肌肉骨骼肿瘤磁共振表观扩散系数与Ki-67表达的相关性

王砚亮WANG Yanliang

李 莉1LI Li

卞益同1BIAN Yitong

马 晔1MA Ye

崔 君2CUI Jun

金国宏3JIN Guohong

肌肉骨骼肿瘤磁共振表观扩散系数与Ki-67表达的相关性

王砚亮1WANG Yanliang

李 莉1LI Li

卞益同1BIAN Yitong

马 晔1MA Ye

崔 君2CUI Jun

金国宏3JIN Guohong

目的探讨原发性肌肉骨骼系统肿瘤磁共振扩散加权成像（DWI）的表观扩散系数（ADC）值与肿瘤Ki-67表达的相关性，评价其在鉴别肿瘤良恶性及反映肿瘤生物学特性中的价值。资料与方法回顾性分析61例行DWI检查的原发性肌肉骨骼系统肿瘤患者，所有病例术后均检测Ki-67表达情况，分析肿瘤实质部位ADC值与肿瘤Ki-67表达的相关性。结果61例患者中，良性肿瘤34例，ADC值为（1.58±0.82）×10-3mm2/s；恶性肿瘤27例，ADC值为（1.28±0.32）×10-3mm2/s，两者差异无统计学意义（t=1.34, P＞0.05）；9例富含黏液基质的肿瘤ADC值为（2.32±0.19）×10-3mm2/s，52例其他肿瘤ADC值为（1.36±0.37）×10-3mm2/s，两者差异有统计学意义（t=0.704, P＜0.05）。良性肿瘤Ki-67标记指数为（9.24±7.17）%，恶性肿瘤Ki-67标记指数为（40.14±16.57）%，两者差异有统计学意义（t=－4.13, P＜0.001）。良、恶性肿瘤ADC值与Ki-67标记指数呈负相关（r=－0.409, P＜0.01）。结论良、恶性肌肉骨骼系统肿瘤ADC值与Ki-67表达呈负相关，但ADC值无法鉴别肿瘤的良恶性。当ADC值＞2.0×10-3mm2/s时对诊断富含黏液基质的肿瘤有一定的价值。

肌肉骨骼系统；磁共振成像，弥散；扩散加权成像；表观扩散系数；Ki-67；诊断，鉴别

原发性肌肉骨骼系统肿瘤种类繁多，其鉴别与定性诊断是临床研究的难点。常规MRI对肌肉骨骼系统肿瘤的诊断准确性仅为病理诊断的20%～30%[1]。扩散加权成像（DWI）属于MRI功能成像，通过检测活体水分子的微观运动揭示病变内部结构，已经广泛应用于人体许多部位的检查[2]。DWI在肌肉骨骼系统肿瘤中的应用已有较多报道，但结论不一，在肿瘤良恶性的鉴别诊断及定性诊断中的意义仍有争议。Ki-67是病理评价肿瘤生物学行为的重要指标[3,4]，而既往对肌肉骨骼系统肿瘤ADC值与生物学特性的相关性报道较少，特别是其与Ki-67的关系鲜有报道。本研究拟探讨肌肉骨骼系统肿瘤ADC值的诊断价值，并分析其与Ki-67标记指数的相关性，评价肿瘤影像学特征与病理之间的关系，以更好地了解肌肉骨骼系统肿瘤的恶性程度。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选取2011-12～2013-06宁夏医科大学总医院经病理证实的61例全身各部位原发性肌肉骨骼系统肿瘤患者，均行常规MRI及DWI检查，检查前患者均未接受任何治疗。其中男36例，女25例；年龄11～74岁，平均（27.5±5.6）岁；所有患者均签署知情同意书。患者一般资料见表1。

表1 61例肌肉骨骼系统肿瘤患者的一般资料

1.2 仪器与方法 采用GE Signa HDX 3.0T MRI扫描仪，根据不同部位采用相应的表面线圈。扫描序列：快速自旋回波（FSE）T1WI：TR 400 ms，TE 15 ms；FSE T2WI：TR 4000 ms，TE 120 ms；短反转时间反转恢复（STIR）T2WI抑脂序列：TR 6000 ms，TE 100 ms，所有病灶均行冠状面、矢状面及横断面扫描，然后行DWI横断位扫描，采用自旋回波-平面回波（SE-EPI）序列，先行ASSET匀场b值取0、700 s/mm2，同时在3个方向施加扩散敏感梯度场，TR 6000 ms，TE 65.8 ms，视野24 cm×24 cm，矩阵192～256×256～320，激励次数2。扫描范围为整个病灶，层厚和层距根据病灶大小而定，层厚5 mm，间距1～3 mm。本机器ADC值由单指数模型采用两点法计算得出。

