Απεικόνιση του φυσιολογικού μυελού των οστών και των εκφυλιστικών αλλοιώσεων των επιφυσιακών πλακών των οσφυϊκών σπονδύλων με δυναμική μαγνητική τομογραφία (ΜΤ)

Abstract

Objective: To investigate differences in dynamic contrast-enhanced MRI (DCE MRI) profiles of the lumbar spine regarding: a) normal bone marrow, in relation to spinal level, age and sex b) normal bone marrow and Μodic changes c) normal bone marrow, Μodic changes, apparently normal and malignant marrowMaterials and Methods: Four subject groups were included in the study: a) Group Α, normal bone marrow: 114 patients (52 men, 62 women) referred for evaluation of low back pain or sciatica, without a history of malignancy or systemic disease. b) Group B, Modic changes: 52 patients (17 men, 35 women) from group Α, with evidence of Modic changes on conventional MR images. c) Group C, malignant marrow: 51 patients (22 men, 29 women) with proven focal or diffuse bone marrow malignancy. d) Group D, apparently normal marrow: 54 patients with either focal malignant marrow changes or negative conventional MR images but proven bone marrow malignant dissemination. All patients underwent dynamic MRI and subtraction of dynamic images. Regions of interest (ROIs) were placed for group Α at the upper or lower half of each lumbar vertebral body, for group Β at each site of Modic changes, for group C at each site of maximum abnormal enhancement and for group D at sites of apparently normal marrow. Postprocessing of initial dynamic data using a non linear regression analysis method based on Marquardt algorithm, by means of an exponentially modified Gaussian (EMG) equation resulted in generation of fitted time-intencity curves (fTICs) and calculation of perfusion parameters. Statistical analysis (ANOVA, multiple regression, t-test, ROC) was performed to investigate differences in perfusion parameters: a) of vertebral marrow, in relation to spinal level, age and sex, b) between normal marrow and Modic changes, c) among all study groups. Morphological pattern of fTICs was assessed, by evaluating fitting parameters and calculated perfusion parameters.Results: Statistically significant differences in perfusion parameters (p<0.05) were shown: a) for vertebral marrow, between upper and lower lumbar vertebrae, subjects of the same sex younger or older than 50 years, men and women of the same age group b) between normal marrow and Modic changes, regardless spinal level, age or sex, c) amongst all subject groups. Two morphological patterns of fTICs were shown for all study groups: pattern (1) was characterized by initial contrast rise, maximum contrast enhancement and subsequent decline, while pattern (2) was characterized by initial contrast rise followed by a plateau phase of maximum enhancement with faint or absent washout. Pattern 1 was dominant in groups A, C and D, while pattern 2 was dominant in group Β.Conclusion: DCE MRI may reveal statistically significant different contrast profiles for normal marrow in relation to spinal level, age and sex, it may discriminate normal marrow from degenerative or malignant changes and it may show early malignant marrow disease before it becomes evident on conventional MR images.

