3.0 T MRI水-脂分離Dixon技術鑒別良惡性椎體壓縮性骨折的價值

樊秋菊 ，于 楠 ，胡延靜 ，曹 媛 ，于 勇 ，譚 輝 ，王少彧 ，薛 育

（1.陜西中醫藥大學附屬醫院影像科，陜西 咸陽 712000；2.陜西中醫藥大學基礎醫學與醫學技術學院，陜西 咸陽 712000；3.西門子醫療系統有限公司磁共振事業部，上海 200000）

椎體壓縮性骨折是臨床常見病、多發病，主要由骨質疏松癥、外傷、原發性腫瘤及轉移瘤等所致，其中1/3為惡性腫瘤所致［1］。目前對無明顯臨床或影像學表現提示為惡性腫瘤所致椎體壓縮性骨折的鑒別診斷是一個難題。隨著MRI的發展，其已成為骨髓疾病的首選檢查方式。常規MRI技術，如T1WI、T2WI和STIR對鑒別骨質疏松或惡性腫瘤轉移引起的信號改變具有較高的敏感度，但特異度較低［2］。正常的中軸骨造血細胞包括脂肪和水成分（紅骨髓脂肪含量約40%，黃骨髓脂肪含量約80%）。近年來，水-脂分離Dixon技術成功用于分析含脂性組織或病灶，如脂肪肝、腎上腺、腎臟等［3-6］，為椎體良惡性病變的鑒別診斷提供了新的手段。但關于Dixon技術在脊柱良惡性壓縮骨折鑒別診斷中的價值報道尚不多見。本研究回顧性分析76例椎體壓縮骨折患者，探討水-脂分離Dxion技術對良惡性椎體壓縮性骨折的鑒別診斷價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2016年8月至2017年1月陜西中醫藥大學附屬醫院收治的因椎體壓縮性骨折接受CT掃描且難以確診的患者76例，其中男35例，女 41 例；年齡 28～82 歲，平均（64.3±11.5）歲。 納入標準：年齡＞18歲；病程＜3個月的急性或亞急性椎體骨折；排除成骨性轉移、彌漫性血液系統疾病、MRI檢查禁忌證及不能配合檢查者。所有患者經3個月以上CT或MRI隨訪、PET-CT證實、組織學活檢明確骨折原因。隨訪時間內患者疼痛逐漸減輕、完全消退和椎體骨質破壞未進展被診斷為良性壓縮骨折。根據臨床隨訪或病理結果，將患者分為良性組和惡性組，其中良性組43例（35例骨質疏松性骨折，5例創傷性骨折，3例感染性骨折；年齡28～76歲），其中頸椎3例，胸椎22例，腰椎18例；6例經穿刺活檢確診，22例經MRI隨訪（疼痛、水腫消失，排除惡性腫瘤骨折椎體的形態學特征）證實，15例經CT隨訪（疼痛消失、無惡性腫瘤進展的形態學征象）證實。惡性組33例（28例轉移性骨折；原發腫瘤包括肺癌11例，乳腺癌7例，食管癌4例，結腸癌、腎癌和前列腺癌各2例，3例非霍奇金淋巴瘤，2例多發性骨髓瘤；年齡34～82歲），其中頸椎3例，胸椎 16例，腰椎14例；6例經穿刺活檢確診，22例經MRI隨訪證實（疼痛消失、水腫消失，排除惡性腫瘤骨折椎體的形態學特征），5例經CT隨訪證實（疼痛消失、無惡性腫瘤進展的形態學征象）。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Magnetom Skyra 3.0 TMRI掃描儀，16通道相控陣脊柱線圈?；颊呷⊙雠P位。掃描序列及參數：自旋回波矢狀位T1WI（TR 433.00 ms，TE 8.70 ms）、快速自旋回波矢狀位 T2WI（TR 4 000.00 ms，TE 110.00 ms）、矢狀位 STIR（TR 4 230.00 ms，TE 98.00 ms，TI 180.00 ms），矩陣 320×256，層厚4 mm；T1加權三維容積內插屏氣檢查雙回波 Dixon 序列，TR 4.00 ms，TE 1.31 ms和 4.00 ms，翻轉角 10°，矩陣 320×256，層厚 4 mm，層距 1 mm，掃描時間16 s。

