白血病骨髓移植的MRI研究
中华放射学杂志 1999年第9期第33卷 骨骼肌肉系统放射学
作者：贺涓 廉宗 韩明哲 韩悦 冯四洲
单位：300211天津医科大学第二医院MR室（贺涓、廉宗、韩悦）；中国医学科学院血液病研究所骨髓移植科（韩明哲、冯四洲）
关键词： 骨髓移植； 磁共振成像；白血病
【摘要】 目的 研究MRI对白血病骨髓移植（BMT）患者骨髓变化的评估作用和价值。方法 共20例白血病BMT患者，分别在BMT前后行SE序列T1WI和脂肪抑制成像；并测量腰椎骨髓T1弛豫时间。结果 17例BMT后骨髓在T1WI上信号强度升高，复发率5.88%；3例信号无变化者，复发率66.70%；两组间复发率差异具有显著性意义（P＜0.05）。BMT后腰椎骨髓T1值低于正常值（P＜0.05）；与BMT前相比，有下降趋势，但差异无统计学意义。研究结果不支持腰椎“带状”表现是BMT后早期特征性表现。结论 MRI是监测白血病BMT后骨髓再生造血和预示复发的有效影像学检查手段。
MR imaging of leukemic patients after bone marrow transplantation
HE Juan, LIAN Zongcheng, HAN Mingzhe,et al.
Department of Radiology, the Second Hospital, Tianjin Medical University, Tianjin 300211
【Abstract】 Objective To assess the role of magnetic resonance imaging(MRI) of bone marrow in leukemic patients after bone marrow transplantation(BMT).Methods 20 leukemic patients received the first MRI before pretransplant regimen and second MRI was performed in a median of 52 days after transplantation with fat-suppressed and/or T1-weighted images of lumbar, pelvis and femur respectively. 14 age-matched volunteers were selected as controls.Results In 3 chronic myelogenous leukemia, the MRI of the pretransplant marrow pattern was mainly cellular marrow(hypointensities on T1-weighted images) in three examined sites. In 17 acute leukemia, the lumbar and pelvis marrow pattern did not demonstrate significant discrepancies compared with the normal, but patchy foci of cellular marrow were detected in the femoral shaft which was easier to be detected on fat-suppressed images than T1WI. After BMT, 17 cases showed relatively increased signal intensity compared with the pretransplant on T1-weighted images, clinically with a lower rate of recurrence (5.88%). The other 3 cases with a higher rate of recurrence(66.70%) did not demonstrate any changes. The difference of the two groups was statistically significant(P＜0.05). The “band pattern”, which was a peripheral zone of intermediate signal intensity surrounding a central zone of bright signal intensity, was demonstrated in 5 posttransplant patients and 9 pretransplant patients, and was also observed in the normal. So our results did not support the point of view that the “band pattern”was an early characteristic change after BMT.Conclusions MRI is an important noninvasive tool for investigating large regions of marrow in the monitoring of those patients with leukemia undergoing BMT and has a potential to predict recurrence. The combination of T1-weighted and fat-suppressed images is an effective imaging method, and the combination of femur and either lumbar or pelvis is an optimal site for imaging.
