磁共振彌散加權成像在脊柱轉移瘤的應用現狀與展望

趙應滿，陳 峰，李建軍

（海南省人民醫院放射科，海南 海口 570311）

磁共振彌散加權成像在脊柱轉移瘤的應用現狀與展望

趙應滿，陳 峰，李建軍

（海南省人民醫院放射科，海南 海口 570311）

磁共振彌散成像在脊柱轉移瘤的鑒別診斷中，通過分析影像信號、測量興趣區的ADC值、病灶的骨髓對比率，可提供可靠的鑒別信息，還能為轉移瘤放療后的效果評定提供參考數據。

脊柱轉移瘤；磁共振成像；彌散加權成像

磁共振彌散加權成像（Diffusion ceighted imaging，DWI）是一種分子水平無創性檢查組織結構及其功能的磁共振影像學方法。在臨床應用中，DWI除了直接觀察組織信號改變外，更重要的是能夠進行表觀彌散系數（Apparent diffusion coefficient，ADC）值的計算，有利于對病變進行量化分析。DWI在超早期腦梗死中的應用價值已得到公認，近年來隨著磁共振設備硬件、軟件的不斷發展，DWI的應用已由中樞神經系統向肌骨系統等領域擴展。目前DWI在脊柱轉移瘤、椎體結核、脊柱腫瘤、椎體壓縮性骨折良惡性的診斷和鑒別診斷中所起的作用亦引起人們的關注[1-4]。本文就DWI在脊柱轉移瘤診斷中的價值予以綜述。

1 DWI基本原理

DWI技術是1965年Stejskal等提出的一種彌散敏感的短梯度脈沖序列，實現水彌散的MR檢測。彌散是分子的隨機運動，DWI就是通過檢測體內水分子擴散運動受限信息，間接反映組織微觀結構的變化。病理狀態下，組織細胞內、外的大分子分布發生改變以及膜結構的完整性進行破壞，使其中水分子的彌散速度發生改變從而形成DWI信號的異常，組織的ADC值與組織細胞的構成關系，可以計算ADC值，公式如下：ADC=－In(S2/S0)/(b2－b0)，這里S2和S0分別表示高b值與低b值DWI信號的強度，In為取自然對數符號，b值（s/mm2）為彌散敏感系數，b值的大小和數量影響著對組織彌散的測量，在一個脈沖序列采用兩種不同的b值，即可獲得所測組織的ADC值或擬合得到ADC圖，而b值越多，b值差越大，ADC值就越精確，所擬合的ADC圖就越真實[5]。彌散快的組織，則組織信號衰減大，ADC值較高，DWI上呈低信號，ADC圖上呈高信號；彌散慢的組織。則呈相反表現，DWI信號強度與ADC值呈負函數相關性。DWI受b值和彌散方向的雙重影響，而ADC圖不受b值影響，比DWI能更真實的反映組織彌散變化，并可直觀反映各感興趣區ADC值的差異[6]。

2 脊柱彌散成像的相關掃描序列

對脊柱彌散信號的測量，可有多種掃描序列[2]，常用自旋回波序列（SE-DWI），對運動高度敏感，采集時間長達20 min，易形成移動偽影，使DWI圖像清晰度下降，對于椎體轉移瘤伴有骨折等劇痛的患者不適用。其二是穩態自由進動序列（SSFP-DWI），成像時間短，有較好的圖像質量，但其信號復雜，b值不易測得，無法精確計算ADC值。其三是回波平面成像序列（EPI-DWI），掃描時間短，可在二十余秒內完成檢查，運動偽影少，可精確計算出ADC值，實現定量檢測，進行量化分析，是目前應用最多最好的序列[7]。

3 彌散技術在脊柱轉移瘤中的臨床應用

3.1 椎體骨髓的ADC值 正常椎體主要由骨組織、紅骨髓、黃骨髓組成，兒童椎體會有較多的紅骨髓，隨著年齡的增大，紅骨髓逐漸減少，椎體與椎間盤的信號對比變得明顯。Leeds等[6]研究結果，椎體骨髓平均ADC值分別是：正常椎體（0.15～0.29）×10-3mm2/s，椎體骨質疏松骨折0.287×10-3mm2/s，椎體骨髓挫傷或骨髓水腫0.8×10-3mm2/s；骨髓惡性腫瘤0.19×10-3mm2/s，椎體血管瘤0.75×10-3mm2/s。

