DWI联合常规MRI在儿童急性白血病腰椎浸润中的诊断价值

孙海燕 李荣品 吴亚兰 焦祺 王晶 陈霞 侯振洲 阎玉彦 张楠

急性白血病(acute leukemia，AL)是造血干细胞的恶性克隆性疾病[1]，因白血病细胞增殖失控、分化障碍，容易在细胞不同发育阶段停滞，在骨髓及其他造血组织中聚集，抑制正常造血[2]。目前临床主要依靠骨髓穿刺活检对急性白血病进行诊断及治疗后随访，由于其标本采集量少，在反映骨髓病变程度和范围等方面有一定的局限性，对患儿还有一定创伤[3]。磁共振成像(MRI)一次检查即可获得大范围内的骨髓状态，对正常骨髓及髓内病变进行充分显示，弥补了骨髓活检的不足。目前关于白血病骨髓浸润的常规MRI、MR动态增强及磁共振波谱(MR spectroscopy，MRS)的研究均有报道[4-6]，但关于儿童腰椎扩散加权成像(DWI)的研究报道不多，而且国内外文献中并无有关白血病骨髓DWI特征与骨髓穿刺细胞学相关性的研究。因此本研究主要分析白血病儿童腰椎常规MRI和DWI特征，且与骨髓穿刺细胞学的相关性等方面，为临床诊治提供依据和帮助。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性选择我院2019年3月至2020年10月血液科就诊由外周血细胞学检查提示，临床初诊为急性初发白血病的患儿51例为白血病组，其中男24例，女27例；年龄0.4～13岁，中位年龄3岁。51例患儿中急性淋巴细胞白血病(acute lymphoblastic leukemia，ALL)39例，急性髓细胞白血病(acute myeloid leukemia，AML)12例。参照袁新宇等[7]的年龄分组标准，将51例患者分为2组：0～5岁组24例，>6岁组27例。另随机选择无血液系统疾病史及椎体肿瘤疾病史的患儿30例作为正常对照组，其中男16例，女14例；年龄0.4～14岁，中位年龄4岁。按年龄分为0～5岁组18例，>6岁组12例。本研究经医学伦理委员会批准。

1.2 纳入与排除标准 纳入标准：(1)所有患儿经骨穿结果证实为急性白血病；(2)MRI检查前未行手术、放化疗、介入等相关治疗；(3)MRI检查时间与骨穿活检时间相差不超过48 h。排除标准：(1)脊椎椎体存在其他病变，如肿瘤、炎症或外伤等；(2)无骨髓穿刺活检病理结果；(3)DWI及ADC图伪影较重影响测量。

1.3 方法 应用Philips Achieva 1.5 T双梯度超导MR成像设备，不能合作的小儿在扫描前30 min给予 10% 水合氯醛液0.5～1 ml/kg灌肠镇静。采用5通道相控阵脊柱线圈。MRI 扫描序列包括腰椎矢状位T1WI：TR 400 ms，TE 8 ms；T2WI：TR 3 000 ms，TE 120 ms；脂肪抑制短时反转恢复序列(STIR)：TR 4 265 ms，TI 165 ms，TE 80 ms。层厚2.5 mm，层间距1 mm。矢状位DWI序列采用单次激发回波平面成像(SS-EPI)序列扫描，b值选择0和600 s/mm2，TR 910 ms，TE 61 ms，层厚3.5 mm，层间距1 mm，NSA=4。

1.4 图像分析及数据采集

1.4.1 常规MRI图像分析：MRI图像由2位高年资影像科医生共同分析，对急性白血病组、正常对照组骨髓信号进行观察，意见不统一时，协商达到一致。根据儿童脊柱椎体磁共振信号特点并参考既往文献的分类方法[7]，研究椎体骨髓T1信号变化，并对研究组椎体信号采用四型分法：Ⅰ型表现为整个椎体均匀低信号；Ⅱ型表现为椎体中央带水平方向条状高信号影；Ⅲ型表现为椎体后部斑片状高信号影；Ⅳ型表现为椎体内弥漫分布的点状或斑片状高信号影。

1.4.2 感兴趣区(ROI)的选择：将原始数据传至Extended MR WorkSpace 2.6.3.3工作站，利用自带软件在T1、T2、STIR、DWI及ADC序列上进行测量，取椎体矢状位中心层面，测量第2～4腰椎椎体，兴趣区尽可能大，但不包括骨皮质、椎间盘及周围韧带，且同1个患者的每个椎体的测量都应保持ROI大小尽量保持一致或相近。

