熱門標簽:代寫本科論文 寫作發表 工程師論文 代寫一篇論文多少錢

      當前位置: 代寫一篇論文多少錢 > 醫學論文 > 良惡性椎體壓縮骨折診療中常規MRI及影像組學的應用

      良惡性椎體壓縮骨折診療中常規MRI及影像組學的應用

      時間:2020-11-24作者:齊凱杰 張恩龍 王奇政
      本文導讀:這是一篇關于良惡性椎體壓縮骨折診療中常規MRI及影像組學的應用的文章,椎體壓縮骨折(vertebral compression fractures,VCFs)有多種病因,包括創傷、骨質疏松和腫瘤等。其中創傷和骨質疏松是50歲以下人群及絕經期婦女良性VCFs最常見的病因。

        摘    要: 良惡性椎體壓縮骨折(vertebral compression fractures,VCFs)的臨床治療原則和預后差別極大,準確鑒別二者意義重大。近年來隨著MRI技術如擴散加權成像(diffusion weighted imaging,DWI)、動態對比增強MRI (dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging,DCE-MRI)、化學位移成像的發展與應用,尤其是影像組學新技術的發展,諸多影像學特征很大程度上提高了良惡性VCFs鑒別診斷的準確性。該文就MRI技術和影像組學在良惡性VCFs鑒別診斷的應用進展予以綜述。

        關鍵詞: 椎體骨折; 擴散加權成像; 動態對比增強; 化學位移; 影像組學;

        Abstract: Clinical treatment principles and prognosis of benign and malignant vertebral compression fractures(vertebral compression fractures, VCFs) are dramatically different, which is of great significance to accurately distinguish the two. In recent years, with the development and application of MRI technology(e.g. diffusion weighted imaging, dynamic contrast-enhanced imaging, and chemical-shift), especially the development of new radiomics technology, the characteristics of imaging features have been greatly improved, thereby improving the accuracy of differential diagnosis of benign and malignant VCFs. The purpose of this article is to review the application of MRI techniques and radiomics in the differential diagnosis of benign and malignant VCFs.

        Keyword: vertebral fractures; diffusion weighted imaging; dynamic contrast-enhanced imaging; chemical-shift; radiomics;

        椎體壓縮骨折(vertebral compression fractures,VCFs)有多種病因,包括創傷、骨質疏松和腫瘤等。其中創傷和骨質疏松是50歲以下人群及絕經期婦女良性VCFs最常見的病因[1]。而轉移性骨腫瘤是脊柱病理性VCFs的主要病因[2]。此外,惡性VCFs的病因還包括原發性骨腫瘤和淋巴組織增生性疾病,如淋巴瘤和多發性骨髓瘤等。良惡性VCFs常鑒別困難,尤其是對于老年人而言,但二者治療原則及預后卻有極大的差別。因此,對VCFs病因的鑒別有重要的意義。臨床上常采用X線平片、CT、PET、SPECT和MRI來鑒別VCFs的性質,目前MRI仍是脊柱、脊髓相關疾病首選的影像學檢查方法。近年來,關于化學位移成像、動態對比增強MRI (dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging,DCE-MRI)、擴散加權成像(diffusion weighted imaging,DWI)等新的成像技術,以及結合醫學影像圖像和機器學習的定量處理方法——影像組學新技術的研究越來越多,這些新技術提供了豐富的生理、代謝以及圖像特征信息,可作為常規MR評估的補充,更有助于區分這兩種類型的VCFs。本文回顧了各種MRI技術及影像組學在二者鑒別診斷中的應用研究,以期為臨床診療提供幫助。

        1 、常規MRI技術

        1.1、 形態特征

        腫瘤浸潤通常會累及椎體后部,故椎弓根或椎體后部受累常提示惡性VCFs。相反,多數良性VCFs很少引起椎體后部的信號改變。但少數骨質疏松性的骨折由于生物力學應力或直接損傷等因素所致的炎癥反應,可能會累及椎體的后部[3]。此外,由于椎體內正常的骨質結構被病理組織所代替,惡性VCFs單側或雙側椎弓根內的異常骨髓信號可持續存在。
       

