IVIM-DWI联合MRS鉴别诊断骨质疏松与转移性椎体压缩性骨折

樊秋菊，谭 辉，于 楠，杨 祺，王少彧， 贺太平 *，于 勇，薛 育

(1.陕西中医药大学附属医院影像科，陕西 咸阳 712000；2.陕西中医药大学基础医学与医学技术学院，陕西 咸阳 712000；3.西门子医疗系统有限公司磁共振事业部，上海 200000)

脊柱压缩性骨折是老年人的常见病、多发病，主要由骨质疏松和脊柱恶性肿瘤所致，其中1/3的患者为恶性肿瘤转移。正确诊断对患者治疗方式的选择及预后至关重要，此外，对于骨质疏松致椎体压缩性骨折的患者还可避免活检，减少创伤[1]。常规MRI技术，如T1WI、T2WI和短时间反转恢复法(short ti inversion recovery， STIR) 对鉴别骨质疏松与恶性肿瘤转移引起的信号改变具有较高的敏感度，但特异度较低[2]。近年来，体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion, IVIM)成像利用双指数模型多b值DWI，可用于评价病变水分子弥散、微血管灌注情况，为椎体良恶性病变的鉴别诊断提供了新的手段[3]。国内学者[4]采用1H-MRS定量测定椎体脂肪与水的比例，以定量诊断椎体骨质疏松症。而MRS在脊柱良恶性压缩骨折鉴别诊断中的价值鲜见报道。本研究回顾性收集骨质疏松与转移性椎体压缩性骨折患者，探讨IVIM联合1H-MRS对椎体骨质疏松及转移瘤所致压缩性骨折的鉴别诊断价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2016年8月—2017年1月本院门诊及住院、因椎体压缩性骨折接受CT扫描并难以诊断的患者70例，其中男34例，女36例，年龄34～82岁，平均(64.3±11.5)岁。纳入标准：年龄>18岁；临床症状为急性或亚急性后背痛的椎体骨折病例(病程<3个月)；排除成骨性转移、弥漫性血液系统疾病、脊柱炎、结核、存在MR检查禁忌证及不能配合检查者。所有患者均经组织学活检、MRI随访、PET/CT或3个月以上CT随访证实骨折原因。随访时间内患者疼痛逐渐减轻或完全消退和椎体骨质破坏未进展则诊断为骨质疏松性压缩性骨折[5]。根据椎体骨折病因，将患者分为骨质疏松组和转移组。骨质疏松组38例，男16例， 女22例，年龄45～76 岁，平均(65.2±9.0)岁，其中颈椎2例，胸椎20例，腰椎16例；通过穿刺活检确诊5例，临床随访结合MRI显示疼痛消失、水肿消失，排除恶性肿瘤骨折椎体的形态学特征19例；临床随访结合超过3个月的CT复查显示疼痛消失、无恶性肿瘤进展的形态学征象14例；转移组32例，男18例，女14例，年龄34～82岁，平均(63.2±13.6)岁)，其中颈椎6例，胸椎16例，腰椎14例，原发病变包括肺癌10例，乳腺癌6例，胃癌5例，食管癌4例，结肠癌、肾癌和前列腺癌各2例，黑色素瘤1例。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Magnetom Skyra 3.0T MR扫描仪，16通道相控阵脊柱线圈，行自旋回波矢状位T1WI(TR 550 ms，TE 10 ms)、快速自旋回波矢状位T2WI(TR 4 000 ms，TE 110 ms)、矢状位STIR(TR 3 500 ms，TE 65ms，TI 180ms)，矩阵256×256，层厚4 mm；IVIM-DWI：TR 2 800 ms，TE 75 ms，层厚4 mm，层间距1，mm，矩阵256×256，b值分别为0、50、100、150、200、400、600、800 s/mm2，在x、y、z方向同时施加，NEX 4。1H-MRS：根据腰椎矢状位STIR成像定位，先行匀场，采用单体素点解析波谱序列，TR 3 000 ms，TE 30 ms，非立方体素，大小1.0 cm×1.0 cm×1.0 cm～1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm，波宽2 000 Hz，FA 90°，NEX 64，不抑水。

