0 引言

       骨髓炎是一种由细菌感染侵入骨髓后引起骨组织破坏的炎症性疾病，随着病情发展逐渐累及骨髓、骨皮质、骨膜及周围软组织。近年来，其发病率呈上升趋势，每年总体发病率约为4.02/10万儿童，骨髓炎早期与骨恶性肿瘤鉴别困难^[1]。本病好发于长骨干骺端，如肱骨、股骨、胫骨、腓骨、尺骨等长骨^[2]，也可发生于下颌骨、骨盆骨、足部骨等非长骨部位^[3]。按病程可分为急性骨髓炎、亚急性骨髓炎和慢性骨髓炎^[4]；按发病机制可分为血源性骨髓炎、创伤性骨髓炎和蔓延性骨髓炎^[5]。

       急性血源性骨髓炎早期X线平片常表现阴性，10天~3周后才可见软组织肿胀、骨密度改变等征象^[6]，患病10天后CT上可见骨皮质缺损和骨膜反应，X线及CT对于早期诊断敏感性较低。MRI对于急性血源性骨髓炎早期诊断有重要价值，在患病2天内即可见软组织界限模糊，T2WI序列呈现稍高信号，敏感度可达92.39%^[3]。然而目前对于急性骨髓炎早期的MRI影像表现的综述较少，且T1WI低信号与T2WI高信号并非骨髓炎特异性表现，还可见于骨恶性肿瘤如尤因肉瘤、骨肉瘤等，忽略了急性、亚急性血源性骨髓炎与骨恶性肿瘤的MRI特征性表现以及二者的鉴别诊断。因此，本文将近年来MRI在四肢急性、亚急性血源性骨髓炎与四肢骨恶性肿瘤的鉴别诊断中的应用及进展进行综述，同时指出目前研究的局限性，提出未来的研究方向。以期为急性与亚急性血源性骨髓炎的早期正确诊断提供影像学参考。

1 骨髓炎、骨恶性肿瘤的发病机制

1.1 骨髓炎的主要致病菌及病理学改变

       金黄色葡萄球菌是骨髓炎的主要致病菌^[7]，细菌感染机体后，随血流播散至骨内滋养动脉的终末分支，特别是长骨干骺端与骨骺交界处的终末毛细血管，因此长骨干骺端是较大儿童（>18个月）与成人感染的主要部位^[8]，相比而言，婴幼儿（<18个月）干骺端与骨骺血管间存在通路，感染易早期侵入骨骺，导致化脓性关节炎的发生^[9]。

       细菌进入骨髓腔后，通过提高RANK-L/OPG比值抑制成骨细胞活动，刺激破骨细胞生成，导致骨质吸收、破坏^[10]。随着细菌在骨髓腔内不断增殖，3~4天可引发急性化脓反应，脓液积聚引起骨髓腔压力升高和血管充血，破坏骨内、外血液供应，并周围软组织出现肿胀。若治疗不及时，7~8天，脓肿不断扩大突破骨皮质，在骨膜下出现感染扩散，形成脓肿，此处骨皮质破裂口称为泄殖腔（Cloaca），3~4周后泄殖腔与皮肤表面相通，形成窦道（Sinus tract）^[11]。一般2~3周后由于骨膜下脓肿形成，骨膜被掀起导致骨缺血坏死，形成死骨。骨膜下脓肿、泄殖腔、窦道、死骨及骨包壳形成均提示进入慢性骨髓炎阶段^[12]。

1.2 骨恶性肿瘤的发病机制

       骨肉瘤多起源于长管状骨干骺端的间充质干细胞或成骨细胞前体细胞^[13]。早期肿瘤细胞增殖形成瘤巢，物理挤压并逐步替代正常骨髓造血组织。肿瘤通过VEGF等促血管生成因子诱导肿瘤新生血管形成，为其供血，而正常骨髓造血组织因血供不足进一步萎缩。肿瘤细胞分泌破骨因子破坏骨皮质，形成“穿凿样” “虫蚀样”缺损。最终突破骨皮质侵入周围肌肉、筋膜，形成与原发灶相连的软组织肿块，其内可形成肿瘤样骨样基质^[14]。