1.3 图像分析 由2名主治医师以上职称的放射人员利用工作站Functool 2 软件对病变进行分析。以T1WI增强作为参照，在肿瘤实质区面积最大层面，以强化明显的肿瘤实质区域作为ADC值以测量感兴趣区（ROI），面积大小50～80 mm2，测量3次取平均值。ROI应避开坏死、囊变、钙化和出血区。如肿瘤成分均为囊性或无法区分实质部分（如单纯性骨囊肿、骨纤维异常增生症等），则选择囊性部分进行测量。

1.4 免疫组化检查 所有标本经常规固定、石蜡包埋，3 μm厚切片，应用组织芯片技术，采用免疫组化SP法，鼠抗人单克隆抗体及即用型免疫组化试剂盒均购自北京中杉金桥公司。Ki-67的着色部位为胞核，胞质或胞核出现棕黄色染色作为阳性判断标准，随机计数1000个肿瘤细胞中的阳性细胞数，标记指数：每张切片选取5个高倍视野（×200），计算平均Ki-67蛋白阳性细胞所占细胞总数的百分比，并计算标记指数（labeling index, LI），LI=增殖细胞数/细胞总数×100%。

1.5 统计学方法 采用SPSS 19.0软件，计量资料比较采用成组t检验，肿瘤ADC值与Ki-67标记指数的相关性采用Pearson相关分析，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 良、恶性肌肉骨骼系统肿瘤ADC值比较 本组良性肿瘤平均ADC值高于恶性肿瘤，但差异无统计学意义（t=1.34, P＞0.05），见表2。Boxplots图分析结果显示，良、恶性肿瘤的平均ADC值有较大重叠，见图1A。

2.2 富含黏液基质的肿瘤与其他类型肿瘤ADC值比较 本组61例患者中，2例内生软骨瘤、2例软骨黏液纤维瘤、2例黏液型脂肪肉瘤、1例单纯性骨囊肿、1例骨纤维异常增生症、1例低度恶性纤维黏液肉瘤ADC值均大于2.0×10-3mm2/s，平均ADC值为（2.32±0.19）×10-3mm2/s，经病理证实，其肿瘤成分内均含有不同程度的黏液基质（图2、3）；52例其他类型的肿瘤平均ADC值为（1.36±0.37）×10-3mm2/s，两者差异有统计学意义（t=0.704, P＜0.05）。Boxplots图分析结果显示，富含黏液基质的肿瘤ADC值与其他类型肿瘤的ADC值无重叠，见图1B。

2.3 良、恶性肌肉骨骼系统肿瘤ADC值与Ki-67表达的相关性 恶性肿瘤平均Ki-67标记指数明显高于良性肿瘤，差异有统计学意义（t=－4.13, P＜0.001），见表2及图4。相关分析结果发现，良、恶性病变ADC值与Ki-67标记指数呈负相关（r=－0.409, P＜0.01），见图5，提示随着ADC值降低，Ki-67表达呈增高趋势。

图1 不同性质和不同类型肌肉骨骼系统肿瘤的ADC值Boxplots图分析。良、恶性肌肉骨骼系统肿瘤ADC值有较大重叠（A），而富含黏液基质的肿瘤与其他类型肿瘤ADC值无重叠（B）

图2 男，59岁，黏液型脂肪肉瘤。横轴位T2示左股四头肌间软组织肿块，呈混杂高信号（箭，A）；横轴位T1抑脂增强示肿块呈不均匀强化，邻近骨质信号未见异常，在强化明显区域选取3个ROI（箭头，B）；DWI示病变呈明显高信号（C）；病理镜下可见毛细血管网，细丝状的黏液基质，其间可见印戒样的脂肪母细胞（HE, ×200, D）

