骶尾椎脊索瘤MRI征象與臨床病理特征分析

方漢貞，胡美玉，潘碧濤，潘希敏，賴英榮，江波*

原發性骶尾椎腫瘤以脊索瘤最常見，約占全部骶尾椎腫瘤的24.4%[1]，占骶尾椎惡性腫瘤的48%～50%[1-2]。骶尾椎脊索瘤源自椎體、椎間盤髓核或骶前軟組織內的殘留脊索[3]，與此部位常見的骨巨細胞瘤、神經鞘瘤在MRI表現上有相似性[4]。目前MRI是診斷骶尾椎腫瘤最主要的影像學方法，深入了解脊索瘤的MRI特征，有助于骶尾椎脊索瘤的MRI診斷與鑒別[5-6]。骶尾椎脊索瘤MRI常見表現的研究國內外已有報道，但對脊索瘤的脊椎三維侵犯、瘤周形態及動態增強MRI (dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCEMRI)的研究較少。筆者分析21例骶尾椎脊索瘤的常規MRI與DCE-MRI征象，結合手術病理，重點探討骶尾椎脊索瘤的生物學行為特點、腫瘤邊緣和瘤體信號與DCE-MRI特征及其病理學基礎。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

搜集中山大學附屬第一醫院2007年1月至2016年12月間經手術切除和組織病理學證實的骶尾椎脊索瘤21例。

1.2 MRI 掃描方法

高場超導MR成像系統掃描，1.5 T Philips Nova Dual掃描9例，3.0 T Siemens Trio掃描12例，應用相控陣脊柱線圈。增強MRI均由高壓注射器(Ulrich Medical)控制，按 0.1 mmol/kg劑量、 3 ml/s速度經肘靜脈注射釓噴替酸葡甲胺(Gd-DTPA)，緊接20 ml生理鹽水沖刷。掃描序列包括軸位T1WI、T2WI和矢狀面T1WI、T2WI及增強后軸位、矢狀與冠狀掃描，于選擇方向行脂肪抑制T1WI與T2WI掃描。5例于1.5 T上行DCE-MRI掃描，掃描方案為：自注射對比劑Gd-DTPA后30 min內，對選定層面連續掃描，掃描序列為矢狀TSE-T1WI (TR 300 ms，TE 12 ms)，層厚5 mm，矩陣114×256，掃描野175 mm×280 mm；單層掃描時間20 s，掃描間隔20 s，獲取45個注射對比劑后不同時相的增強圖。選取椎后肌做對照，ROI面積0.5～2.0 cm2，經T1-perfusion功能包獲取脊索瘤和對照的時間信號曲線(time-signal intensity curve，TSIC)和最大強化斜率(wash in rate，WiR)、最大消退斜率(wash out rate，WoR)和強化峰值時間(time to peak，TTP)等指標。

1.3 研究方案

(1)分析常規MRI表現，包括：骶尾椎脊索瘤在脊椎侵犯的上下、前后與左右三個方向的分布，瘤體的邊緣與內部信號表現特征，瘤體最大徑與瘤體邊緣形態的關系。脊椎前后向侵犯，分椎前、脊椎(椎體和附件)、椎管內和附件后緣后側。(2)分析DCE-MRI表現，比較脊索瘤與對照在TSIC和WiR、WoR、TTP方面的差異。(3)結合脊索瘤的手術大體標本和鏡下HE染色表現，探討MRI表現與病理改變的內在聯系。(4)所有評閱由2名工作10年以上的放射科醫師完成，不一致時由兩人協商解決。

1.4 統計學處理

應用SPSS 17.0軟件進行：(1)χ2檢驗統計分析。比較椎前、椎管內與椎后軟組織腫塊出現率，以P＜0.05為差異有統計學意義。(2)t檢驗統計分析。病程和瘤體最大徑以均數±標準差表示，比較“足突邊緣”征陽性與陰性病例之間在病程和瘤體最大徑方面的差異，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 常規MRI (表1)