3.2 在鑒別脊柱壓縮骨折的價值 椎體壓縮性骨折時一種常見病，最常見的誘因時骨質疏松和椎體轉移瘤。在常規SE的T1WI和脂肪抑制的T2WI（f）序列中，兩種病因有同樣得到信號表現，即可在T2WI（f）上表現為高信號，T1WI上表現為低信號。這種表現可以通過骨髓水腫的形態學表現或良性椎體骨折引起的椎體內殘留的黃骨髓來解釋。如果大多數椎體受累及，或椎體后部向外突出，此時常規檢查序列難于做出正確的鑒別診斷；同樣的問題是曾有惡性腫瘤病史的患者，脊柱良性骨折的鑒別也存在困難。DWI在鑒別良性或惡性病因所致椎體骨折方面，已經有相當的文獻報道。國外學者研究發現[8-9]，DWI成像在發現脊柱良性骨折水腫和腫瘤浸潤方面有優良價值，兩者的DWI信號存在明顯不同，高信號對腫瘤脊柱轉移浸潤的診斷具有特異性。DWI中良性骨折之所以顯示低信號或等信號，可能與自由水增多有關，故ADC值大；惡性之所以顯示高信號與腫瘤限制水的自由運動有關，使其ADC值變小。Tang等[10]通過定量分析彌散成像的SNR和ADC值，惡性骨折的ADC值明顯低于良性骨折的ADC值，DWI可鑒別良惡性脊柱骨折。姚成剛等[11]通過研究也提出DWI可作為脊柱骨折的病因分析檢查的常規序列之一。國內李勇剛等[12]通過研究提出不同的觀點：良、惡性壓縮骨折在DWI上均呈高信號，信號改變無明顯差異，兩組間DWI上骨髓對比率具有顯著性差異，ADC值差異無統計學意義。這種矛盾現象，可能是因為ADC值受MR機型、DWI序列、b值及局部組織細胞含量等多種因素影響，而不同患者隨著其骨髓生理轉換階段不同，局部骨髓細胞含量存在很大差異，因此絕對ADC值對鑒別良、惡性骨折的特異性幫助不大，骨髓對比率是將病變的信號以自身正常骨髓的信號強度相比較，是一個相對值，消除了外在因素的影響，其存在的差異是由病變本身所致，故可作為定量評價的一個指標，同時說明了DWI可鑒別骨質疏松與轉移瘤所致骨折。

3.3 在脊柱轉移瘤鑒別診斷的價值 韓博等[13]收集57例腰椎MR擴散加權成像研究，DWI正常腰椎椎體骨髓呈均勻低信號，腰椎椎體轉移瘤，椎體結核及椎旁膿腫表現為高信號，但腰椎椎體轉移瘤與腰椎椎體結核的信號強度差異無統計學意義，說明良惡性骨髓病變的信號強度無差異。正常椎體，轉移瘤，結核的腰椎椎體骨髓DWI的ADC值差異均有統計學意義，結核病灶的ADC值明顯高于轉移瘤的ADC值；通過ADC值的測量，能以量化方式對腰椎椎體骨髓病變以分子水平進行定性分析。丁爽等[3]收集17例脊柱結核患者，行b值為500 s/mm2的MR擴散加權成像，結果顯示：DWI對病變的顯示更敏感，正常椎體與結核椎體的ADC值之間存在統計學差異；DWI作為一種功能性成像技術可以定量的角度為脊柱結核的診斷及鑒別診斷提供一定的參考信息。徐文堅等[2]收集20例腰椎溶骨型轉移瘤擴散加權成像研究，結果顯示：轉移瘤的ADC值明顯高于正常椎體，DWI是以量化的方式從分子水平對組織病變定性，比MR常規序列成像對組織定性診斷更加客觀。單軍等[1]收集57例惡性腫瘤合并脊柱轉移瘤病例，行擴散加權成像與MR增強掃描比較研究，DWI和MR增強掃描序列的對比噪聲比無顯著差異，但ADC值測量是椎體轉移瘤明顯高于正常椎體，兩者ADC值具有顯著性差異；在病灶骨髓對比率方面，兩者有良好的相關性，DWI骨髓對比率高于MR增強掃描，DWI在顯示病灶方面有一定的優勢。應用DWI結合ADC值測量，可以提高對椎體轉移瘤病灶的診斷。

3.4 在脊柱腫瘤療效評價的作用 Byun等[14]將DWI應用到脊柱腫瘤療效評價方面，采用EPI-DWI在放療前、后對24例脊柱轉移瘤病人研究，發現其中23例脊柱腫瘤放療后，DWI由高信號變為低信號，ADC值也有變化，治療前后椎體的ADC值有顯著性差異，可以作為治療效果評價的參考指標。