       尤因肉瘤好发于四肢长骨骨干及干骺端^[15]。尤因肉瘤为起源于间充质未分化小圆细胞的高度侵袭性恶性肿瘤^[16]。尤因肉瘤在骨内呈浸润性生长，可破坏骨皮质及髓腔，导致局部骨质溶解或膨胀性改变。

2 MRI常规序列在鉴别诊断中的应用

       张培华等^[17]认为急性血源性骨髓炎发病1周左右，骨膜发生坏死，病变广泛破坏骨内血运，转化为慢性骨髓炎几率增加，超过1周后骨组织明显坏死伴有炎性肉芽组织形成，坏死骨逐渐与正常骨组织分离，形成死骨，死骨与窦道成为细菌繁殖的场所，导致慢性骨髓炎反复急性发作^[11]，因此在发病1周内确诊急性骨髓炎尤为关键。但X线或者CT对于发病<1周的病灶检出率、敏感度均较低，刘成升等^[3]报道MRI对于发病<2天内的软组织肿胀检出率为92.39%，发病<3天内的骨髓异常检出率为90.22%，由此可见，MRI对于急性骨髓炎早期病变的检出具有较高敏感度。

2.1 骨髓水肿与骨质破坏的信号差异

       急性血源性骨髓炎引起炎症细胞浸润，病变含水量丰富，与正常骨髓脂肪组织形成对比，水肿信号呈弥漫性分布，相对均匀，边界模糊，一般比骨质破坏更早出现，随着病情的好转水肿范围可相应缩小^[18]。发病3天内MRI上可见T1WI稍低信号，T2WI稍高信号，短时间反转恢复序列（short time inversion recovery, STIR）明显高信号，随着病程延长，信号越发明显^[19]，HAJóSI-KALCAKOSZ等^[20]研究发现，32例急性骨髓炎病例中31例（31/32，96.9%）可在早期出现此征象。急性血源性骨髓炎患者发病5~8天MRI上主要表现为均匀斑点状、条状混杂信号，8~14天MRI表现为管条状T1WI低信号、T2WI等、高信号^[17]。MRI对于急性血源性骨髓炎诊断的敏感度约为82%~100%、特异度约为75%~99%^{[4, 21]}。而骨恶性肿瘤一般也表现为T1WI低信号，T2WI高信号，但是肿瘤生长多有纤维包膜限制，边界较为清晰，与骨髓炎边界模糊的炎症浸润区信号有区别。如尤因肉瘤常形成局限性包块，界限相对清楚，水肿分布则更加广泛且明显不均匀，界限相对清晰，与肿瘤范围难以区分，常随着病情加重而扩大^[18]；骨肉瘤由于其肿瘤特性，也具有形成包块的趋势，所以肿瘤边界相对较清，在肿瘤周围可见片絮状骨髓水肿T2WI高信号影^[22]。

       既往研究表明^{[6, 17, 23]}急性血源性骨髓炎早期T1WI信号多表现为不均匀的斑点状低信号影，而骨肉瘤、尤因肉瘤等骨恶性肿瘤多表现为较均匀的融合的片状低信号，这可能与两者病理机制的不同有关。急性血源性骨髓炎早期，由于细菌病原体随着血液流动至干骺端毛细血管网，菌栓定植在哪里，病灶就在哪里形成，因而产生多灶性、斑点状的炎症浸润区^[24]，早期（<3天）炎性水肿边界模糊，随着骨质逐渐破坏，病灶边界逐渐清晰，T1WI上表现为不均匀分布的斑点状低信号，与正常T1WI高信号的黄骨髓形成明显对比。而骨肉瘤、尤因肉瘤等骨恶性肿瘤则源自肿瘤细胞的无限增殖，正常骨细胞、脂肪细胞逐渐被瘤团细胞取代，表现为典型的骨髓替代征象，因而在T1WI上常失去高信号脂肪背景，表现相对均匀的片状低信号^[25]。