      良惡性椎體壓縮骨折診療中常規MRI及影像組學的應用
       

        當惡性VCFs椎體內的腫瘤組織侵犯至硬膜外或椎旁間隙時,可出現硬膜外或椎旁軟組織腫塊。此時,椎體可不發生骨折或后緣膨隆。硬膜外或椎旁浸潤的腫塊常呈團塊狀表現。惡性VCFs腹側硬膜外間隙的軟組織腫塊常呈分葉狀[4]。若良性VCFs椎旁或硬膜外有出血伴水腫,出現類似軟組織腫塊時,兩者的鑒別比較困難。除了急性外傷性骨折外,與惡性VCFs所見的軟組織腫塊不同,良性VCFs椎旁的出血和水腫常表現為椎體周圍模糊不清、邊緣光滑和/或呈環形。如果惡性VCFs的瘤周有炎癥或椎體骨皮質沒有被腫瘤組織破壞,也可能表現為椎體周圍光滑和環形的異常信號。

        椎體邊緣輪廓的形態也是VCFs的鑒別要點。椎體邊緣膨隆,特別是椎體后緣的膨隆,是惡性VCFs的常見表現[5]。其形成原因是由于腫瘤細胞膨脹性生長,浸潤并破壞骨皮質,軸向的壓力導致腫瘤組織突入硬膜外間隙,椎體前后徑線增大,超過椎體的正常邊緣,導致椎體形態的改變。少數良性VCFs中也有類似的影像學表現,主要見于急性創傷導致的硬膜外血腫。而典型的外傷性VCFs,尤其是爆裂性骨折的表現為椎體后部有骨碎片的移位,較易與惡性VCFs相鑒別。VCFs的位置對鑒別骨折性質也有一定幫助[6]。研究表明,與頸椎相比,胸腰椎更容易發生惡性VCFs[6],與胸椎相比,腰椎惡性VCFs的發生率更高。但其臨床應用價值有限。

        脊柱多發VCFs的常見病因是骨質疏松癥,需與多發性骨髓瘤相鑒別。轉移性骨腫瘤伴多發性病理骨折較少見。逐漸恢復正常骨髓信號的VCFs或無骨髓水腫的椎體楔形變常提示骨折是良性的。伴有脊柱其他節段內轉移性骨腫瘤或不確定的椎體病變提示骨折是惡性的。同一個患者也可能同時存在良性和惡性的VCFs。

        1.2、 信號改變

        MRI觀察骨髓信號的變化有明顯優勢。不同性質的椎體骨折,骨折的發生機制不同。T1WI和T2WI具有一定特征性,可用于鑒別VCFs的性質。由于惡性或轉移性VCFs正常的骨髓被腫瘤組織代替,T1WI常呈彌漫性均勻低信號[5]。腫瘤組織進一步破壞骨小梁和骨皮質,最終導致病理性VCFs。多數轉移瘤可有此種信號改變。而骨質疏松癥導致的骨折是由于骨礦物質和骨基質的減少,進而導致骨組織微細結構的退化,多呈T1WI高信號和T2WI等信號。但是,部分良性VCFs也可因水腫導致椎體在T1WI上表現為彌漫性低信號,增強后呈斑片狀強化。

        邊界的信號特點也是判斷VCFs性質的關鍵。惡性VCFs邊緣多呈模糊不清、不規則或浸潤性改變,良性VCFs多可見清楚或規則的邊界。液體征象是指椎體急性期、亞急性期和慢性期骨折時,T2WI可見局灶性、線性或三角形的高信號,脂肪抑制像上最為明顯[7]。這種線性T2WI高信號常出現在椎體彌漫性高信號(水腫)的背景中。當急性骨折后,骨髓水腫的液體聚集在缺血性骨壞死的區域時,就會出現這種情況。有時良性骨折的裂隙中可能充滿氣體而不是液體,因而在T1WI和T2WI上也可能會呈明顯的低信號。例如,椎體內出現鄰近終板的低信號線樣水平帶,常提示為良性VCFs,對應CT表現的骨折線。液體征象多提示良性VCFs,惡性VCFs中較少見。