1.3 圖像分析 Dixon技術采用雙回波序列成像，將同相位與反相位2種圖像信息相減或相加后再除以2，可獲得同一層面相互匹配的同相位、反相位、純水相及純脂相4幅圖像，便于4種圖像間的對照研究。將獲得的MRI圖像傳輸至Siemens syngo.via工作站，由2名具有5年以上骨關節病變診斷經驗的放射科醫師采用雙盲法閱片，意見不一致時，經討論達成一致。在良性組及惡性組同相位、反相位、純水相及純脂相4幅圖中選取椎體病變范圍最大層面，繪制 ROI，應完全避開出血、壞死、囊變及鈣化區域。選擇經過病變鄰近正常椎體正中矢狀位圖像，手動繪制ROI，包括整個椎體的松質骨部分，避開椎靜脈入口及皮質骨等。為減少測量誤差，需測量3次取平均值。計算病變椎體信號強度指數（signal intensity ratio，SIR）及脂肪分數（fat fraction，FF）［2］，公式如下：SIR=SIOP/SIIP，FF=SIFO/（SIWO+SIFO）×100%，SIOP、SIIP、SIWO、SIFO分別為反相位、同相位、純水相、純脂相的信號強度。

1.4 統計學分析 采用SPSS 19.0統計軟件，對符合正態分布的計量資料以±s表示。2名測量者間各參數的一致性檢驗采用組內相關系數（intraclass correlation coefficient，ICC）分析：0 為不一致，0.01～0.20為一致性弱，0.21～0.40為輕度一致，0.41～0.60為中度一致，0.61～0.80為一致性較好，0.81～0.99為幾乎一致，1.00為完全一致。以病理及臨床隨訪證實作為金標準，計算應用Dixon技術診斷良惡性椎體壓縮性骨折的敏感度、特異度、準確率、陽性預測值及陰性預測值；良性組與惡性組之間SIR和FF的比較采用獨立樣本t檢驗，并繪制ROC曲線，確定SIR、FF鑒別診斷閾值及曲線下面積（area under curve，AUC）。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 良性組與惡性組正常及病變椎體的SIR、FF值結果比較（表1，圖1，2） 2名觀察者所測得SIR和FF值一致性好（ICC值均＞0.8），取兩者的均值。良性組與惡性組正常椎體的SIR及FF值組間比較差異均無統計學意義（均P＞0.05）。良性組SIR顯著低于惡性組（P＜0.01），FF 值顯著高于惡性組（P＜0.01）。

2.2 良性組及惡性組SIR及FF值ROC曲線分析繪制SIR及FF值對良惡性椎體壓縮性骨折的診斷效能ROC曲線（圖3），SIR鑒別良惡性椎體壓縮性骨折的AUC為0.88，最佳鑒別閾值為0.86；FF鑒別良惡性椎體壓縮性骨折的AUC為0.79，最佳鑒別閾值為12.75%。

3 討論

椎體壓縮性骨折病因性質的鑒別是臨床常見問題，尤其對于傾向骨質疏松壓縮性骨折的老年患者，正確診斷有助于治療方式的選擇和預后評估。研究報道［7-8］某些形態學特征可能有助于鑒別骨折性質，骨質疏松性椎體骨折的形態學特征包括骨折片、殘留骨髓信號、STIR高信號和T1WI增強掃描無強化等；惡性椎體骨折的形態學特征包括椎體后緣皮質膨脹、硬膜外占位性病變、椎弓根破壞、T1WI彌漫性低信號、STIR呈高信號和T1WI對比增強掃描顯示強化等，但均缺乏特異性。

表1 椎體壓縮性骨折良性組、惡性組的信號強度指數（SIR）、脂肪分數（FF）比較（±s）

表1 椎體壓縮性骨折良性組、惡性組的信號強度指數（SIR）、脂肪分數（FF）比較（±s）

組別 例數良性組 43惡性組 33 t值P值正常椎體SIR 正常椎體FF（%） 病變椎體SIR 病變椎體FF（%）0.95±0.23 68.52±17.68 0.72±0.28 27.43±6.77 1.02±0.26 72.23±21.16 1.38±0.21 11.88±4.23 0.78 1.30 -8.44 4.96 0.45 0.20 0.00 0.00

研究［9］表明，骨骼病變中存在脂肪，則高度提示良性病變。Dixon技術最初由Dixon在1984年提出［10］，利用化學位移效應在常規自旋回波序列基礎上，通過調整不同的回波時間，采集同相位與反相位圖。Douis等［11］使用化學位移反相位信號減低20%鑒別良惡性骨骼病變，靈敏度91.7%，特異度72.7%，陰性預測值97.1%，陽性預測值47.8%，準確率82.5%。本研究Dixon技術采用雙回波序列成像，TE分別為1.31和4 ms，掃描速度快（16 s），將同相位與反相位2種圖像信息相減或相加后再除以2，獲得同一層面相互匹配的同相位、反相位、純水相及純脂相4幅圖像，用于對照研究。水-脂分離Dixon技術由于具有分離脂肪組織迅速、兼容性較廣、SNR較高和可定量檢測脂肪組織等優點，已被廣泛應用于研究含脂性組織或病灶，如脂肪肝、腎上腺、腎臟等［3-6］。近年來，Dixon技術較多應用于骨質疏松的評價中［12］。

