磁共振弥散加权成像在肌骨疾病诊断及疗效评价中的应用

李盼盼，李长勤，朱建忠

(泰山医学院附属医院，山东泰安271000)

磁共振成像(MRI)是疾病诊断、分期及随访的重要检查方法，常规MRI检查影像分析主要依据信号强度及解剖形态学表现，但不同的病理过程存在相似的信号表现，降低了诊断的特异性。磁共振弥散加权成像(Diffusion-weighted imaging，DWI)是近几年新兴的一门技术，可从细胞分子水平提供组织微观水分子运动的定量及定性信息，进行多种肌骨疾病的诊断及治疗后疗效评估，现将其在肌骨疾病诊断及疗效评价中的应用综述如下。

1 DWI的影像学基础及显示方式

DWI成像基础为组织中水分子的随机弥散运动。细胞外水分子运动过程受到的阻碍较少;细胞内的水分子运动则受到细胞器、细胞内大分子及细胞膜的限制［1］。DWI获取组织中水分子的弥散运动信息，从而间接反映组织的微观结构及特征，从细胞水平提供组织微观学的信息，实现正常组织与病理组织的鉴别。DWI信号强度与组织中水分子的弥散运动能力密切相关，为了实现病灶中水分子弥散能力的定量分析，通常将DWI图像的分析结果与表观弥散系数(Apparent diffusion coefficien，ADC)值相结合进行兴趣区的定量评价。ADC是评价细胞组织内水分子弥散运动能力的客观指标，亦是DWI影像评估的定量参数。恶性肿瘤组织较良性病变中含有更多的细胞及组织内容物，因此在高b值的DWI影像上表现为明亮的高信号，ADC值较低。此外，组织灌注、细胞外间隙大小、细胞内核质比分布、细胞膜完整性及细胞大小、生存状况等均会影响水分子的弥散运动能力。DWI有多种显示方法，如黑白翻转图像、伪彩图像等方式。由于伪彩图像信号高低的定夺无统一标准，因此多使用黑白翻转影像。高b值DWI与解剖学影像的三维融合技术有着广阔的应用前景，如临床病灶的精确定位，引导穿刺活检等。

2 DWI在肌骨疾病诊断中的应用

2.1 椎体良恶性骨折 DWI技术已广泛应用于椎体骨折，尤其是椎体良恶性压缩骨折的鉴别诊断。常规MRI检查序列在诊断椎体压缩骨折的过程中需仔细观察形态学变化，但良恶性压缩骨折可存在相似征象，难以实现鉴别诊断。近几年结合DWI序列进行鉴别诊断已成为一种趋势。关于椎体压缩骨折病理变化对弥散的影响一直无详尽的理论解释。有研究提出可依据DWI信号的定量分析进行椎体压缩骨折的诊断［1］，骨质疏松性压缩骨折表现为等信号或高信号，肿瘤或转移瘤所致椎体压缩骨折表现为高信号［2］。亦有学者研究证实DWI影像在诊断椎体骨折方面无任何优势［3］，指出有些转移瘤所致椎体压缩骨折在b值为165 s/mm2的DWI影像上表现为低信号。成骨性骨转移灶由于含水量较少在DWI图像上呈低信号，放疗后的转移灶有相似的信号表现［4］。Kalkmann 等［5］研究证实 DWI在诊断成骨性转移灶时存在相似的假阳性结果。

诸多学者研究了椎体压缩骨折DWI信号的分析，有研究纳入82例患者、共102个骨折椎体，计算出敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值分别为100%、93%、91%、100%［6］。另有学者研究将良恶性压缩骨折椎体的DWI信号分为高信号、等信号及低信号进行统计分析，得出了相似的敏感度、特异度(＞85%)［7］，但亦有研究得出的敏感度很低，如有研究纳入46例患者，敏感度仅为42%。为实现异常椎体兴趣区的定量分析，对ADC值进行测量、统计，证实非转移灶所致椎体压缩骨折病灶ADC值明显高于转移灶所致椎体压缩骨折的ADC值［6］。但由于研究分组的重叠、不同弥散序列及弥散梯度的采用使ADC值的分布变化广泛，并且转移的进展过程等均会影响ADC值变化，ADC值目前无统一的诊断阈值标准。鉴于此DWI技术不作为独立的检查手段使用，常与其他检查方法结合，如结合常规MRI检查序列。

2.2 原发性骨来源肿瘤 平片和常规MRI检查序列早已广泛应用于原发性骨肿瘤特征的描述和分期，对于级别较高的肉瘤，传统的诊断方式通常是结合CT和骨闪烁成像。长期以来巨大软骨瘤和低度恶性软骨肉瘤的鉴别诊断一直是难点。这两种疾病的恶变程度不同，且二者均属于临床低度恶性肿瘤，可使用刮骨术进行成功治疗。DWI图像的定量及表现特征在鉴别软骨肉瘤与其他骨组织的良性肿瘤方面无显著特异性，不同病理组织病变可有相似的DWI表现，同时单纯骨囊肿的ADC值较高，与软组织肿瘤的表现相似。因此DWI影像在原发性骨肿瘤的诊断和分期中的临床应用存在一定局限性。