2.1.1 脊索瘤侵犯脊椎的空間分布

(1)受侵脊椎節段：21例脊索瘤侵犯的脊椎節段范圍，自C4～S1。其中單椎的2例，分別為C1、S2；限于骶椎的12例，累及2～5個節段；跨骶尾椎的7例，累及2～7個節段(圖1)。總共72節段中，S2～C1集中了65個。(2)與中線關系：21例中，19例瘤體中心在椎體中線，對稱性向兩側骨內侵犯；1例中央偏左，1例中央偏右。(3)前后向侵犯：起于單椎的2例，1例有椎前而無椎管內及椎后侵犯，1例有椎管內而無椎前及椎后侵犯。21例中，椎前軟組織腫塊20例；椎管內20例，均為椎體破壞延續至椎管內硬膜外浸潤，范圍自局部浸潤至上下瓜囊狀蔓延不等；椎后方15例，均有椎前、椎管內侵犯(圖2)。椎前、椎管內軟組織腫塊出現率，高于椎后(χ2=7.16，P=0.028)。

2.1.2 瘤體信號與邊緣表現

以臀肌為參照，瘤體T1WI主體呈等肌信號，其中17例瘤內見散在高信號影，類圓形或片狀。T2WI上瘤體以高信號為主，間以細條狀、網格狀及片狀低信號影，其中11例可見瘤內多個結節狀結構，部分呈旋渦狀改變。注射對比劑后，瘤體不均質輕中度強化，部分區域無強化。T1WI上的高信號，在脂肪抑制T1WI上無減低，對應于T2WI上高、低兩種信號改變。各例均見厚薄不均的腫瘤包膜，呈T1WI、T2WI低信號，中度強化，局部可見包膜被穿破(圖3)。瘤體邊緣，除腹側呈光整弧形外，均呈淺分葉狀或多結節狀。21例中，18例邊緣可見多發足狀突起，即“足突邊緣”征，呈小結節狀及齒狀改變，均發生于瘤體的上下緣、側緣與后緣，嵌插樣侵入椎旁肌群、骶髂骨(圖4)；另3例邊緣光整，呈輕度分葉狀改變。

表1 患者性別、年齡、癥狀及測量結果Tab. 1 Demographic, symptomatic data and measurements

表2 骶尾椎脊索瘤與對照的DCE-MRI指標比較Tab 2 Comparison of DCE-MRI indexes between sacrococcgeal chordoma and controls

圖1 21例骶尾椎脊索瘤侵犯各節段的頻數。圖示各節段受脊索瘤侵犯例數，在S1～C5共10個節段中的分布情況。S4最多，17例；C5最少，1例Fig.1 The frequency of each vertebral segment invaded by chordoma in the 21 patients with sacrococcygeal chordoma. The graph indicates the distribution of number of chordoma invasion in each vertebral segment among the 10 segments from S1 to C5. Maximum occurs in S4 with 17, and minimum in C5 with 1.

2.2 DCE-MRI表現

掃描層面內瘤體各區域，隨著時間延長，信號逐漸增強，30 min時強化最顯著；對照輕度強化(圖5)。脊索瘤TSIC為IV型，分兩期：(1)上升期，為前7.5～10 min (平均9 min)，瘤體信號緩慢上升，曲線凸面向上，平均強化速率40/min；(2)平臺期，瘤體信號保持高強化，且仍有小幅上升，該段信號曲線近似直線，持續20.0～22.5 min (平均21.0 min)。對照TSIC呈Ⅲ型，曲線分界點時間平均6 min(圖6)。DCE-MRI指標見表2。

