多发性骨髓瘤多种磁共振成像序列图像质量的比较

孙照勇，张海波，李　烁，王　沄，薛华丹，金征宇

中国医学科学院　北京协和医学院　北京协和医院放射科，北京 100730



多发性骨髓瘤多种磁共振成像序列图像质量的比较

孙照勇，张海波，李烁，王沄，薛华丹，金征宇

中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院放射科，北京 100730

摘要：目的比较磁共振T1WI脂相、T1WI水相、短时反转恢复(STIR)序列以及弥散加权成像(DWI)序列在评价多发性骨髓瘤(MM)时的图像质量。方法对20例初诊或治疗后随诊的MM患者行冠状位T1WI脂相、T1WI水相、STIR序列及轴位DWI序列扫描，分段评价4个扫描序列的图像质量。测量并计算每个扫描序列的颅骨、脊柱、骨盆、肱骨、股骨、胫腓骨及肋骨处图像的信噪比(SNR)。选取20处MM的活动性病灶，测量并计算每个扫描序列病变部位的强化噪声比(CNR)。结果所有图像质量均在可评价范围内。T1WI脂相、T1WI水相、STIR序列以及DWI序列的平均图像质量评分分别为4.19±0.70、4.16±0.73、3.89±0.70及3.76±0.68，T1WI脂相和水相的图像质量明显优于STIR序列(P=0.000和P=0.001)和DWI序列(P均=0.000)，但T1WI脂相及水相之间(P=0.723)、STIR序列及DWI序列之间(P=0.167)差异均无统计学意义。T1WI水相的SNR显著高于T1WI脂相、STIR序列及DWI序列(P均=0.000)，而后三者间差异无统计学意义(P均>0.05)。DWI序列的CNR均值虽略高于其他3个序列，但4个扫描序列CNR之间差异均无统计学意义(P均>0.05)。结论T1WI脂相、T1WI水相、STIR序列及DWI序列成像各具优势，应联合应用诊断MM。

关键词：磁共振成像；多发性骨髓瘤；图像质量；短时反转恢复序列；弥散加权成像

ActaAcadMedSin，2015,37(1)：50-54

多发性骨髓瘤(multiple myeloma，MM)是一种以骨髓微环境中浆细胞克隆性过度增生为特征的难以治愈的恶性疾病，在恶性血液疾病中位居第2位，多发生在60岁以上老年人，中位生存期不足1年[1- 2]。近年来其发病率逐渐升高并呈年轻化发展趋势，但随着更新、更有效的治疗方案的问世，其5年生存率已经从1975年的25%提升至2003年的34%[3]。2014年美国国家综合癌症网络(National Comprehensive Cancer Network，NCCN)发布指南建议MM只有在随诊并且有临床症状出现时才需辅以影像学检查作为补充[3]，然而仅靠血清学等检查，1%~5%的非分泌或低分泌型MM患者以及髓外病变的患者可能会误诊或延误病情[4]。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)具有较高的软组织分辨率，对于症状性MM及非分泌或低分泌型MM都有很高的检出率，但目前关于MM磁共振扫描方案的研究较少，初诊或随诊的检查方法尚未统一。本研究将对磁共振多种序列对MM患者成像的敏感性进行研究，评价其应用价值，以期为临床医师及患者提供更具优势的检查手段。

对象和方法

对象2013年3月至2014年3月在北京协和医院血液科经穿刺活检确诊的MM者20例，其中，男12例，女8例，平均年龄(58.7±10.9)岁(35~78岁)；初诊5例，治疗后复诊15例。本研究经北京协和医院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

MRI检查采用德国西门子Skyra 3.0 T超导型磁共振扫描仪，18通道相控阵表面线圈。患者取仰卧位，头先进，扫描序列包括：(1)呼吸门控冠状位快速自旋回波(turbo spin echo，TSE)T1WI水脂分离序列，TR 4.58 ms，TE 1.23 ms，NEX 1，EC 1，FA 9，AQM 320/161，DFOV 450 mm×543 mm，Compressed 7∶1，扫描范围包括头顶至双足。(2)自由呼吸冠状位短时反转恢复(short time inversion recovery，STIR)T2WI序列，TR 4000 ms，TE 181 ms，NEX 1，EC 1，FA 120，DFOV 450 mm×543 mm，Compressed 7∶1，扫描范围包括头顶至双足。(3)自由呼吸轴位弥散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)序列，TR 7000 ms，TE 58 ms，NEX 3，EC 1，FA 90，AQM 150/96，DFOV 430 mm×519 mm，Compressed 7∶1，扫描范围包括头顶至股骨上段。冠状位TSE T1WI及STIR T2WI经Composing软件自动拼接为全身冠状位图像，依据不同患者身高，总扫描时间约60 min。

