張嘉，陶海波，丁瑩瑩，李梅，孫詩昀，李曼竹，李鹍

0 引言

骨是惡性腫瘤最常見的轉(zhuǎn)移部位之一，椎體轉(zhuǎn)移在骨轉(zhuǎn)移中發(fā)生率較高，常會導(dǎo)致病理性骨折、脊髓壓迫等惡性相關(guān)事件，早期診斷椎體轉(zhuǎn)移對于腫瘤患者具有至關(guān)重要的意義。轉(zhuǎn)移椎體在病理組織學(xué)上表現(xiàn)為腫瘤組織取代了正常骨髓脂肪，從而使椎體脂肪含量下降[1]，因此定量分析骨髓脂肪對于診斷椎體轉(zhuǎn)移瘤具有重要意義[2]。MRI是一項客觀、敏感、無創(chuàng)評價骨髓的影像學(xué)檢查技術(shù)[3]。隨著MRI技術(shù)的發(fā)展，改良DIXON定量技術(shù)（modified dixon quantification,mDIXON Quant）作為定量分析脂肪含量的新技術(shù)，為椎體病變的分析提供新方法。本研究旨在探討MRI mDIXON Quant 技術(shù)對轉(zhuǎn)移椎體定性評價的診斷效能，評估脂肪分?jǐn)?shù)（fat fraction,FF）定量分析椎體轉(zhuǎn)移瘤的臨床價值，為椎體轉(zhuǎn)移瘤的診斷提供新思路及新方法，為后續(xù)的研究提供基礎(chǔ)支撐。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2019年4月—2020年1月在昆明醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院確診為惡性腫瘤并胸腰椎椎體轉(zhuǎn)移的患者152例，其中男64例、女88例；年齡32～85歲，中位年齡55.3歲。入組患者原發(fā)腫瘤包括肺癌56例、乳腺癌34例、前列腺癌17例、肝癌14例、宮頸癌6例、其他惡性腫瘤25例。所有患者臨床資料完整，均簽署知情同意書。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）具有非骨原發(fā)惡性腫瘤病史；（2）患者接受MRI mDIXON Quant序列及T1WI壓脂增強(qiáng)檢查；（3）掃描序列完整，圖像清晰，符合診斷標(biāo)準(zhǔn)。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）合并有血液系統(tǒng)疾病、骨代謝性疾病患者，如多發(fā)性骨髓瘤等；（2）有手術(shù)、創(chuàng)傷、炎性反應(yīng)等病變椎體；（3）有MRI檢查禁忌證及不能配合檢查者。

1.2 診斷標(biāo)準(zhǔn)

椎體轉(zhuǎn)移瘤診斷標(biāo)準(zhǔn)（滿足以下三條中任意一條）：（1）經(jīng)手術(shù)或穿刺活檢，具有病理學(xué)依據(jù)；（2）有明確惡性腫瘤病史，結(jié)合多種影像學(xué)檢查及臨床病史診斷為椎體轉(zhuǎn)移瘤；（3）隨訪半年，影像學(xué)檢查提示病灶范圍增大或臨床抗腫瘤治療后病灶體積縮小。

1.3 MRI掃描設(shè)備及參數(shù)

采用Philips Ingenia 3.0T MRI掃描儀，患者取仰臥位，使用dS Base線圈及dS Posterior線圈進(jìn)行采集，主要掃描序列包括T1WI平掃、STIR、mDIXON Quant、T1WI壓脂增強(qiáng)，掃描參數(shù)見表1，采用高壓注射器經(jīng)肘前靜脈注射釓貝葡胺對比劑，劑量為0.1 mmol/kg。

表1 磁共振掃描序列參數(shù)Table 1 Parameters of MRI scan sequence

1.4 圖像分析

1.4.1 圖像定性評價 mDIXON Quant序列掃描完成后自動生成水圖、脂肪圖、FF圖、T2*圖，經(jīng)后處理軟件（IntelliSpace Portal v6.0.5.03900,Philips）顏色編碼后生成FF偽彩圖，見圖1～2。由兩位具有5年以上肌骨影像診斷經(jīng)驗的醫(yī)師分別對T1WI平掃、FF圖像進(jìn)行定性分析，評估每例患者是否存在椎體轉(zhuǎn)移瘤，記錄轉(zhuǎn)移椎體數(shù)目及位置，記錄結(jié)果共同協(xié)商。

圖1 1例肝癌并骨轉(zhuǎn)移患者的MRI圖像Figure 1 MRI images of a patient with liver cancer and bone metastases

