骨显像半定量法对骨肉瘤侵袭范围的评估及其与MRI的对照研究

冯　瑾，娄路馨，张连娜，杨　芳，程晓光

（北京积水潭医院，北京　100035）

骨显像半定量法对骨肉瘤侵袭范围的评估及其与MRI的对照研究

冯瑾，娄路馨，张连娜，杨芳，程晓光

（北京积水潭医院，北京100035）

目的：旨在找到一种评估骨肉瘤侵袭范围的骨显像半定量方法，并与MRI进行比较，探讨如何更准确测量肢体骨肉瘤骨侵袭范围。方法：回顾性分析病理证实为骨肉瘤的23例患者全身骨扫描及局部MRI影像。设计骨显像放射性计数变化率阈值法，放射性计数变化率R=（T-NT）/NT×100%，公式转化为T=R×0.01×NT+NT，假设多个R值，获得多个肿瘤边界T值即可获得肿瘤范围测量值，同时采用骨显像目测法及MRI T1WI测量肿瘤范围，以病理范围为标准进行对比研究。采用配对t检验，组内相关系数。结果：骨显像目测法与病理范围有显著性差异（t=-3.041，P=0.006＜0.01）。骨显像阈值法R取80%（t=-1.519，P=0.143＞0.05）、100%（t=-0.642，P=0.527＞0.05）、120%（t=0.192，P=0.850＞0.05）、140%（t=1.178，P=0.252＞0.05）时与病理范围无显著性差异，R取100%及120%时平均差值最小。MRI T1WI肿瘤范围与病理范围无显著性差异（t=-1.121，P=0.112＞0.01）。当MRI T1WI骨髓出现多节段信号变化，选取骨显像半定量法R=100%及R=120%时测量值最接近的MRI信号变化平面为测量平面，所得MRI测量值与病理测量值相符。骨扫描半定量分析法，R取100%及120%，两名测量者及同一测量者不同时间两次测量值之间高度一致（ICC＞0.900）。结论：MRI在评估骨肉瘤骨侵袭范围方面占主导地位；骨显像放射性计数变化率阈值法提供了较目视法客观准确的测量值，建议R阈值取100%或120%；MRI骨髓出现多节段信号变化，骨显像放射性计数变化率阈值法获得的测量结果有助于在MRI T1WI图像准确选择测量平面。

骨肉瘤；磁共振成像；放射性核素显像

骨肉瘤是最常见的骨原发恶性肿瘤，它来源于有成骨潜能的间叶细胞。其诊断及治疗强调临床、影像学和病理三方面的结合，对肿瘤的定性诊断、侵袭范围、监测复发、治疗效果等方面的准确评估，目前主要依赖影像学的方法。其中X线、CT及MRI占据了主导地位，核医学中全身骨扫描主要应用于骨肉瘤的分期。本文旨在找到一种评估骨肉瘤侵袭范围的骨显像半定量方法，将骨扫描目视法、半定量法与MRI进行比较，探讨如何更准确测量肢体骨肉瘤骨侵袭范围。

1　材料与方法

1.1临床资料

2011年1月—2012年1月在北京积水潭医院接受手术治疗的肢体原发骨肉瘤患者23例，男10例，女13例，年龄11～38岁，中位年龄15岁。病例入选标准：①肢体原发骨肉瘤，术前穿刺活检诊断明确，并且得到术后病理的证实；②病变部位无病理性骨折；③病变部位无手术史；④术前接受4个疗程规范化疗；⑤术后获得了瘤段截除标本或者截肢标本，得到肿瘤病理侵袭范围。肿瘤位于肱骨上段7例，股骨上段3例，股骨下段13例。

1.2显像剂及显像仪器

全身骨显像。显像剂为北京原子高科医药有限公司生产的99锝m-亚甲基二磷酸盐（99Tcm-methylene diphosphonate，99Tcm-MDP）注射液，显像仪器为美国通用电气公司生产的GE infiniaVC Hawkeye双探头符合线路SPECT/CT扫描仪。

