DCE-MRI对原发性骨肉瘤恶性程度的评估价值

李莹， 任翠萍， 张岚， 程敬亮

·骨骼肌肉影像学·

DCE-MRI对原发性骨肉瘤恶性程度的评估价值

李莹， 任翠萍， 张岚， 程敬亮

目的探讨动态增强曲线类型及动态增强参数对原发性骨肉瘤恶性程度评判的临床价值。方法对51例经病理证实的骨肉瘤患者行动态增强MR扫描，采用Mean Curve分析软件得到时间-信号强度曲线(TIC)、早期动态增强的斜率值(Slope)和边缘-中心向心强化程度比值(Rrim-center)。使用多个独立样本的非参数检验比较高、低度恶性骨肉瘤的TIC类型分布；采用两个独立样本秩和检验比较高、低度恶性骨肉瘤的动态增强参数；采用多个独立样本非参数检验比较不同曲线类型的骨肉瘤的动态增强参数。结果高、低度恶性骨肉瘤的TIC类型的分布差异具有统计学意义(χ2=22.364，P=0.000)。高度恶性骨肉瘤的Slope值和Rrim-center值均高于低度恶性骨肉瘤，差异有统计学意义(Z=-5.159，P=0.000；Z=-5.284，P=0.000)。Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型TIC曲线的Slope值和Rrim-center值逐渐减小，差异有统计学意义(χ2=24.453，P=0.000；χ2=25.246，P=0.000)。结论TIC类型、动态增强参数值可评价原发性骨肉瘤的恶性程度。

骨肉瘤； 磁共振成像； 诊断

骨肉瘤是儿童和青少年最常见的骨原发恶性肿瘤，好发于四肢长骨，起病时多无典型的临床症状。不同病理类型的骨肉瘤恶性程度不同[1]，肿瘤对周围组织的侵犯及病变血供的丰富程度也不一样，直接决定了患者的治疗方案及预后[2]。近年来应用动态增强(dynamic contrast-enhanced，DCE)MRI鉴别良恶性骨肿瘤及软组织肿瘤的报道较多，结论也不尽相同，而且其在临床中的应用也逐渐被国内外放射科医师及骨科医师所重视。本研究旨在探讨DCE-MRI的时间-信号强度曲线(time-signal intensity curve，TIC)类型及动态增强参数对判定原发性骨肉瘤恶性程度的临床价值。

材料与方法

1.临床资料

骨肉瘤患者51例，女19例，男32例，年龄7～72岁，中位年龄18岁。最常见首发症状是疼痛，43例伴有不同程度的疼痛。所有病例行DCE-MRI检查前均未行放疗、化疗、手术或病理穿刺等可能造成影像干扰的诊疗措施，两周内经活检或手术病理证实。参照2013年WHO骨肿瘤分类标准，将所有患者分为高度恶性组36例(骨母细胞型骨肉瘤10例、软骨母细胞型骨肉瘤9例、纤维母细胞型骨肉瘤12例、表面高度恶性骨肉瘤1例、小细胞恶性骨肉瘤4例)和低度恶性组15例(髓内高分化骨肉瘤9例、皮质旁骨肉瘤5例、骨膜骨肉瘤1例)。本研究经伦理委员会批准进行，患者本人或患儿家属均签署知情同意书。

2.检查方法

采用Siemens Magnetom Trio Tim 3.0T超导MR扫描仪，扫描序列包括冠状面T1WI (TR 500 ms， TE 20 ms)、T2WI (TR 4200 ms，TE 100 ms)、脂肪抑制T2WI和横轴面脂肪抑制T2WI(TR 4200 ms，TE 100 ms)，必要时加扫矢状面脂肪抑制T2WI(TR 4000 ms，TE 100 ms)，视野360 mm×380 mm，层厚4 mm，层数根据病变大小而定，以病变为中心。

DCE-MRI：采用横轴面T1WI三维快速小角度激发梯度回波(FLASH-3D)加脂肪抑制(TR 3.9 ms，TE 1.3 ms，翻转角15°)序列，层厚、层数及FOV随病灶的大小而定。首先扫描1期蒙片，第2期扫描的同时注入对比剂，共计扫描18期。采用Medrad高压注射器注射对比剂，剂量0.1 mmol/kg，注射流率2.0 mL/s，而后注射20 mL生理盐水冲管。动态扫描时间265～386 s。