【Key words】 Bone marrow transplantation Magnetic resonance imaging Leukemia
骨髓移植（bone marrow transplantation,BMT）是治疗白血病的有效方法，以MRI观察BMT的效果具有独特的优势，目前国内尚未见这方面的研究报道。笔者报告20例白血病BMT患者的骨髓MRI研究，结果如下。
材料与方法
一、临床资料
1．病例组：20例白血病患者，男12例，女8例，年龄15～36岁，其中急性白血病17例，慢性粒细胞性白血病（CML）3例。所有病例均在中国医学科学院血液病研究所骨髓移植科接受骨髓移植治疗，其中异基因骨髓移植7例，自体骨髓移植7例，自体血液干细胞移植4例，异基因外周血干细胞移植2例。移植前均行大剂量化学药物治疗和全身照射（TBI）的预处理过程。本研究20例临床骨髓移植植入的间接证据，即移植后28天之前，各系统造血恢复正常，临床上发生急或慢性移植物抗宿主病；以及遗传学直接证据均证明骨髓植入，移植成功。
2．对照组：选择14例与疾病组年龄相匹配的健康者作为定性及腰椎定量研究的对照组。
二、MRI检查
1．MR成像参数：10例在1.0 T超导型MR扫描机（Siemens公司，Magnetom）上进行SE序列T1WI。检查部位包括腰椎、骨盆和股骨。成像参数：腰椎矢状面，TR 500、2 000毫秒，TE 20毫秒，层厚6 mm，无间隔，腰椎表面线圈；骨盆冠状面，TR 500毫秒，TE 15毫秒，层厚6 mm，无间隔，体线圈；股骨冠状面，TR 500毫秒，TE 20毫秒，层厚4 mm，无间隔，体线圈。另有10例采用1.5 T超导型MR扫描机（Toshiba公司，Visart）进行检查。检查部位包括腰椎、骨盆和股骨。成像参数：腰椎矢状面，SE序列T1WI TR 500毫秒，TE 15毫秒及脂肪抑制，T2WI，层厚5 mm，无间隔；骨盆冠状面，SE序列T1WI TR 500毫秒，TE 15毫秒及脂肪抑制T1WI和T2WI，层厚5 mm，无间隔；股骨冠状面，SE序列T1WI TR 500毫秒，TE 15毫秒及脂肪抑制T1WI和T2WI，层厚4 mm，无间隔。所有扫描均用QD-spine线圈。所有脂肪抑制序列扫描前均行匀场扫描。每例患者每次平均总扫描时间约为1.5小时。
2．MRI检查时间：每例患者均接受2次MRI检查，即在BMT预处理前及BMT后35～68天期间。将BMT前后获得的MRI尽可能地置于同一窗宽水平条件下对比观察。将骨髓信号与邻近肌肉和皮下脂肪相比，与肌肉信号相似的为中等信号，低于肌肉的为低信号，与脂肪信号相似的为高信号。
3．腰椎T1弛豫时间的测量：将回波时间，层面位置，矩阵大小等成像参数固定不变，分别用TR 500毫秒和2 000毫秒的重复时间，所得到的2幅图像计算出T1图像；选择腰椎正中矢状面确定兴趣区（ROI）测量。ROI尽可能多地包括椎体骨髓，但不能将骨皮质、椎间盘、椎静脉丛及韧带等包括在内，以免产生部分容积效应。每个ROI内包括的像素取决于病人椎体的大小，至少为64个像素。每个病例分别测量L2～4共3个椎体，每个椎体测量3次，取其平均值作为该病例的平均弛豫时间。
三、骨髓活检
一般均在MRI检查后72小时之内进行，将骨髓增生程度分为0～4级，即重度减低(0级)，减低（1级），活跃（2级），明显活跃（3级），极度活跃（4级）。
四、统计学处理
使用配对计量资料比较的t检验处理BMT前后弛豫时间的变化。采用四格表确切概率法检验BMT后复发率的差异。α水平定为0.05。
结果
一、慢性粒细胞性白血病（3例,图1，2）
图1 慢性粒细胞性白血病骨髓移植（BMT）前腰椎骨髓T1WI（左），椎体呈均一的中等信号；脂肪抑制T2WI（右），椎体信号增高 图2 同图1病例。BMT后腰椎骨髓T1WI（左），与BMT前相比椎体信号强度明显升高；脂肪抑制T2WI（右），与BMT前相比椎体信号明显减低
1．BMT预处理前骨髓：在SE序列T1WI上，3例腰椎及骨盆呈均一的中等信号影；2例股骨可见大片状均一的信号减低区，仅在股骨头大转子处可见部分高信号影，1例整个股骨未见黄髓高信号影。其中1例行脂肪抑制像，腰椎、骨盆及股骨3部位受累区信号强度均明显升高。后髂嵴骨髓活检结果显示骨髓增生程度为3或3+级。