       急性血源性骨髓炎早期弥漫、模糊的炎症浸润改变与骨恶性肿瘤肿块局限、边界相对清晰的生长方式是两者在MRI上鉴别诊断的重要依据。然而现有结论多基于回顾性、小样本研究，而且对于两者MRI影像表现的研究多聚焦于信号的高低差异，忽略了信号分布形态的不同。因此，未来可建立多中心、前瞻性队列，统一扫描协议，引入纹理深度学习模型对T1WI低信号形态进行自动聚类，急性血源性骨髓炎在T1WI上的斑点状低信号与骨恶性肿瘤在T1WI上相对均匀的片状信号的差别对于鉴别诊断的价值，有待进一步的更大样本研究。

2.2 脂肪球征在鉴别诊断中的价值与局限

       脂肪球征被认为是急性骨髓炎的特征性MRI表现^[26]，病理机制是急性骨髓炎时，髓腔内炎性浸润导致压力增高，黄骨髓脂肪细胞快速坏死、释放游离脂质，聚集形成脂肪球^[27]。MRI上定义脂肪球为单发或多发，直径不小于2 mm的圆形或条形脂肪病灶，T1WI上接近或高于皮下脂肪信号，可在2个或2个以上层面检测到，并且脂肪抑制序列表现为明显低信号^[23]。脂肪球征可以出现在骨内或者骨外软组织，出现在骨外提示骨髓炎已经引起骨皮质的破坏^[28]。当脂肪球与骨髓炎形成的脓液同时出现，可形成脂-液平面。T2WI或PDWI序列可在脂肪球周围看到环状高信号，称为晕征。尽管根据多项研究^{[23, 26, 29]}可推测脂肪球征诊断骨髓炎的特异性可能大于90%，但近些年来部分研究认为脂肪球征并非骨髓炎特异性征象，还可见于外伤、梗死、脂肪肉瘤、皮样囊肿等疾病，其诊断骨髓炎正确率低于50%，仅可作为辅助诊断征象^{[29, 30]}。尽管如此，对于骨恶性肿瘤而言，正常骨髓脂肪细胞被肿瘤细胞及其生成的纤维-骨样基质逐步挤压、吞噬、替代，少见脂肪细胞残留征象^[31]，检索文献未见对于尤因肉瘤、骨肉瘤存在脂肪球的报道，因此笔者认为脂肪球征对于急性骨髓炎与尤因肉瘤及骨肉瘤的鉴别诊断仍具有一定价值。

       脂肪球征对于诊断骨髓炎的特异度较高，MRI可充分显示脂肪细胞急性坏死后释放的游离脂质团，但其敏感度较低，且部分文献报道外伤、梗死、脂肪肉瘤也可出现该征象，表明其诊断骨髓炎特异度可能被高估。对于外伤、梗死、脂肪肉瘤等非感染性骨病与骨髓炎的脂肪球征的对比分析是未来的研究方向，通过计算脂肪球征在骨髓炎与非炎症病变中的阳性似然比，明确其诊断骨髓炎特异度。

2.3 半暗带征在亚急性骨髓炎中的特异性诊断价值

       半暗带征在亚急性骨髓炎中的特异性诊断价值半暗带征又称半影征，为亚急性骨髓炎特征性MRI征象，主要见于Brodie脓肿^[32]。Brodie脓肿在MRI图像上由内到外一般分为4层信号，中央区T1WI呈低信号，T2WI呈高信号，为病灶坏死区；内层为T1WI稍高信号的肉芽组织层，即半暗带征；外层T1WI、T2WI上均呈低信号，为纤维组织与反应性硬化带；最外层为T1WI低信号水肿环^[33]。病理机制为脓肿壁周围由于脓液炎症刺激，反应性增生形成富血管的肉芽组织，MRI上表现为T1WI稍高信号环，同时由于肉芽组织富含血管，增强扫描可见脓肿周围环形强化，骨恶性肿瘤并不产生脓肿，因此“半暗带征”是鉴别感染与肿瘤的特征性表现^[30]。