1.3 图像分析 将获得的MR图像传输至Siemens syngo.via工作站，所有图像均由2名具有5年以上骨关节病变诊断经验的放射科医师采用双盲法阅片。MRS体素位于压缩椎体的STIR高信号中心，尽量包含整个病灶，避开囊变、坏死，体素大小变化以适应骨折的构型，平均体素(2.5±0.5)cm3。先对波谱进行校正，分别测量位于4.7 ppm处水峰及1.3 ppm处脂峰相对峰下面积，计算脂水比(lipid water ratio, LWR)和脂肪分数(fat fraction, FF)：LWR=脂峰下面积/水峰下面积，FF=LWR/(1+LWR)×100%。将IVIM-DWI图像导入MITK-Diffusion专用后处理软件，IVIM上的ROI(面积75.40～176.60 mm2)直接对应MRS体素，由MITK-Diffusion软件自动计算生成真弥散系数(diffusion coefficient, D)、假弥散系数(pseudo diffusion, D*)和灌注分数(perfusion fraction, f)。所有数据均测量3次，取平均值。

图1 患者女，67岁，骨质疏松 A.T11椎体压缩性骨折，STIR呈高信号(箭)； B.T11椎体IVIM-DWI后处理图像，ROI呈高信号，D=1.65×10-3 s/mm2，D*=18.4×10-3 s/mm2，f=0.128； C.MRS，水峰下面积5 320，脂峰下面积4 900,脂肪分数47.79

图2 患者男，64岁，左肺鳞癌 A.L2椎体转移，STIR呈高信号(箭)； B.L2椎体IVIM-DWI后处理图像，ROI呈高信号，D=1.31×10-3 s/mm2，D*=84.8×10-3 s/mm2，f=0.0893； C.MRS，水峰下面积9 740，脂峰下面积479，脂肪分数4.69

1.4 统计学分析 采用SPSS 19.0统计学分析软件，符合正态分布的计量资料以±s表示。2名测量者间各参数的一致性采用组内相关系数(intraclass correlation coefficient, ICC)评价：0～1为不一致，0.01～0.20为一致性弱，0.21～0.40为轻度一致，0.41～0.60为中度一致，0.61～0.80为一致性较好，0.81～0.99为几乎一致，1.00为完全一致。两组IVIM和MRS参数的比较采用独立样本t检验。以病理及临床随访结果作为金标准，计算MRS、IVIM-DWI和两者联合诊断良恶性椎体骨折的敏感度、特异度、准确率，并绘制ROC曲线，计算ROC曲线下面积(area under curve, AUC)。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2名观察者所测得LWR、FF、D值、D*值及f值一致性好(ICC值均>0.8)，取两者均值作为结果。

转移组的f值、D值和FF显著低于骨质疏松组，D*值明显高于骨质疏松组(P均<0.05)；LWR差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。

38例骨质疏松性骨折中，16例MRS诊断为转移性，4例IVIM-DWI诊断为转移性，1例二者联合诊断为转移性，见图1。32例转移性骨折中，4例MRS诊断为骨质疏松性骨折，7例IVIM-DWI诊断为骨质疏松性骨折，3例二者联合诊断为骨质疏松性骨折，见图2。

MRS、IVIM-DWI及二者联合诊断转移性椎体压缩性骨折的敏感度、特异度、准确率见表2。3种方法诊断转移性椎体压缩性骨折的AUC分别为0.73、0.88、0.94(P=0.008、0.002、0.032)，见图3。

3 讨论

椎体压缩性骨折病因性质的鉴别是临床常见问题，尤其对于倾向骨质疏松压缩性骨折的老年患者，正确地诊断决定治疗方式的选择和预后。虽有研究[6-7]报道某些形态学特征可能有助于鉴别骨折性质：骨质疏松性椎体骨折的形态学特征包括骨折片、残留骨髓信号、STIR高信号和T1WI增强无强化等；恶性椎体骨折的形态学特征包括椎体后缘皮质膨胀、硬膜外占位、椎弓根破坏、T1WI呈弥漫性低信号、STIR呈高信号和T1W对比增强显示强化等，但均缺乏特异性。

表1 骨质疏松组与转移组MRS参数和IVIM参数的比较(±s)

表1 骨质疏松组与转移组MRS参数和IVIM参数的比较(±s)

组别LWRFFD(×10-3s/mm2)D∗(×10-3s/mm2)f骨质疏松组0．42±0．1824．73±6．721．68±0．3525．81±3．420．16±0．08转移组0．27±0．1514．95±7．371．04±0．9353．83±11．140．11±0．05t值-1．29-2．38-3．842．52-3．09P值0．8000．0110．020<0．0010．003

表2 MRS、IVIM-DWI和MRS联合IVIM-DWI诊断转移性椎体骨折的效能[%(例)]

图3 IVIM-DWI、MRS和二者联合诊断转移性椎体骨折的ROC曲线

MRS技术可精确测量脂质与水的比例，从细胞层面揭示骨髓脂质含量[8]。IVIM-DWI采用f、D和D*定量参数，评估水分子在组织中的扩散和微血管灌注，可更准确地反映组织的生理和病理状态，已广泛应用于各种恶性肿瘤[9]，为椎体骨折性质的鉴别诊断提供了可能[10]。但将其与MRS结合，评价二者联合的诊断效能鲜见报道。