2.3 病理學觀察

圖2 病例20。脊索瘤起于骶椎中線，矢狀T1WI示腫瘤起自S4～5，椎前軟組織腫塊，向后侵入椎管(短箭)及椎后區(長箭) 圖3 病例3。瘤體信號與包膜。A：軸位T1WI示瘤體結節狀邊緣，內部信號不均，見散在小片狀高信號(黑箭)及稍高信號影(短箭)；低信號包膜環繞瘤體(長箭)。B：軸位T2WI示瘤體以高信號為主，呈大小不一之多結節狀，結節間見條索狀低信號；T1WI上高信號對應T2WI上低信號(黑箭)，T1WI上稍高信號對應T2WI上高信號(短箭)；包膜呈低信號(長箭) 圖4 病例9。瘤體邊緣足狀突起。軸位T1WI (A)上瘤體分葉狀，前緣弧形，后緣呈結節狀(長箭)、齒狀(短箭)侵入骶后肌群；壓脂T2WI冠狀圖(B)示瘤體下緣呈弧形、上緣多個齒狀突起侵入椎后肌群(箭) 圖5 病例2。DCE-MRI圖，同一矢狀面T1WI。瘤體平掃低信號(A)；注射對比劑后3 min，瘤體兩極輕度強化、中部無強化(B)；30 min，全瘤明顯強化(C)Fig.2 Patient No.20. Chordoma originating from sacral midline, sagittal T1-weighted image demonstrates the tumoral origin from level S4-5 with presacral soft-tissue mass and intra-spinal (short arrow) and post-vertebral (long arrow) invasion. Fig. 3 Patient No.3. tumoral signals and capsule. A: Axial T1-weighted image reveals the marginal lobulation, intra-tumoral heterogeneity of signals, and scattered foci of hyper-intensity (black arrow) and slightly hyper-intensity (short arrow), the hypo-intense capsule embraces the tumoral mass (long arrow). B: Axial T2-weighted image reveals the predominant hyper-intensity on T2-weighted image, which presenting as multi-lobar figures of different sizes with inter-lobar hypo-intense streaks. The hyper-intensity and slightly hyper-intensity on T1-weighted image corresponds to the hypo-intensity (black arrow) and hyper-intensity (short arrow) on T2-weighted image, respectively. The capsule is hypo-intense (long arrow). Fig. 4 Patient No.9. Pod-like protrusions of tumoral margin. Axial T1-weighted image (A)demonstrates lobulated appearance of tumoral border, arc-shaped anterior border, and posterior border with nodular (long arrow) and dentate protrusions(short arrow) stretching into post-sacral muscles. Coronal fat-suppressed T2-weighted image (B) demonstrates arc-shaped inferior border and multi-dentate protrusions stretching into post-vertebral muscles (arrow) in upper border of the tumoral mass. Fig. 5 Patient No.2. DCE-MRI images at same sagittal section. The tumoral mass is displayed with pre-contrast hypo-intensity (A), and bipolar mild enhancement and middle portion no enhancement 3 minutes after contrast (B), and whole-mass obviously enhanced 30 minutes after contrast (C).

圖6 骶尾椎脊索瘤DCE-MRI的TSIC，實線脊索瘤，虛線對照Fig.6 The TSIC of DCE-MRI of sacrococcygeal chordoma, full line for chordoma, dotted line for control.

術中見類圓形腫物，質地軟或偏韌，瘤周血供豐富。瘤體籍包膜與鄰近椎骨及筋膜粘連，連同包膜、受累椎骨完整切除。瘤體剖面呈灰白色、灰紅色、灰褐色或灰黃色，質地不均，可見出血灶和黏液區(圖7A)。鏡下見纖維組織分隔的瘤細胞結節及結節間黏液樣變，或黏液背景下巢狀、條索狀排列的瘤細胞(圖7B)。瘤細胞立方形或多邊形，胞漿豐富紅染，胞核圓形居中，部分胞漿空泡狀，形成液滴狀細胞。免疫組化染色顯示瘤細胞Vimentin、CK、EMA及S-100陽性，瘤細胞Ki-67 1%～3%陽性。21例病理診斷均為經典型脊索瘤。

3 討論

3.1 骶尾椎脊索瘤的三維侵犯特性

圖7 病例20，手術大體標本和鏡下表現。A：瘤體與骶骨(星號)剖面，約4.5 cm×6.0 cm，示分葉狀邊緣、包膜(粗箭)和瘤內出血(寬箭)、黏液聚集區(細箭)；B：病理示多結節樣結構，紅染纖維包繞瘤細胞巢(HE ×50)Fig.7 Patient No.20, surgical gross specimen and microscopic findings. A: Section of tumoral mass and sacrum (star) with the size of 4.5 cm×6.0 cm, display the lobulated margin, capsule (broad arrow), hemorrhage (wide arrow) and mucin collections (thin arrow); B: Multi-nodular pattern, redstained fibers circumscribe the tumoral cell nets (HE ×50).