MRI。美国通用电气公司生产的GE Signa excite 1.5T超导型MR扫描仪。

1.3显像方法

全身骨显像。采集能峰140keV，窗宽±10%，受检者静脉注射99Tcm-MDP 740～925MBq（20～25mCi），注射后2～3小时后行前后位全身骨显像，显像速度130 s/像素，利用设备本身“body counter”技术，探头持续探测患者身体，以距患者最近且恒定距离进行采集。图像处理使用美国通用电气公司配套GE Xeleris Functional Imaging Workstation。

MRI。采用SE T1WI（TR 500ms，TE 20ms）；SE T2WI（TR 4 500 ms，TE 80 ms）及STIR（TR 4 200 ms，TE 70 ms）序列。扫描包括轴面、冠状面及矢状面。

1.4测量方法

选择明确的解剖标志：肱骨上段肿瘤，肱骨头关节面；股骨上段肿瘤，股骨大转子顶；股下段肿瘤，股骨内侧髁关节面。延四肢骨长轴测量该标志到肿瘤远关节面边界的距离，精确到毫米（mm）。

1.4.1肿瘤病理范围的获得

将标本沿冠状面整齐剖开，确定肿瘤与正常髓腔的肉眼边界。自肉眼边界处向正常髓腔方向取髓腔标本大小2.0 cm×0.5 cm，标记好方向，送病理科制作切片，由病理科医师观察肿瘤的镜下浸润范围，以此为标准确定肿瘤的实际边界，并测量其至解剖标志的距离，精确到毫米，作为肿瘤髓内侵犯范围的标准值。

1.4.2全身骨显像测量OS范围方法学研究

目测法。采用目测法，肿瘤表现为放射性浓集，与周围正常骨形成交界，测量肿瘤范围（图1a）。

放射性计数变化率阈值法。使用半定量分析，在目测法的基础上，于肿瘤所在四肢骨无异常放射性浓集部位（距手工测量肿瘤远关节端3 cm部位，图像扩大8倍）利用GE Xeleris Functional Imaging Workstation软件提供工具手工勾画圆形感兴趣区（大小约8～12像素），获得“正常对照放射性计数”即NT，同样方法于肿瘤远关节端边界处手工勾画感兴趣区（大小约8～12像素），获得“病变边界部位放射性计数”即T，放射性计数变化率R由公式R=（TNT）/NT×100%计算获得。利用公式转化T=R×0.01× NT+NT，假设多个放射性计数变化率R值，40%、60%、80%、100%、120%、140%、160%、180%、200%，计算获得多个T值，沿肿瘤长轴手工移动肿瘤边界部位的感兴趣区的位置，使其放射性计数符合各个T值，从而获得多个肿瘤边界的位置，测量其至关节面解剖标志的距离，精确到毫米，即获得骨显像测量值（图1b），与病理标准值比较。

1.4.3MRI肿瘤范围测量

选用T1WI测量肿瘤范围，选取冠状面肿瘤侵袭最大截面，正常长骨髓腔在MRI的T1像上表现为高信号，而恶性骨肿瘤的髓腔表现为低信号，从而确定肿瘤与正常髓腔的交界处，测量肿瘤范围（图1c）。

1.5统计学分析

采用SPSS 17.0统计软件包进行处理，计量资料用均数±标准差（±s）表示。根据Shapiro-Wilk正态性检验，各组数据为正态性分布，因此不同方法测量肿瘤范围与病理范围的比较采用配对t检验，P＜0.05为有统计学意义。骨扫描目视法及半定量分析法对不同测量者之间所测骨肉瘤均值差异的显著性及同一测量者不同时间测量值的均值差异的显著性采用重复测量方差分析。用组内相关系数（ICC）评价两名测量者及同一测量者2次测量值的可重复性，ICC越接近1提示结果的一致性越好。P＜0.05为差异有统计学意义。

