0   引言

多发性骨髓瘤（multiple myeloma, MM）是第二常见的血液系统恶性肿瘤，由浆细胞的单克隆增生引起，多见于中老年人^[1]。多发性骨髓瘤骨病（multiple myeloma bone diseases, MMBD）是以破骨细胞活性增强、成骨细胞功能受抑制及一系列细胞因子、蛋白通路等导致的骨吸收和骨形成平衡失调，引起的广泛性溶骨性改变。临床以骨质疏松、病理性骨折、骨痛为常见表现，见于70%以上的初诊MM患者，85%的MM患者在复诊过程中伴随不同程度的MMBD进展^[2]。MMBD可累及全身各骨，颅骨、胸肋骨、脊柱及骨盆是常见的受累骨。

磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）能比较敏锐地发现骨髓病变。化学位移水脂磁共振成像（chemical shift-encoding based water-fat MRI）基于mDxion技术，是一种水和脂肪分离技术，经过一次扫描能够产生水相、脂肪相、同相位、反相位四种对比，mDxion quant技术能进行脂肪含量的定量测量，即质子密度脂肪分数（proton density fat fraction, PDFF）成像。同、反相位成像（out of phase/in phase, OP/IP），即同相位信号与反相位信号的比值，能反映水和脂肪成分的改变。两种技术均广泛应用于骨骼肌肉系统病变诊断，尤其是椎体良恶性占位的鉴别^[2-8]，但鲜有对MMBD的专门研究报道。本研究分析21例MM患者的病变及正常胸、腰椎的PDFF和正反相位成像资料，旨在评估PDFF和正反相位成像对MMBD的诊断效能。

1   资料与方法

1.1   研究对象

回顾性分析2018年12月—2019年5月在中国医科大学附属盛京医院第二血液内科就诊的MM患者21例，其中男10例、女11例，年龄41~80岁，中位年龄65岁，患者诉有胸腰背部疼痛，均经过骨髓穿刺及实验室检查确诊，排除标准：（1）胸、腰椎外伤史；（2）患者有其他肿瘤病史；（3）磁共振禁忌证；（4）图像质量不满足本研究要求；（5）胸腰椎MRI检查未见确切病灶。18例为初诊患者，未经过任何治疗；3例为复诊患者已经过化疗，化疗时间不超过8月，且治疗状态未达缓解，未使用集落刺激因子治疗。本研究经本院伦理委员会批准，所有受试对象均签署知情同意书。

1.2   扫描方法

采用Philips Ingenia 3.0T磁共振扫描仪，患者取仰卧位，头先进，扫描范围为枕骨大孔水平到骶椎。运用体线圈对脊柱（颈椎、胸椎、腰椎）分为两段（第一段：枕骨大孔至胸10水平；第二段：胸10至骶椎水平）进行扫描。扫描序列包括矢状位T1WI（TR 535 ms, TE 16 ms，矩阵188×307×13，FOV 180 mm×360 mm×57 mm），矢状位STIR（TR 4055 ms，TE 70 ms，矩阵164×252×13，FOV 180 mm×360 mm×57 mm），矢状位mDxion dyn（TR 5.2ms，TE 1.93 ms，矩阵200×378×19，FOV 180 mm×360 mm×52 mm），矢状位mDxion quant（TR 5.2ms，TE 1.93 ms，矩阵200×378×19，FOV 180 mm×360 mm×52 mm）。

1.3   图像分析

由两名具有5年以上阅片经验的放射科医生在矢状位T1WI和STIR序列对胸、腰椎共同诊断，如有分歧，进行协商达成一致。MMBD表现为T1WI低信号、STIR高信号，结合病史、骨髓穿刺及实验室结果、旧片（包括CT和MRI检查），确定椎体为正常、MMBD及良性病变（血管瘤、终板炎）。

将图像上传至Philips Isp后处理工作站进行分析。依据在常规序列的诊断结果，分别测量正常椎体及病变椎体的OP/IP、PDFF值：（1）正常椎体，在正中连续三个层面勾画范围约200 mm²的圆形感兴趣区（region of interest, ROI），取其平均值；（2）病变椎体，选择直径≥5 mm的病变，在病变区域尽可能大地勾画圆形ROI，连续测量三次，取平均值；如有椎体的病变直径 < 5 mm，则不计入。

1.4   统计学方法

采用MedCalc15.6.1统计软件，MMBD病变和非MMBD病变组间PDFF和OP/IP参数比较采用两独立样本t检验。计算PDFF及OP/IP诊断MM的敏感度、特异性，并绘制ROC曲线，计算ROC曲线下面积（area under curve, AUC）；用Youden指数计算PDFF和OP/IP的诊断临界值。用Pearson相关分析分析两参数间相关性。P < 0.05为差异有统计学意义。

2   结果

2.1   MMBD病变组与非MMBD病变组椎体个数及病变类型

MM患者的MR表现分为五种类型，本研究有三种，21例患者中，14例表现为局灶型（14/21, 66.7%）、5例表现为弥漫型（5/21, 23.8%）、2例表现为“盐和胡椒”型（2/21, 9.5%）。共有338个椎体纳入本研究，MMBD组与非MMBD组分别为119和219个椎体（35.2% vs. 64.8%），其中非MMBD组中214个为正常椎体、4个椎体见终板炎、1个椎体内见血管瘤。

2.2   MMBD病变组与非MMBD病变组PDFF、OP/IP值的比较

经两独立样本t检验，非MMBD病变组的OP/IP平均值约（0.445±0.157），MMBD病变组的OP/IP平均值约（0.749±0.123），两者比较差异有统计学意义（t=-19.593, P=0.000）。非MMBD病变组的PDFF平均值约（45.587±15.814）%，MMBD病变组约（3.858±9.280）%，两者比较差异有统计学意义（t=30.550, P=0.000）。椎体MMBD病灶在反相位（out of phase）图信号增高，在同相位（in phase）图信号减低，OP/IP比值升高；在脂肪分数图信号减低，PDFF减低，见图 1。

图  1  1例患者的脊柱反相位、同相位、PDFF图

Male, 67 years old, T8 vertebral body showed multiple myeloma lesions with compression fracture; ①: signal in out of phase map increased; ②: signal in in phase map decreased; ③: signal in PDFF map decreased; PDFF: proton density fat fraction.