        T1WI增強也有助于鑒別VCFs的性質。如上文所述,硬膜外和椎旁間隙的強化表現有助于鑒別良惡性的VCFs。此外,對比相鄰正常椎體或T1WI平掃,骨髓的強化方式和程度也有助于鑒別。不均勻強化或相對強化常提示為惡性的VCFs。良性VCFs的強化程度與鄰近的正常椎體信號相似,并可見平行于終板的高或低的線樣信號。且惡性VCFs通常表現為持續或漸進性強化,而良性VCFs則常表現為強化的減低或恢復正常的骨髓信號。當出現增強MRI疑似或提示VCFs為惡性,但結合臨床及其他檢查都不能確診的情況時,患者可在2~3個月后復查增強MRI。

        2 、MRI功能成像技術

        2.1、 擴散加權成像

        DWI可以用于評估VCFs的性質,其原理為測量組織中水分子布朗運動的變化。當良性VCFs出現骨髓水腫時,細胞外水分子運動相對自由,彌散不受限,DWI表現為低或等信號;而惡性VCFs由于腫瘤組織常具有較高的細胞密度,彌散受限,DWI則表現為高信號。ADC圖可以對擴散程度進行定量評價[8]。目前已經有多種MR成像序列用來研究良惡性VCFs信號強度和ADC值之間的區別,包括穩態進動(SSP)、自旋回波(SE)、快速自旋回波(FSE)、回波平面成像(EPI)等[9,10,11,12]。其中一些研究認為DWI可以像常規MR序列一樣區分VCFs的性質[13],而另一些研究卻未得到相似的結論[14]。例如,Sung等[9]認為聯合DWI與常規影像序列,可能提供更多有用的信息,二者相結合后,能夠提高診斷的敏感性、特異性和準確性。而另一項研究對低沖擊力創傷、高沖擊力創傷和惡性VCFs的患者進行評估,結果顯示高沖擊力創傷為中等ADC值,與惡性VCFs相似,并不能有效區分VCFs的性質[15]。導致結果不一致的原因可能是由于椎體內血腫的干擾。因此,尚不清楚DWI是否比常規MR成像更有優勢,在將來可能會有進一步的研究。

        2.2 、動態對比增強MRI

        DCE-MRI是通過測量不同組織注射對比劑后信號強度的變化,對血管和血流動力學進行定性和定量評估的一種灌注成像。理論上,良、惡性病變可能會在一些半定量參數上有所不同,但是其敏感性和特異性可能會因為患者的年齡、椎體節段、椎體骨髓內脂肪及水分的分布差異等因素的影響而減低。

        目前已經有多種評估灌注的參數,包括峰值對比度百分比、增強斜率、時間-強度曲線、間質容積、血漿流量、血漿容積、滲透率、流入斜率和曲線下面積(AUC)等。早期研究認為灌注成像的參數對鑒別VCFs性質的敏感性與常規MR成像無明顯差異,尤其是在與急性骨質疏松性VCFs鑒別時[16]。但是,隨后的研究使用更先進的分析方法,可以更好地區分急性VCFs的性質[17]。最近已有研究顯示,通過示蹤動力學的定量模型可以評估骨灌注和滲透率[17]。結果表明,良性和惡性VCFs在間質容積、細胞外體積和血漿流量上均有明顯的差異,提示DCE-MRI在良惡性VCFs鑒別方面可能會有更大的應用空間。

        2.3 、化學位移成像

        化學位移成像也稱同/反相位成像,其原理是同相位中脂肪和水質子的磁化矢量相加,信號強度增加;反相位水中氫質子的相位與脂肪中氫質子相位差為180°時,兩者磁化矢量相互抵消,信號強度減低。