2．BMT后骨髓：与BMT前相比，3例在T1WI上腰椎、骨盆及股骨的信号强度均有明显升高，其中有2例腰椎椎体呈“带状”表现，即中央高信号带，周围为中等信号带。股骨干呈均一的高信号，在脂肪抑制像上信号强度明显降低。后髂嵴骨髓活检结果显示骨髓增生程度为1～2级。
二、急性白血病（17例,图3～8）
图3～8 急性白血病BMT前后骨盆及近段股骨骨髓。图3为BMT前T1WI，骨盆呈高低信号相间的混杂信号，与同年龄组正常人相比无明显差别。股骨干可见形态不一的信号减低区。图4为BMT后T1WI，与图3相比，股骨干的信号减低区范围有所缩小，边界较模糊。图5为BMT前脂肪抑制T2WI，骨盆未见明显信号增高影，股骨干可见明显信号增高影。图6为BMT后脂肪抑制T2WI，与图5相比，骨盆未见明显信号增高影，但股骨干的高信号强度较前降低，范围有所缩小。图7为BMT前脂肪抑制T1WI，与图5表现相一致，股骨干可见明显高信号影。图8为BMT后脂肪抑制T1WI，与图6表现相一致，与图7 BMT前相比股骨干的高信号影的信号强度较前降低，范围有所缩小
1．BMT预处理前骨髓：17例腰椎在SE序列T1WI上出现2种表现:（1）9例椎体中央带可见横行条带状高信号影，其周围带呈均一或不甚均一的中等信号；（2）8例椎体内可见多发弥漫性的斑点或斑块状高信号影。17例骨盆在SE序列T1WI上表现基本相似，均为高低信号相间的混杂信号影。总体观以黄髓占优势，高信号的黄髓有的呈较弥漫的小斑点或斑片状改变，有的则为散在分布的大斑块样高信号影。这种表现与同年龄组正常人骨盆MRI表现无明显差别。17例股骨在SE序列T1WI上股骨干均表现为在高信号强度背景上散在分布形态不一的信号减低影，边界清楚锐利。股骨头及大转子为均一的高信号影。
本组中有9例行脂肪抑制成像，其腰椎和骨盆均未见明显信号增高影，股骨干均可见明显的高信号影，部位与T1WI上的信号减低区相一致。
2．BMT后骨髓：14例与BMT前相比，在T1WI上腰椎、骨盆信号均有所增高，其中3例腰椎椎体中央带可见横行条带状高信号影，其周围带信号强度更不均匀；股骨的信号减低区边界模糊、范围缩小。其中8例行脂肪抑制像，腰椎、骨盆信号降低，股骨的高信号区消失或信号强度减低，范围缩小。其中1例在BMT半年后复发死亡。
另3例与BMT前相比，在T1WI上腰椎、骨盆及股骨图像均未见改变；1例行脂肪抑制像在股骨干仍可见高信号区，与BMT前相同。其中2例在BMT后2个月内复发死亡。BMT后复发率的比较见表1。经四格表确切概率法计算P=0.045 6，按α=0.05水平，可认为BMT前后MRI无变化者的复发率高于有变化者。
表1 白血病骨髓移植后的MRI表现与复发人数的比较
| MRI变化 |
复发人数 |
未复发人数 |
合计 |
| 有变化者 |
1 |
16 |
17 |
| 无变化者 |
2 |
1 |
3 |
| 合计 |
3 |
17 |
20 |
后髂嵴骨髓活检：骨髓增生程度为1～2级（减低～活跃），多较BMT前有所减低。
三、腰椎T1弛豫时间
移植后腰椎骨髓T1值（524±99）与正常对照组T1值（769±108）比较，差异有显著性意义（t=5.67, P＜0.05）；但BMT后T1值（756±387）与BMT前之间差异无显著性意义（t=2.27,P＞0.05）。
讨论
本组中，BMT后短期内（35～68天）85%的患者T1WI信号较BMT前有不同程度的增高，T1值也有一种缩短的趋势；临床上骨髓增生程度也由2～3级降至1～2级。这可能是BMT前预处理效应和BMT后早期骨髓再生造血的共同反映［1-4］。BMT前患者必须经过一个大剂量的化疗和全身放疗的预处理过程，这对BMT的成功是至关重要的［1，2,5］。其主要意义有3点：（1）杀灭残留的肿瘤细胞；（2）抑制机体免疫机能，减少或消灭受者对植入骨髓的排异反应，使移植物能被受者接受；（3）使受者骨髓细胞龛腾空，以利于骨髓细胞的顺利植入。在这一过程中也同时杀伤了正常造血细胞，使骨髓腔处于一种空虚状态。放射治疗剂量超过30 Gy时，就会引起长期的脂肪置换，在T1WI上表现为均一的高信号影［1,6］。由于在TBI中使用的是中等剂量（10 Gy），脂肪置换的程度就没有那样严重。但在短期内与BMT前及正常人相比，其骨髓腔内造血细胞成分减少，相应的脂肪含量增加［3,7,8］。