(1)縱向進犯：自C4～S1的9個節段脊椎均可發生脊索瘤，以S2～C1節段最多見，占全部的90%。Sung等[7]報告的30例骶尾椎脊索瘤中，60%跨骶尾椎發生，S1為最常受累節段。(2)骨質破壞以椎體中線為中心。骨質破壞始于椎體中央，并向兩側對稱性侵犯。本組90%具此特征，這與脊索殘留的分布規律是一致的。(3)椎前、椎管內侵犯。椎前與椎管內侵犯是椎體骨質破壞的延續，本組發生率均為95%。椎前、椎管內及椎后軟組織腫塊出現率的差異，說明相對于向脊椎后側侵犯，脊索瘤更易于侵犯至脊椎前側。脊索瘤的三維侵犯形式，有別于骨巨細胞瘤、神經鞘瘤的偏心性生長[8-10]及骨巨細胞瘤的嗜椎后侵犯[5]。

3.2 脊索瘤的局部侵襲特征

本組所有病例均見瘤周包膜，說明病灶的生長比較緩慢，瘤體邊緣纖維血管反應性增生形成假包膜。同時，85%的病例出現“足突邊緣”征，提示其浸潤性生長及術后易復發性，此表現與侵襲性纖維瘤病類似[11]，但在骨巨細胞瘤和神經鞘瘤未見此征。“足突邊緣”征有兩方面意義。其一，該征陽性的瘤體最大徑超過陰性者，而二者病程相近，說明該征的出現提示瘤體相對快速生長。其二，即該征產生的組織環境。瘤體腹側面向盆腔軟組織結構，其邊緣光整，呈膨脹性生長；而在面向骨及肌群等韌性組織時，常常出現足狀突起，反映出對抗性的侵襲性生長。Ruggieri等[12]對骶尾椎脊索瘤手術切除范圍與局部復發關系的研究發現，邊緣廣泛切除患者的局部復發率顯著低于邊緣切除不全者，認為術前腫瘤邊緣的精確界定對預后有重要意義。因此，用MRI確定脊索瘤邊界時，需特別注意對“足突邊緣”征的觀察。

3.3 T2WI高信號是骶尾椎脊索瘤的MRI表現特征

T2WI高信號的組織學基礎是瘤細胞和瘤間黏液，信號強度同黏液含量、瘤細胞的密度及胞漿發育程度有關。網格狀纖維穿行于瘤細胞和黏液區，產生了脊索瘤特征性邊緣低、中央高的分葉狀T2WI表現。此種表現，異于骨巨細胞瘤、神經鞘瘤的T2WI混雜高信號[4，11]。等肌信號背景上散在的條狀、片狀高信號灶為其T1WI信號特點，本組中81%見此征象。此T1WI高信號中對應于T2WI上高信號區的，是瘤內聚集的高濃度黏液；而對應于T2WI上低信號區的，則是瘤內出血[13]。

3.4 緩慢、持續強化是脊索瘤的DCE-MRI特征

DCE-MRI能反映組織的微血管密度與細胞功能特點[14-15]。在TSIC 9 min的上升期內，瘤體信號慢速增強，WiR僅0.75/s，與低微血管密度的骨骼肌接近。上升期后瘤體信號仍以更慢速增強，持續至30 min，此時骨骼肌內的對比劑已廓清。脊索瘤為低微血管密度腫瘤，組織形式呈纖維分隔的小葉狀結構，小葉內為黏液和液滴狀瘤細胞[16]。黏液系由瘤細胞胞漿分泌而來，其主要成分是黏蛋白[17]。因此，脊索瘤除纖維血管等間質外，黏液和黏蛋白為其主要成分。這種持續緩慢強化，可能是對比劑分子在黏液、瘤細胞內滲透、聚集以及與黏蛋白結合的結果。

3.5 小結

病例樣本數不夠大，為本文之不足。本研究揭示了骶尾椎脊索瘤的三維侵犯特性，瘤體邊緣形態特征與意義。T2WI高信號和緩慢、持續強化，基于共同的物質基礎：瘤組織內的黏液與黏蛋白。對上述特性的整合與運用，將有助于骶尾椎脊索瘤的診斷與鑒別。脊索瘤緩慢、持續強化的確切機理，有待深入研究。

[References]

[1] Guo W, Li DS, Wei R, et al. Epidemiological study of 790 consecutive primary sacral tumors treated in a single center. Chin J Spine Spinal Cord, 2014, 24(11): 971-978.郭衛, 李大森, 蔚然, 等. 單中心原發骶骨腫瘤790例的流行病學分析. 中國脊柱脊髓雜志, 2014, 24(11): 971-978.

