MR动态增强对于中轴骨脊索瘤和骨巨细胞瘤的鉴别诊断价值的初步研究

郎 宁LANG Ning苏敏英SU Minying Hon J. Yu袁慧书YUAN Huishu

作者单位1.北京大学第三医院放射科 北京 100191 2. 加利福尼亚大学Tu&Yun 肿瘤功能成像中心美国

MR动态增强对于中轴骨脊索瘤和骨巨细胞瘤的鉴别诊断价值的初步研究

郎 宁1LANG Ning苏敏英2SU Minying Hon J. Yu2袁慧书1YUAN Huishu

作者单位1.北京大学第三医院放射科 北京 100191 2. 加利福尼亚大学Tu&Yun 肿瘤功能成像中心美国

Department of Radiology， Peking University Third Hospital， Beijing 100191， China

Address Correspondence to： YUAN Huishu E-mail： huishuy@sina.com

中国医学影像学杂志2016年 第24卷 第8期：616-619

Chinese Journal of Medical Imaging 2016 Volume 24 （8）： 616-619

目的 探讨MR T1WI动态增强成像半定量和定量分析对中轴骨脊索瘤和骨巨细胞瘤鉴别诊断的价值。资料与方法 收集2008年6月—2013年10月于北京大学第三医院放射科进行MR T1WI动态增强扫描并经病理证实的中轴骨13例脊索瘤和17例骨巨细胞瘤患者，对两者后处理分析得到的信号强度-时间曲线类型及应用双室药物代谢动力学分析获得的转运常数（Ktrans）和速率常数（kep）进行统计学分析。结果 13例脊索瘤中，9例（69.2%）为持续上升型，4例（30.8%）为平台型；17例骨巨细胞瘤患者中，11例（64.7%）为速升速降型曲线，6例（35.3%）为平台型曲线。骨巨细胞瘤Ktrans明显高于脊索瘤Ktrans［（0.1247±0.0747）/min比（0.0603±0.0411）/min，P＜0.01］；骨巨细胞瘤的kep明显高于脊索瘤的kep［（0.6629±0.2272）/min比（0.1736± 0.1184）/min，P＜0.01］。以Ktrans为 0.0777/min作为诊断骨巨细胞瘤的阈值时，其诊断的敏感度、特异度分别为89.5%、76.9%；以kep为0.4339/min作为诊断骨巨细胞瘤的阈值时，其诊断的敏感度、特异度分别为94.7%、100.0%。ROC分析Ktrans诊断骨巨细胞瘤的曲线下面积为0.826，kep诊断骨巨细胞瘤的曲线下面积为0.980。结论MR T1WI动态增强成像可以为常规影像学诊断困难的中轴骨脊索瘤和骨巨细胞瘤的鉴别诊断提供一定的参考。

脊椎肿瘤；脊索瘤；巨细胞瘤，骨；磁共振成像；图像增强；诊断，鉴别

脊索瘤和骨巨细胞瘤均可以发生在中轴骨，临床症状相似，影像学均可表现为溶骨性骨质破坏，内部不均匀信号（密度）病变，内部均可有囊变区域。如果有典型影像表现诊断，较易通过年龄、病变位置、特征性影像学征象为两者的鉴别提供依据［1］；但如果表现不典型，则极易误诊，尤以发生在颈椎、骶椎，特别是颅底、斜坡时，常不具备典型的影像表现，鉴别诊断更加困难［2］。有研究结果显示，颅骨骨巨细胞瘤的误诊率高达73%，且常误诊为脊索瘤［3］。本研究将动态增强MRI应用于中轴骨脊索瘤和骨巨细胞瘤，探讨其在两者鉴别诊断中的价值，旨在为常规影像学难以鉴别的脊索瘤和骨巨细胞瘤提供一种可靠、直观、定量的鉴别方法。

1 资料与方法

1.1研究对象 收集2008年6月—2013年10月于北京大学第三医院放射科行脊柱MR动态增强检查的患者30例。其中脊索瘤13例，男7例，女6例；平均（46.9±18.2）岁；2例发生于枕骨斜坡和C1，仅发生在枕骨斜坡1例、C2椎体5例、C4椎体的1例、发生在骶尾骨的4例。17例骨巨细胞瘤，男12例，女5例；平均（31.5±13.0）岁；其中颈椎7例、胸椎2例、腰椎6例、骶椎2例。纳入标准：临床怀疑脊柱病变，MR动态增强成像前未采取任何治疗、未经穿刺活检或手术；在MR动态增强成像后1周内进行穿刺活检或手术治疗。排除标准：曾行有创活检、病变局部有手术治疗史、经过肿瘤治疗、不能配合MR增强检查或拒绝接受增强检查的患者。本研究经我院伦理委员会通过并认可，所有检查者均签署知情同意书。

