多種數(shù)學(xué)模型擴散加權(quán)成像在骨腫瘤及腫瘤樣變鑒別診斷中的應(yīng)用.pdf

1、背景和目的
　　近年來，骨腫瘤及腫瘤樣變的發(fā)病率呈逐漸上升趨勢，且發(fā)病年齡不斷年輕化，其高峰年齡為15～19歲，其中兒童期（＜15歲）惡性骨腫瘤占小兒所有惡性腫瘤的比例高達6％，患者的生活質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，生命甚至受到威脅。由于惡性骨腫瘤和良性骨腫瘤及腫瘤樣變的處理方式截然不同，因此早期診斷并鑒別骨腫瘤性病變的良惡性對于制定適宜的治療方案、恰當(dāng)?shù)氖中g(shù)方法以及預(yù)后評估都非常重要。由于腫瘤內(nèi)部的不均質(zhì)性以及樣本取材部位的差異均可導(dǎo)致病

2、理結(jié)果的不同，而影像學(xué)檢查在骨腫瘤及腫瘤樣變的鑒別診斷、腫瘤分期評估以及腫瘤療效觀察和術(shù)后隨訪等方面均具有重要意義。
　　目前，已有許多磁共振技術(shù)應(yīng)用于骨肌系統(tǒng)疾病的研究之中，除了常規(guī)磁共振平掃和傳統(tǒng)的釓(Gd-DTPA)對比劑增強序列外，還包括擴散加權(quán)成像（diffusionweightedimaging，DWI）、磁敏感加權(quán)成像(susceptibilityweightedimaging，SWI)、磁共振波譜(magnetic

3、resonancespectroscopy,MRS)、擴散張量成像（diffusiontensorimaging，DTI）等高級磁共振成像技術(shù)。但迄今為止，上述技術(shù)均存在各自的不足，組織病理學(xué)檢查仍為骨腫瘤良惡性鑒別的“金標(biāo)準(zhǔn)”，故需探索良惡性骨腫瘤鑒別的無創(chuàng)性MRI新方法。
　　磁共振擴散加權(quán)成像利用活體生物組織中水分子的隨機位移運動（即布朗運動）進行無創(chuàng)性成像。因DWI對細胞密度、脂肪細胞和骨髓細胞的相對含量、水含量和骨髓灌注

4、均有較高的敏感度，已被越來越多地應(yīng)用于骨髓病變的評估。以往常采用單b值DWI的單指數(shù)模型(mono-exponentialmodel)和所獲得的表觀擴散系數(shù)（apparentdiffusioncoefficient，ADC）值對骨腫瘤進行分析，但由于單指數(shù)模型的ADC值整合了活體生物組織中真實擴散和假性灌注兩方面的信息，使其反映的組織擴散特征受到了毛細血管內(nèi)微循環(huán)影響。近年來提出的多b值DWI雙指數(shù)衰減模型，即體素內(nèi)不相干運動成像(in

5、travoxelincoherentmotion，IVIM)，將生物組織真實的水分子擴散和毛細血管內(nèi)的微循環(huán)灌注分離開來，同時反應(yīng)出生物組織的細胞構(gòu)成以及灌注方面信息，使測量數(shù)據(jù)更接近生物組織實際擴散值。多b值DWI另一個數(shù)學(xué)模型為拉伸指數(shù)模型，其通過描述體素內(nèi)水分子的分布擴散指數(shù)（distributeddiffusioncoefficient,DDC）和擴散異質(zhì)性指數(shù)(theheterogeneityofintravoxeldiffu

6、sion，α)，反映出更多的組織生物學(xué)特征方面的信息。
　　本課題擬通過對骨腫瘤及腫瘤樣變的磁共振擴散加權(quán)成像的多種數(shù)學(xué)模型進行分析研究，探討DWI的單指數(shù)模型、雙指數(shù)模型以及拉伸指數(shù)模型在骨腫瘤及腫瘤樣變的診斷和鑒別診斷中的作用。
　　材料和方法
　　納入2012年10月至2013年12月間在鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院就診并行磁共振檢查的骨腫瘤及腫瘤樣變患者76例。行MRI檢查前所有病例均未行穿刺活檢、放化療或介入治療等影