       根据既往研究^{[27, 30, 34]}发现，尽管“半暗带征”对于诊断亚急性骨髓炎特异性高达95%，但其在血源性骨髓炎中检出敏感度较低，仅有27%，对于鉴别诊断的实际价值有限。此外，该征象依赖高信噪比T1WI图像，易受场强、序列参数及阅片医师经验影响，建议未来可建立基于深度学习的半暗带自动识别算法，以减少观察者间差异。

2.4 软组织肿胀与肿块的鉴别诊断价值

       骨髓炎产生的炎性水肿与脓肿的弥漫性渗出，导致病变周围“软组织肿胀”；而骨恶性肿瘤细胞穿破骨皮质后浸润生长而形成“软组织肿块”^[35]。在KASALAK等^[29]关于MRI征象鉴别骨髓炎与尤因肉瘤的研究，两名诊断医师对于尤因肉瘤中存在软组织肿块的诊断敏感度分别约为85.7%、92.9%，特异度分别约为80%、70.0%，诊断正确率分别约为82.4%、79.4%，与肖亚光等^[36]研究结果接近，表明软组织肿块的存在对于两者的鉴别诊断具有广谱价值。而且对于少数存在软组织肿块的骨髓炎病例，软组织肿块的大小仍具有进一步区分骨髓炎和尤因肉瘤的价值，尤因肉瘤的软组织肿块直径通常更大，但最佳截断值仍需进一步研究。

       软组织肿块的存在对于两者的鉴别诊断具有较高的特异度和敏感度，然而软组织肿块的描述多为主观定性，缺乏客观测量指标（如肿胀范围、边界梯度、强化均匀性等）。未来可引入纹理分析或影像组学方法，从软组织信号异质性角度构建量化分类模型，并联合临床炎症指标（如CRP、ESR）提升综合判别能力。

       综上，MRI常规序列可通过多种影像表现鉴别诊断早期急性、亚急性血源性骨髓炎与骨恶性肿瘤，以上MRI常规序列上的影像特征对于两者鉴别诊断的优势与局限见表1。

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表1  四肢急性血源性骨髓炎与骨恶性肿瘤在MRI常规序列上的鉴别要点
Tab. 1  Key points for differentiating acute hematogenous osteomyelitis of the extremities from malignant bone tumors on conventional MRI sequences

