Grazia Pozzi, Paola Stradiotti, Alberto Zerbi
Irccs Istituto Ortopedico Galeazzi
Servizio di diagnostica per immagini
Le fratture vertebrali possono essere diagnosticate tramite indagini radiografiche, di tomografia computerizzata (Tc), risonanza magnetica (Rm) o con studi scintigrafici che utilizzano radionuclidi. Tuttavia nelle fratture vertebrali la discriminazione tra frattura di tipo benigno o maligno è propiria della Rm.
La maggior parte delle metastasi ha diffusione per via ematogena: sia per l’abbondante vascolarizzazione che per la presenza di midollo rosso, lo scheletro assiale è il bersaglio più frequentemente colpito.
Le fratture vertebrali da compressione di tipo porotico sono molto frequenti ma, nella fase acuta, la diagnosi strumentale può essere dubbia e possono quindi essere interpretate come neoplastiche. La diagnosi differenziale tra queste due entità è essenziale per la corretta gestione clinica e la prognosi.
L’obiettivo del nostro studio è la valutazione della specificità e della sensibilità delle immagini Rm pesate in diffusione (Dwi) nella differenziazione e caratterizzazione delle fratture vertebrali benigne e maligne, confrontandole con i risultati istologici.
Materiali e metodi
Tra gennaio e ottobre 2010 abbiamo valutato retrospettivamente 33 pazienti (10 maschi, 23 femmine; età media: 60 +/- 11 anni) con fratture vertebrali diagnosticate tramite Rx o Tc e sottoposti a biopsia che ha consentito di dividere i pazienti in due gruppi sulla base del risultato istologico: 23 pazienti (10 maschi e 13 femmine) con fratture patologiche neoplastiche secondarie e 10 pazienti (3 maschi e 7 femmine) con fratture osteoporotiche, non neoplastiche.
L’esame Rm è stato eseguito mediante sequenze convenzionali T1 e T2 ponderate, Stir (short tau inversion recovery) e sequenze di diffusione (Dwi) Spin Echo (Se) Echo-Planari utilizzando una bobina spinale con un apparecchio Rm a 1.5 tesla superconduttivo (Avanto, Siemens Medical Solution, Forchein, Germania).
Le lesioni sono state valutate mediante le seguenti sequenze: sagittale T1-Se (Tr 500 ms, Te 13 ms, matrice 380, Fov 320, spessore 4 mm); sagittale Stir (Tr 4800 ms, Te 89 ms, Nex 2, matrice 380, Fov 320, spessore 4 mm), sagittale T2-Tse (Tr 4100 ms, Te 102 ms, matrice 380, Fov 320, spessore 4 mm) e single-shot (Ss)-Se-Epi-Dwi con un valore b di 800 mm2/s.
La valutazione e le misurazioni sono state eseguite su una workstation dedicata (Leonardo, Siemens Medical Solution).
Le immagini ottenute sono state analizzate sia quantitativamente che qualitativamente. Per l’analisi qualitativa le immagini sono state interpretate da due radiologi esperti (Zerbi e Pozzi) in modo indipendente e successivamente in revisione consensuale.
L’intensità di segnale delle vertebre fratturate è stata confrontata con quelle di una vertebra normale su tutte le sequenze (T1 pesate, T2 pesate, Stir e Dwi) e categorizzate come ipointense, isointense o iperintense rispetto all’intensità del midollo normale.
Lo studio statistico dell’analisi qualitativa tra i due gruppi è stato condotto mediante il test di Mann-Whitney U. Per la valutazione quantitativa l’analisi statistica è stata condotta calcolando matematicamente il coefficiente di diffusione apparente (Adc).
Le mappe di Adc sono automaticamente generate dalla workstation che si basa sui valori del campo magnetico b, secondo la formula Adc = ln(S0/S1)(b1-b0), dove S0 ed S1 sono le intensità di segnale prima e dopo l’applicazione dei gradienti di diffusione e b1 e b0 sono i diversi valori di b applicati.
L’Adc è un valore numerico calcolato collocando manualmente una regione d’interesse (Roi) sulla porzione solida di un tumore. Le dimensioni della Roi utilizzate occupano almeno tre quarti di un’area d’intensità di segnale anormale, escludendo le limitanti somatiche, gli spazi discali o il midollo normale adiacente.
L’analisi statistica è stata condotta utilizzando Microsoft Excel e MedCalc Statistical Software.
I rilievi iconografici sono stati confrontati con i reperti istologici.
Risultati
Analisi qualitativa delle sequenze Dwi. L’intensità di segnale delle fratture vertebrali porotiche è bassa nel 90% delle lesioni (9/10) (fig. 1) e isointensa alle altre vertebre, considerate sane, nel restante 10% (1/10).
Nel gruppo delle lesioni maligne, i corpi vertebrali fratturati sono iperintensi nel 95.6% (22/23) dei casi (fig. 2b) e ipointensi nel restante 4% (1/23). A confronto con i rilievi istologici, la sensibilità e specificità delle sequenze Dwi è 95.6% e 90% rispettivamente. Il valore predittivo positivo (Vpp) dell’elevato segnale nelle sequenze Dwi per le fratture maligne è 95.6% (22/23).
Analisi quantitativa delle sequenze Dw. Per ogni lesione è stato calcolato il valore medio del coefficiente di diffusione apparente (Adc).
Il valore medio di Adc per le fratture maligne è 1,241×10-3 mm2/s (intervallo 0,56-2,1).