1.4.3 测量数据：测量T1信号强度(ST1)、T2信号强度(ST2)、STIR信号强度(SSTIR)。测量b=600时的DWI信号强度SDWI，结合基础像(b=0)重组ADC图像，测量ADC值。

2 结果

2.1 白血病组与正常对照组腰椎T1WI信号类型分布比较 急性白血病组腰椎以I型弥漫性低信号为主要类型，低信号与相应背侧肌组织信号基本一致，共49例，弥漫性低信号伴不规则斑片状稍高信号1例，中央带状稍高信号1例；正常对照组椎体信号类型主要为Ⅱ和Ⅳ型，2组间比较差异有统计学意义(P<0.05)。见表1，图1、2。

表1 腰椎骨髓MRI信号类型分布 例

图1 男，6岁，临床诊断ALL；A T1WI显示腰椎椎体呈弥漫低信号，为Ⅰ型；B DWI(b=600)示腰椎椎体信号增高；C相应ADC图

图2 女，4岁，临床诊断便秘；A T1WI显示腰椎椎体中央带状高信号，为Ⅱ型；B腰椎DWI示椎体中央低信号，上下缘为等信号；C相应ADC图

2.2 白血病组与正常对照组不同年龄组间各测量值比较 急性白血病组各测量值不同年龄组间差异无统计学意义(P>0.05)。正常对照组ST1、ST2两年龄组间差异有统计学意义(P=0.013；P=0.019)，≥6岁组数值高于0～5岁组，其余各测量值2个年龄组间差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2 白血病组与正常对照组各测量值不同年龄组间比较

2.3 白血病组与正常对照组各测量值间比较

2.3.1 白血病组与正常对照组ST1、ST2、SSTIR的差异：白血病组与正常对照组不同年龄组间ST1及ST2差异有统计学意义(P<0.05)，白血病组ST1、ST2均低于正常组。SSTIR白血病组与正常对照组2组间差异无统计学意义(P>0.05)。见表3。

表3 白血病组与正常对照组ST1、ST2、SSTIR值差异比较

2.3.2 白血病组与正常对照组椎体SDWI及ADC值比较：SDWI 2组间比较，差异有统计学意义(P<0.05)，ADC值比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表4。

表4 白血病组与正常对照组SDWI、ADC值差异比较

2.4 各测量数值与骨髓原幼细胞百分比(B%)、ST1与SDWI间的相关性分析 骨髓原幼细胞百分比不符合正态性分布，选用Spearman相关分析，白血病组各测量值ST1、ST2、SDWI、ADC与B%之间无明显相关(P>0.05)。经分析，ST1与SDWI间相关系数呈负相关(r=-0.484，P=0.022)。

3 讨论

3.1 骨髓的组成及MRI表现 骨髓依功能不同，分为红骨髓和黄骨髓。红骨髓以造血组织为主，含丰富树枝状静脉窦系统，包含大约40%水、40%脂肪和20%蛋白质；而黄骨髓以脂肪组织为主，包含15%水、80%脂肪和5%蛋白质。新生儿骨髓全是红骨髓，自出生后2个月开始逐渐黄骨髓化，最大的生理性骨髓成分变化发生在婴儿期和儿童期，虽然这种成熟过程在整个成年期持续进行，但它的发生速度要慢得多[8]，到25岁左右达到成人型骨髓分布。伴随骨髓的生理和各种病理过程，骨髓内水分含量及脂肪含量呈逆相关系[9]。脊柱骨髓转换是从椎体中心开始，自下腰部向上发展，生后6个月时即可见到腰椎椎体中心出现黄骨髓脂肪信号，随年龄增长脂肪信号不断扩大和明显，这与本研究结果一致。MRI能从宏观上直接反映骨髓脂肪和细胞成分变化，有较高的灵敏度[10]。

关于正常人脊柱椎体MRI表现有多种分型方法[7,11-13]，在本文中将腰椎骨髓MRI信号分为四型，新生儿期表现为椎体内均匀一致的T1WI低信号，部分伴椎体中央带状更低信号，随年龄增大，椎体T1信号逐渐增高，由不均匀高低混杂信号逐渐向均匀高信号转变。本研究结果与袁新宇等[7]的研究结果有相同之处，也有不同之处，后者研究认为6～10岁组椎体信号主要为Ⅳ型，考虑这可能与>6岁组病例数偏少或年龄分布不均有关，有待增加样本量继续研究。

