MR扩散张量成像在软组织肿瘤诊断中的应用

王洪波，陈焱君，吴泽文，肖 林

（广州中医药大学附属骨伤科医院，广东 广州 510240）

扩散张量成像（Diffusion tensor imaging,DTI）是一种新的功能MRI成像方法，在显示具有各向异性扩散的组织结构与病变方面具有较大的优越性和潜力。目前，DTI白质纤维束成像在脑肿瘤、中风、多发性硬化等累及白质纤维疾病的诊断与研究方面显示出较高价值和良好的应用前景[1－3]。国外有研究者报道DTI肌纤维束成像能较好显示心肌纤维的结构与方向，对心肌病变如心肌梗死或心肌病等疾病的影像学研究具有潜在应用价值[4]，但软组织肿瘤的DTI研究尚未见报道。本研究尝试将DTI应用于软组织肿瘤病变诊断，并与手术病理学所见进行对照研究，探讨其在软组织肿瘤诊断及功能研究中的应用价值与前景。

1 材料与方法

1.1 临床资料

34例软组织肿瘤中，良性软组织肿瘤14例，原发恶性软组织肿瘤20例。男20例，女14例。年龄13～83岁，平均36.2岁。14例良性肿瘤中，纤维血管瘤5例，腱鞘囊肿4例，腱鞘巨细胞瘤2例，良性间叶瘤、良性畸胎瘤及脂肪瘤各1例。20例恶性肿瘤中，淋巴瘤6例，滑膜肉瘤5例，纤维肉瘤3例，恶性神经鞘瘤、横纹肌肉瘤、恶性纤维组织细胞瘤各2例。34例肿瘤中发生于颈部者5例，发生于上肢者9例，发生于骨盆者4例，发生于下肢者16例。34例中有30例行肿瘤切除术，4例淋巴瘤经穿刺活检证实。

1.2 磁共振成像

采用GE Signa 1.5T CV/i，NV/i磁共振扫描仪，使用头线圈可屈曲表面线圈。

MRI扫描序列及参数包括：①横断面 SE T1WI：TR 460ms，TE 12ms，矩阵 256×256，层厚 5mm，间隔 0mm；②横断面 FSE T2WI：TR 3000ms，TE 102ms，矩阵 256×256，层厚5mm，间隔0mm；③横断面DTI扫描：采用单次激发SE-EPI序列，在25个方向上施加扩散梯度，b=1000s/mm2，扫描参数：TR 8000ms，TE 79.2ms，矩阵 128×128，层厚 5mm，间隔0mm；④脂肪抑制 SE T1WI增强扫描序列：TR 500ms，TE 15ms，矩阵 256×256，层厚 5mm，间隔 0mm；造影剂采用 Gd-DTPA 0.1mmol/kg，经肘静脉注射。

1.3 图像处理与数据测量

采用AW4.2工作站，应用Functool软件进行DTI各参数图重建，计算并分析良、恶性肿瘤中心区、肿瘤周边区及邻近正常肌肉的部分各向异性值（Fractional anisotropy,FA）和体积比各向异性值（Volume ratio anisotropy,VrA）。不同的测量兴趣区选定依据常规MRI平扫及增强扫描信号并与组织病理学对照确定。每一区域取3个兴趣区，取其平均值作为该区测量值。肿瘤周边区域的确定方法为：以T2WI上肿瘤病变异常信号区最大半径划圆，再以最大半径的4/5划同心圆，两圆之间肿瘤的周围1/5区确定为肿瘤周边区。内圆内区域为肿瘤中心区。肿瘤邻近正常软组织区为MRI平扫及增强扫描均未见异常信号改变的软组织。

1.4 病理学检查

所有手术病理标本采用石蜡包埋组织块后制成厚约4μm的病理切片，行苏木素－伊红（HE）染色检查，于光学显微镜下观察肿瘤组织的结构特点。

1.5 数据统计学分析

测量数据用±s表示，采用SPSS 11.0统计软件包，对良、恶性软组织肿瘤中心区、肿瘤周边区及邻近正常软组织的FA及VrA分别进行单因素ANOVA方差分析，显著性水平取 α=0.05。

2 结果

2.1 MRI表现及统计学分析结果

14例良性软组织肿瘤中，5例纤维血管瘤，平扫T1WI呈低信号、T2WI及DTI扫描呈高信号。其中2例边界清晰，3例与邻近正常软组织分界不清。增强扫描肿瘤呈明显不均匀强化。4例腱鞘囊肿及2例腱鞘巨细胞瘤平扫T1WI呈低信号，T2WI及DTI扫描呈高信号，与邻近正常软组织边界清晰，可见包膜 （图1a）。增强扫描4例腱鞘囊肿呈轻度边缘强化，2例腱鞘巨细胞瘤呈不均匀实质性强化，边界清晰。良性间叶瘤及良性畸胎瘤各1例平扫T1WI呈等信号，T2WI及DTI扫描呈稍高信号，与邻近正常组织边界清晰，增强扫描呈中度实质性强化。1例脂肪瘤平扫病变区T1WI及T2WI均呈高信号，T2WI抑脂扫描及DTI扫描病变呈低信号，与邻近正常组织边界清晰，增强扫描病变区未见强化。除1例脂肪瘤DTI各参数图呈低信号外，13例良性肿瘤FA及VrA图上，肿瘤信号强度低于邻近组织，肿瘤中心及周边区信号强度基本一致（图 1b，1c）。