图1　骨显像及MRI测量骨肉瘤骨侵袭范围方法图示：图1a：骨显像目测法测量骨肉瘤骨侵袭范围；图1b：骨显像放射性计数变化率阈值法测量骨肉瘤骨侵袭范围（以R取40%、100%、和200%为例）；图1c：MRI T1WI测量骨肉瘤骨侵袭范围。　图2　男，11岁，左肱骨上段骨肉瘤病理长度为93 mm。图2a：MRI T1WI图像表现为两个节段的骨髓信号改变，选择L1为测量平面，测量值91 mm，选择L2测量值150 mm；图2b：MRI TIWI增强压脂像，L1～L2间中等信号表现为均匀性增强，病理无肿瘤浸润；图2c：骨显像半定量分析法，R=100%时测量值105 mm，R= 120%时测量值100 mm。根据骨扫描半定量分析法获得测量结果，MRI T1WI图像选择L1为测量平面更为准确。Figure 1.　Invasion range measurement for osteosarcoma by bone imaging and MRI.Figure 1a：visual measurement on bone imaging；Figure 1b：Changing-rate threshold method of radioactive count on bone scan；Figure 1c：MRI T1WI.　Figure 2.　Male，11 years old，osteosarcoma in left upper humerus.The pathological length is 93 mm.Figure 2a：Two segments shows different signal intensities on MRI T1WI image.When L1 is selected as the measuring plane，the value is 91 mm.When L2 is selected，the value is 150 mm；Figure 2b：MRI postcontrast T1WI image shows uniformal enhancement between L1～L2 where there is no tumor invasion；Figure 2c：Changing-rate threshold method of radioactive count on bone scan，105 mm of R=100%and 100 mm of R=120%.According to the result of bone scan，L1 is more accurate as the measurement level.

2　结果

2.1骨显像与病理结果比较

目测法测量肿瘤范围与病理范围进行配对t检验，t=-3.041，P=0.006＜0.01，二者间差异有统计学意义，较病理测量值平均大15.7mm（-12～83mm）（表1）。

半定量分析法，利用不同放射性计数变化率测量肿瘤范围与病理范围进行配对t检验，详见表1。其中放射性计数变化率分别为80%、100%、120%、140%时，半定量分析法测量肿瘤范围与病理范围无统计学差异，120%时平均差值最小。

2.2MRI与病理结果比较

MRI T1WI肿瘤范围与病理范围比较，经配对t检验，t=-1.121，P=0.112＞0.01，二者间差异没有统计学意义，较病理测量值平均小3.5 mm（-25～26）。

2.3各测量方法的准确性分析

表2所示为MRI T1加权像、全身骨显像目测法及半定量分析法（R取80%、100%、120%、140%，与病理范围比较无统计学差异）与病理测量比较，不同范围误差所占比例。骨显像目测法误差10 mm、20 mm、30 mm以内的比例均明显低于MRI及半定量分析法；MRI误差可完全控制在30 mm以内，30 mm以内的比例高于骨显像半定量分析法。

2.4骨扫描目视法及半定量分析法组间组内比较

骨扫描目视法，2名不同测量者骨肉瘤测量范围均值差异有统计学意义（P＜0.05），同一测量者前后两次骨肉瘤测量范围均值相近，差异没有统计学意义（P＞0.05）；骨扫描半定量分析法，R取100%及120%，2名测量者及同一测量者不同时间两次测量骨肉瘤范围测量值之间高度一致（ICC＞0.900）。

2.5影像特征分析

MRI T1加权像骨肉瘤骨髓受累表现为骨髓腔内正常的高信号被肿瘤信号取代，病灶呈低信号～等信号或以低信号为主的混杂信号，边界较为清晰，少数病例出现多节段信号变化（图2～4），可见介于病变低信号与骨髓高信号间的中等过度信号，这部分T1WI增强抑脂像表现为均匀强化（图2～4）或不均匀强化（图3），1例不均匀强化部分病理提示肿瘤浸润，3例均匀强化部分1例肿瘤浸润（图4），2例无肿瘤浸润（图2，3），因此给测量平面的选择带来困难。

骨扫描骨肉瘤表现为放射性分布增高，图像分辨率较低，肿瘤边界呈渐变性，目测法测量结果不准确，引入放射性计数变化率阈值法，R=100%及R= 120%时骨扫描骨肉瘤侵袭范围测量值与病理范围差异较小，以R=100%及R=120%作为阈值进行测量，选取与此测量值最接近的MRI信号变化平面为测量平面，所得MRI测量值与病理测量值相符。