图像质量评价将所有图像数据传输到西门子第二代3D后处理工作站，将4个扫描序列分别按头颈部、胸部、腹部、盆部、股骨、胫腓骨及足部7段进行评价，图像质量评价依据5分制评分法：0分，图像质量极差，不能评价病变；1分，图像质量欠佳，不能评价病变；2分，图像质量欠佳，影响疾病诊断；3分，图像质量尚可，可以评价疾病；4分，图像质量好，可以评价疾病；5分，图像质量佳，可以评价疾病。图像质量评分达3分以上即可以满足临床诊断。由两名经验丰富的影像诊断医师独立对图像质量做出评价，并最终得出一致结果。同时测量并计算每个扫描序列的颅骨、脊柱、骨盆、肱骨、股骨、胫腓骨及肋骨图像的信号噪声比(signal noise ratio，SNR)以及20处MM活动性病灶部位的对比度噪声比(contrast noise ratio，CNR)。除颅骨感兴趣区(region of interest，ROI)为2 mm2外，其余部位ROI均为100 mm2。

统计学处理采用SPSS 17.0统计软件，4种成像序列图像质量、SNR及CNR比较分别采用单因素方差分析，若差异具有显著性则进一步采用LSD法进行两两比较，P<0.05为差异有统计学意义。

结果

影像表现所有患者均顺利完成扫描，在检查过程中无不适或任何意外情况发生。MM病变磁共振表现为T1WI脂相低信号，T1WI水相高信号，STIR序列呈高/稍高信号，活动性病灶DWI信号明显增高，且表观弥散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)值减低(图1)。

4种成像序列图像质量参数比较所有图像质量均在可评价范围内(图2)。T1WI脂相、T1WI水相、STIR序列及DWI序列的平均图像质量评分分别为4.19±0.70、4.16±0.73、3.89±0.70及3.76±0.68，T1WI脂相和水相的图像质量明显优于STIR序列(P=0.000和P=0.001)和DWI序列(P均=0.000)，但T1WI脂相及水相之间(P=0.723)、STIR序列及DWI序列之间(P=0.167)差异无统计学意义。T1WI脂相、T1WI水相、STIR序列及DWI序列的SNR均值分别为65.49±70.61、168.47±161.76、45.94±58.30及62.45±83.58，T1WI水相的SNR显著高于T1WI脂相、STIR序列及DWI序列(P均=0.000)，而后三者间差异无统计学意义(P均>0.05)。T1WI脂相、T1WI水相、STIR序列及DWI序列的CNR均值分别为138.14±100.61、126.88±96.44、116.45±156.43及148.32±103.87，DWI序列的CNR均值虽略高于其他3个序列，但4个扫描序列CNR间差异无统计学意义(P均>0.05)。

A.T1WI脂相呈低信号；B.T1WI水相呈高信号；C. STIR序列呈高信号；D. DWI序列上信号明显增高，且ADC值较低

A.T1-fat phase shows low signal；B.T1-water phase shows high signal；C.STIR sequence shows high signal；D.DWI sequence shows high signal with low ADC value

图 1患者，男，57岁，临床诊断为非分泌型多发性骨髓瘤，血清学检查无异常，MRI多序列成像提示左侧髂骨多发性骨髓瘤活动性病灶(箭头)

Fig 1A 57-year-old male patient was clinically diagnosed as non-secretory multiple myeloma with normal blood serum，however，the multiple sequences of MRI shows the lesion on the left ilium(arrows)

A～D分别为T1WI脂相、T1WI水相、STIR序列和DWI拼接图像，其中T1WI脂相、T1WI水相及STIR序列拼接图像质量较好，DWI在各段图像拼接处形变(箭头)较明显，但尚可评价