3.图像后处理

由3名具有5年以上工作经验的MRI诊断医师在不知道患者临床资料和病理结果的情况下独立对图像进行分析、测量，意见不一致时协商达成一致。

采用后处理工作站的Mean Curve软件绘制TIC，ROI选取增强早期病变强化最显著的实质区(红色线)、邻近正常组织如骨髓及软组织(绿色线和蓝色线)、同层面动脉血管(黄色线)作为参照，纵坐标为信号强度，横坐标为扫描时间，得到TIC的同时还可获得Slope序列和包含不同时间点的信号强度值的表格。根据齐滋华[3]的TIC分型方法：Ⅰ型为快速上升下降型；Ⅱ型为快速上升平台型；Ⅲ型为缓慢上升型；Ⅳ型为平坦型。选择ROI的原则：结合MR平扫及增强图像，选取病变均匀、增强早期强化最显著的实质区域，面积30～40 mm2，避开钙化、出血、坏死囊变等区域。

早期动态增强的斜率值(Slope)：在生成的Slope序列上选择TIC上升最陡直的区域，多个病灶层面分别进行多次测量获得平均值。

边缘-中心向心强化程度比值(Rrim-center)根据公式Rrim-center=(SIrim-SIcenter)/(SIrim+SIcenter)计算，其中SIrim代表注入对比剂前后病灶边缘的信号强度差，SIcenter代表对比剂注入前后病灶中心的信号强度差。

4.统计学分析

采用SPSS 21.0统计软件进行数据分析，Slope值和Rrim-center值不满足正态分布，采用四分位数间距表示。采用多个独立样本的非参数检验分析TIC类型分布；采用两个独立样本秩和检验分析不同恶性程度骨肉瘤的动态增强参数；采用多个独立样本非参数检验比较不同曲线类型的骨肉瘤的动态增强参数。以Plt;0.05为差异有统计学意义。

结果

1.高、低度恶性骨肉瘤的TIC类型分布

51例患者中，高度恶性骨肉瘤36例，其中Ⅰ型曲线(图1)23例、Ⅱ型曲线13例(图2)；低度恶性骨肉瘤15例，Ⅰ型、Ⅱ型(图3)、Ⅲ型(图4)曲线分别为2例、6例、7例，Ⅱ型曲线在高、低度恶性骨肉瘤有重叠，TIC类型在高、低度恶性肿瘤中的分布差异有统计学意义(χ2=22. 364，P=0.000)。TIC取Ⅰ型曲线为高度恶性诊断标准，诊断高度恶性骨肉瘤的敏感度为63.9%，特异度为86.7%，阳性预测值为92%，阴性预测值为50%。TIC取Ⅲ型曲线为低度恶性诊断标准，诊断低度恶性骨肉瘤的敏感度为46.7%，特异度为100%，阳性预测值为100%，阴性预测值为81.8%。

表1 51例不同恶性程度的骨肉瘤TIC类型分布

2.高、低度恶性骨肉瘤的动态增强参数的比较

采用非参数检验的两个独立样本的秩和检验对高、低度恶性组的动态增强参数进行分析发现，高、低度恶性骨肉瘤的动态增强参数值Slope和Rrim-center差异均有统计学意义(Z=-5.159，P=0.000；Z=-5.284，P=0.000)。

表2 51例骨肉瘤的动态增强参数的比较

3.不同TIC类型的骨肉瘤的动态增强参数的比较

采用多个独立样本的非参数检验对动态增强参数进行分析，可得不同曲线类型的Slope值的χ2值=24.453，P=0.000(Plt;0.05)；Rrim-center的χ2值=25.246，P=0.000(Plt;0.05)，可知不同TIC类型的骨肉瘤的动态增强参数值之间的差异有统计学意义。

图1 女，31岁，纤维母细胞型骨肉瘤(高度恶性)。a) 矢状面T1WI见胸6椎体明显压缩变扁(箭)，前后径明显增宽，且向后压迫硬膜囊； b) TIC选点图，“1”点(红色)为病灶实性部分强化最明显的边缘区域； c) 病灶实性部分动态增强曲线呈快速上升下降型(TIC Ⅰ型)。 图2 男，13岁，小细胞型骨肉瘤(高度恶性)。a) 冠状面T1WI示左侧胫骨中上段大片混杂低信号(箭)，周围见软组织肿块，边界尚清； b) TIC选点图，“1”点(红色)为软组织肿块强化最明显的边缘区域； c) 病灶实性部分动态增强曲线呈快速上升平台型(TICⅡ型)。

参数Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型χ2值P值Slope(%/s)(P25～P75)28．90，62．3019．40，34．405．92，10．7424．4530．000Rrim⁃center(P25～P75)0．579，0．8510．377，0．6110．135，0．38525．2460．000