3 MRI功能序列在鉴别诊断中的应用

3.1 DWI与ADC定量参数在诊断中的应用与局限

       表观扩散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）是弥散加权成像（diffusion-weighted imaging, DWI）的关键参数，通过测量组织内水分子的随机布朗运动速率，反映水分子在组织中的弥散运动受限程度，间接反映细胞密度和细胞膜完整性。CHATURVEDI等^[37]指出，DWI在鉴别骨髓炎与骨恶性肿瘤方面具有重要价值，骨恶性肿瘤因细胞密度高、细胞外间隙小，水分子弥散受限更明显，DWI上表现为高信号，ADC值通常较低；而骨髓炎则因细胞密度低、含液性成分多，ADC值较高。值得关注的是，骨肉瘤病灶内若存在肿瘤样钙化基质，在DWI上可能会出现T2暗化效应，信号反而减低^[38]。根据KRUK等研究^[39]，骨髓炎对比退行性骨髓水肿，在b值50和800 s/mm²条件下，选取T1WI上低信号区域为ROI区（直径7 mm左右），骨髓炎组ADC值范围为（1.082~1.918）×10^-3 mm²/s，平均（1.432±0.222）×10^-3 mm²/s，诊断骨髓炎的95%特异性ADC临界值为>1.320×10^-3 mm²/s。GUIRGUIS等^[40]研究表明，ADC值在良性和恶性骨肿瘤之间存在显著差异，在b值0和600 s/mm²条件下，选取全病灶区域为ROI区，骨恶性肿瘤ADC值范围为（0.891~1.470）×10^-3 mm²/s，中位数1.142×10^-3 mm²/s。而根据SETIAWATI等^[41]对于不同病理亚型骨肉瘤的ADC值差异性研究表明，在b值800 s/mm²条件下，在病灶上随机选取3个类圆形区域为ROI区（面积5~25 mm²），计算平均ADC值，43例骨肉瘤ADC均值为（1.031±0.31）×10^-3 mm²/s，其中20例成骨细胞型骨肉瘤成ADC值范围为（0.585~1.245）×10^-3 mm²/s，平均值为（0.994±0.24）×10^-3 mm²/s。8例软骨母细胞型骨肉瘤ADC均值为（1.470±0.31）×10^-3 mm²/s，可以发现软骨母细胞型骨肉瘤由于软骨基质成分以软骨黏蛋白和胶原纤维为主，结构疏松且含水量高^[42]，其ADC值较高。虽然不同研究对于诊断骨髓炎与骨恶性肿瘤的ADC临界值略有差异，但多数认为ADC<1×10^-3 mm²/s应高度怀疑骨恶性肿瘤（软骨源性肿瘤除外），ADC>1.3×10^-3 mm²/s则倾向骨髓炎诊断，若测值介于两者之间，需结合其他影像或临床资料进一步鉴别。需要注意的是骨髓炎合并脓肿时，可表现为较低ADC值^[43]，此时需结合增强MRI进一步区分。

       DWI与ADC值可定量分析鉴别诊断四肢急性血源性骨髓炎与骨恶性肿瘤。然而DWI的图像受到b值的选择、金属植入物及运动伪影的影响，参数设置不当（如b值过低），则可能无法有效区分弥散受限与T2穿透效应^[44]。ADC值虽能反映组织细胞密度，但其测量易受b值选择、ROI区选择的影响，不同研究采用的b值组合差异较大，导致阈值难以统一。未来可通过标准化DWI扫描协议，如应用多b值拟合IVIM模型，以提高诊断特异性^[45]。

3.2 1H-MRS中胆碱峰缺失对于诊断骨髓炎的价值

       质子磁共振波谱（proton magnetic resonance spectroscopy, ¹H-MRS）的能检测细胞膜更新的标志物—胆碱。虽然骨的良、恶性病变均可存在胆碱峰，但AMAR等^[46]的研究表明在局灶性骨病变中，9例骨恶性肿瘤病例中8例（8/9，88.89%）出现胆碱峰，而18例骨髓炎病例中仅有3例（3/18，16.67%）出现胆碱峰，因而该研究认为¹H-MRS胆碱峰缺失可作为排除骨恶性肿瘤的诊断的重要指标。

       ¹H-MRS在骨骼肌肉方面的应用面临诸多挑战，包括骨肌组织的高度异质性、脂质和肌酸成分对病变胆碱信号的掩盖作用，以及匀场技术实施困难等^[47]，所以目前针对急性血源性骨髓炎与骨恶性肿瘤的鉴别诊断中¹HMRS的应用研究尚缺乏大样本、多中心的高级别证据，未来利用四肢长骨的小体素快速MRS序列（如sLASER），并建立与患者年龄匹配的骨髓代谢数据库，为胆碱峰的缺失或升高提供可靠参照，对于四肢骨髓炎与骨恶性肿瘤的鉴别诊断价值亟待系统、深入地验证与拓展。