Stevens等［3］观察了15例BMT患者腰椎骨髓MR图像（6例自体骨髓移植，9例异基因骨髓移植）提出BMT后腰椎出现“带状”表现，即中央高信号带，周围为中等信号带。本组中有5例在BMT后呈这种“带状”改变，其余病例BMT后椎体内出现散在的小点状高信号影，整体信号强度较前增高。而在化疗缓解后，BMT前有9例患者也呈这种“带状”表现。同时这种表现也见于正常腰椎。因此，这种“带状”表现不为BMT后腰椎所特有的，而只是在正常或经治疗后恢复造血状态下腰椎的一种骨髓表现类型。其发生机制目前尚不清楚，可能与腰椎的血供有关［3］。
骨髓移植后白血病复发是影响BMT疗效的重要因素之一。复发的主要原因与BMT时白血病细胞清除不彻底，即体内残留白血病细胞较多有关［5］。因此，对BMT后复发的监测是BMT研究的一个重要方面。MRI能否监测BMT后白血病复发，尚未见文献报道。而本研究结果表明MRI能反映BMT后的骨髓状态，可作为监测BMT效果的有效手段。在20例中，BMT后17例MRI信号强度增高，仅1例复发，且复发时间超过6个月；而3例MRI信号强度不变化者有2例复发，且复发时间不足2月。因为经过有效的大剂量的化学药物治疗和TBI的预处理后，骨髓内的肿瘤细胞和正常造血细胞几乎全被杀灭，骨髓腔处于一种空虚状态。BMT后早期造血功能尚处于恢复阶段，造血细胞成分较少，大量的脂肪细胞占据髓腔，在T1WI上骨髓信号强度较BMT前增高。如果预处理后骨髓腔内仍存留有一定数量的骨髓细胞，BMT后不会出现大量脂肪细胞的增加，在T1WI上其骨髓信号强度与BMT前相比将无明显改变。但在这些存留骨髓细胞中，残留白血病细胞的几率较大，其复发几率就相应增大，复发的时间也会相应提前。
腰椎和骨盆是红髓占优势部位，BMT后造血功能恢复也主要发生在此，所以文献上有关白血病骨髓MRI检查多选用这2个部位［9,10］。但是腰椎、骨盆的MRI表现具有多样性，BMT后信号的变化有时较难估计真实骨髓状态。股骨干以黄髓占优势，10岁以后为均一的高信号［11,12］，因此股骨干MRI信号强度的变化更有利于BMT前后的对比观察。如果中段股骨干在BMT后仍可见斑片状信号减低区，位置与BMT前比较无变化，其残留白血病细胞的可能性较大，从而可以推测BMT效果不佳。所以我们认为MRI观察白血病BMT疗效，以股骨干、腰椎或股骨干、骨盆为最佳检查部位。
SE序列是骨髓MR成像中的基本方法。MRI主要根据组织特性来决定其信号强度的变化。骨髓的两大主要成分——脂肪和水是骨髓MRI的信息源泉。当其发生异常时，就会产生不同的信号强度。黄髓主要由脂肪组织构成，而红髓中水与脂肪的比例相近。人体刚出生时，骨髓腔内充满红髓，以后随着年龄的增长，红髓逐渐向黄髓转换。因此，不论是观察正常生理转换过程，还是发现骨髓成分异常变化，都必须以能否很好地区分红髓和黄髓为基本成像前提。由于水分子的弛豫时间为长T1和长T2，而脂肪分子为短T1和较长T2，由此T1WI可以很好地区分红、黄髓，而在T2WI上两者的对比度则明显降低。所以文献中有关骨髓的研究大多选用T1WI，而不选T2WI［3,4,8］。
同时笔者还发现脂肪抑制成像技术更利于对BMT前后股骨变化的观察。脂肪抑制成像与常规SE序列成像相比有许多重要的潜在优势。但前者对磁场的均一性要求较高。因此我们认为应首先选择常规SE序列T1WI作为基础成像，然后再选择1～2种脂肪抑制成像技术作为辅助成像为佳。
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（本文编辑：隋行芳）
（收稿：1998-12-22 修回：1999-04-08）
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