讨论

MRI-DCE成像技术反映的是肿瘤组织的血流动力学特点，同时定量反映肿瘤的强化效果，从而反映出肿瘤的血流灌注情况及血管化程度[4]。肿瘤的恶性程度的高低与肿瘤组织内部异常增殖的血管网的形态和功能以及患骨本身的血液循环状况相关。恶性肿瘤生长迅速，增生活跃的肿瘤内部可见丰富的血管结构，而其形成的血管壁多较薄，且缺乏平滑肌组织，血管化程度高而血管成熟度低，因此肿瘤恶性程度越高，组织的血流量、血液灌注量和渗透性也越高。

1.TIC

TIC是肿瘤内部的毛细血管密度、血管通透性、血流灌注量等多种因素的综合反映。动态增强过程中对比剂快速洗脱的病理生理学基础是血管内皮细胞间隙大、基底膜不完整造成血管渗透性的增加，因此骨肉瘤恶性程度越高，血管通透性越高且细胞间隙越大，越容易形成TICI型曲线。丁庆国等[5]通过对34例肌骨病变的DCE-MRI研究，认为TIC曲线类型对于肿块良恶性的鉴别诊断有重要价值。张晶等[6]通过对93例肌骨系统肿瘤的DCE-MRI研究，结果显示TIC类型在良恶性肿瘤中的分布差异具有统计学意义。李彩霞等[7]对61例肌骨系统肿瘤及肿瘤样变行DCE-MRI研究，结果显示，Ⅰ型曲线只见于恶性病变，Ⅱ型与Ⅲ型曲线在良、恶性病变之间有明显重叠，Ⅳ型TIC曲线仅见于良性病变，良、恶性骨肿瘤及肿瘤样病变的TIC类型分布有显著差异。郎宁等[8]通过对66例脊柱良恶性病变行DCE研究，结果显示Ⅰ型、Ⅲ型、Ⅳ型曲线对良恶性病变有较高鉴别价值；Ⅰ型曲线多为恶性病变，Ⅲ型、Ⅳ型曲线多为良性病变，而良恶性病变均可表现为Ⅱ型曲线。既往的研究多为DCE-MRI鉴别肌骨系统肿瘤的良恶性，而本组51例患者均为恶性骨肉瘤，通过研究结果显示高、低度恶性骨肉瘤的TIC类型分布有显著差异，Ⅱ型曲线可见明显重叠。TIC Ⅰ型诊断高度恶性骨肉瘤的敏感度为63.9%，特异度为86.7%，阳性预测值为92%，阴性预测值为50%。TIC Ⅲ型诊断低度恶性骨肉瘤的敏感度为46.7%，特异度为100%，阳性预测值为100%，阴性预测值为81.8%。本组研究对象均为恶性骨肉瘤，因此TIC类型中无Ⅳ型曲线；骨肉瘤恶性程度越高，病灶的血流灌注更易呈快进快出表现，即TIC呈I型，而一些恶性程度较低的骨肉瘤表现为TIC Ⅲ型，这与既往的研究结果都是一致的。

图3 男，20岁，低级别中心型骨肉瘤(低度恶性)。a) 矢状面T1WI示右侧胫骨下段骨质破坏，病灶周围缘形成软组织肿块(箭)； b) TIC选点图，“1”点(红色)为病灶软组织肿块强化最明显的边缘区域； c) 病灶实性部分动态增强曲线呈快速上升平台型。 图4 女，20岁，骨旁骨肉瘤(低度恶性)。a) 冠状面T1WI示左股骨远端内侧皮质旁示大片状、边界清晰的低信号，内部信号不均匀(箭)； b) TIC选点图，“1”点(红色)为病灶实性部分强化最明显的边缘区域； c) 动态增强曲线呈缓慢上升型。

2.Slope值

Slope值是TIC早期最陡峭上升段的斜率，是一个定量指标，反映的是肿瘤的血管化程度和血流灌注情况。动态增强早期肿瘤组织内对比剂的量决定了其在肿瘤内的浓度变化，因而TIC的早期强化率反应的是肿瘤的血供情况及内部新生肿瘤血管的分布[9]。动态增强早期对比剂在血管内外浓度差最大，肿瘤血管进行性充盈，TIC早期呈陡直上升，可表现与病变同层面动脉血管的TIC曲线相仿；且肿瘤组织血管化程度越高，血流灌注越高，则陡直上升的趋势越明显。本组病例中高度恶性骨肉瘤的Slope值明显高于低度恶性骨肉瘤，且高低度恶性组之间差异具有统计学意义。李彩霞等[7]通过对61例骨肌病变研究后认为良恶性病变的Slope值存在较大范围的重叠，不能单独用于良恶性肿瘤的判断；而本组病例中高低度恶性骨肉瘤的Slope值之间差异具有统计学意义，可能与低度恶性骨肉瘤内成骨较多、血管化程度较低有关。朗宁等[8]研究认为恶性肿瘤达峰时间明显比良性病变快，最大上升线性斜率大，对良恶性病变的鉴别有重要价值，与本组研究结果一致。