1.2仪器与方法 采用GE MR 750和Siemens Trio 3T超导型全身MR扫描仪。先进行MR常规平扫检查，扫描序列包括横轴位T2WI、矢状位T2WI、矢状位T1WI和脂肪抑制T2WI。常规平扫检查后进行MR动态增强扫描，采用Ulrich（欧利奇）高压注射器，通过肘正中静脉注入Gd-DTPA（0.2 mmol/kg），流速2 ml/s，随后推注20 ml生理盐水冲洗管道。扫描序列采用FLASH 3D VIBE序列，TR 4.1 ms、TE 1.5 ms，翻转角为10°，空间分辨率256×192，FOV 250 mm×250 mm，1个层块，扫描30层，层厚3 mm，使用脊柱线圈，单次扫描10～14 s，动态增强扫描总时间120～168 s，第1次扫描结束即刻开始注射造影剂。动态增强扫描后采用常规T1WI脂肪抑制序列进行常规MR增强扫描。

1.3图像分析 由2位在脊柱疾病诊断方面有5年以上经验的副主任医师和主治医师进行。手动选择增强最明显的区域作为感兴趣区域（ROI）。ROI范围为从0.5～1.2 cm2，排除囊变、钙化、坏死、出血等区域。使用Siemens Sygno Mean Curve软件获得ROI内的信号强度-时间曲线，将曲线分为3类：①速降型，上升期前1 min内信号强度达到峰值，达峰后曲线呈下降趋势，下降程度＞10%；②平台型，上升期前1 min内未达到明显峰值，1 min后呈缓慢上升趋势，与1 min时的信号强度相比上升＜10%；③持续增强型，在整个扫描时限内信号强度持续升高，扫描结束时的信号强度与1 min时相比上升＞10%［4］。

应用双室药学动力学Tofts模型进行定量参数分析获得转运常数（Ktrans）和速率常数（kep）［5-6］，拟合过程中使用由Parker等［7］提供的血液动力学参数（与Siemens syngo Tissue 4D软件采用的血液动力学参数相同）。

1.4统计学方法 采用SPSS 11.5软件。运用Fisher确切概率法比较脊索瘤和骨巨细胞瘤的信号强度-时间曲线类型之间的差异；t检验来比较脊索瘤和骨巨细胞瘤的曲线参数（最大上升幅度和上升期最大斜率）、药代动力学参数（Ktrans和kep），P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1动态增强曲线特征 13例脊索瘤中，9例为持续上升型（图1），4例为平台型；17例骨巨细胞瘤患者中，11例为速升速降型曲线（图2），6例为平台型曲线。脊索瘤和骨巨细胞瘤表现为速升速降型和表现为持续上升型曲线的患者数量之间的差异有统计学意义（P＜0.01）。对两者的曲线类型进行Fisher精确检验，两者的差异有统计学意义（χ2=22.144，P＜0.01），说明两者在这3种曲线的分布不完全相同。分别对2种肿瘤速降型和持续上升型、速降型和平台型、持续上升型和平台型进行两两比较，结果表明组间差异均有统计学意义（P＜0.05）。

2.2动态增强药物代谢动力学参数 中轴骨脊索瘤和骨巨细胞瘤的动态增强曲线类型和药物代谢动力学参数见表1。骨巨细胞瘤的Ktrans明显大于脊索瘤的Ktrans，差异有统计学意义［（0.1247±0.0747）/min比（0.0603± 0.0411）/min，P＜0.01］。骨巨细胞瘤kep明显大于脊索瘤kep，差异有统计学意义［（0.6629±0.2272）/min比（0.1736±0.1184）/min，P＜0.01］。

曲线拟合获得的Ktrans以0.0777/min作为诊断骨巨细胞瘤的阈值时，其诊断的敏感度和特异度分别为89.5%、76.9%；kep以0.4339/min作为诊断骨髓瘤的阈值时，其诊断的敏感度和特异度分别为94.7%和100.0%。ROC分析Ktrans诊断骨巨细胞瘤的曲线下面积为0.826，kep诊断骨巨细胞瘤的曲线下面积为0.980。动态增强定量参数Ktrans和kep最佳诊断阈值以及敏感度和特异度见表2。

