3.0T MRI多b值扩散加权平面回波成像对多发性骨髓瘤的诊断价值

王 丽 蒋 涛 姜 桦 高 文

(1.首都医科大学附属北京朝阳医院放射科，北京 100020；2.首都医科大学附属北京朝阳医院血液科，北京 100020)

磁共振(magnetic resonance，MR)扩散加权成像(diffusion-weighted image, DWI)是目前唯一无创性反应活体组织水分子扩散的检查方法，用于诊断超早期的脑梗死已经得到国内外研究[1-2]认同。其应用于其他脏器的诊断也逐渐增多[3-4]，多发性骨髓瘤(multiple myeloma，MM)是发生于中老年人的浆细胞恶性增生性疾病,临床通过骨髓穿刺定性，常规MRI检查可以显示病变对骨髓的侵犯范围，但无法定量评价病变的侵犯程度[5-6]。近年来高场磁共振全身DWI[7-9]和18F-FDG PET/CT正逐渐应用于多发性骨髓瘤诊断，但针对高场磁共振多b值的研究较少报道，b值的选择与DWI的信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)，判断椎体病变的可靠性有密切关系，本研究通过应用3.0T磁共振多个b值对多发性骨髓瘤组与健康志愿者的比较，寻求最优化b值，以探讨其敏感性及特异性。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取自2009年9月至2011年12月首都医科大学附属北京朝阳医院血液科就诊患者，经过骨髓穿刺确诊并具有完整病例资料50例，其中男性25例，女性25例，年龄38～79岁，中位年龄59岁，临床确诊的多发性骨髓瘤患者按Durie-Salman分期，DS-Ⅱ期10例，DS-Ⅲ期40例，其中10例患者先后化学药物治疗(以下简称化疗)复查2～4次不等，病程长达2年；MRIDWI检查与骨髓穿刺的时间在1周以内，患者无骨髓病变的健康志愿者20例，其中男性为11例，女性为9例，中位年龄为55岁。

1.2 MR成像和测量方法

采用Siemens Trio 3.0T 超导双梯度MR扫描仪，最大梯度场 45 mT/m，梯度切换率 200 mT·m-1·s-1。应用体线圈对脊柱(包括胸椎、腰椎、髂骨等部位)常规做矢状位TSE/T1WI、TSE/T2WI脂肪抑制序列及轴位TSE/T2WI检查；DWI扫描参数：单次激励 EPI-DWI序列，TR 4 800 ms，TE 91 ms，NEX为1次，矩阵为93×132，FOV为195×279 cm2，层数20～30层，层厚5 mm，轴位扫描；b值在同一序列分别设定b0=0 s/mm2，b1=50 s/mm2，b2=600 s/mm2，b3=1 000 s/mm2，总扫描时间：2 min 57 s。

所有数据均传入Siemens Trio 3.0T LEANADUO工作站，利用Functool软件处理完成。根据常规矢状位T1WI及T2WI脂肪抑制序列所显示的病变，选择DWI序列轴位图像，选用4个不同的扩散敏感系数(b0=0 s/mm2，b1=50 s/mm2，b2=600 s/mm2，b3=1 000 s/mm2)，将b1/b2值分别设定0/50、0/600、0/1 000的图像通过工作站完成ADC图像重建。对不同b值DWI分别进行定性和定量分析。

1.3 主观评价DWI图像质量

参考汤光宇等[10]关于椎体DWI图像的分级，结合本研究，根据图像有无变形和伪影，将图像质量分为3级：I级：解剖结构及病变显示清晰，背景噪音较少，无颗粒状伪影，重复测量值稳定；Ⅱ级：解剖结构及病变显示较清晰，有一定的背景噪音，有少许颗粒状伪影，重复测量值较稳定；Ⅲ级：解剖结构及病变显示不清晰，背景噪音较多，有多量颗粒状伪影，重复测量值不稳定；由两位MR高年主治医师对图像进行评分，如果有分歧，协商后达成一致。选择在DWI像上呈高信号，而在ADC图像上呈低信号的病变部位设置感兴趣区(region of interest,ROI)，每个ROI面积约22 mm2，测量病变椎体信号强度值(signal intensity，SIa)及ADC值，同时测量3处椎旁软组织信号强度值和标准差，取其平均值作为背景噪声值(signal intensity，SIb)和标准差(Standard deviation of signal intensity， SDb)，采用图像SNR，进行DWI图像质量评价，其计算公式如下：SNR=SIa/SDb。ADC测量：ADC值采用国内通用公式：ADC=ln (S高/S低)/(b低/b高)。公式单位为mm2/s，b高=50、600、1 000 mm2/s，b低=0 mm2/s；ln为自然对数，其中S低、S高分别为相应b值时DWI上信号强度。