[2] Healey JH, Lane JM. Chordoma: a critical review of diagnosis and treatment. Orthop Clin North Am, 1989, 20(3): 417-426.

[3] Yakkioui Y, van Overbeeke JJ, Santegoeds R, et al. Chordoma: the entity. Biochim Biophy Acta, 2014, 1846 (2): 655-669.

[4] Si MJ, Wang CS, Ding XY, et al. Differentiation of primary chordoma, giant cell tumor and schwannoma of the sacrum by CT and MRI. Eur J Radiol, 2013, 82(12): 2309-2315.

[5] Gerber S, Ollivier L, Leclère J, et al. Imaging of sacral tumours.Skeletal Radiol, 2008, 37(4): 277-289.

[6] Walcott BP, Nahed BV, Mohyeldin A, et al. Chordoma: current concepts, management, and future directions. Lancet Oncol, 2012,13(2): e69-e76.

[7] Sung MS, Lee GK, Kang HS, et al. Sacrococcygeal chordoma: MR imaging in 30 patients. Skeletal Radiol, 2005, 34(2): 87-94.

[8] Liao JS, Lu Y, Ding XY, et al. X-ray, CT and MRI findings of sacrococcygeal chordoma. J Pract Radiol, 2012, 28(3): 412-416.廖金生, 陸勇, 丁曉毅, 等. 骶尾椎脊索瘤X線、CT和MRI表現. 實用放射學雜志, 2012, 28(3): 412-416.

[9] Pongsthorn C, Ozawa H, Aizawa T, et al. Giant sacral schwannoma:a report of six cases. Ups J Med Sci, 2010, 115(2):146-152.

[10] Jiang B, Yang XF, Lai YR, et al. MRI evaluation of the histopathological characteristic of limb soft-tissue aggressive fibromatosis. Chin J Radiol, 2009, 43(2): 141-145.江波, 楊獻峰, 賴英榮, 等. 肢體軟組織侵襲性纖維瘤病組織病理特征的MRI研究. 中華放射學雜志, 2009, 43(2): 141-145.

[11] Pan W, Wang Z, Lin N, et al. Clinical features and surgical treatment of sacral schwannomas. Oncotarget, 2017, 8(23): 38061-38068.

[12] Ruggieri P, Angelini A, Ussia G, et al. Surgical margins and local control in resection of sacral chordomas. Clin Orthop Relat Res,2010, 468(11): 2939-2947.

[13] Farsad K, Kattapuram SV, Sacknoff R, et al. Best Cases from the AFIP: sacral chordoma. Radio Graphics, 2009, 29(5): 1525-1530.

[14] Zhao PF, Gao Y, Niu GM. The research progress of MR diagnosis of spondylitis caused by brulles infection. Chin J Magn Reson Imaging,2016, 7(8): 625-629.趙鵬飛, 高陽, 牛廣明. 布氏桿菌性脊柱炎磁共振的研究進展. 磁共振成像, 2016, 7(8): 625-629.

[15] Kim JK, Hong SS, Choi YJ, et al. Wash-in rate on the basis of dynamic contrast-enhanced MRI:usefulness for prostate cancer detection and localization. J Magn Reson Imaging, 2005, 22(5): 639-646.

[16] Liu ZJ, Ji ZM, Zheng SS, et al. The observation of histochemistry,electronic microscope and tissue culturation of chordoma. Chin J Orthop, 1986, 6(3): 188-191.劉子君, 吉重敏, 鄭樹森, 等. 脊索瘤的組化、電鏡及組織培養的觀察. 中華骨科雜志, 1986, 6(3): 188 -191.

[17] Hu WH, Li F, Li HA, et al. The clinicopathologic and immunohistochemical study of chordomas. J Shihezi Med College,1996, 18(1): 8-10.胡文浩, 李峰, 李洪安, 等. 脊索瘤的臨床病理和免疫組織化學觀察. 石河子醫學院學報, 1996, 18(1): 8-10.