圖2 1例乳腺癌并骨轉(zhuǎn)移患者的MRI圖像Figure 2 MRI images of a patient with breast cancer and bone metastases

由另外兩位具有10年以上肌骨影像診斷經(jīng)驗的醫(yī)師結(jié)合患者臨床資料、穿刺結(jié)果及多種影像學(xué)檢查分析，明確每例患者椎體轉(zhuǎn)移瘤個數(shù)及位置。

1.4.2 mDIXON Quant FF值定量分析 兩位具有5年以上肌骨影像診斷經(jīng)驗的醫(yī)師共同協(xié)商對FF圖像中椎體轉(zhuǎn)移瘤與正常椎體進(jìn)行定量分析。T1WI增強(qiáng)圖像顯示病灶范圍作為勾畫ROI的參考依據(jù)；在FF圖像上手動勾畫ROI（面積大于0.5 cm2），最大范圍的包括整個轉(zhuǎn)移灶，盡量避開骨皮質(zhì)、椎基靜脈，測量三次取其平均值。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

運(yùn)用SPSS23.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。對符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，采用獨(dú)立樣本t檢驗比較兩組間差異；不符合正態(tài)分布的計量資料以中位數(shù)±四分位間距（M±Q）表示，采用非參數(shù)秩和檢驗比較兩組間差異；計數(shù)資料以例數(shù)、百分?jǐn)?shù)表示。計算T1WI平掃、FF圖像定性評估椎體轉(zhuǎn)移瘤的敏感度、特異性、假陽性率、假陰性率、陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值及準(zhǔn)確性。采用ROC曲線分析FF值對于診斷椎體轉(zhuǎn)移瘤的應(yīng)用價值，計算AUC及最佳臨界值。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

共納入152例患者，2352個椎體，其中胸椎1691個、腰椎661個。

2.1 mDIXON Quant FF圖像定性評估

T1WI平掃及FF圖像診斷椎體轉(zhuǎn)移瘤的診斷效能見表2；結(jié)果顯示FF圖像診斷椎體轉(zhuǎn)移瘤的敏感度、假陽性率、假陰性率、陰性預(yù)測值、準(zhǔn)確性優(yōu)于T1WI平掃。

表2 MRI T1WI平掃及FF圖像定性評價椎體轉(zhuǎn)移瘤的診斷效能Table 2 Diagnostic efficacy of MRI T1WI and FF images for vertebral metastases

2.2 mDIXON Quant FF值定量評估

椎體轉(zhuǎn)移瘤與正常椎體FF值比較結(jié)果見表3，結(jié)果顯示椎體轉(zhuǎn)移瘤FF值明顯低于正常椎體FF值，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（Z=-21.792,P＜0.001）。

表3 椎體轉(zhuǎn)移瘤與正常椎體mDIXON Quant FF值比較Table 3 Comparison of mDIXON Quant FF value between vertebral metastases and normal vertebral bodies

不同性別組、年齡組、骨質(zhì)破壞類型、椎體部位FF值比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05），見表4。

表4 不同組別椎體轉(zhuǎn)移瘤FF值比較Table 4 Comparison of FF values of vertebral metastasis among different groups

FF值診斷椎體轉(zhuǎn)移瘤ROC曲線下面積為0.987（95%CI:0.977～0.997），當(dāng)FF值為9.87%時，敏感度99.6%，特異性92.0%，見圖3。

圖3 mDIXON Quant FF值的ROC曲線Figure 3 ROC curve of mDIXON Quant FF value

3 討論

骨髓主要含三大成分：礦化的骨質(zhì)基質(zhì)、紅骨髓及黃骨髓。紅骨髓造血活躍，黃骨髓大部分不造血，紅、黃骨髓之間可相互轉(zhuǎn)換[4]。MRI具有良好的空間分辨率及對比分辨率，能清晰顯示骨髓信號及骨髓的變化。骨髓MRI信號主要取決于脂肪和造血細(xì)胞的比例，紅骨髓富含造血細(xì)胞（60%造血細(xì)胞和40%脂肪細(xì)胞），黃骨髓主要含脂肪（95%脂肪細(xì)胞和5%造血細(xì)胞）[5]。正常成年人椎體T1WI呈等信號，骨髓信號高于相鄰椎間盤，T2WI呈中等、稍高信號[6]。由于各種生理及病理性原因引起椎體骨髓脂肪含量發(fā)生變化，導(dǎo)致椎體信號多變。因此，評估骨髓脂肪含量及其變化對于骨病變尤其是骨腫瘤病變的診斷非常重要[7]。隨著MRI技術(shù)的發(fā)展，定性及定量分析骨腫瘤病變中的脂肪含量已取得巨大進(jìn)展。目前，MRI mDIXON Quant技術(shù)為科研及臨床診治提供一項高效、非侵入的定量評價工具。