1.4 统计学方法

应用SPSS 13.0统计软件包进行统计学分析，所有数据经正态性检验和方差齐性检验，均符合正态性分布和方差齐，SNR和ADC值的比较：各组间比较采用单因素方差分析(one-way，ANOVA)进行检验。MM组与健康志愿组ADC值的比较，应用两个独立样本t检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 病变信号特点及检出率

多发性骨髓瘤患者的骨髓信号在常规T1WI上呈弥漫性低信号，较同年龄健康组骨髓相比明显减低，比自身椎间盘信号减低或相等，受累较重病灶在T1WI呈多发散在斑片状、结节状的低信号的骨质破坏(图1、2)，在T2WI压脂序列上表现为高信号灶(图1B、图2B)，DWI图像上高信号灶(图2B、C、D)，ADC图上较周围骨髓信号减低。根据骨髓受累情况本研究MM组患分别检出弥漫性浸润的13例，局灶性浸润的18例，弥漫性浸润并灶性浸润的18例，有1例患者的骨髓表现为椒盐状改变，本组50例患者在常规T1WI及T2WI压脂序列上共检出的164处病灶，除5例8处病灶，由于颈、胸交界部、心脏、主动脉搏动及大量胸水的影像，其他病灶在DWI上均可检出，DWI的检出率达95%。

图1 多发性骨髓瘤(DS-Ⅲ期)患者ⅠFig.1 MRI sagittal of lumbar spine of a patient Ⅰ withmultiple myeloma of DS-Ⅲ

A：T1WI；B：T2WI fat suppression sequence MRI images show that there were multiple T1 low signal T2 high signal foci in vertebral bone marrow;MRI：magnetic resonance imaging.

图2 多发性骨髓瘤(DS-Ⅲ期)患者Ⅱ的MRI腰椎Fig.2 MRI images of lumbar spine in patients Ⅱ with multiple myeloma (stage DS-Ⅲ)

A：T1WI；B： T2WI fat suppression sequence MRI images show myeloma forms a lump involving the spinal canal in L1/2 level;MRI：magnetic resonance imaging.

图3 患者Ⅰ不同b值的DWI图像Fig.3 DWI images of patient Ⅰ with different b values

A:T2WI;B:DWI, b=50;C:DWI, b=600;D:DWI；b=1 000;DWI:diffusion-weighted image; The axial T2WI(A)and the different b value DWI(B，C，D)of the same patient. The bone marrow lesion of the lumbar vertebra is high signal change. With the increase of the b value, the background image is blurred and the signal to noise ratio is reduced, but the focus is sensitive.

2.2 DWI结果

DWI图像质量评分表详见表1，b值为50 s/mm2的图像质量较好，图像质量评分为I级的占92%，b值为1 000 s/mm2的图像质量较差，图像质量评分为I级的占37%，而b值为600 s/mm2的图像质量介于两者之间。3组间的图像质量百分比差异有统计学意义(P<0.05)，低b值的DWI图像解剖结构清晰，与轴位T2WI吻合，但是病变的显示受背景图像的影响而不明显，随着b值的升高，病变周围的解剖结构逐渐模糊，图像对病变的敏感性逐渐提高,同时背景噪声的增加使信噪比降低，相应图像质量降低(图3B～D)。DWI图像SNR比较见表2显示：b值为50、600、1 000 s/mm2的SNR的平均值为22.28±14.40，11.85±7.78，7.57±4.72组间差异均有统计学意义(F=19.523，P<0.01),随着b值的增高,其敏感性增高，但信噪比明显降低，图像模糊，ADC值很不稳定，详见表1，图4、5。