Per le fratture osteoporotiche il valore medio di Adc è 0,646×10-3 mm2/s (intervallo 0,11-1,42). Il valore medio di Adc per l’osso normale è 0,47×10-3 mm2/s (intervallo 0,02-0,84).
Discussione
La diagnosi differenziale tra fratture vertebrali maligne e benigne è un problema molto comune nella gestione dei pazienti: pervenire a una diagnosi specifica è molto importante per la scelta del trattamento, dell’approccio chirurgico e per la prognosi.
La Rm convenzionale, basata sulle sequenze T1 pesate e T2 pesate, ha dimostrato notevole utilità nella differenziazione tra cause benigne e maligne di cedimento strutturale vertebrale, ma non consente sempre una diagnosi di certezza.
Segni morfologici, come il grado e il tipo di sovvertimento della struttura midollare, la molteplicità delle lesioni, la presenza di masse solide estese ai tessuti molli paravertebrali, l’infiltrazione degli elementi vertebrali posteriori e la presenza di una rima di frattura nelle vertebre osteoporotiche (osservabile come stria d’ipointensità lineare nell’ambito di un corpo vertebrale compresso o adiacente a limitanti deformate) solitamente osservabile nelle sequenze T2 pesate sono comunemente utilizzati nella determinazione della causa della frattura. Nonostante tali segni iconografici, rimane tuttavia ancora un rilevante margine d’incertezza nelle alterazioni di segnale tra fratture acute, sub-acute e quelle maligne.
Nel corso degli ultimi dieci anni l’applicazione delle sequenze Dwi sui somi vertebrali per la diagnosi differenziale tra l’edema delle fratture benigne e l’infiltrazione tumorale delle fratture maligne è stata utilizzata con successo. Nelle sequenze Dwi l’intensità di segnale della Rm è sensibile all’autodiffusione (il moto browniano casuale delle molecole d’acqua) che a sua volta è influenzata dalla struttura e dall’organizzazione microscopica dei tessuti biologici. Questa sensibilità è ottenuta tecnicamente inserendo un gradiente prima dell’acquisizione dell’immagine. Grazie a tale accorgimento, le immagini pesate in diffusione creano un contrasto utile soprattutto per la differenziazione di tessuto normale e anormale (fig. 2c).
Questo tipo di contrasto può essere valutato qualitativamente acquisendo i dati derivanti da sequenze Dwi e localizzando il tessuto patologico come un’area di segnale ridotto (iperintenso) causato da una diffusione aumentata (in tessuto a cellularità più stipata) rispetto al tessuto normale.
Va sottolineato che tale differenziazione dipende dall’esatto settaggio delle misurazioni, per esempio dalla scelta della sequenza, dall’intensità della pesatura della diffusione ecc. In alternativa si può procedere all’acquisizione di due o più immagini con differente pesatura di diffusione e alla successiva determinazione del coefficiente di diffusione apparente (Adc) sottoforma di misura quantitativa derivante dall’attenuazione del segnale al variare della pesatura di diffusione.
La forza della pesatura di diffusione dipende dall’ampiezza e dalla durata del gradiente di diffusione ed è fornita in termini di b-value (mm2/s).
L’applicazione delle sequenze Dwi sul midollo osseo che ha avuto maggior successo è la differenziazione delle fratture da compressione vertebrale tra maligne e osteoporotiche, vantaggio descritto per la prima volta da Baur et al. nel 1998. Le fratture osteoporotiche benigne appaiono ipointense o isointense in Dwi, mentre quelle maligne appaiono iperintense.
In letteratura sono pubblicati diversi studi sull’argomento, molti dei quali con risultati concordanti. Tuttavia solo due studi hanno dimostrato che le metastasi sclerotiche o quelle trattate possono apparire ipointense.
Questo fenomeno può essere spiegato dall’assenza dei protoni delle molecole di acqua. Per questo motivo abbiamo escluso pazienti con metastasi sclerotiche dal nostro studio.
I nostri risultati sono in accordo con quelli presenti in letteratura, mostrando elevata intensità di segnale in 22 su 23 fratture neoplastiche e ipointensità di segnale in 9 su 10 fratture porotiche. In un solo paziente con frattura di tipo benigno è stato rilevato un segnale isointenso (fig. 3).
In diversi studi è stata applicata una pesatura di diffusione quantitativa per valutare il midollo osseo normale o patologico.
Valori di Adc tipicamente indicativi di midollo osseo normale si collocano in un intervallo di 0.2-0.5×10-3 mm2/s. Il midollo osseo patologico dimostra invece una più alta capacità di diffusione, con valori compresi tra circa 0.7 e 1.0×10-3 mm2/s nelle metastasi così come nelle fratture patologiche, e da circa 1.0 a 2.0×10-3 mm2/s nelle fratture osteoporotiche e traumatiche.
Nel nostro studio il range di Adc misurato era compreso tra 0.56 e 2,1×10-3 mm2/s (mediana 1,241) nelle fratture maligne. Il valore di Adc più elevato è stato osservato in un caso di frattura patologica su una metastasi da carcinoma polmonare a piccole cellule.
Anche se il valore di Adc può essere indicativo di benignità o malignità della lesione, una certa sovrapposizione di risultati è stata descritta in diversi studi.
Conclusioni
Nella nostra ricerca, in accordo con la letteratura, abbiamo trovato molto utile la valutazione qualitativa delle immagini Dwi nella diagnosi differenziale tra fratture osteoporotiche e maligne.
La misura del valore di Adc può essere utile se associata all’analisi qualitativa delle immagini.