3.Rrim-center值

Rrim-center值是衡量肿瘤血流动力学情况的另一个定量分析指标。肿瘤边缘在血管内皮生长因子的作用下见新生血管生成，因此为肿瘤血管丰富、生长活跃的区域；由于肿瘤血管通透性高且缺乏平滑肌细胞，再加上缺乏有效的淋巴回流系统和血管外压较高，因而肿瘤内部流体静压和间质内压升高，可致肿瘤内部血流灌注较低[10]。综上可知，骨肉瘤边缘和中心的新生血管的密度及灌注量分布差异明显。骨肉瘤恶性程度越高，肿瘤边缘的新生血管越丰富，而肿瘤中心更易出现囊变、坏死区，则肿瘤边缘与中心的血流灌注差越大，即Rrim-center值越大。本组骨肉瘤患者，高度恶性骨肉瘤的Rrim-center值高于低度恶性骨肉瘤，差异有统计学意义。丁庆国等[5]认为肌骨肿块边缘、中央区的TIC类型不一致，即肿块边缘和中心的血管化程度、间质压力的不同及组织成分存在差异，与本组的研究结果在原理上是一致的。李彩霞等[7]通过研究61例骨肌肿瘤结果显示恶性骨肿瘤Rrim-center值高于良性组，且良恶性骨肌病变之间动态增强参数差异有统计学意义，与本文研究结果一致。

本研究存在一定的局限性：①病例样本量不够大，而且低度恶性骨肉瘤的例数相对较少，因此在做统计学分析时可能存在一定的误差。②本组骨肉瘤病理类型较多且特点各不一样，也不能保证病理取材的部位与DCE-MRI观察的部位一致，因此无法将病理与影像一一对应。本研究结果显示，TICⅠ型曲线支持高度恶性骨肉瘤，而TIC Ⅲ型曲线提示低度恶性骨肉瘤，Slope值和Rrim-center值可用来评价骨肉瘤的恶性程度。

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Thevalueofdynamiccontrast-enhancedMRIinevaluatingthedegreeofmalignancyofosteosarcoma

LI Ying,REN Cui-ping,ZHANG Lan,et al.

Department of MR,the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University,Zhengzhou 450052，China

Objective：The purpose of this study was to explore the clinical value of time-signal intensity curve (TIC) types and parameters of dynamic contrast-enhanced MRI (DCE-MRI) in evaluating the degree of malignancy of osteosarcoma.Methods51 patients with osteosarcoma confirmed by pathology were examined by DCE-MRI scan.TIC type,slope and rim-center were obtained by mean curve software.TIC types was analyzed by rank sum test of a number of independent samples;two independent samples rank sum was used to analyze DCE-MRI parameters of low-grade and high-grade osteosarcoma;the DCE-MRI parameters of three different curve types were compared by use of rank sum test of a number of independent samples.ThePvalue lt;0.05 was considered significant.ResultsThe χ2value of TIC type between high-grade and low-grade osteosarcoma was 22.364,withP=0.000 (Plt;0.05),which was significantly different.Both slope and rim-center values of highly malignant osteosarcoma were higher than those of the low-grade ones.TheZandPvalue of slope and rim-center values between the high-grade and low-grade malignant osteosarcoma were -5.159,-5.284 and 0.000,0.000 (Plt;0.05),indicating a significant statistical difference.The slope and rim-center values of TIC type Ⅰ, Ⅱ,and Ⅲ decreased,the χ2value andPvalue of slope and rim-center value of different TIC types were 24.453,25.246 and 0.000,0.000 (Plt;0.05),which indicated significant statistical difference.ConclusionTIC types and DCE-MRI parameters can evaluate the degree of malignancy of osteosarcoma.

Osteosarcoma； Magnetic resonance imaging； Diagnosis

450052 郑州，郑州大学第一附属医院磁共振科(李莹、任翠萍、程敬亮)；450000 郑州，河南中医药大学第一附属医院磁共振科(张岚)

李莹(1985-)，女，河南鹤壁人，硕士，主治医师，主要从事中枢神经系统和骨肌系统的磁共振诊断工作。

河南省中医药科学研究专项课题(2015ZY02014)

R445.2； R738.1

A

1000-0313(2017)11-1191-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.11.020

2017-01-05)