4 展望

DWI作為一種MR功能成像技術，在脊柱轉移瘤鑒別診斷方面價值較高，還能為轉移瘤放療后效果評定提供量化指標。另一方面，由于原發癌組織細胞的各異性使脊柱轉移瘤的細胞成分不盡相同，反映在ADC值和骨髓對比率的量化指標上存在差異，對分析脊柱轉移瘤的來源類型有一定的幫助。但是由于磁場大小、成像儀、參數b值選取等不同的技術均會對結果產生影響，DWI的圖像質量仍不理想，且不同類型的病變及病變的不同時期其ADC值和ADC圖存在差異或交叉，如椎體成骨轉移瘤與正常椎體DWI信號相似，脊柱轉移瘤與脊柱結核鑒別困難，相信隨著研究的進一步深入，更適合于脊柱的彌散成像參數必將得出更佳的影像，對脊柱轉移瘤的鑒別診斷提供更有價值的信息。如線性掃描DWI可以解決b值過高影像信噪比低的問題，磁敏感偽影和運動偽影均不明顯。Maeda等[15]采用線性掃描DWI進一步研究，b值選取0和1 000 s/mm2，發現良、惡性椎體壓縮骨折的ADC值存在顯著性差異，進一步證實了DWI在脊柱病變診斷中的重要作用。Nakanishi等[16]認為全身DWI在發現腫瘤有轉移是有用的，敏感性及陽性率高于骨核素掃描和TI壓脂序列。徐賢等[17]對38例可疑合并骨轉移的惡性腫瘤者行全身MR DWI檢查與SPECT骨掃描對比研究，兩者對檢測到骨轉移病灶有很好的一致性，且兩者可以互相補充，全身DWI還可以檢測各臟器及淋巴結病灶，適用于腫瘤患者隨訪。

[1]單 軍,張曉鵬,崔 湧,等.椎體轉移瘤擴散加權成像與MRI增強掃描的比較研究[J].中國醫學影像技術雜志,2005,21（12）:1866-1868.

[2]徐文堅,郝大鵬,徐愛德,等.腰椎溶骨型轉移瘤MR擴散加權成像研究[J].中華放射學雜志,2006,40（6）:621-626.

[3]丁 爽,趙之顥,楊利霞,等.磁共振擴散加權成像在脊柱結核病中的應用[J].中國CT和MRI雜志,2010,8（5）:12-14.

[4]Raya JG,Dietrich O,Reiser MF,et al.Methodsand applications of diffusion imaging of vertebral bone marrow[J].J Magn Reson Imaging,2006,24(6):1207-1220.

[5]Kim TS,Han J,Lee KS,et al.CT findings of surgically resected pleomorphic carcinoma of the lung in 30 patients[J].AJR,2005,185:120-125.

[6]Leeds NE,Kumar AJ,Zhou XJ,et al.Magnetic resonance imaging of benign spinal lesion simulating metastasis;role of diffusion-weighted imaging[J].Topics in MRI,2000,11(4):224-234.

[7]方 敏,王紹武.磁共振功能成像及其在脊柱疾病診斷中的應用[J].國外醫學:臨床放射學分冊,2004,7（26）:383-387.

[8]Oztekin O,Ozan E,Hilal Z,et al.SSH-EPI diffusion-weighted MR imaging of the spine with low b values;is it useful in differentiating malignant metastatic tumor infiltration from benign fracture edema?[J].Skeletal Radiol,2009,38(7):651-658.

[9]Spuentrup E,Buecker A,Adam G,et al.Diffusion-weighted MR Imaging for differentiation of benign fracture edema and tumor infiltration of the vertebral body[J].AJR,2001,176(2):351-358.

[10]Tang G,Liu Y,Li W,et al.Optimization of b value in diffusion weighted MRI for the differential diagnosis of begin and malignant vertebral fractures[J].Skeletal Radiology,2007,36(11):1035-1041.

[11]姚成剛,宋法亮,方 佳,等.MR表觀擴散系數定量測定對椎體單純性和病理性骨折鑒別診斷價值的研究[J].放射學實踐雜志,2008,23(10):1140-1145.

[12]李勇剛,王仁法,張景峰,等.MR多種成像技術在原發骨質疏松椎體骨折鑒別診斷中的應用[J].放射學實踐雜志,2003,18(10):747-749.

[13]韓 博,楊廣夫,楊小軍,等.腰椎椎體骨髓MRI彌散加權成像研究[J].中國臨床醫學影像雜志,2009,20(12):947-949.

[14]Byun WM,Shin SO,Chang Y,et al.Diffusion-weighted MR imaging of metastatic discase of the spine;assessment of response to therapy[J].AJNR,2002,23(6):906-912.

[15]Maeda M,Sakuma H,Maier SE,et al.Quantitative assessment of diffusion abnormalities in begin and malignant vertebral compression fractures by line scan diffusion-weighted imaging[J].AJR,2003,18(5):1203-1209.

[16]Nakanishi K,Kobayashi M,Nakaguchi K,et al.Whole-body MRI for detecting metastatic bone tumor;diagnostic value of diffusion-weighted imaging[J].Spine,2007,32(26):820-824.

[17]徐 賢,馬 林,張金山,等.全身MR彌散加權成像與骨掃描成像探測骨轉移灶的初步對比研究[J].中華放射學雜志,2008,42（6）:636-640.

R738.1

A

1003—6350(2011)10—131—03

2009年海南省自然科學基金資助項目（編號：309098）

趙應滿（1965—），男，海南省儋州市人，副主任技師，學士，主要從事磁共振影像技術研究。

2011-03-10）