不均，但明顯低于周圍正常軟組織，病變中心區與周邊區信號強度基本相似。Figrue 1. Axial DTI T2WI(Figrue 1a).Axial FA(Figrue 1b).Axial VrA(Figrue 1c).MR images revealed the soft-tissue mass was of intermediate to high signal on DTI T2WI posterior to the proximal left leg.There was entire capsule around the tumors and the clear borders with the normal soft tissue.Axial FA and axial VrA:lesion signal intensity was lower than that of the surrounding soft-tissue,signal intensity of the center area was similar to the round area. Figrue 2. Axial DTI T2WI(Figrue 2a).Axial FA(Figrue 2b).Axial VrA(Figrue 2c).MR images revealed the soft-tissue mass was of intermediate to mixed high and low signal on DTI T2WI near the right femur.The clear border,the entire capsule around the tumors.Axial FA and axial VrA:the siginal intensity of the mass was inhomogeneous.Lesion siginal intensity was lower than that of the surrounding soft-tissue obviously,signal intensity of the center area was similar to the surrounding area basically.

良、惡性腫瘤及軟組織的DTI各參數平均值及標準差見表1。統計學分析結果顯示，良、惡性腫瘤周邊區的FA值和VrA值相比均有極顯著性差異（P<0.01），良、惡性腫瘤中心實質區FA值和VrA值相比無顯著性差異。良、惡性腫瘤中心區、周邊區的FA及VrA值與正常軟組織相比均有極顯著性差異（P<0.01）。良性腫瘤中心區FA值和VrA值與周邊區相比無顯著性差異。惡性腫瘤中心區的FA及VrA值與周邊區相比均有極顯著性差異（P<0.01）。

2.2 手術及病理所見

手術病理檢查，14例良性腫瘤中，11例可見包膜，與鄰近正常軟組織邊界清晰，3例纖維血管瘤在肌肉間隙內呈匍匐生長，與正常軟組織分界不清。鏡下良性腫瘤細胞排列較規則，細胞密度較低，未見核分裂及異型核。24例惡性腫瘤中，20例腫瘤組織周邊與鄰近正常軟組織分界不清，其中6例病灶周圍組織可見明顯水腫。4例腫瘤與鄰近組織分界清晰，可見包膜。鏡下惡性腫瘤細胞密集，排列紊亂，核異型性明顯。

表1 良、惡性腫瘤及正常軟組織DTI各參數值測量結果（±s）

表1 良、惡性腫瘤及正常軟組織DTI各參數值測量結果（±s）

指標/類別 良性腫瘤中心區 良性腫瘤周邊區 惡性腫瘤中心區 惡性腫瘤周邊區 正常軟組織FA 0.1328±0.0236 0.1250±0.0184 0.1309±0.0230 0.1934±0.0425 0.2648±0.0482 VrA 0.0158±0.0026 0.0161±0.0028 0.0161±0.0033 0.0352±0.0048 0.0951±0.0063

3 討論

DTI是近幾年開始應用于臨床的一種新的成像方法，與擴散加權成像相比，能夠更加準確的反映分子擴散的方向性，因而在顯示具有各向異性擴散的組織的結構與病變方面具有更大的優越性和潛力。DTI的基本原理是采集水分子在空間各個方向上的擴散運動所致的信號衰減強度，并定量描出其空間擴散的三維軌跡。與常規MRI不同的是，DTI主要是以多種參數、而不是以灰階反映組織的特征，它們從不同的側面反映體素內分子的平均位移、分子位移的差別及其主要方向，這些數值包括平均的表觀擴散系數（ADC）、FA、VrA和各向同性值（Iso）等，一般以FA值及VrA值價值較大，應用較多。FA是擴散張量的各向異性成分與整個擴散張量的比值，也就是歸一后的擴散張量，反映了擴散橢球的形狀。VrA是體積比（VR）的變化量，VR等于橢球的體積與半徑為平均擴散率的球體積之比。VR隨著各向異性的增加而降低，VrA=1－VR，它隨著各向異性的增加而增加。FA和VrA都是無量綱的量，取值范圍為0～1之間。對于完全各向同性的組織，它們都等于0；對于完全各向異性的組織，都等于1[5]。

DTI在中樞神經系統腫瘤中的應用較多，文獻報告[6]，腦腫瘤的DTI中，良性腦腫瘤對鄰近白質纖維產生推移作用，惡性腫瘤破壞鄰近白質纖維，良性腫瘤鄰近白質纖維的FA值大于惡性腫瘤周圍白質，與正常對側腦白質之間無明顯統計學差異。不同腦腫瘤的實性部分擴散各向異性參數也有差異，腦膜瘤的實質部分各向異性值明顯大于轉移瘤[7]。目前，DTI在骨肌系統的應用也有了初步的報道，Schmid等[4]報告，通過對像素的特征向量測量，對最大特征向量方向的像素加以連接并染色，可重建出牛心肌纖維走向。Jaramillo等[8]研究報道，以線性掃描技術為基礎的DTI能克服骨關節磁敏感性偽影，顯示乳豬股骨生長板軟骨細胞柱的排列，并能重建出軟骨細胞柱圖，有助于發現早期生長板缺血時軟骨細胞排列的改變。本組研究顯示軟組織也是具有明顯各向異性的組織，其FA值明顯大于鄰近骨骼、皮下組織及腫瘤病變等結構，良、惡性腫瘤周邊區的FA值和VrA值測定顯示兩者均有極顯著性差異（P<0.01），良、惡性腫瘤中心實質區FA值和VrA值相比無顯著性差異。手術所見，大部分惡性腫瘤周邊區為腫瘤組織與正常組織交界處，兩者分界欠清，腫瘤對鄰近組織是浸潤破壞而非推移，腫瘤破壞了鄰近組織有序的排列導致其各向異性擴散降低，這與腦內惡性腫瘤DTI表現相似。而大部分良性腫瘤與鄰近正常組織分界清晰，可見包膜，對鄰近正常組織是推移而非浸潤，并未影響其有序的結構。在腫瘤中心區域，良、惡性腫瘤間FA值和VrA值相比無顯著性差異，可能是因為中心區組織結構相對均一，各向異性擴散特征相似，且本組病例良、惡性腫瘤組織學來源眾多，故其平均值無統計學差異。因此，本結果是否具有普遍性，尚需進一步研究證實。

此外，本組6例惡性腫瘤周邊的部分組織在T2WI上表現為明顯高信號，與腫瘤病變信號相似，不易區分，但在DTI上，其結構顯示完整、走行正常，且其FA值要稍高于正常肌肉。手術病理學證實為肌肉水腫并非浸潤、破壞。提示DTI能比較直觀地區分軟組織的破壞或水腫，對于確定病變實際侵犯范圍具有重要價值。軟組織水腫區FA值稍高于正常組織，推測可能是由于軟組織水腫導致細胞外間隙明顯減小，使得水分子在橫向上的擴散進一步受限，而沿縱軸的擴散影響較小，因而各向異性擴散更明顯。

總之，本組研究顯示，磁共振擴散張量成像能用于評價軟組織腫瘤的內部結構特征及與周圍組織的關系，良、惡性腫瘤腫瘤周邊區的FA及VrA值均有顯著性差異，DTI有助于顯示腫瘤鄰近組織的推移、水腫及破壞等改變，DTI對軟組織腫瘤病變范圍顯示以及良、惡性腫瘤的鑒別診斷有一定幫助。磁共振擴散張量成像對于軟組織腫瘤病變以及其結構與功能的研究具有較大的應用前景，也有望應用于心肌的功能及病變的研究。

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