20例原发恶性肿瘤，平扫T1WI肿瘤均呈低或稍低信号，T2WI则呈高或稍高信号，11例病灶中央可见更长T1、更长T2信号区。增强扫描肿瘤实质病变区均呈明显均匀或不均匀强化，11例肿瘤内坏死、囊变区未见强化。DTI图上肿瘤实质呈稍高信号，坏死区呈稍低信号，正常软组织呈等、低信号。20例恶性肿瘤中，16例肿瘤病变与邻近正常组织边界不清。FA及VrA图上，肿瘤信号强度低于邻近组织，肿瘤中心信号强度低于周边区。其中6例可见周围部分软组织T2WI呈高信号，测量此区域FA值的平均值为0.282±0.031，稍高于附近信号无异常的正常软组织。另外4例恶性肿瘤边界清晰，FA及VrA图上，肿瘤信号强度低于邻近正常软组织，肿瘤中心区信号强度与周边区基本相似（图2b，2c）。

图1 图1a为DTI T2WI，图1b为FA，图1c为VrA，左小腿近端后方软组织内见巨大肿块影，DTI T2WI为高信号，可见包膜，与邻近正常软组织边界清晰；FA图及VrA图见病变信号强度低于周围软组织，病变中心区与周边区信号强度相似。 图2 图2a为DTI T2WI，图2b为FA，图2c为VrA。DTI T2WI图（b=0）右股骨近端内侧软组织内见巨大不规则类圆形肿块影，DTI T2WI为高及高、低混杂信号，边界清晰，可见包膜，邻近组织受压移位；FA图及VrA图见肿瘤信号强度不均，但明显低于周围正常软组织，病变中心区与周边区信号强度基本相似。Figrue 1. Axial DTI T2WI(Figrue 1a).Axial FA(Figrue 1b).Axial VrA(Figrue 1c).MR images revealed the soft-tissue mass was of intermediate to high signal on DTI T2WI posterior to the proximal left leg.There was entire capsule around the tumors and the clear borders with the normal soft tissue.Axial FA and axial VrA:lesion signal intensity was lower than that of the surrounding soft-tissue,signal intensity of the center area was similar to the round area. Figrue 2. Axial DTI T2WI(Figrue 2a).Axial FA(Figrue 2b).Axial VrA(Figrue 2c).MR images revealed the soft-tissue mass was of intermediate to mixed high and low signal on DTI T2WI near the right femur.The clear border,the entire capsule around the tumors.Axial FA and axial VrA:the siginal intensity of the mass was inhomogeneous.Lesion siginal intensity was lower than that of the surrounding soft-tissue obviously,signal intensity of the center area was similar to the surrounding area basically.

良、恶性肿瘤及软组织的DTI各参数平均值及标准差见表1。统计学分析结果显示，良、恶性肿瘤周边区的FA值和VrA值相比均有极显著性差异（P<0.01），良、恶性肿瘤中心实质区FA值和VrA值相比无显著性差异。良、恶性肿瘤中心区、周边区的FA及VrA值与正常软组织相比均有极显著性差异（P<0.01）。良性肿瘤中心区FA值和VrA值与周边区相比无显著性差异。恶性肿瘤中心区的FA及VrA值与周边区相比均有极显著性差异（P<0.01）。

2.2 手术及病理所见

手术病理检查，14例良性肿瘤中，11例可见包膜，与邻近正常软组织边界清晰，3例纤维血管瘤在肌肉间隙内呈匍匐生长，与正常软组织分界不清。镜下良性肿瘤细胞排列较规则，细胞密度较低，未见核分裂及异型核。24例恶性肿瘤中，20例肿瘤组织周边与邻近正常软组织分界不清，其中6例病灶周围组织可见明显水肿。4例肿瘤与邻近组织分界清晰，可见包膜。镜下恶性肿瘤细胞密集，排列紊乱，核异型性明显。

表1 良、恶性肿瘤及正常软组织DTI各参数值测量结果（±s）

表1 良、恶性肿瘤及正常软组织DTI各参数值测量结果（±s）

指标/类别 良性肿瘤中心区 良性肿瘤周边区 恶性肿瘤中心区 恶性肿瘤周边区 正常软组织FA 0.1328±0.0236 0.1250±0.0184 0.1309±0.0230 0.1934±0.0425 0.2648±0.0482 VrA 0.0158±0.0026 0.0161±0.0028 0.0161±0.0033 0.0352±0.0048 0.0951±0.0063