图3　女，20岁，左肱骨上段骨肉瘤病理长度为183 mm，图3a：MRI T1WI图像表现为三个节段的骨髓信号改变，选择L1为测量平面，测量值131 mm，选择L2测量值173 mm，选择L3测量值为222 mm；图3b：MRI T1WI增强压脂像，L1～L2间中等信号表现为不均匀强化，病理存在肿瘤浸润，L2～L3间片状中等信号表现为均匀强化，病理无肿瘤浸润；图3c：骨显像半定量分析法，R=100%及120%时测量值均为183mm。根据骨扫描半定量分析法获得测量结果，MRI T1WI图像选择L2为测量平面，与病理结果比较更为准确。　图4　女，14岁，左肱骨上段骨肉瘤病理长度为150 mm，图4a：MRI T1WI图像表现为两个节段的骨髓信号改变，选择L1为测量平面，测量值125 mm，选择L2为测量平面测量值147 mm；图4b：MRI T1WI增强压脂像，L1～L2间中等信号表现为均匀强化，病理存在肿瘤浸润；图4c：骨显像半定量分析法，R=100%时测量值为149mm，R=120%时测量值为141mm。根据骨扫描半定量分析法获得测量结果，MRI T1WI图像选择L2为测量平面，与病理结果比较更为准确。Figure 3.　Female，20 years old，osteosarcoma in left upper humerus.The pathological length is 183 mm.Figure 3a：Three segments show different signal intensities on MRI T1WI image.When L1 is selected as the measuring plane，the value is 131 mm.When L2 is selected，the value is 173 mm.When L3 is selected，the value is 222 mm；Figure 3b：MRI postcontrast T1WI image shows uneven enhancement between L1～L2，which is pathological tumor invasion；Figure 3c：Changing-rate threshold method of radioactive count on bone scan.183 mm of R=100%and R=120%.According to the result of bone scan，L2 is more accurate as the measurement level.　Figure 4.　Female，14 years old，osteosarcoma in left upper humerus.The pathological length is 150 mm.Figure 4a：Two segments show different signal intensities on MRI T1WI image.When L1 is selected as the measuring plane，the value is 125 mm.When L2 was selected，the value is 147 mm.Figure 4b：MRI postcontrast T1WI image shows uniformal enhancement between L1～L2，which is pathological tumor invasion；Figure 4c：Changingrate threshold method of radioactive count on bone scan.149 mm of R=100%and 141 mm of R=120%.According to the result of bone scan，L2 is more accurate as the measurement level.

表1　骨扫描目测法与半定量分析法获得骨肉瘤骨侵袭范围与病理范围比较

表2　各测量方法测量骨肉瘤侵袭范围准确性比较（%）

3　讨论

随着骨肉瘤Enneking外科分期、新辅助化疗、手术技术和骨重建方法的应用，保肢手术日益增多并已成为四肢骨肉瘤的主要手术方法［1］。在保肢手术中，手术切除达到无瘤的外科边界是一个非常重要的原则。