        正常椎體的紅骨髓和黃骨髓中,脂肪和水的含量不同,故在反相位中信號強度減低。相反,惡性病變浸潤骨髓,在反相位上呈高或稍高信號。有研究者認為,良性VCFs中的骨髓水腫以及發生壓縮后高度形變的椎體剩余的骨髓量較少,可能會導致假陽性結果。與傳統的化學位移成像相比,定量化學位移編碼可以準確確定VCFs的椎體內脂肪,用于鑒別VCFs的性質[18]。反相位/同相位信號強度比定量測定的準確性和敏感度均明顯高于DWI檢查,但特異性不高[19]。近年來,Suh等[20]研究認為,隨著化學位移成像特異性的增加,短TR、小翻轉角和水脂分離技術更有助于準確的診斷。陳訓貴等[21]研究結果顯示,非對稱回波三點法水脂分離技術(asymmetric echo three-point water-fat separation technique,IDEAL)具有成像簡單、圖像穩定性好、SNR高等優點,結合SIR值,能夠準確鑒別良惡性的VCFs,較三點式DIXON水脂分離技術或化學位移成像更具優勢。

        3 、影像組學

        影像組學是近些年來的研究熱點,其通過結合機器學習、深度學習等技術高通量提取影像特征,并且可將圖像轉換為可挖掘的高維數據,可以增強決策支持[22]。近年來有諸多研究表明,影像組學能夠識別正常椎體與壓縮椎體[23],在將形狀及紋理特征相結合后進行分析時,診斷的準確性可達到95.34%[24],在檢測壓縮椎體和定位骨折位置時,其敏感性可達95.7%[25]。

        在良惡性VCFs的鑒別診斷中,Frighetto-Pereira等[26]通過分析62例患者MRI的感興趣區,提取紋理及形狀特征,利用影像組學方法進行分析,結果認為影像組學方法不僅在區分正常椎體及壓縮椎體之間有較高診斷效能,而且在鑒別椎體良惡性VCFs方面,也有很大幫助。Thawait等[27]的研究也表明,能夠用MRI的小部分征象及患者年齡將良惡性VCFs進行鑒別,并且研究所使用的四種模型的診斷效能是相近的。因此,未來影像組學有望在良惡性VCFs的鑒別診斷中發揮更大作用,以輔助臨床診療決策。

        4 、需要解決的問題及展望

        綜上所述,MRI技術在良惡性VCFs的診斷及鑒別診斷中有重要的應用價值,MRI檢查安全、無創,其功能性信息能夠定量反映活體組織的微觀病理改變,對于早期識別、準確診斷良惡性VCFs具有很大臨床意義。但是,現階段MRI功能成像技術的評估參數較多,尚未形成統一的評價標準,實際應用受限。另外,影像組學的相關研究基本處于起步階段,也同樣存在諸多局限性。首先,需要控制圖像采集的差異性,保證圖像質量,才能實現多中心間的可比性,進而實現數據共享。其次,在數據采集過程中,圖像分割目前多采取手工或半自動方式勾畫感興趣區,存在主觀性差異,而計算機自動分割算法尚不完善。最后,影像組學的診斷效能仍有待提高,其結論并不能得到有效驗證。放射組學目前較多應用于腫瘤學研究,期望未來,可以適用于更多的疾病當中,且可以將臨床特征合并到診斷預測模型中,同時進行預后評估,從而得到VCFs的定量生物學標記物,使影像信息對病變的分析更加客觀,以幫助指導臨床制定診療方案,降低骨折進展的風險?傊,在良惡性VCFs的診斷及鑒別診斷中,影像、臨床和病理,相互補充、相互印證,才能得到精準的診斷結果。隨著技術的不斷進步,相信未來MRI在良惡性VCFs的鑒別診斷中能夠發揮更大的作用。