A-D show that the composing of coronal images of T1-fat phase，T1-water phase and STIR performed well，while the distortion of DWI image is obvious(arrows)；nevertheless，all the images remain assessable

图 2全身MRI多序列图像质量比较

Fig 2Image quality of whole body MRI

讨论

MM的发病率仅次于淋巴瘤，因其发病率逐年增加且发病人群年轻化(本组病例最年轻患者仅35岁)、中位生存期短，则大大需要提高本病诊断的时效性。目前不论初诊还是随诊，都未将影像学作为主要检查方法之一，但随着近年来各种成像技术的发展以及图像质量的不断提高，在对MM进行评估时，尤其是随诊，影像学检查在临床监测中的作用已经逐步得以体现。

MRI无电离辐射，能够以其较高的软组织分辨力先于CT、骨扫描及PET发现骨髓改变[5]，甚至在椎体骨小梁出现破坏之前就表现为长T1长T2信号和扩散运动受限[6- 7]。不过MRI成像过程复杂且MM患者往往因其疾病特征需要全身成像，这些条件都显著延长了MRI的扫描时间。所以，对于MM患者来讲，成像序列的选择则显得尤为重要。MM病变基本发生在骨髓腔内，正常人红骨髓T1WI为等信号，常规T2WI为高信号，黄骨髓因富含脂肪组织T1WI、T2WI均为高信号。当骨髓瘤发生骨髓浸润时，MRI呈T1WI低信号及常规T2WI高信号[8- 9]，由于正常骨髓与病变骨髓常规T2WI信号相近，因此常规T2WI显示骨髓病变欠清晰[10]，并且已有多位学者研究证实常规T2WI在骨髓病变中的价值不大[11]，故本研究中采用STIR序列进行成像[8]，对正常人体脂肪组织信号进行抑制，以突出病变的异常信号。本研究中20处活动性病灶STIR序列均显示为清晰的高信号，正常骨髓信号被抑制。STIR技术是基于人体组织不同的T1值进行成像，其场强依赖性低，对磁场的均匀度要求也较低，大的扫描FOV也能取得很好的脂肪抑制效果，多适用于脊柱、四肢长骨、躯干等[12]，但T1时间与脂肪组织接近的信号也会被抑制。因此，为了弥补STIR技术的不足，本研究中还采用了水脂分离技术。在Dixon技术开发之前，水脂分离主要采用梯度回波序列获得两种图像，一种是脂肪和水同相位图像(标准T1WI)，一种是脂肪和水反相位图像。本研究中对水、脂肪磁化矢量相同或相反的两种脂肪图像分别相加或相减，得到纯水或纯脂图像，避免了STIR图像中本不该被抑制的信号，并且随着扫描技术的发展及呼吸门控技术的应用，不仅扫描时间大大缩短，图像质量也大为提高[13]。本研究中T1WI水相的SNR显著高于其他3个序列也表明了这一序列在MM患者MRI检查中的敏感性及重要性。

全身弥散加权成像(whole body diffusion imaging，WB-DWI)可一次性、大范围、直观地显示全身病变，对弥漫性病变的显示有绝对优势，可为临床提供更多有益信息。将STIR与WB-DWI结合起来，进行全身扫描，不仅提高了病灶显示率，还提供了ADC量化的生物学信息[14]，但国内论著及个案报道很少，而国外已经有人研究使用WB-DWI评价骨髓瘤，证实其可在骨质结构被破坏前显示骨髓的广泛浸润[15- 17]。因活动性MM病灶在DWI序列表现为明显的高信号或亮高信号，同时ADC值明显减低，静止期病灶尽管DWI仍然呈高信号，但ADC值亦增高，故二者易于区别，颇具特征性；将DWI应用到全身MRI后，显著提高了病变的敏感性和阳性预测值[18]，医师读片速度也大为提高[19- 20]，这些都表明在肿瘤检测时应该补充DWI序列以提高病灶的检出率[21- 22]。本研究中DWI序列的CNR也高于其他序列。目前DWI序列多采用EPI方法成像，EPI序列对磁场不均匀极为敏感，易产生伪影(如化学位移伪影)，小病变的ADC值难以准确测量，甚至遮掩病变[23]，且场强越高，磁敏感性越强，化学位移效应越明显，所以与1.5T MR相比，在3.0T MR上行全身DWI检查，磁敏感伪影、化学位移伪影和流动伪影都会严重影响图像质量，尤其在各部位交接或与空气接触范围大的组织，图像就更容易变形、扭曲。本研究中部分图像质量(如颈胸交界区)总体较其他部位略差，这也与上述原因有关。此外，b值大小的选取也会影响图像质量的稳定性，本研究未对b值的选择进行探讨，一直采用b=0和800 s/mm2作为评价病变扫描的基本参数，图像质量完全满足临床诊断的需要。