随着MRI的普及和性能的提高，对骨肉瘤髓内侵袭范围的诊断优势日益明显，已成为目前判断骨肉瘤浸润范围以及确定合理截骨平面的主要方法。T1WI成像时因为正常的黄骨髓的高信号被肿瘤组织侵犯，而表现为信号减低，界限十分清楚，并能很好的显示解剖结构，因此T1WI是公认的肢体骨肿瘤髓内长度测量的最佳核磁序列［2-3］。Onikul等［4］研究了20例肢体骨肉瘤病例，其中MR的T1加权像无论是化疗前还是化疗后的测量结果都与病理结果差异无统计学意义，显示了高度的准确性，化疗前和化疗后与病理测量的平均差值都在2 cm以内。本研究中MRI T1加权像与病理测量值差异无统计学意义，平均小3.5 mm，测量误差完全控制在30 mm以内，足可见其精确性。尽管如此，少部分恶性骨肿瘤患者MRI上显示为长段的异常信号，术前并不能肯定这些异常信号均是肿瘤，让手术医师决定截骨平面时产生困惑［4］。有研究［6］显示MRI上肿瘤边界常表现为由中等信号向低信号的模糊过渡区域，使得对肿瘤边界的精确判断出现困难，而在这种区域通过组织学检查可能发现肿瘤细胞，Iwasawa等［6］对这种过渡区域进行组织学检查后发现，6例骨肉瘤患者中有5例发现肿瘤细胞，可见这个区域很难判断是否划入肿瘤范围。本文亦出现类似情况，有少部分患者MRI T1WI图像可见多节段骨髓信号改变，可见介于肿瘤低信号及黄骨髓高信号之间的中等信号，这部分不能排除肿瘤浸润。我院骨肉瘤MRI相关研究［4］发现T1加权像上呈低信号、T2加权像上呈中高信号的区域全身骨扫描上对应为放射性浓聚。而MRI斑片状混杂信号区域全身骨扫描上对应则无浓聚，T1加权像上呈低信号、T2加权像上呈中高信号的区域，术后病理可见肿瘤组织，或者化疗后坏死区域。而T1加权像及T2抑脂像上斑片状混杂信号区域，病理切片镜下表现为骨髓腔造血细胞增生活跃，可见各系造血细胞增生，无肿瘤细胞。其中1例左肱骨骨肉瘤患者的术后病理切片显示T1加权像低信号、T2加权像上中高信号的区域为肿瘤坏死组织，另一段异常区域为增生的骨髓造血细胞，右肱骨MRI斑片状信号异常区域穿刺病理为骨髓造血细胞增生，与左侧的信号异常区域病理结果相同。双侧MRI斑片状信号异常区域骨扫描未见放射性浓聚。总结以上发现，形成干扰确定截骨平面的MRI异常信号原因可能为：①肿瘤周围的水肿影响了MRI的测量范围［7］；②在术前化疗过程中，因白细胞降低，我院使用集落刺激因子治疗，粒细胞集落刺激因子可以刺激机体造血，尤其是粒细胞的增生，MRI信号改变特点与成人以及儿童的红骨髓颇为相似，这种信号改变可能与肿瘤的信号相混淆［8］；因此在个别病例可造成MRI测量的误差。除此之外MRI测量层面与标本的测量平面较难一致，虽然测量时取的都是最大值，但也会造成测量差异［12］。

目前多数研究［10-11］认为核素显像是一种敏感性高而准确性和特异性差的检查，特别是近关节部位的正常组织也可以因为生长活跃，而发生放射性浓聚，与病灶组织混合在一起，造成测量范围大于实际侵袭范围，因此其对恶性骨肿瘤的诊断价值更多体现在探查骨转移病灶和发现跳跃病灶上。Felix等［10］对18例骨肉瘤的核素显像和病理标本进行对照研究，发现7例髓内范围一致，另外11例核素显像均超出病理标本的范围，其中2例的超出部分病理学上未发现异常，其余病例的超出部分病理证实为骨髓充血、髓内反应骨和骨膜新生骨。马小军等［12］采用photoshop7.01对骨显像图像进行测量，肿瘤范围大于实际肿瘤范围，平均值比实际范围大2.4 cm，有统计学差异。大量实验资料证实骨摄取99Tcm-MDP的多少与下列因素有关：①骨局部的血流供应。②局部成骨活性。③成骨细胞的多少与功能状态［13］，并不能准确反映肿瘤细胞存在与否。因此目前常规理论［14］认为全身骨扫描的意义仅限于术前及术后骨转移的监测，肿瘤局部范围的测量不够精确。但以上研究骨显像评估肿瘤范围均采用目测法（有些采用非专业测量软件），因核素图像分辨率低，目测法主观性强，缺乏客观依据。本研究中目测法获得的骨肉瘤范围与病理范围相比亦有统计学差异，因此引入半定量分析——放射性计数变化率阈值法，即找到一个放射性计数变化率的阈值，可以较准确地显示骨显像图像中放射性计数增高到什么程度即为肿瘤侵犯，放射性计数变化率为80%、100%、120%、140%时骨显像范围与病理范围无统计学差异，其中100%和120%时平均差值最小，且误差在30 mm以内的比例达到95.7%，如建议以100%或120%作为变化率阈值，即可认为放射性计数较邻近正常骨组织增大约一倍，表示有肿瘤侵犯。利用这种方法获得的测量值可进一步鉴别MRI T1WI中等过度信号是否存在肿瘤浸润，有助于T1WI骨肉瘤测量平面的选择。同时为避免骨显像关节部位生理摄取的影响，本研究着重于骨显像对远关节面骨肉瘤侵袭范围的评估。放射性核素骨显像可示踪骨肉瘤生物学行为，MRI上长段的斑片状杂乱信号在骨显像上无放射性浓聚，可以帮助鉴别不是肿瘤的跳跃灶［8］。其病理实质是骨髓中大量造血细胞增生，造血细胞与脂肪细胞的比例改变而引起的MRI信号改变。