3 讨论

3.1 DWI鉴别诊断良、恶性肌肉骨骼系统肿瘤的价值DWI是通过对组织施加扩散敏感梯度，检测组织水分子的微观运动状态，是目前对微血管灌注和扩散效应进行活体定量研究的最佳方法，可以无创性地间接反映组织成分及结构，ADC值是定量描述水分子扩散能力的指标。目前DWI在全身各器官的应用价值也得到了广泛肯定[5]。近年许多学者对肌肉骨骼系统肿瘤的DWI进行了初步研究，但结论却不一致。刘记存等[6]在DWI研究中b值取0、500、1000 s/mm2，结果显示每组良、恶性肿瘤的ADC值均有较大重叠。Nagata等[7]选择b值为1000 s/mm2，发现不能直接用ADC值鉴别良、恶性肿瘤，认为ADC值易受较多因素的影响。程晓光等[8]的研究与本研究的方法及结论基本一致，认为平均ADC值不能用于良、恶性肌肉骨骼系统肿瘤的鉴别。然而既往也有研究表明ADC值可以用来鉴别良、恶性肌肉骨骼系统肿瘤[9,10]。本研究将T1增强图像强化显著的实性部位作为感兴趣区，测量的区域为肿瘤富血供灌注区，也是血管壁破坏较多的区域，能够真实地反映肿瘤的生物学特性，所测得的ADC值具有一定的代表性。以上研究结论不一致的原因可能为：从扩散理论方面分析，尽管恶性肿瘤细胞较良性肿瘤细胞排列紧密且细胞外间隙狭小，细胞外水分子运动受限，但是恶性肿瘤局部微循环灌注高于良性肿瘤，又增加了水分子的扩散运动，致使恶性肿瘤的实质部分和良性肿瘤的实质部分水分子的扩散程度基本相同，从而使测得的ADC值也无明显差异。此外，单指数模型计算出的ADC值无法区分细胞外间隙扩散及细胞内扩散，这也是ADC值不能鉴别成分较其他部位肿瘤更为复杂的肌肉骨骼系统肿瘤的原因之一，而多b值的多指数模型能真正反映微循环灌注特点，能将整体ADC值分割为细胞内及细胞间隙的扩散，较单指数模型更有优势，这也是今后DWI在肌肉骨骼系统病变应用研究的新热点，其作用也有待进一步探讨[11]。一般认为选择b值＞400 s/mm2可以减少肿瘤血流灌注的影响，但当b值＞1000 s/mm2时将背离单指数模型，测得的ADC值发生错误且图像易受磁敏感伪影的影响。因此，目前绝大多数研究b值选择在500～800 s/mm2之间，本研究中b值取700 s/mm2是可行的。

目前肌肉骨骼系统DWI扫描与图像后处理并无统一标准，且肌肉骨骼系统肿瘤成分较为多样，如黏液、脂肪、出血、钙化，均可能干扰ADC值的测量，这些均可以影响研究结果。

3.2 富含黏液基质的肌肉骨骼系统肿瘤与其他类型肿瘤的ADC值比较 本研究中有9例经病理证实为富含黏液基质的肿瘤，其平均ADC值为（2.32±0.19）×10-3mm2/s，大于其他类型肿瘤的（1.36±0.37）×10-3mm2/s（t=0.704, P＜0.05），与Nagata等[7]的研究结果[（2.08±0.51）×10-3mm2/s对（1.13±0.40）×10-3mm2/s]非常接近，马凤华等[12]报道黏液型乳腺癌的平均ADC值（2.41±0.28）×10-3mm2/s，进一步证实了这一结论。部分软骨肿瘤中含有黏液基质，程晓光等[8]等认为ADC值＞2.0× 10-3mm2/s提示软骨类肿瘤，与本研究结论有所差别。尽管水分子的扩散作用受生物组织细胞内、外间隙的影响，细胞外间隙越小，肿瘤的ADC值越低[1,2,5,10,13]，然而ADC值不仅反映了细胞外间隙，也能反映细胞外的基质，特别是黏液基质。肌肉骨骼系统肿瘤有更多的细胞外基质，其病理特征为瘤细胞漂浮于富含白蛋白与糖蛋白（属黏多糖类）的细胞外黏液中，并含有较多的自由水，因此在DWI上的表现比较特殊，与中枢神经系统及其他部位肿瘤不一致，富含黏液基质的肿瘤ADC值会增高，对肿瘤的鉴别诊断有一定意义。Maeda等[13]认为造成ADC值无法鉴别良、恶性肿瘤的主要原因为含液性的肿瘤成分中有较高的黏液基质和较少的胶原蛋白影响了ADC值。然而黏液基质影响水分子扩散的具体机制目前尚不明确，为了能够更好地解释良、恶性肌肉骨骼系统肿瘤ADC值的重叠，需要进一步明确活体肿瘤内黏液基质影响水分子的扩散因素，同时需对富含黏液基质的肿瘤成分进行分子水平研究。