        參考文獻

        [1]Luo L,Sun XF,Pi PZ,et al.The prevalence of osteoporosis in Chinese middle aged and elderly population in recent 10 years:a meta analysis.Chin J Osteoporosis,2018,24(11):1415-1420.DOI:10.3969/j.issn.1006-7108.2018.11.005羅令,孫曉峰,皮丕喆,等.近10年來我國中老年人群骨質疏松癥患病率的薈萃分析.中國骨質疏松雜志,2018,24(11):1415-1420.DOI:10.3969/j.issn.1006-7108.2018.11.005
        [2]Barzilai O,McLaughlin L,Amato MK,et al.Predictors of quality of life improvement after surgery for metastatic tumors of the spine:prospective cohort study.Spine J,2018,18(7):1109-1115.DOI:10.1016/j.spinee.2017.10.070
        [3]Lehman VT,Wood CP,Hunt CH,et al.Facet joint signal change on MRIat levels of acute/subacute lumbar compression fractures.AJNR Am JNeuroradiol,2013,34(7):1468-1473.DOI:10.3174/ajnr.A3449
        [4] Kim DH,Rosenblum JK,Panghaal VS,et al.Differentiating neoplastic from nonneoplastic processes in the anterior extradural space.Radiology,2011,260(3):825-830.DOI:10.1148/radiol.11102287
        [5] Yamamoto Y,Iwata E,Shigematsu H,et al.Differential diagnosis between metastatic and osteoporotic vertebral fractures using sagittal T1-weighted magnetic resonance imaging.J Orthop Sci,2019,S0949-2658(19):30324.DOI:10.1016/j.jos.2019.10.004
        [6] Dammers R,Bijvoet HW,Driesse MJ,et al.Occurrence of malignant vertebral fractures in an emergency room setting.Emerg Med J,2007,24(10):707-709.DOI:10.1136/emj.2007.051375
        [7] Ishiyama M,Numaguchi Y,Makidono A,et al.Contrast-enhanced MRI for detecting intravertebral cleft formation:relation to the time since onset of vertebral fracture.AJR Am J Roentgenol,2013,201(1):W117-W123.DOI:10.2214/AJR.12.9621
        [8] Suh CH,Yun SJ,Jin W,et al.ADC as a useful diagnostic tool for differentiating benign and malignant vertebral bone marrow lesions and compression fractures:a systematic review and meta-analysis.Eur Radiol,2018,28(7):2890-2902.DOI:10.1007/s00330-018-5330-5
        [9] Sung JK,Jee WH,Jung JY,et al.Differentiation of acute osteoporotic and malignant compression fractures of the spine:use of additive qualitative and quantitative axial diffusion-weighted MR imaging to conventional MR imaging at 3.0 T.Radiology,2014,271(2):488-498.DOI:10.1148/radiol.13130399
        [10] Park HJ,Lee SY,Rho MH,et al.Single-shot echo-planar diffusionweighted MR imaging at 3 T and 1.5 T for differentiation of benign vertebral fracture edema and tumor infiltration.Korean J Radiol,2016,17(5):590-597.DOI:10.3348/kjr.2016.17.5.590
        [11] Luo Z,Litao L,Gu S,et al.Standard-b-value vs low-b-value DWI for differentiation of benign and malignant vertebral fractures:a metaanalysis.Br J Radiol,2016,89(1058):20150384.DOI:10.1259/bjr.20150384
        [12]Dietrich O,Geith T,Reiser MF,et al.Diffusion imaging of the vertebral bone marrow.NMR Biomed,2017,30(3):e3333.DOI:10.1002/nbm.3333
        [13]Ma Q,Miao H,Zhang S,et al.DWI and ADC values and conventional MRI sequences in diagnosis of benign and malignant spinal vertebral compression fractures.Med Pharmac J Chin People's Liberation Army,2018,30(9):61-64.DOI:10.3969/j.issn.2095-140X.2018.09.017馬茜,苗紅,張帥,等.DWI及ADC值與常規MRI序列對脊柱椎體良惡性壓縮骨折的診斷價值.解放軍醫藥雜志,2018,30(9):61-64.DOI:10.3969/j.issn.2095-140X.2018.09.01
        [14]Fu Z,Lai XD.The Application value of in-phase and opposedphase,apparent diffusion coefifcient and diffusion-weighted imaging in diagnosis benign and malignant spinal lesion.Chin J CT MRI,2016,14(10):121-123,136.DOI:10.3969/j.issn.1672-5131.2016.10.038傅忠,賴曉東.MRI中同反相位成相、表觀擴散系數以及DWI序列在診斷椎體良惡性疾病中的應用價值.中國Ct和Mri雜志,2016,14(10):121-123,136.DOI:10.3969/j.issn.1672-5131.2016.10.038