7、響影像學(xué)表現(xiàn)的干預(yù)性措施，于MRI檢查后一周內(nèi)經(jīng)穿刺活檢或手術(shù)切除組織的病理學(xué)檢查證實。76例骨腫瘤中良性骨腫瘤及腫瘤樣病變30例，惡性骨腫瘤46例，其中男性47例，女性29例，中位年齡35.0歲（范圍:4～79歲）。
　　所有病人均在美國GE公司DiscoveryMR7503.0T超導(dǎo)型全身磁共振掃描儀上進行檢查，依次進行常規(guī)MRI平掃、單b值DWI和多b值DWI掃描。單b值DWI采用單次激發(fā)的自旋-平面回波(spinecho-

8、echoplannerimaging，SE-EPI)序列行橫軸位掃描，b值取0，800s/mm2。掃描同時獲得對應(yīng)的表觀擴散系數(shù)（apparentdiffusioncoefficient，ADC）圖。多b值DWI選取由0到800s/ram2的12個不同b值進行軸位掃描(0，30，50，100，150，200，300，400，500，600，700，800s/mm2)，通過后處理軟件分別對數(shù)據(jù)進行雙指數(shù)模型和拉伸指數(shù)模型的計算。雙指數(shù)模型

9、得到真實擴散系數(shù)（truediffusioncoefficient，D）、假性擴散系數(shù)(pseudo-diffusioncoefficient,D*)和灌注分?jǐn)?shù)（fractionofperfusion，f）三個參數(shù)。拉伸指數(shù)模型生成擴散分布指數(shù)(distributeddiffusioncoefficient，DDC)和擴散異質(zhì)性指數(shù)(waterdiffusionheterogeneityindex，α)兩個參數(shù)。通過在良惡性骨腫瘤及腫瘤

10、樣變的實質(zhì)區(qū)域選取感興趣區(qū)(ROI)比較DWI各指數(shù)模型中各個參數(shù)在良惡性鑒別中的價值。以患者自身正常骨髓腔作為對照，來定量分析水分子的擴散變化。
　　應(yīng)用SPSS17.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行分析。計量資料以(x)±s表示;P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。對良性骨腫瘤及腫瘤樣變組和惡性骨腫瘤組各參數(shù)值與患者自身正常骨髓腔各參數(shù)值，采用配對t檢驗進行均數(shù)的兩兩比較;對良性骨腫瘤及腫瘤樣變組和惡性骨腫瘤組各參數(shù)值，采用兩獨立樣本t檢

11、驗進行均數(shù)的比較。
　　利用受試者工作特性(receiveroperatorcharacteristic，ROC)曲線評價單指數(shù)模型、雙指數(shù)模型和拉伸指數(shù)模型各參數(shù)值的診斷效能和最佳診斷閾值。
　　結(jié)果
　　1、骨腫瘤及腫瘤樣變中的ADC、D和DDC值均有顯著統(tǒng)計學(xué)意義，且惡性骨腫瘤的ADC、D和DDC值低于良性骨腫瘤及腫瘤樣病變。在對良惡性骨腫瘤及腫瘤樣變的鑒別診斷中，D*、f和α值均無統(tǒng)計學(xué)意義。但病變組織與正常組

12、織間α值具有統(tǒng)計學(xué)意義，初步闡明α值可敏感反映組織異質(zhì)性。
　　2、在良惡性骨腫瘤及腫瘤樣變中，單指數(shù)模型ADC值顯著大于雙指數(shù)模型D值(P＜0.001)。
　　3、ADC和DDC之間的Pearson相關(guān)系數(shù)在良惡性骨腫瘤及腫瘤樣變中分別為:r=0.741(P＜0.05)和r=0.708(P＜0.001)。D和DDC為:r=0.647(P＜0.05)和r=0.546(P＜0.05)。α和DDC間無明顯相關(guān)性。
　　4、

13、在良惡性骨腫瘤的鑒別中，ADC、D和DDC值的ROC曲線下面積分別為0.708、0.867、0.815。ADC、D和DDC鑒別診斷良惡性骨腫瘤的最佳閾值分別為1.30×10-3mm2/s、0.84×10-3mm2/s、1.05×10-3mm2/s。根據(jù)此閾值，計算ADC、D和DDC判斷良惡性骨腫瘤的特異度分別為65.0％、75.0％、60.0％，敏感度分別是75.0％、91.7％、91.7％。
　　結(jié)論
　　1、DWI單指數(shù)