综上所述，在评估远关节面骨肉瘤骨侵袭范围方面，骨显像放射性计数变化率阈值法提供了较目视法更客观准确的测量值，建议放射性计数变化率阈值取100%或120%。MRI在评估骨肉瘤髓内侵袭范围方面仍然占据不可替代的主导作用，当MRI T1WI出现多节段信号变化，测量平面的选择困难时，骨显像放射性计数变化率阈值法获得的测量结果有助于在MRI T1WI图像准确选择测量平面。但此种特殊病例较少，仍需更多病例进一步研究验证。

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A correlative study of semi-quantitative bone scanning and MRI on osteosarcoma

FENG Jin，LOU Lu-xin，ZHANG Lian-na，YANG Fang，CHENG Xiao-guang
（Beijing Jishuitan Hospital，Beijing 100035，China）

Objective：To find a semi-quantitative bone imaging method by comparison with MRI in order to measure bone invasion of limb osteosarcoma accurately.Methods：23 patients diagnosed with osteosarcoma by histology were included. Preoperative whole body bone scan and partial magnetic resonance imagings（MRI）were analyzed retrospectively.Threshold method of radioactive count changing-rate on bone scan was designed.The radioactive count changing-rate R=（T-NT）/NT× 100%was converted into T=R×0.01×NT+NT.By assuming multiple R values，different T values of tumor boundary were obtained.Visual measurements on bone scintigraphy and MRI T1WI were compared with pathological boundaries as the gold standard.Paired t-test was used to analyze the accuracy.The intraclass correlation coefficient was used to evaluate the repeatability in two observers and two times of measurements.Results：There were significant differences between bone scanning visual method and pathologic measurements（t=-3.041，P=0.006＜0.01）.There was no significant difference between bone scan threshold method and pathologic range，with radioactive count changing-rate R=80%（t=-1.519，P=0.143＞0.05），R=100%（t=-0.642，P=0.527＞0.05），R=120%（t=0.192，P=0.850＞0.05），R=140%（t=1.178，P=0.252＞0.05）.When R=100%and 120%，average difference was the minimum.The differences between MRI T1WI measurements and pathologic measurements showed no difference（t=-3.041，P=0.006＜0.01）.In cases with varied signal intensities on MRI，the measurements of MRI and pathology were matched in the plane which was the closest to bone scan semi-quantitative method（R=100%and R=120%）.In bone scanning visual method，there was significant difference of osteosarcoma extents between two different measurers（P＜0.05），and there was no significant difference between two times of the same observer（P＞0.05）.In bone scan threshold method，measurements of two observers and two different times of the same observer showed high consistency（ICC＞0.900）.Conclusion：MRI is dominant in the evaluation of intramedullary invasion in osteosarcoma.In assessing range of far-articular bone invasion，threshold method of radioactive count changing-rate on bone scan is more objective and accurate than visual method.Bone scintigraphy helps to determine the measurement plane on MRI T1WI in cases with varied signal intensities.

Osteosarcoma；Magnetic resonance imaging；Radionuclide imaging

R738.1；R730.262；R445.2

A

1008-1062（2015）05-0349-06

2014-10-13；

2014-11-21

冯瑾（1980-），女，山西人，主治医师。

杨芳，北京积水潭医院核医学科，100035。