2.3 原发性软组织肿瘤 由于软组织的原发肿瘤MRI常规序列影像表现无特异性，在无明确病理结果情况下很难进行依据MRI常规影像表现进行确诊。DWI影像表现特征诊断原发性软组织肿瘤准确率适中。早期的研究证实良恶性肿瘤的ADC值无明显统计学差异，存在一定的重叠性［8］，可能原因为软组织肿瘤结构复杂且成分多样。与非黏液性肿瘤相比，黏液性肿瘤的ADC值较高，大部分的液体性肿瘤含有较高黏蛋白，但胶原蛋白含量相对较少［9］。非黏液性肿瘤中，恶性肿瘤的ADC值明显低于良性肿瘤的ADC值。小样本研究证实DWI可实现肉瘤及慢性扩张型血肿的鉴别诊断，但有时部分慢性血肿等疾病被误诊为软组织肿瘤。慢性扩张型血肿可与软组织肉瘤有相似的表现特征，但由于血肿的细胞成分少，DWI影像上ADC值明显高于恶性肿瘤的 ADC 值［10］。

2.4 骨骼的感染性疾病 通常骨髓炎可在DWI影像上表现为高信号，低ADC值，与恶性肿瘤的表现类似［11］。因病灶中含有浓稠的蛋白质液体及大分子物质，阻碍了水分子的弥散运动。结核性脊柱炎及化脓性椎间盘炎在DWI影像上亦表现为弥散受限，此限制了DWI在鉴别椎体肿瘤性椎体损害及感染性椎体损害的应用，在二者鉴别诊断方面特异性、敏感度及准确性较低［11］。骨髓血源性肿瘤如淋巴瘤在DWI图像上弥散受限，表现为高信号［12］。DWI与STIR在诊断骨髓淋巴瘤方面敏感度相似，较T1WI的诊断敏感性略高。以往研究证实DWI影像在诊断骨髓淋巴瘤时与常规MRI序列、STIR等有广泛应用价值，但由于DWI影像的空间分辨率较差，存在一定的伪影影像扭曲等，DWI技术的应用受限。

3 DWI在肿瘤治疗后疗效评价中的应用

部分肿瘤患者在接受辅助化疗后可无明显体积缩小表现，部分病灶可因周围软组织的水肿体积增大，因此利用常规MRI序列通常难以进行准确的治疗后疗效评估。90%的肿瘤经成功化疗后有液化坏死表现［13］。随着病灶液化成分的增加，病灶的平均ADC值增加。Park等［14］报道，DWI在原发性骨肿瘤治疗随访中ADC值显著升高。当骨组织的恶性病变得到有效治疗后，肿瘤细胞被杀死，病灶内的水分子弥散运动能力增加，表现为ADC值增大。骨组织恶性病变治疗后在高b值的DWI图像上的表现多变，信号强度可增强亦可降低;此种复杂变化过程与治疗时间进展有关。有效治疗后病灶在较长时间内表现为低信号，ADC值增加。这是因为肿瘤细胞的坏死，肿瘤细胞的切除、黄色脂肪的再现、骨质硬化、继发性骨髓纤维化及组织水分的丢失等在治疗中同时存在，最终表现为在治疗成功的肿瘤组织中DWI影像信号降低，ADC值增加，这种变化过程是缓慢的，与肿瘤类型及治疗方式选择有关。

DWI影像中组织弥散能力的改变还可用于区分治疗过程中肿瘤增殖活跃的部分及坏死组织［2］。白血病患者治疗后组织坏死，ADC值显著增加，提示治疗有效［11］。最近的研究发现椎体的转移瘤化疗前在DWI影像上表现为明显的高信号，化疗后表现为低信号［2］。随着患者临床治疗的进展，在DWI影像上表现为明显低信号，因治疗过程中细胞凋亡，使细胞膜的完整性受到破坏，水分子弥散运动能力增强。对于临床治疗无效的患者在DWI图像上表现为持续高信号，提示肿瘤组织持续增长。软组织肉瘤治疗后ADC值降低，体积缩小;ADC值大小与肿瘤体积呈正相关(r=0.925，P ＜ 0.000 1)［9］。在DWI影像上软组织肿瘤治疗后的血肿及周围软组织水肿表现为低信号，明显区别于复发的肿瘤［13］。但单独依据DWI信号变化对肿瘤的治疗过程进行检测随访存在一定误诊率。如多发骨髓瘤、淋巴瘤等患者在经过有效治疗后，病灶发生大量的液化坏死但受T2穿透效应影响在DWI影像上表现为高信号和高ADC值，且这种信号变化可持续多年。

综上所述，DWI是评价骨组织变化的一种敏感技术，可成功实现椎体良恶性压缩骨折、肿瘤治疗后的液化坏死和残存增殖肿瘤部分的鉴别诊断，且DWI技术成像过程快，不需使用造影剂，无侵袭性。但DWI影像在鉴别诊断软组织肿瘤、骨肿瘤及骨组织感染方面仍存在一定局限性。

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