2.3 ADC值的结果

b值为50、600、1 000 s/mm2的ADC值的平均值为(1.52±0.81)×10-3mm2/s、(1.32±0.74)×10-3mm2/s、(1.15±0.71)×10-3mm2/s 3组间差异均有统计学意义(F=3.525，P<0.01)，详见表2。多发性骨髓瘤(MM组)与健康志愿组DWI不同b值平均ADC值比较，MM组均明显高于健康志愿组，差异有统计学意义(P<0.01)。ADC值均随b值的升高而降低，详见表3。

表1 多发性骨髓瘤不同b值DWI等级评价结果Tab.1 Evaluation results of different b values DWI level in multiple myeloma (s/mm2)

Itemb=50b=600b=1 000FPSNR22.28±14.4011.85±7.787.57±4.7219.5230.001ADC/(×10-3mm2·s-1)1.52±0.811.32±0.741.15±0.713.5250.032 DWI:diffusion-weighted image;SNR: signal to noise ratio; ADC: apparent diffusion coefficient.

GroupNumber of caseb=50b=600b=1 000HV200.32±0.160.28±0.110.24±0.20MM501.52±0.811.32±0.741.15±0.71t7.3916.9995.898P0.0000.0000.000 ADC:apparent diffusion coefficient; HV: healthy volunteers; MM: multiple myeloma.

3 讨论

多发性骨髓瘤由于临床症状多样化，早期诊断及疗效评价是通过骨髓穿刺来完成的，X线平片及CT检查作为骨质破坏的检查手段已经广泛应用，但是当骨髓瘤细胞侵及骨髓，无明显骨小梁破坏或仅为轻微侵蚀骨小梁变细时，X线及CT的检出受到限制[11-12]，MRI对骨髓病变的高敏感性成为多发性骨髓瘤早期诊断的有效检查手段，Bruno[13]认为对于多发性骨髓瘤I期患者应用MR检查骨髓有异常的生存率比无异常的患者生存率低，可以作为独立因素评价患者的预后。MRI增强检查对于疾病的诊断和疗效的评价也发挥了一定作用，但是造影剂所带来的肾毒性又加重了疾病的进展[14-15]。有研究[9]应用全身DWI根据病变破坏程度及分布，按照临床分期进行全身MR分期，并显示两种分期方法差异无统计学意义，提示MR可以有效地检出骨髓瘤的病灶，但以上这些检查都无法定量评估病变的浸润程度，高场MR DWI在骨肿瘤的应用价值和技术参数的探讨仍然是当前研究的热点。

本研究通过对常规检查与DWI检查的对比研究以及健康组与MM组的对比研究显示：DWI对于多发性骨髓瘤患者的骨髓病变具有较高的敏感度和特异度，通过测量ADC值可以间接定量评估病损骨髓的破坏程度。

首先与常规T1WI与T2WI压脂序列比较，具有同等水平的敏感度，本研究50例患者的164处在常规T1WI及T2WI压脂序列检出的病灶，除5例8处病灶，由于颈、胸交界部、心脏、主动脉搏动及大量胸水的影像，其他病灶在DWI上均可检出，DWI的检出率达95%；在DWI上MM病灶呈高信号灶，沿椎体走行分布，周围正常骨髓呈低信号改变，形成黑白鲜明的对比(图3)，而在ADC图上病变呈稍低信号改变，与邻近的软组织如腰大肌、双肾的高信号形成对比；有2例患者的病灶侵及椎管，在DWI(图4)及ADC图(图5)上均可清晰显示。这是由于DWI检查能够反映组织内水分子的Brown运动，水分子的扩散状况能反映该组织的生物物理特性，水分子在梯度场内扩散，因位置的移动而经历磁场强度的变化，从而导致氢质子相位位移，使相位不能重聚，从而使信号减低[1-2]。多发性骨髓瘤是由具有合成和分泌免疫球蛋白能力的浆细胞克隆性恶性增生从而导致破骨细胞的数目和活跃度增长，侵犯骨髓及骨质产生破骨性改变，对骨髓的侵犯是由于恶性浆细胞的浸润、堆积替代了正常骨髓组织，一方面使细胞外空间减少，水分子的运动受阻，ADC值减低，另一方面生物膜结构的阻挡和大分子蛋白的吸附作用在一定程度上限制了水分的扩散，导致ADC值减少[16-17]。

图4 患者Ⅰ不同b值的DWI图像Fig.4 DWI images of patient Ⅰ with different b values

A：T2WI;B:DWI,b=50;C:DWI, D=600,D:DWI, 6=1 000,DWI:diffusion-weighted image. Axis images of T2WI (A) and DWI of different b values (B, C, D) of the same patient. Myeloma involves the right pedicle and transverse process of T12, forming extramedullary soft tissue mass (arrows) equal to paraspinal soft tissue signals, involving the spinal canal and the right nerve roots.