        [15] Rumpel H,Chong Y,Porter DA,et al.Benign versus metastatic vertebral compression fractures:combined diffusion-weighted MRI and MR spectroscopy aids differentiation.Eur Radiol,2013,23(2):541-550.DOI:10.1007/s00330-012-2620-1
        [16]Chen WT,Shih TT,Chen RC,et al.Blood perfusion of vertebral lesions evaluated with gadolinium-enhanced dynamic MRI:in comparison with compression fracture and metastasis.J Magn Reson Imaging,2002,15(3):308-314.DOI:10.1002/jmri.10063
        [17] Geith T,Biffar A,Schmidt G,et al.Quantitative analysis of acute benign and malignant vertebral body fractures using dynamic contrast-enhanced MRI.AJR Am J Roentgenol,2013,200(6):W635-W643.DOI:10.2214/AJR.12.9351
        [18] Yoo HJ,Hong SH,Kim DH,et al.Measurement of fat content in vertebral marrow using a modified dixon sequence to differentiate benign from malignant processes.J Magn Reson Imaging,2017,45(5):1534-1544.DOI:10.1002/jmri.25496
        [19]Zhai TJ,Liu ZY.Application effect and value of diffusion-weighted MR imaging and chemical shift imaging in early differential diagnosis of benign and malignant vertebral fracture.Chin Med Pharmacy,2017,7(11):161-163,210.DOI:10.3969/j.issn.2095-0616.2017.11.049翟錦添,劉準液.磁共振擴散加權成像和化學位移成像在良惡性椎體骨折早期鑒別診斷中的應用效果及價值.中國醫藥科學,2017,7(11):161-163,210.DOI:10.969/j.issn.2095-0616.2017.11.049
        [20] Suh CH,Yun SJ,Jin W,et al.Diagnostic performance of in-phase and opposed-phase chemical-shift imaging for differentiating benign and malignant vertebral marrow lesions:a meta-analysis.AJR Am JRoentgenol,2018,211(4):W188-W197.DOI:10.2214/AJR.17.19306
        [21] Chen XG,Sang QZ,Chen J.The value of MRI IDEAL technique in the etiological analysis of vertebral compression fracture.Journal of Practical Radiology,2019,35(6):985-987.DOI:10.3969/j.issn.1002G1671.2019.06.033陳訓貴,桑強章,陳軍.MRIDEAL技術在椎體壓縮性骨折病因分析中的價值.實用放射學雜志,2019,35(6):985-987.DOI:10.3969/j.issn.1002G1671.2019.06.033.
        [22] Gillies RJ,Kinahan PE,Hricak H.Radiomics:images are more than pictures,they are data.Radiology,2016,278(2):563-577.DOI:10.1148/radiol.2015151169
        [23] Lessmann N,van Ginneken B,de Jong PA,et al.Iterative fully convolutional neural networks for automatic vertebra segmentation and identification.Med Image Anal,2019,53(4):142-155.DOI:10.1016/j.media.2019.02.005
        [24] Arpitha A,Rangarajan L.Computational techniques to segment and classify lumbar compression fractures.Radiol Med,2020,125(6):551-560.DOI:10.1007/s11547-020-01145-7
        [25] Burns JE,Yao J,Summers RM.Vertebral body compression fractures and bone density:automated detection and classification on CT images.Radiology,2017,284(3):788-797.DOI:10.1148/radiol.2017162100
        [26]Frighetto-Pereira L,Rangayyan RM,Metzner GA,et al.Shape,texture and statistical features for classification of benign and malignant vertebral compression fractures in magnetic resonance images.Comput Biol Med,2016,73(6):147-156.DOI:10.1016/j.compbiomed.2016.04.006
        [27] Thawait SK,Kim J,Klufas RA,et al.Comparison of four prediction models to discriminate benign from malignant vertebral compression fractures according to MRI feature analysis.AJR Am J Roentgenol,2013,200(3):493-502.DOI:10.2214/AJR.11.7192

      關聯標簽:
      相關文章
      聯系我們
      • 寫作QQ:3008635931
      • 發表QQ:3008635930
      • 服務電話:13701839868
      • 售后電話:18930493766
      • 郵箱:shlunwen@163.com
      范文范例
      網站地圖 | 網站介紹 | 聯系我們 | 服務承諾| 服務報價| 論文要求 | 期刊發表 | 服務流程
      宝马棋牌