MM磁共振表现为T1WI脂相低信号，T1WI水相高信号，STIR序列呈高/稍高信号，当病变为活动性病灶时DWI信号明显增高，且ADC值减低，而当病变处于静止期或治疗后ADC值则逐渐增高。采用磁共振多序列对MM患者全身成像时，T1WI水相图像质量最优，DWI序列显示病变最为清晰，但T1WI脂相、T1WI水相、STIR序列及DWI序列各具优势、相辅相成，联合应用于MM患者MRI成像时，可大大提高病变检出的敏感性。综上，磁共振多序列成像可较为理想辅助临床进行MM患者的诊断及随诊，但尚需克服磁场不均匀性所导致的局部图像形变以及b值选择等问题。

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·论著·

Comparison of the Quality of Different Magnetic Resonance Image Sequences of Multiple Myeloma

SUN Zhao-yong，ZHANG Hai-bo，LI Shuo，WANG Yun，XUE Hua-dan，JIN Zheng-yu

Department of Radiology，PUMC Hospital，CAMS and PUMC，Beijing 100730，China

Corresponding author：XUE Hua-danTel：010- 69155509，E-mail：bjdanna95@hotmail.com

ABSTRACT：ObjectiveTo compare the image quality of T1WI fat phase，T1WI water phase，short time inversion recovery(STIR) sequence，and diffusion weighted imaging(DWI) sequence in the evaluation of multiple myeloma(MM). MethodsTotally 20MM patients were enrolled in this study. All patients underwent scanning at coronal T1WI fat phase，coronal T1WI water phase，coronal STIR sequence，and axial DWI sequence. The image quality of the four different sequences was evaluated. The image was divided into seven sections(head and neck，chest，abdomen，pelvis，thigh，leg，and foot)，and the signal-to-noise ratio(SNR)of each section was measured at 7 segments(skull，spine，pelvis，humerus，femur，tibia and fibula and ribs)were measured. In addition，20 active MM lesions were selected，and the contrast-to-noise ratio(CNR)of each scan sequence was calculated. ResultsThe average image quality scores of T1WI fat phase，T1WI water phase，STIR sequence，and DWI sequence were 4.19±0.70，4.16±0.73，3.89±0.70，and 3.76±0.68，respectively. The image quality at T1-fat phase and T1-water phase were significantly higher than those at STIR(P=0.000 and P=0.001)and DWI sequence(both P=0.000)；however，there was no significant difference between T1-fat and T1-water phase(P=0.723)and between STIR and DWI sequence(P=0.167). The SNR of T1WI fat phase was significantly higher than those of the other three sequences(all P=0.000)，and there was no significant difference among the other three sequences(all P>0.05). Although the CNR of DWI sequences was slightly higher than those of the other three sequences，there was no significant difference among all of them(all P>0.05). ConclusionImaging at T1WI fat phase，T1WI water phase，STIR sequence，and DWI sequence has certain advantages，and they should be combined in the diagnosis of MM.

Key words：magnetic resonance imaging；multiple myeloma；image quality；short time inversion recovery sequence；diffusion weighted imaging

收稿日期：(2014- 05- 16)

DOI：10.3881/j.issn.1000- 503X.2015.01.009

中图分类号:R445.2

文献标志码:A

文章编号：1000- 503X(2015)01- 0050- 05

通信作者：薛华丹电话：010- 69155509，电子邮件：bjdanna95@hotmail.com

基金项目：国家自然科学基金(81371608)和北京市科技新星项目(Z111107054511127)Supported by the National Natural Sciences Foundation of China(81371608)and the Beijing New-star Program of Science and Technology(Z111107054511127)