3.3 原发性肌肉骨骼系统肿瘤ADC值与Ki-67表达的相关性 Ki-67抗原是一种细胞增殖相关的非组蛋白性核内蛋白，多用于判断肿瘤的良恶性及恶性程度，能够较客观地反映细胞的增殖活性，在胶质瘤、骨肿瘤、乳腺肿瘤等多类肿瘤中的Ki-67表达已经得到证实[2,3]。Lopes等[14]对72例滑膜肉瘤的表达进行研究，结果表明Ki-67与肿瘤病理分级及分期呈正相关。本研究结果表明，Ki-67的表达在良、恶性肿瘤间差异有统计学意义（P＜0.001），提示Ki-67的过度表达可能与肌肉骨骼系统肿瘤细胞的增殖有关，同时本研究也显示Ki-67阳性表达与ADC值呈负相关（r=－0.409, P＜0.01），提示ADC值可以在一定程度上反映细胞构成及细胞密度。今后在肌肉骨骼系统肿瘤诊断中将常规影像、ADC值、Ki-67表达进行综合分析，将有助于提高诊断准确率，特别是病理较难确诊的病例，结合ADC值将有助于判断肿瘤的恶性程度[15]。

3.4 本研究的局限性 本组肌肉骨骼系统肿瘤类型较多，骨骼和软组织肿瘤混合研究，且富含黏液基质的肿瘤病例数相对较少，今后应该进一步增加样本例数，对骨骼和软组织肿瘤特别是富含黏液基质的肿瘤进行分类，对不同类型的肿瘤进行个性化研究。此外，本研究中ADC值测量ROI的选取与实际作为诊断“金标准”的病理取材部位可能不一致，可能会降低两者之间的相关性，这也是亟待解决的问题。同时，运用DWI双指数及拉伸指数模型进一步深入研究，将有助于提高ADC值的准确性。

总之，尽管平均ADC值不能直接用于鉴别肌肉骨骼系统肿瘤的良恶性，但肌肉骨骼系统肿瘤ADC值与Ki-67表达呈负相关。通过ADC值的测量，能够对肿瘤的生物学行为进行大致评估。

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（责任编辑 张春辉）

Correlation of Apparent Diffusion Coeffcient and Ki-67 in Musculoskeletal Neoplasms

PurposeTo investigate the correlation of apparent diffusion coeffcient (ADC) measured by diffusion weighted imaging (DWI) and Ki-67 in musculoskeletal neoplasms, and to evaluate its value in differentiating benign and malignant disease.Materials and Methods Sixty-one cases of primary musculoskeletal neoplasms were retrospectively reviewed. The expression of Ki-67 was determined post-surgery to correlate with ADC of the solid tumor portion.ResultsThere were 34 cases of benign tumors in 61 patients with ADC value of (1.58±0.82)×10-3mm2/s. In 27 malignant tumors, the ADC value was (1.28±0.32)×10-3mm2/s. There was no statistical significance (t=1.34, P＞0.05). Nine tumors were rich in mucinous matrix with ADC value of (2.32±0.19)×10-3mm2/s; the other 52 tumors showed ADC value of (1.36±0.37)×10-3mm2/s. This was statistically signifcant (t=0.704, P＜0.05). The Ki-67 expression index was (9.24±7.17)% for benign tumors and (40.14±16.57)% for malignant tumors with statistical significance (t=－4.13, P＜0.001). The ADC values were negatively correlated with Ki-67 index (r=－0.409, P＜0.01).ConclusionThe ADC value of benign and malignant tumors is negatively correlated with Ki-67 expression. However ADC value alone cannot differentiate benign and malignant tumors. When ADC value is ＞2.0×10-3mm2/s, the tumor has high content of mucinous matrix.

Musculoskeletal system; Diffusion magnetic resonance imaging; Diffusion weighted imaging; Apparent diffusion coeffcient; Ki-67; Diagnosis, differential

1. 宁夏医科大学研究生学院 宁夏银川750004

2. 洛阳市第三人民医院影像科 河南洛阳470000

3. 宁夏医科大学总医院放射科 宁夏银川750004

金国宏

Department of Radiology, the General Hospital of Ningxia Medical University, Yinchuan 750004, China

Address Correspondence to: JIN Guohong

E-mail: Jgh0951@163.com

R738.1；R738.7；R730.42

2013-11-08

修回日期：2014-02-24

中国医学影像学杂志

2014年 第22卷 第3期：181-185

Chinese Journal of Medical Imaging

2014 Volume 22(3): 181-185

10.3969/j.issn.1005-5185.2014.03.006