mDIXON Quant是一項基于化學(xué)位移水脂分離的技術(shù)，糾正T2*信號衰減的影響，改進(jìn)脂肪多峰模型，提供水和脂肪的獨(dú)特分離[8]，使mDIXON Quant序列擁有高效的采集速度、出色的壓脂效果以及精確的脂肪定量等特點(diǎn)，被推薦應(yīng)用于臨床[9]。基于顏色編碼生成FF偽彩圖中，正常成年人椎體因富含脂肪呈橘紅色，顏色由橘紅色向深藍(lán)色的過渡，代表著脂肪含量由高向低變化，提示骨髓脂肪減低、消失。已有研究表明運(yùn)用mDIXON Quant技術(shù)測定椎體脂肪含量具有較高的可靠性和可重復(fù)性[10]，主要用于骨質(zhì)疏松[11]研究中。

目前，利用FF圖像對轉(zhuǎn)移椎體的定性研究較少。本研究結(jié)果顯示FF圖像診斷轉(zhuǎn)移椎體的敏感度、假陽性率、假陰性率、陰性預(yù)測值、準(zhǔn)確性優(yōu)于T1WI平掃，說明FF圖像定性評價轉(zhuǎn)移椎體具有較高的診斷效能。原因可能是平掃T1WI視覺定性評估椎體轉(zhuǎn)移瘤，需將T1WI顯示為低信號的轉(zhuǎn)移灶與骨骼肌信號相對比，存在一定主觀性[8]；隨著年齡、應(yīng)激狀態(tài)的改變，紅黃骨髓之間相互轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致骨髓在T1WI上信號多樣，對于低信號轉(zhuǎn)移灶的檢出具有一定難度。但FF圖像通過彩色編碼后，色彩形成鮮明對比，可根據(jù)顏色的差異及變化，直觀判斷骨髓脂肪的含量，更清晰地顯示病變。在臨床工作中，mDIXON Quant是一種快速高效成像技術(shù)，一次掃描可獲得40幅FF圖像，與常規(guī)MRI相比，掃描時間更短并降低了部分容積效應(yīng)的影響，提高了病變的檢出率。由于mDIXON Quant技術(shù)對椎體轉(zhuǎn)移瘤具有較高的診斷效能，當(dāng)患者M(jìn)RI增強(qiáng)對比劑禁忌時，可輔以此序列為患者診斷椎體轉(zhuǎn)移瘤提供參考。

本研究FF圖像定性評價椎體轉(zhuǎn)移瘤中，發(fā)現(xiàn)40個椎體為假陽性，假陽性率為3.03%，74個椎體為假陰性，假陰性率7.18%。假陽性病灶包括椎體邊緣不典型血管瘤、許莫式結(jié)節(jié)并周圍水腫、嚴(yán)重外傷導(dǎo)致的壓縮性骨折并周圍水腫等良性病變，由于上述病變區(qū)域的骨髓脂肪被替代或骨折后骨髓脂肪發(fā)生漂移[12]，致病變區(qū)域骨髓脂肪含量減少，F(xiàn)F偽彩圖顯示顏色類似于轉(zhuǎn)移瘤，造成假陽性灶。假陰性病灶主要包括一些較小的轉(zhuǎn)移灶、部分成骨性轉(zhuǎn)移瘤及具有原發(fā)腫瘤病史患者經(jīng)放化療后繼發(fā)的椎體轉(zhuǎn)移灶。當(dāng)小的骨轉(zhuǎn)移灶隱匿在椎體邊緣凹陷的終板下，骨髓脂肪含量發(fā)生變化，區(qū)分轉(zhuǎn)移灶與其他良性病變存在困難，這需要在今后的研究中擴(kuò)大樣本進(jìn)行研究。有研究發(fā)現(xiàn)放化療會抑制骨髓造血功能，導(dǎo)致紅骨髓減少，黃骨髓增加[13]，椎體內(nèi)骨髓脂肪分布不均勻，當(dāng)椎體發(fā)生轉(zhuǎn)移瘤時，轉(zhuǎn)移瘤隱藏在其內(nèi)，造成假陰性。成骨性轉(zhuǎn)移瘤在形成腫瘤骨樣組織過程中，可保留骨小梁[14]，同時包含惡性腫瘤細(xì)胞與殘余脂肪，因此骨髓內(nèi)仍存在脂肪，以致FF偽彩圖與其他病變較難區(qū)分。在臨床工作中，我們發(fā)現(xiàn)骨島易被誤認(rèn)為成骨性轉(zhuǎn)移。骨島為骨松質(zhì)內(nèi)局限性骨質(zhì)的生長變異，或骨發(fā)育過程中的發(fā)育錯誤[15]，其骨質(zhì)含量較椎體轉(zhuǎn)移瘤的腫瘤樣骨組織高，二者脂肪含量存在差異，因此通過FF檢測脂肪含量的變化，可鑒別二者。