急性白血病骨髓浸润后，骨髓中脂肪成分减少，本组病例中，以I型T1WI信号弥漫性减低表现为主，这与文献中报道[14]一致，1例表现为大部弥漫减低信号内伴斑片状稍短T1信号，考虑残存少许黄骨髓组织。白血病组T1WI及T2WI信号强度2年龄组间无差异(P>0.05)，说明白血病细胞替代正常组织，正常造血受抑制，与年龄无明显相关，椎体信号弥漫性减低，且白血病组T1WI及T2WI信号强度均低于正常对照组，STIR序列信号强度2组间无差异，说明脂肪信号被抑制后，白血病组椎体信号强度与正常组基本一致。另有研究认为白血病时椎体含水量增加，导致椎体STIR信号增高[9]，这与本研究结果不一致，对比发现，本研究中研究组与对照组年龄均偏小，考虑小年龄儿童骨髓本身含水量较多，脂肪含量少，脂肪抑制后，信号增高不太明显，这一结果有待以后继续研究。

3.2 白血病腰椎骨髓的DWI及ADC值表现 DWI序列能反映人体组织中水分子的微观运动。ADC值可以定量反映水分子的运动能力，为疾病的治疗随访及预后评估提供了定量信息[15]。有研究表明，正常骨髓的 ADC值<0.5×10-3mm2/s,红骨髓的 ADC值高于黄骨髓[16]。本组研究中，正常对照组ADC值为0.575×10-3mm2/s，高于文献报道[16]，分析原因可能是本组对象均为儿童，红骨髓比例相对较大，而红骨髓中水分子较黄骨髓中水分子含量多。

本研究中白血病组ADC值与正常对照组ADC值无明显差异，这一结论与部分文献也有不同。有文献认为正常骨髓被异常增殖的肿瘤细胞所取代，骨髓中细胞密度增大，水分子的运动受限、扩散能力减低，ADC值变小[17,18]。而有文献对白血病儿童腰椎骨髓的研究认为病变椎体的ADC值高于对照组正常椎体，分析原因考虑可能是由于白血病细胞浸润，肿瘤内水含量增高，亦可能是由于白血病细胞增生、浸润，并处于高代谢状态，病变组织血管通透性高于正常组织，导致细胞外水分子比率增加，细胞内外水分子通透性增加，扩散运动较正常组织增加[19]。

有研究认为ADC与骨髓细胞的相关性是双向的，随着黄骨髓逐渐被红骨髓和或肿瘤细胞取代，高b值的DWI信号强度和ADC值最初会增加，而一旦骨髓中所有脂肪细胞都被替换，增加的骨髓细胞数会导致ADC值降低，但高b值的DWI信号强度会持续增加[20]，因此，与ADC值比较，高b值图像的信号强度变化更真实的反映了细胞结构的变化。这一观点与本研究结果一致。

3.3 骨髓原幼细胞百分比的相关性分析 有文献认为腰椎T1值的大小在一定程度上反映病理性原幼细胞浸润骨髓的程度和反映外周血未成熟细胞的百分比[21]。亦有研究发现骨髓T1信号强度比与骨髓内幼稚细胞比有线性负相关[22]。另有文献提出急性淋巴性白血病T1值与骨髓的外周血细胞计数、骨髓增生程度及骨髓内幼稚细胞数目无相关性，而急性髓细胞白血病的T1值与骨髓的增生程度及幼稚细胞数目有相关性[23]。在本研究中白血病组各测量值ST1、ST2、SDWI、ADC值与骨髓原幼细胞百分比(B%)之间无明显相关性。ST1与SDWI之间呈负相关，说明T1信号强度越低，DWI序列信号越高，提示椎体白血病细胞浸润，但因与原幼细胞百分比之间的关系尚不确定，因此无法直接预测浸润程度。

综上所述，MRI常规序列及DWI序列观察急性白血病骨髓信号强度直观、简单易行，为临床诊断及观察治疗后疗效提供一定依据，但通过定量诊断技术分析骨髓组织成分变化等微观方面还有待于更多的基础和临床研究，如近几年研究较多的影像组学[24]，通过在影像图像中提取特征，进行定量数据分析，综合评价白血病细胞骨髓浸润所导致的异常信号改变，为疾病评估提供客观参考价值。