Σκοπός: H παρούσα μελέτη έχει σκοπό να χρησιμοποιήσει τη μέθοδο της δυναμικής μαγνητικής τομογραφίας (δυναμική ΜΤ) του μυελού των οστών για την αξιολόγηση των διαφορών της αιμάτωσης: α) του φυσιολογικού μυελού των οστών σε σχέση με την ηλικία, το φύλο και τον εξεταζόμενο σπόνδυλο της ΟΜΣΣ, β) του φυσιολογικού μυελού σε σχέση με τις εκφυλιστικές αλλοιώσεις των επιφυσιακών πλακών (αλλοιώσεις του μυελού που συνοδεύουν εκφύλιση του μεσοσπονδύλιου δίσκου ή αλλοιώσεις Μodic), γ) του φυσιολογικού μυελού, των αλλοιώσεων Μodic, του κακοήθους μυελού και του μυελού που είναι φαινομενικά φυσιολογικός στη συμβατική Μ.Τ. σε ασθενείς με γνωστή κακοήθεια.Υλικό και μέθοδος: Στη μελέτη συμπεριελήφθησαν τέσσερις ομάδες ασθενών: α) Ομάδα Α για τη μελέτη του φυσιολογικού μυελού: 114 ασθενείς (52 άνδρες, 62 γυναίκες) οι οποίοι προσήλθαν για διερεύνηση οσφυαλγίας ή ισχιαλγίας, χωρίς ιστορικό κακοήθους ή άλλης συστηματικής νόσου, β) Ομάδα Β για τη μελέτη των αλλοιώσεων Modic: 52 ασθενείς (17 άνδρες, 35 γυναίκες) από την ομάδα Α, οι οποίοι εμφάνιζαν στις συμβατικές ακολουθίες Μ.Τ. αλλοιώσεις Modic, γ) Ομάδα Γ για τη μελέτη του κακοήθους μυελού: 51 ασθενείς (22 άνδρες, 29 γυναίκες) με αποδεδειγμένη εστιακή ή διάχυτη κακοήθη διήθηση του μυελού των οστών, δ) Ομάδα Δ για τη μελέτη του φαινομενικά φυσιολογικού μυελού: 54 ασθενείς με εστιακή μορφολογία κακοήθους διήθησης του μυελού ή με αρνητική συμβατική ΜΤ αλλά με επιβεβαιωμένη αιματολογική κακοήθεια. Όλοι οι ασθενείς υποβλήθηκαν σε δυναμική ΜΤ και ακολούθησε αφαίρεση των αρχικών τομών χωρίς σκιαγραφικό μέσο από όλες τις τομές με σκιαγραφικό. Στη συνέχεια τοποθετήθηκαν περιοχές ενδιαφέροντος (regions of interest, ROI) για την Oμάδα Α στο άνω ή κάτω ήμισυ του σώματος κάθε οσφυϊκού σπονδύλου, για την Oμάδα Β σε κάθε μία εστία εκφυλιστικών αλλοιώσεων , για την Oμάδα Γ σε εστίες μέγιστης παθολογικής σκιαγραφικής ενίσχυσης και για την Oμάδα Δ σε περιοχές φαινομενικά φυσιολογικού μυελού. Ακολούθησε μαθηματική προσαρμογή των αρχικών δυναμικών δεδομένων με μέθοδο μη γραμμικής προσαρμογής χρησιμοποιώντας μια εκθετικά τροποποιημένη εξίσωση κανονικής κατανομής (exponentially modified Gaussian, EMG) και έτσι δημιουργήθηκαν προσαρμοσμένες καμπύλες σκιαγραφικής ενίσχυσης και υπολογίσθηκαν οι παράμετροι ενίσχυσης. Πραγματοποιήθηκε στατιστική ανάλυση (ANOVA, multiple regression analysis, t-test, ROC analysis) για τυχόν διαφορές στις παραμέτρους ενίσχυσης: α) του φυσιολογικού μυελού ως προς το επίπεδο σπονδύλου, την ηλικία και το φύλο, β) μεταξύ φυσιολογικού μυελού και αλλοιώσεων Modic, γ) μεταξύ όλων των ομάδων της μελέτης. Επίσης αξιολογήθηκε η μορφολογία των προσαρμοσμένων καμπυλών ενίσχυσης σε όλες τις ομάδες, εκτιμώντας τις παραμέτρους μαθηματικής προσαρμογής των καμπυλών αυτών και τις παραμέτρους ενίσχυσης.Αποτελέσματα: Διαπιστώθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές (p<0.05) στις παραμέτρους ενίσχυσης: α) του φυσιολογικού μυελού μεταξύ των δύο ανώτερων και τριών κατώτερων οσφυϊκών σπονδύλων, μεταξύ ατόμων του ίδιου φύλου μικρότερων των 50 ετών και μεγαλύτερων, καθώς και μεταξύ ανδρών και γυναικών της ίδιας ηλικιακής ομάδας β) μεταξύ φυσιολογικού μυελού και εκφυλιστικών αλλοιώσεων Modic, ανεξαρτήτως επιπέδου της ΟΜΣΣ, ηλικίας ή φύλου, γ) μεταξύ φυσιολογικού μυελού, αλλοιώσεων Modic, φαινομενικά φυσιολογικού και κακοήθους μυελού. Επίσης διαπιστώθηκε σε όλες τις ομάδες η παρουσία δύο προτύπων καμπύλης ενίσχυσης: το πρώτο (1) χαρακτηριζόταν από αρχική αύξηση του σκιαγραφικού μέσου, μέγιστη σκιαγραφική ενίσχυση και τέλος απομάκρυνση του σκιαγραφικού μέσου, ενώ το δεύτερο (2) χαρακτηριζόταν από αρχική αύξηση του σκιαγραφικού μέσου και ακολούθως από πλατώ μέγιστης ενίσχυσης χωρίς απομάκρυνση του σκιαγραφικού μέσου. Το πρότυπο 1 υπερείχε σε αναλογία στις ομάδες Α, Γ και Δ ενώ στη ομάδα Β των αλλοιώσεων Modic υπερείχε το πρότυπο 2.Συμπέρασμα: Η δυναμική ΜΤ μπορεί να αποκαλύψει σημαντικές διαφοροποιήσεις του φυσιολογικού μυελού ως προς το επίπεδο της ΟΜΣΣ, ως προς την ηλικία και το φύλο, μπορεί να διακρίνει το φυσιολογικό μυελό από εκφυλιστικές ή κακοήθεις αλλοιώσεις και μπορεί να ανιχνεύσει αρχόμενη κακοήθεια του μυελού των οστών πριν αυτή γίνει εμφανής στη συμβατική ΜΤ.