3.3 动态对比增强MRI及时间-强度曲线在鉴别诊断中的应用前景

       动态对比增强MRI（dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging, DCE-MRI）是一种基于T1加权成像的功能MRI技术，可反映组织的血流动力学，组织灌注、细胞通透性以及间质分布容积等信息^[14]。对于骨髓炎病例，注射钆对比剂后时间-强度曲线（time-intensity curve, TIC）最初呈现快速上升趋势后，由于存在炎症改变，血管通透性高，对比剂持续外渗，增速逐渐放缓或出现平台期，表现为典型的Ⅱ型速升缓降型TIC，无明显洗脱^[38]。而骨恶性肿瘤由于肿瘤新生血管的高通透性和异常血流动力学，钆对比剂注射后快速摄取并且迅速洗脱，常表现为Ⅲ型速升速降型TIC^[48]，与骨髓炎对比剂代谢特征明显不同，可作为鉴别依据。除此之外，DCE-MRI还可提供相关半定量参数洗入率（wash-in rate, WIR）以及定量参数如K^trans（容积转移常数）、Kep（洗脱率）、Ve（血管外细胞外间隙体积分数）等，这些参数对于其他良恶性病变的鉴别诊断在临床上已经广泛应用^[49]，而对于骨髓炎及骨恶性肿瘤的鉴别诊断的潜在价值还需进一步探索研究。未来对于骨髓炎与骨恶性肿瘤的鉴别诊断方面，基于Tofts模型的定量灌注参数（如K^trans、Ve）分析，并结合人工智能对时间-空间动态增强模式进行聚类研究，以实现更精准的病理生理分型^[50]。

       MRI功能序列可通过定量分析来提高急性、亚急性血源性骨髓炎与骨恶性肿瘤的鉴别准确率，具体参数对于两者鉴别诊断的优势与局限见表2。

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表2  四肢急性血源性骨髓炎与骨恶性肿瘤在MRI功能序列上的鉴别要点
Tab. 2  Key points for differentiating acute hematogenous osteomyelitis of the extremities from malignant bone tumors on functional MRI sequences

4 小结与展望

       MRI影像特征对于早期鉴别急性、亚急性血源性骨髓炎与骨恶性肿瘤具有较高的价值。急性血源性骨髓炎早期由于多灶性分布的特点，T1WI多呈斑点状低信号，水肿边界模糊，可伴特征性脂肪球征或半暗带征，而骨恶性肿瘤多表现骨髓替代后的融合片状低信号，伴软组织肿块影。对于MRI功能序列，急性骨髓炎ADC值较高，DCE-MRI时间-强度曲线呈Ⅱ型速升缓降曲线，¹H-MRS胆碱峰缺失。相反，骨恶性肿瘤ADC值常较低，DCE-MRI的TIC为Ⅲ型速升速降曲线，多可见胆碱峰。

       目前，四肢急性血源性骨髓炎与骨恶性肿瘤早期T1信号分布形态的差异性研究尚且不足，这种差异性征象未来有望提高四肢骨髓炎MRI诊断的敏感性和特异性，并提高与恶性骨肿瘤的鉴别诊断能力。DWI及ADC定量参数通过量化细胞密度和组织异质性，为四肢急性血源性骨髓炎与骨恶性肿瘤早期鉴别提供更加客观的诊断依据，但由于受到b值设定、ROI选择、组织异质性等因素限制，各研究的ADC阈值缺乏统一标准。其他MRI功能成像序列如¹H-MRS、DCE-MRI TIC及其相关定量参数（K^trans、Ve等）对于四肢急性血源性骨髓炎与骨恶性肿瘤鉴别诊断方面颇具潜力，在临床应用方面尚且需要更多定性定量的诊断效能研究。

       未来，基于多参数MRI（multi-parametric magnetic resonance imaging, mpMRI）的影像组学，通过在T1WI、DWI、ADC、DCE等多序列及其融合图像中高通量提取纹理、小波、形状等定量特征，结合支持向量机、随机森林、LASSO等机器学习算法，可构建鉴别四肢急性血源性骨髓炎与骨肉瘤、尤因肉瘤等骨恶性肿瘤的高性能模型。卷积神经网络等深度学习框架在图像重建、伪影抑制、自动分割与特征提取中的端到端应用，可精准勾画病灶区域，实现“炎-瘤”全自动分类。人工智能与mpMRI的深度融合将进一步推动早期、定量的个体化鉴别诊断，为临床及时选择抗感染或抗肿瘤方案提供精准的影像指导。