在惡性椎體壓縮性骨折中，腫瘤細胞取代了正常的骨髓組織和脂肪成分，而脂肪成分在良性病變中仍存在，此為椎體良惡性病變鑒別診斷的病理依據。林帆等［13］研究發現，反相位信號強度隨著脂肪含量的增加而降低。與同相位圖像相比，脂肪的存在將導致反相位圖像上的信號損失［14］。本研究采用反相位與同相位的比值計算病變椎體SIR，結果顯示良性組 SIR（0.72±0.28）顯著低于惡性組（1.38±0.21）（P＜0.01）。良性壓縮骨折，如骨質疏松、創傷或終板炎等，主要由于充血水腫，脂肪發生漂移，導致脂肪比例下降，反相位信號強度降低程度增加，SIR降低；惡性壓縮骨折（主要為轉移瘤所致），正常椎體組織基本被腫瘤組織所替代，脂肪比例明顯下降，反相位信號強度降低不明顯，SIR值增加；且SIR值為0.86時鑒別骨質疏松與轉移瘤壓縮骨折的靈敏度、特異度較高，此結論與Ragab等［15］研究相符合。

本研究采用雙回波水-脂分離Dixon技術，較化學位移成像增加了脂相及水相2個序列，能夠更精確定量病變中脂肪含量。1H-MRS可無創性定量檢測腰椎骨髓脂肪含量，但也存在局限性，主要是掃描時間長，且骨髓組織內脂肪常分布不均勻［16］。張靈艷等［16］通過對68例骨量正常組和骨質疏松組腰椎椎體分別行1H-MRS和正反相位MRI檢查，發現兩者均能提供骨髓脂肪沉積定量信息，且Dixon可行全腰椎成像，避免因某一椎體內脂肪分布不均勻而造成的MRS分析誤差。本研究顯示，良性組FF值（27.43±6.77）%顯著高于惡性組（11.88±4.23）%（P＜0.01）。

圖1 女，69歲，骨質疏松癥 圖1a～1d 分別為同相位、反相位、純水相及純脂相圖像。T10和L1（箭頭）示椎體壓縮變扁呈楔形。選取病變椎體病變范圍最大層面，手工劃定ROI（○），測量病變區域信號強度，T10的信號強度指數（SIR）和脂肪分數（FF）值分別為0.34、32.63% 圖2 男，65歲，肺癌 圖2a～2d 分別為同相位、反相位、純水相及純脂相圖像。L3～5椎體形態變扁，呈多發性浸潤性病變（箭頭）。選取L3椎體同一層面測量病變區域（○）信號強度，SIR和FF值分別為1.28、10.83% 圖3 SIR和FF對椎體骨折性質的診斷效能ROC曲線。FF和SIR的曲線下面積分別為0.79和0.88，診斷良惡性椎體壓縮性骨折的最佳閾值分別為12.75%和0.86

本研究，43例良性椎體壓縮性骨折中，8例經Dixon診斷為假陽性，其中4例為嚴重外傷所致椎體重度壓縮性骨折，2例為感染所致，2例為骨質疏松性骨折。推測可能由于廣泛水腫，使骨髓脂肪發生漂移，被血腫或炎性細胞代替，使SIR升高，FF降低，最終被診斷為惡性，這與Rumpel等［17-18］研究結果相似。33例惡性椎體壓縮性骨折中，5例診斷為假陰性，主要為淋巴瘤和骨髓瘤，這是由于其浸潤性生長方式，可保留骨小梁，因此可顯示惡性細胞與殘余脂肪［19］，使 SIR 降低，FF 升高，最終被診斷為良性。

本研究的局限性：①轉移性椎體骨折來源于不同類型的原發性腫瘤，且未根據原發惡性腫瘤進行分組，可能導致不同信號差異；②成骨性與溶骨性轉移的病理也存在差異，因此，本研究排除成骨性轉移，入組轉移性椎體骨折均以溶骨性轉移為主，后續將以成骨性轉移納入作為研究方向之一；③多數診斷是基于臨床和影像學證據，通過活檢證實骨折性質在臨床不常規進行。

綜上所述，通過3.0 T MRI水-脂分離Dixon技術可定量測定椎體的SIR和脂肪含量的變化，對于椎體骨折性質的診斷和鑒別診斷具有重要價值。