3 讨论

DTI是近几年开始应用于临床的一种新的成像方法，与扩散加权成像相比，能够更加准确的反映分子扩散的方向性，因而在显示具有各向异性扩散的组织的结构与病变方面具有更大的优越性和潜力。DTI的基本原理是采集水分子在空间各个方向上的扩散运动所致的信号衰减强度，并定量描出其空间扩散的三维轨迹。与常规MRI不同的是，DTI主要是以多种参数、而不是以灰阶反映组织的特征，它们从不同的侧面反映体素内分子的平均位移、分子位移的差别及其主要方向，这些数值包括平均的表观扩散系数（ADC）、FA、VrA和各向同性值（Iso）等，一般以FA值及VrA值价值较大，应用较多。FA是扩散张量的各向异性成分与整个扩散张量的比值，也就是归一后的扩散张量，反映了扩散椭球的形状。VrA是体积比（VR）的变化量，VR等于椭球的体积与半径为平均扩散率的球体积之比。VR随着各向异性的增加而降低，VrA=1－VR，它随着各向异性的增加而增加。FA和VrA都是无量纲的量，取值范围为0～1之间。对于完全各向同性的组织，它们都等于0；对于完全各向异性的组织，都等于1[5]。

DTI在中枢神经系统肿瘤中的应用较多，文献报告[6]，脑肿瘤的DTI中，良性脑肿瘤对邻近白质纤维产生推移作用，恶性肿瘤破坏邻近白质纤维，良性肿瘤邻近白质纤维的FA值大于恶性肿瘤周围白质，与正常对侧脑白质之间无明显统计学差异。不同脑肿瘤的实性部分扩散各向异性参数也有差异，脑膜瘤的实质部分各向异性值明显大于转移瘤[7]。目前，DTI在骨肌系统的应用也有了初步的报道，Schmid等[4]报告，通过对像素的特征向量测量，对最大特征向量方向的像素加以连接并染色，可重建出牛心肌纤维走向。Jaramillo等[8]研究报道，以线性扫描技术为基础的DTI能克服骨关节磁敏感性伪影，显示乳猪股骨生长板软骨细胞柱的排列，并能重建出软骨细胞柱图，有助于发现早期生长板缺血时软骨细胞排列的改变。本组研究显示软组织也是具有明显各向异性的组织，其FA值明显大于邻近骨骼、皮下组织及肿瘤病变等结构，良、恶性肿瘤周边区的FA值和VrA值测定显示两者均有极显著性差异（P<0.01），良、恶性肿瘤中心实质区FA值和VrA值相比无显著性差异。手术所见，大部分恶性肿瘤周边区为肿瘤组织与正常组织交界处，两者分界欠清，肿瘤对邻近组织是浸润破坏而非推移，肿瘤破坏了邻近组织有序的排列导致其各向异性扩散降低，这与脑内恶性肿瘤DTI表现相似。而大部分良性肿瘤与邻近正常组织分界清晰，可见包膜，对邻近正常组织是推移而非浸润，并未影响其有序的结构。在肿瘤中心区域，良、恶性肿瘤间FA值和VrA值相比无显著性差异，可能是因为中心区组织结构相对均一，各向异性扩散特征相似，且本组病例良、恶性肿瘤组织学来源众多，故其平均值无统计学差异。因此，本结果是否具有普遍性，尚需进一步研究证实。

此外，本组6例恶性肿瘤周边的部分组织在T2WI上表现为明显高信号，与肿瘤病变信号相似，不易区分，但在DTI上，其结构显示完整、走行正常，且其FA值要稍高于正常肌肉。手术病理学证实为肌肉水肿并非浸润、破坏。提示DTI能比较直观地区分软组织的破坏或水肿，对于确定病变实际侵犯范围具有重要价值。软组织水肿区FA值稍高于正常组织，推测可能是由于软组织水肿导致细胞外间隙明显减小，使得水分子在横向上的扩散进一步受限，而沿纵轴的扩散影响较小，因而各向异性扩散更明显。

总之，本组研究显示，磁共振扩散张量成像能用于评价软组织肿瘤的内部结构特征及与周围组织的关系，良、恶性肿瘤肿瘤周边区的FA及VrA值均有显著性差异，DTI有助于显示肿瘤邻近组织的推移、水肿及破坏等改变，DTI对软组织肿瘤病变范围显示以及良、恶性肿瘤的鉴别诊断有一定帮助。磁共振扩散张量成像对于软组织肿瘤病变以及其结构与功能的研究具有较大的应用前景，也有望应用于心肌的功能及病变的研究。

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