表1　中轴骨脊索瘤和骨巨细胞瘤的曲线类型和药物代谢动力学参数

表2　诊断中轴骨骨巨细胞瘤的阈值及相应的敏感度和、特异度及曲线下面积

图1　女，62岁，脊索瘤。C3椎体可见溶骨性骨质破坏，椎体变扁，局部件混杂信号软组织肿块影，向椎体前后突出，压迫硬膜囊和脊髓（A）；T1WI矢状位，C3椎体软组织肿块影呈混杂信号（B）；T1WI增强扫描，病变明显不均匀强化（C）；病变信号强度-时间曲线呈持续上升型，药物代谢动力学分析Ktrans=0.0323/min，kep=0.0380/min（D）

3 讨论

脊索瘤是起源于胚胎期残余脊索的一种少见骨肿瘤，占脊柱原发肿瘤的16.7%。以往认为中轴骨两端是好发部位，活动节段的脊索瘤的报道也是越来越多［8］。2006年Boriani等［8］报道的52例活动脊柱脊索瘤中，颈椎占29%、胸椎占13%、腰椎58%。中轴骨的骨巨细胞瘤占所有骨巨细胞瘤的2.5%～5.6%，故较为少见。由于发生于中轴骨的骨巨细胞瘤一般不具有像长骨骨巨细胞瘤那样典型的影像学特征，影像学诊断较困难，易发生误诊和漏诊［2-3］。临床表现方面，随着肿瘤增大会出现由于肿瘤压迫神经根或脊髓造成的不同程度的疼痛、感觉或肢力异常甚至截瘫等症状，临床症状无明显差别［9］。正确的术前影像诊断可为临床治疗方法的选择和预后评估带来极大帮助。

图2　男，21岁，骨巨细胞瘤。T2WI矢状位，L5椎体骨质破坏，椎体变扁，可见稍高信号肿块影，向后突入椎管内（A）； T1WI矢状位，L5骨质破坏，肿块呈稍低信号影（B）；T1WI增强扫描，病变明显不均匀强化（C）；病变信号强度-时间曲线呈速降型，药物代谢动力学分析Ktrans=0.0937/min，kep=0.5371/min（D）

动态对比增强MRI是近年来迅速发展的MR技术，为肿瘤和肿瘤血管研究提供了新的思路［10］。本研究采用快速小角度激发梯度回波三维容积内插屏气检查序列，优点是扫描范围大，可以选择到病变最具有生物学代表性的区域。在达到一定时间分辨率的同时可以获得更好理想的空间分辨率，ROI的选择更加准确［11］。动态增强后处理方法有半定量法和定量法两种［9］：前者包括时间-信号强度曲线形态、曲线的上升斜率、信号强度增幅等参数。目前，动态对比增强MRI对于肿瘤诊断和鉴别诊断的应用已逐渐从半定量分析向定量分析发展。定量分析采用药物代谢动力学分析，将测量到的信号强度转化为造影剂的浓度，再通过药物代谢动力学模型获得反映生理学特点的参数，实现对肿瘤生理特性的评估。其分析得到的参数包括Ktrans及kep等［12］。目前将动态增强应用于脊索瘤和骨巨细胞瘤的研究较少，多是对单一疾病进行研究，且多采用半定量曲线参数分析的方法［13-14］。

本研究曲线类型方面，17例骨巨细胞瘤患者中，11例为速升速降型曲线，6例为平台型曲线；13例脊索瘤中，9例为持续上升型，造影剂缓慢逐渐进入，在约140 s的扫描期间均未达到峰值，4例为平台型。骨巨细胞瘤和脊索瘤表现为速升速降型和表现为持续上升型曲线的患者比例差异有统计学意义（P＜0.05）。曲线类型的结果提示如速降型曲线，应首先考虑骨巨细胞瘤；如持续增强型曲线，应主要考虑脊索瘤；如平台型曲线，则需结合其他征象做进一步鉴别。江波等［13］的研究表明，持续缓慢强化是脊索瘤的动态增强特征。本研究中9例（69.2%）病灶呈持续强化，4例（30.8%）为平台型，平台型和持续强化型曲线均反映肿瘤间质成分较多，造影剂进入后无明显退出。本研究与江波等［13］报道一致。过哲等［14］研究结果显示骨巨细胞瘤为“速升下降型”和“上升平台型”，和本研究结果一致。