图5 患者Ⅱ不同b值的ADC图Fig.5 ADC map of patient Ⅱ with different b values

A：ADC map, b=50；B：ADC map, b=600;C: ADC map, b=1 000;ADC：Apparent diffusion coefficient； The lesion showed a low signal involving the right vertebral lamina and spinal canal, forming soft tissue mass, and the right nerve roots were involved.

其次在健康组与MM组的鉴别诊断上具有较高特异性。MM组的ADC值均明显高于健康志愿组，差异有统计学意义。这是由于正常骨髓分布于骨髓腔内，由黄骨髓和红骨髓组成，随着年龄的增长，黄骨髓逐渐替代红骨髓，本组健康志愿者的年龄均在50岁以上，椎体黄骨髓的比例较高，黄骨髓内含水量较少，所以ADC值较低；而多发性骨髓瘤患者一方面由于骨髓浆细胞在骨髓腔大量增生的同时由基质细胞衍变而来的成骨细胞过度表达IL-6，激活破骨细胞，导致骨质疏松甚至溶骨性破坏，继发高钙血症，另一方面骨髓弥散受限与骨髓增生情况有关，骨髓穿刺结果提示大部分患者的骨髓象显示均有红系、粒系的异常增生，幼稚的有核细胞越多，细胞密度越大，导致细胞外间隙缩小，水分子相对弥散受限，故在弥散图像上信号增高，ADC值下降[7]。本组健康志愿者组的ADC值明显低于多发性骨髓瘤患者组。这一点高度提示DWI可以敏感检出病变椎体，多发性骨髓瘤组的ADC值与既往文献中恶性椎体骨折的数据吻合[10]。

通过对本组高场DWI多b值的研究显示：DWI的图像信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)随着b值的增高而降低，而图像对检出病变的敏感性逐渐增高，这一点与既往文献中低场磁共振仪的结论一致[3,10]。根据既往文献，本研究选择了b=50、600及1 000 s/mm23个b值，为了避免高场磁共振仪对脊柱侧弯或运动的敏感造成测量误差，本研究选择了轴位扫描，通过对50例多发性骨髓瘤患者脊椎、骨盆156处骨髓病灶的评价和比较显示：随着b值的增高，病变周围的解剖结构逐渐模糊，图像SNR减低，Ⅲ级图像所占比例增高，但是图像对病变的敏感性逐渐提高。在颈椎及胸廓入口区、胸椎靠近心脏及主动脉部的DWI图像变形明显，b值为1 000的图像扭曲而无法辨认解剖结构；高场磁共振仪对运动的敏感性更高。这是由于随着b值增加，组织的重T2(T*)效应所引起的磁敏感伪影和涡流伪影使图像发生扭曲更明显。选用的b值越大,即施加的弥散梯度场强就大,一方面,使弥散不同的组织信号差异增大;另一方面,使图像易变形、扭曲,信噪比降低,这点与文献[10]的报道一致。本组在b值=600时的信噪比和病变检出率较合适，既能对病灶敏感地检出，又能较清晰地显示病变及其解剖结构，而且对于临床无法增强的患者进行定量疗效评价。经过相关性分析显示各组ADC值与骨髓穿刺浆细胞比例无明显相关性，这一点与文献[7]吻合。有5例患者的3次复查结果显示，经过化疗后，浆细胞比例明显下降的同时，ADC值却逐渐上升，结合常规T1WI及T2WI脂肪抑制序列，笔者发现，病灶明显缩小，ADC值低的区域逐渐减少，而被高信号的囊变区替代，由于复查的病例较少，无法作统计学计算。

总之，高场弥散加权像不仅能够敏感地检出多发性骨髓瘤对骨髓的破坏，并且可以无创定量分析病灶的破坏程度及治疗效果，在不用造影剂的情况下，为晚期肾功能不全患者监测骨髓受累情况。

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