在椎體轉(zhuǎn)移瘤定量分析中，本研究結(jié)果顯示正常椎體的脂肪分?jǐn)?shù)為（42.79±21.02）%，與既往報道結(jié)果大致相符[16]。本研究椎體轉(zhuǎn)移瘤的脂肪分?jǐn)?shù)為（3.93±3.37）%，較正常椎體低，原因可能是當(dāng)惡性腫瘤引起骨轉(zhuǎn)移時，成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞功能失衡，腫瘤組織侵襲性增殖，完全或部分替代正常骨髓內(nèi)脂肪，使病變區(qū)域脂肪含量減低。Schmeel等[1]研究椎體惡性病變的PDFF值為（3.09±3.06）%明顯低于正常椎體PDFF值（50.51±14.69）%；張銀霞[17]研究表示溶骨性椎體轉(zhuǎn)移瘤脂肪含量低于正常椎體脂肪含量，本研究結(jié)果與既往研究結(jié)果一致，即椎體轉(zhuǎn)移瘤脂肪含量較正常椎體低。骨髓隨著年齡、性別、免疫狀態(tài)而動態(tài)變化，因此引起椎體中的紅黃骨髓分布不均勻，MR常規(guī)序列顯示信號異常，與椎體轉(zhuǎn)移瘤較難鑒別，本研究得出使用mDIXON Quant技術(shù)FF值可鑒別正常椎體與椎體轉(zhuǎn)移瘤，排除了椎體中紅黃骨髓再分布的干擾。研究還發(fā)現(xiàn)FF值可以作為一個獨(dú)立因素區(qū)分良惡性病變的顯著變量，并分別提出FF值可以鑒別椎體良惡性病變[8,18]。本文研究只針對椎體轉(zhuǎn)移瘤與正常椎體，今后我們將擴(kuò)大研究病種，為臨床診斷提供影像依據(jù)。

國內(nèi)外文獻(xiàn)研究顯示正常椎體在不同年齡、性別組脂肪含量存在差異[19]，但尚未在椎體轉(zhuǎn)移瘤進(jìn)行相關(guān)分組研究。本研究得出椎體轉(zhuǎn)移瘤FF值在不同年齡、性別組及不同椎體部位之間無統(tǒng)計學(xué)差異，間接表明測量椎體轉(zhuǎn)移瘤的FF值，數(shù)值相對穩(wěn)定，影響因素較少，并可以作為客觀參照。同時，本研究進(jìn)一步比較溶骨性與非溶骨性椎體轉(zhuǎn)移瘤FF值間的差異，結(jié)果顯示兩者之間無統(tǒng)計學(xué)差異。當(dāng)惡性腫瘤細(xì)胞經(jīng)血轉(zhuǎn)移至椎體時，先出現(xiàn)骨髓浸潤，隨后發(fā)生骨質(zhì)破壞[20]；對于不同類型骨質(zhì)破壞雖然產(chǎn)生機(jī)制不同，但本質(zhì)上都是由腫瘤細(xì)胞浸潤骨髓，替代正常骨髓，以至骨髓內(nèi)脂肪發(fā)生變化，這說明本研究中FF值不能鑒別溶骨性及非溶骨性椎體轉(zhuǎn)移，但目前沒有關(guān)于不同類型骨質(zhì)破壞間的FF值研究。

本研究存在一些不足之處：首先評閱者手動繪制ROI過程中，對于病灶邊緣的確定存在一定主觀性，可能會導(dǎo)致偏差；第二，不同原發(fā)惡性腫瘤間椎體轉(zhuǎn)移瘤是否存在差異，需進(jìn)一步擴(kuò)充樣本數(shù)。

綜上所述，mDIXON Quant作為一項快捷、無創(chuàng)的磁共振定量成像技術(shù)，可定量測定椎體的脂肪含量，對椎體轉(zhuǎn)移瘤具有較高的診斷效能，其中椎體轉(zhuǎn)移瘤中的脂肪分?jǐn)?shù)較正常椎體明顯減低。