本研究转移组FF值低于骨质疏松组(t=-2.38，P<0.05)，与Rumpel等[11]报道相符。随着年龄的增长，脂肪的含量增加，尤其对于骨质疏松症患者，脂肪细胞取代丢失的骨小梁网。骨质疏松性骨折患者自由水比例增加，STIR呈高信号，椎体内尚含有部分残余脂质，MRS表现为脂峰高度下降，峰下面积减少，水峰增高，峰下面积增加；另一方面，水肿程度加重或急性重度压缩性骨折时，椎体内脂质成分完全被结合水或血肿替代，MRS呈脂峰低平，水峰高尖。本研究中16例骨质疏松性骨折被诊断为转移性骨折。在转移性骨折中，恶性细胞增殖快，骨髓脂质细胞被肿瘤细胞替代，骨骼完整性减弱，易发生病理性骨折，MRS亦呈脂峰低平，水峰高尖，具有一定特异性，但与部分骨质疏松骨折鉴别困难。本研究中仅4例转移性骨折被诊断为骨质疏松性骨折，结果显示MRS诊断椎体骨折性质敏感度较高，但特异度及准确率低，ROC曲线下面积为0.73(P=0.008)，提示MRS对骨质疏松及转移性椎体骨折诊断效能较低。

Geith等[12]采用单指数模型，发现良性骨折ADC值较恶性骨折更高，诊断恶性椎体骨折的ADC阈值为1.7×10-3mm2/s。ADC值反映水分子的弥散程度，但在灌注丰富的恶性肿瘤组织中，可能降低ADC值的诊断准确性[13]。本研究采用双指数模型多b值DWI，转移组D值低于骨质疏松组(t=-3.84，P<0.05)，可能因恶性肿瘤细胞密度大，细胞外间隙小，加之细胞膜的黏滞性增高使细胞膜的通透性降低，细胞内水分子扩散减少，水分子弥散受限；f值低于骨质疏松组(t=-3.09,P<0.05)；D*值高于骨质疏松组(t=2.52,P<0.05)，可能因转移性椎体骨折新生血管生长迅速，血液灌注量较大，骨质疏松性椎体骨折无新生血管，血液灌注量较小[14]。本研究中4例骨质疏松性骨折被诊断为转移性骨折，7例转移性骨折被诊断为骨质疏松性骨折，可能因某些转移性肿瘤仅少量新生微血管生长，或原发肿瘤为小细胞型，使转移性椎体骨折与骨质疏松性骨折的D值存在一定重叠。本研究IVIM诊断椎体骨折性质的敏感度、特异度、准确率分别为78.13%、89.47%、84.28%，AUC为0.88(P=0.002)，表明IVIM对骨质疏松及转移性椎体骨折诊断效能较高，但敏感度较低。

本研究MRS与IVIM-DWI联合鉴别诊断椎体骨折性质的敏感度、特异度、准确率分别为90.63%、97.37%、94.29%，且AUC最大(0.94)，提示诊断效能明显提高。38例骨质疏松性骨折中，16例MRS诊断为转移性，其中12例二者联合诊断为骨质疏松性，提示IVIM-DWI可从水分子弥散受限的角度对椎体骨折性质的鉴别诊断提供有价值的信息。32例转移性骨折中，4例病灶IVIM诊断为骨质疏松性骨折，其中3例二者联合诊断为恶性，因3例患者的原发肿瘤为前列腺癌和小细胞肺癌，两类转移性病变细胞密度改变不显著，仅依据IVIM多b值扩散图像进行性质判断易误诊病变的性质，联合MRS可准确诊断。

本研究的局限性：①转移性椎体骨折来源于不同类型的原发性肿瘤，且未根据原发恶性肿瘤进行分组，可能导致不同灌注模式及信号差异；②由于成骨性与溶骨性转移的弥散存在差异，因此本研究中排除成骨性转移，转移性椎体骨折均以溶骨性转移为主，今后将成骨性转移纳入为其中一个研究方向；③多数诊断是基于临床和影像学证据，通过活检证实骨折性质在临床不常规进行；④未包括其他良性或恶性病变，如脊柱炎(化脓性或结核性)、原发性椎体肿瘤及骨髓瘤等。

总之，IVIM-DWI联合1H-MRS的定量评估可提高椎体骨质疏松或转移性骨折的鉴别诊断效能，对指导临床制定正确的治疗方案有重要意义。

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