与两者曲线类型相一致，脊索瘤和骨巨细胞瘤的反映造影剂进入和流出的参数转运Ktrans和kep的差异均有显著性。ROC分析显示两者对于2种疾病鉴别诊断的敏感性和特异性均较高。骨巨细胞瘤的Ktrans和kep明显大于骨巨细胞瘤，两者间差异有统计学意义，符合其病理学改变。骨巨细胞瘤在组织学上是一种血运丰富的良性肿瘤，可出现局部侵袭和肺转移。显微镜下显示，骨巨细胞瘤富含新生的毛细血管样的微血管，且微血管密度较高，微血管结构多不完整，管腔不规则，管腔壁薄，走行紊乱，动、静脉区别不明显，有些血管壁内皮细胞缺失，极少见到肌层和外膜。这种病理结构决定了造影剂会很快进入骨巨细胞瘤，且不易留存，故曲线是“快进快出”类型［14］。而脊索瘤瘤体内含丰富的黏液基质，内可见分泌的黏液呈巢样或索条样排列成泪滴细胞，同时肿瘤内部可见纤细的纤维血管间隔，将肿瘤分成小叶状。脊索瘤血供不丰富，呈缓慢渐进性强化，这可能与肿瘤含有较多间质成分，细胞或者黏蛋白可以吸附聚集Gd-DTPA有关［15］。

本研究的不足在于病例数较少，有待今后的研究中不断增加病例完善。总之，动态对比增强MRI定量分析获得的Ktrans和kep值对于MRI扫描难以鉴别的中轴骨的脊索瘤和骨巨细胞瘤具有一定的鉴别诊断价值。如果常规MR检查鉴别困难，可参考MR动态增强曲线参数为鉴别诊断提供依据，为临床提供更多的信息。MR动态增强也可以为两者的鉴别诊断提供参考。

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（本文编辑 闻 浩）

Preliminary Study of Dynamic Contrast-enhanced MRI in Differentiating Chordoma and Bone Giant Cell Tumor in Axial Skeleton

Purpose To investigate the differential diagnostic value of T1WI dynamic contrast-enhanced MRI （DCE-MRI） semi-quantitative and quantitative analysis for giant cell tumors and chordoma in axial skeleton. Materials and Methods Thirteen patients with chordoma and 17 patients with giant cell tumor in axial skeleton confirmed by pathology underwent T1WI DCE-MRI at Department of Radiology， Peking University Third Hospital from June 2008 to October 2013 were envolved. The signal intensity-time curve types after post-processing analysis， Ktransand kepafter two-compartmental pharmacokinetics analysis were analyzed statistical analysis. Results Nine （69.2%） out of 13 cases of chordoma were in "persistent enhancement" type， and the other 4 （30.8%） were in plateau type. Among 17 patients with giant cell tumor， 11 patients （64.7%） were in wash-out type， and 6（35.3%） were in plateau type. The Ktransof giant cell tumor was obviously higher than that of chordoma ［（0.1247±0.0747）/min vs. （0.0603±0.0411）/min， P＜0.01］. The kepof giant cell tumor was obviously higher than that of chordoma ［（0.6629±0.2272）/min vs.（0.1736±0.1184）/min， P＜0.01］. When taking Ktransof 0.0777/min as the cut-off for diagnosis of giant cell tumor， its diagnostic sensitivity and specificity were 89.5% and 76.9%， respectively； if taking kepof 0.4339/min as the cut-off for diagnosis of myeloma， its diagnostic sensitivity and specificity were 94.7% and 100.0%， respectively. The ROC analysis found that the area under the curve （AUC） of Ktransfor diagnosing giant cell tumor of bone was 0.826， and AUC of kepfor diagnosing giant cell tumor was 0.980. Conclusion T1WI DCE-MRI can provide valuable information for the differential diagnosis of giant cell tumors and chordoma when they are atypical and difficult to be identified in conventional imaging.

Spinal neoplasms； Chordoma； Giant cell tumor of bone； Magnetic resonance imaging； Image enhancement； Diagnosis， differential

袁慧书

国家自然科学基金（81471634）；北京市自然科学基金（7164309）。

R445.2；R738.1

2015-12-13

2016-03-24

10.3969/j.issn.1005-5185.2016.08.016