Figure  1  Out of phase map, in phase map and PDFF map of one patient's spine

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2.3   PDFF及OP/IP诊断MMBD的效能

对两参数做ROC曲线，见图 2。PDFF的AUC、敏感度和特异性均高于OP/IP。PDFF的诊断界值为8.45%，AUC为0.969，敏感度为96.64%，特异性为96.35%；OP/IP的诊断界值为0.66，AUC为0.922，敏感度为85.71%，特异性为90.41%，两者的ROC-AUC差异有统计学意义（P=0.007）。

图  2  OP/IP和PDFF的ROC曲线

Figure  2  ROC curves of OP/IP and PDFF

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2.4   PDFF及OP/IP的相关性

对PDFF及OP/IP两参数行Pearson相关性分析，结果显示r=-0.560，P < 0.05，即两者呈中度负相关。

3   讨论

OP/IP及PDFF基于mDxion技术，利用脂肪和水的质子共振频率的差异，经过多个回波后将水信号与脂肪信号分离。PDFF能够实现无创性定量测量骨髓中的脂肪成分。OP/IP能够反映组织中水和脂肪含量的改变。已有多项研究表明椎体恶性病变的成分不同于良性病变及正常椎体，本研究非MMBD病变组OP/IP值低于MMBD病变组（P < 0.05）；PDFF值高于MMBD病变组（P < 0.05），该结果与既往文献报道一致^[5-9]。

随着年龄的增长，红骨髓向黄骨髓转化，骨髓内的脂肪成分随之增多。本文的研究对象为中老年人，非MMBD病变组主要为正常椎体（214/219个），其OP/IP及PDFF平均值分别为（0.445±0.157）%和（45.587±15.814）%，与其他研究基本相近^[2]。良性占位（如红骨髓增多及骨髓水肿）中含有水和脂肪成分，MM细胞在椎体骨髓中恶性增殖浸润，正常的骨髓成分被MM细胞代替，在MM细胞周围骨溶解增强，同时成骨细胞的功能受到抑制，即造成骨重建偶联失衡^[10]，这使得骨髓成分进一步减少。MMBD病变组的OP/IP及PDFF平均值分别为0.749±0.123和（3.858±9.280）%。Schmeel等^[2]研究椎体恶性病变的平均PDFF值为（3.09±3.06）%，正常椎体平均PDFF值（50.51±14.69）%，与本研究基本一致。

OP/IP值即反相位信号强度与同相位信号强度的比值，当脂肪信号与水信号处于反相位时两者相减，处于同相位时两者相加；相应区域的PDFF值经过六个回波、七个脂肪峰模型后获得，能无创性地定量测量脂肪含量，与磁共振波谱的检测结果一致性好^[11]；ROC曲线显示PDFF的敏感度、特异性、AUC均高于OP/IP。有若干因素影响OP/IP图脂肪分数的计算，如骨小梁的存在使局部信号不均匀，周围组织的T2*缩短，影响了脂肪和水信号的分离^{[4, 12]}，从而对OP/IP的诊断效能产生一定影响。因此，PDFF对于椎体MMBD病变的诊断价值高于OP/IP。

有研究认为，椎体恶性病变代替正常的骨髓成分，病灶区域不含脂肪成分^[13]。本研究MMBD病变与非MMBD病变的OP/IP诊断界值为0.66，Douis等测得椎体良恶性病变的诊断界值约0.8^[5]，该研究纳入的恶性病变共12例，其中仅一例为浆细胞瘤，无MMBD。Schmeel等^[2]测得椎体良恶性病变的诊断界值约6.40%，该研究中MMBD病变仅占恶性病变的11.36%（5/44）。本研究测得MMBD病变与非MMBD病变的PDFF界值为8.45%，说明MM与其他椎体恶性肿瘤存在差异。

Pearson相关性分析显示OP/IP与PDFF值呈负相关，这与两者均可反映组织的脂肪成分有关，同时OP/IP也可反映组织的水成分。当组织的脂肪成分减少时，水与脂肪信号之和减小，而信号之差增大，OP/IP增大；而组织中脂肪所占比例减少，PDFF减小，因此两者呈负相关。

本研究存在的不足有：（1）样本人群选取有偏倚，良性病变样本量小，诊断界值反映椎体是否为MMBD病变，而对良恶性鉴别诊断价值有限；（2）由于纳入研究对象的颈椎MMBD病灶较少，遂本研究只分析胸、腰椎的正常、良性、MMBD病变，对于颈椎MMBD今后仍需进一步研究。（3）未将胸、腰椎分节段进行分析。既往文献^{[5, 14]}认为胸、腰椎的PDFF值存在差异，本研究将其忽略。

综上所述，PDFF和OP/IP均可以反映胸、腰椎MMBD病变的脂肪含量改变，在其诊断方面均具有价值，但PDFF的诊断效能更高，优于OP/IP。