DCE-MRI 在骨骼肌肉系统病变中的应用

骨骼肌肉系统(下文简称骨肌)病变是临床常见疾病,MRI可敏感显示骨(尤其是骨髓)及软组织的病变,准确地评估病灶范围,反应病变组织的病理变化,是软组织肿瘤及关节炎症性病变最为常用的影像学诊断方法。

动态对比增强MRI(DCE-MRI)除能反映病变的一般形态学特征及血供外,还可进一步反映组织微循环的血流动力学特征。由于骨肌良恶性肿瘤、活动性及非活动性炎症在微血管的形态、密度及功能上存在一定的差异,DCE-MRI即具备了帮助判断病变性质、病灶活动性、治疗后改变及鉴别肿瘤复发等功能,在骨肌疾病的诊断和治疗中具有良好的应用前景。

  DCE-MRI vs. 骨肌肿瘤

· 鉴别诊断:DCE-MRI中,肿瘤的强化方式及强化程度主要取决于三种因素,即肿瘤的血管化程度、血管内皮对小分子对比剂的通透性及肿瘤组织的血管外-细胞外间隙容积。骨肌肿瘤里侵袭性程度高的恶性肿瘤(如骨肉瘤),强化程度往往很高,而且呈现早期快速强化,随后快速廓清,表现为“快进快退”的强化方式,反映病灶具有较高的微血管密度(microvessel density,MVD)、较强的微血管通透性及较大的微血管表面积。而良性肿瘤,往往表现为轻度至中度强化,反映了肿瘤组织较低的MVD、较弱的微血管通透性及较小的微血管表面积。

良恶性肿瘤鉴别诊断时,需将MRI形态学表现与DCE-MRI相结合。对于形态学表现独特的病变,以形态学表现为诊断依据;对于没有特征性形态学表现的骨骼肌肉系统肿瘤,可分析DCE-MRI获得的时间-信号强度曲线(TIC)类型,TIC类型在一定程度上有助于病变的定性诊断。通常,Ⅱ型(流入型)、Ⅲ型(平台型)及Ⅳ型(流出型)TIC曲线反映病变恶性的可能性依次升高。

此外,骨肌良恶性肿块之间的早期增强斜率(Slope)值有极显著的差异,恶性肿瘤的Slope值明显大于良性肿瘤。恶性肿瘤的活性部分及肿瘤浸润的肌肉组织早期常快速增强,其Slope值往往较高,而良性病灶、水肿区域Slope值较小。

· 化疗评价及复发判断:DCE-MRI可在肿瘤大小改变之前,早期对肿瘤治疗后的反应进行评价。TIC的形态由IV型(流出型)曲线向Ⅱ型(流入型)或Ⅴ型转变,提示肿瘤组织的血供及通透性逐渐降低,肿瘤化疗效果较好。而化疗后肿瘤组织TIC持续表现为Ⅲ型(平台型)或IV型(流出型),反映肿瘤组织的血供及通透性改变不明显,肿瘤化疗效果欠佳。同时,化疗敏感的大部分肿瘤化疗后其Slope值均能降至40%/min或以下。

DCE-MRI也可用于甄别化疗后肿瘤活性组织残留与放疗后所致水肿及肉芽组织增生,判断肿瘤是否复发。当病灶组织体积缩小、强化程度减低时,通常提示病灶为肉芽组织,而残留的肿瘤组织则会表现早期快速强化及对比剂的快速廓清。

  DCE-MRI vs. 强直性脊柱炎

  · 区分活动/静止期:强直性脊柱炎(Ankylosing Spondylitis,AS)活动期时炎性细胞浸润,血管翳形成,释放多种炎性介质与蛋白水解酶等,对关节软骨、滑膜等组织进行侵蚀,导致骨关节软骨破坏、滑膜血管翳增厚、迂曲,使局部血运丰富、血管通透性增加。DCE-MRI的半定量参数如达峰时间(Time to Peak,TTP)、峰值信号强度(Signal Intensity of Peak,SIpeak)、最大上升斜率(Maximum Slope of Increase,MSI)及信号增强比率(Signal Enhancement Ratio,SER)能用于AS活动度评价。TTP是血容量与血流量的综合反映,SIpeak能够反映血流量的增加,MSI反映病变组织的血流灌注情况及血管的通透性,SER与局部血管密度相关,与毛细血管完整性及成熟度相关性更强。在AS活动期,TTP、SIpeak、MSI、SER均较静止期数值高。

 · 疗效评价:增强因子(Fenh)及增强斜率(Senh)可将骶髂关节的强化程度进行量化,对骶髂关节骨髓区的炎症程度进行分级:①无强化:Fenh < 20%且Senh < 10% min,即平坦曲线,表示无炎症;②轻度强化:20% < Fenh < 90% 且10% min < Senh < 40% min,即中度升高曲线,表示隐性或慢性炎症;⑤重度强化:Fenh > 90%且Senh > 40% min,即陡峭曲线,表示重度炎症。临床治疗后骶髂关节病变区滑膜增生形成的血管翳减少、吸收,血管通透性及炎性细胞浸润程度减轻,对比剂流入效应及程度减弱,DCE-MRI半定量指标能反映出治疗后AS骶髂关节炎症的活动性减轻。

 DCE-MRI vs. 类风湿性关节炎

  · 区分活动/静止期:类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis,RA)血管翳根据疾病的不同时期可分为炎性、纤维性及混合性三种类型,纤维性血管翳提示病变处于静止期,而炎性和混合性血管翳常提示病变活动。DCE-MRI的TIC形态能够帮助确定血管翳性质。炎性血管翳T1WI呈稍低至等信号,T2WI呈不均匀等高信号,增强扫描显著强化,TIC呈速升速降型;纤维性血管翳T1WI及T2WI均表现为低信号,增强扫描无明显强化,TIC呈缓升缓降型;混合性血管翳介于上述两者之间,T1WI呈稍低至等信号,T2WI呈不均匀低至高信号,增强扫描呈不均匀中等度强化,TIC呈速升缓降型。

DCE-MRI定量分析可测量RA关节滑膜的容积转移常数Ktrans(volume transfer constant,ml-1)、组织间隙-血浆速率常数Kep(interstitium-to-plasma rate constant,ml-1)、细胞外间隙容积分数Ve(fractional extracellular space volume,ml/100ml)等定量参数,反映组织的血流灌注情况。对RA手腕关节动态增强MRI成像的结果表明,Ktrans与临床评分DAS28及滑膜病理Krenn评分具有相关性。Ktrans值越大,患者临床活动性越高,并且滑膜病理活动性越高,提示DCE-MRI的Ktrans值可用于反映RA患者临床及滑膜病变的炎症活动程度(图1,图2)。其可能机制为:RA滑膜炎症程度越高,病变区新生血管增多,形成血管翳,微血管密度增加,血管通透性明显增高,导致Ktrans升高。

DCE-MRI 在骨骼肌肉系统病变中的应用
图1 25岁女性腕关节类风湿性关节炎患者。1a:横断位动态增强伪彩色参数图显示滑膜Ktrans较低;1b:ROI区域滑膜动态增强曲线呈缓慢上升型;1c:病理显示滑膜轻度炎症(HE染色,标尺=50μm)

DCE-MRI 在骨骼肌肉系统病变中的应用
图2 51岁男性腕关节类风湿性关节炎患者。2a:横断位动态增强伪彩色参数图显示滑膜Ktrans较高;2b:ROI区滑膜动态增强曲线呈快速上升平台型;2c:滑膜病理为重度炎症(HE染色,标尺=50μm)

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