Pathologic fracture / metastatic marrow replacement pattern

00Overview

在急診或 on-call 情境看到 pathologic fracture 合併 metastatic marrow replacement 樣貌時，重點不是先背一串病名，而是先判斷三件事：這是不是惡性造成的骨脆弱性、這個骨折現在是否已造成 mechanical instability、以及是否已經出現 neural compromise。最典型場景是低能量外傷卻出現不成比例的骨折、已知 cancer 病史合併新發背痛或髖部痛、或影像上看到 vertebral body collapse 旁邊還有異常 marrow signal。

這個 pattern 的核心影像語言是「正常 fatty marrow 被取代」。在 MRI 上，正常 vertebral marrow 應該在 T1WI 呈現高訊號；當 T1 高訊號消失，出現 focal 或 diffuse 低訊號，合併 STIR/T2 fat-sat 高訊號、posterior element involvement、convex posterior vertebral border、paraspinal 或 epidural soft-tissue extension、以及 multifocal lesions，就要把 metastasis、multiple myeloma、lymphoma 放到前面。相反地，如果仍保留部分正常 marrow、可見明確 fracture line、retropulsed bony fragment、intravertebral vacuum cleft 或 fluid cleft，而沒有獨立的 soft-tissue mass，才比較像 benign osteoporotic 或 insufficiency fracture。

這個主題最容易犯的錯有兩種。第一種是看到 elderly patient 的 vertebral compression fracture 就直接當 osteoporosis，結果漏掉 underlying malignancy。第二種是只因為病人有 cancer history，就把所有新骨折都判成 metastatic fracture；事實上 oncology patient 也常有 benign VCF 或 insufficiency fracture。真正不能拖的是 neuro deficit、posterior cortex/epidural extension、以及 proximal femur/weight-bearing long bone 的不穩定病灶。

01Critical concepts

• T1WI 是 marrow replacement 的錨點。 單看 STIR edema 很容易 overcall；真正支持惡性的，是正常 fatty marrow 被 focal 或 diffuse 低訊號取代，尤其低到接近或低於 disc / skeletal muscle 時更要警覺。
• 惡性 vertebral compression fracture 的高權重徵象 包括 posterior element marrow abnormality、convex posterior vertebral border、paraspinal 或 epidural soft-tissue mass、complete marrow replacement、以及多發病灶；這些比單純 vertebral height loss 更有診斷力。
• 良性 fracture 的高權重徵象 包括 preserved marrow islands、linear fracture line、puzzle sign、retropulsed bone fragment、vacuum cleft / fluid cleft，以及缺乏獨立軟組織腫塊；但任何單一徵象都不能脫離整體 pattern 解讀。
• 若懷疑 metastatic epidural spinal cord compression，MRI with contrast 不是可有可無。 影像不只是在「看有沒有 metastasis」，而是在看 epidural disease、thecal sac effacement、cord compression grade，以及是否需要立即手術或放療。
• 長骨 pathologic fracture 與 impending fracture 要用機械風險思考。 有 lytic lesion、cortical destruction、pain with weight-bearing、或 proximal femur involvement 時，報告不應只寫「suspicious for metastasis」，還要提示 fracture risk 與 orthopedic oncology 介入必要性。

01Key anatomy / modality

這個 pattern 雖然可發生在任何骨頭，但 emergency 最常決策卡住的部位是 spine、pelvis、proximal femur 與 humerus。

Spine anatomy

• Vertebral body 是最常見的 marrow replacement 與 collapse 部位。判讀時要分清楚 endplate-based benign fracture，還是整個 vertebral body 被 tumor 取代後再塌陷。
• Pedicle 與 posterior elements 很重要。惡性病灶常沿 pedicle、lamina、posterior arch 延伸；若 posterior element 也一起 abnormal，惡性機率明顯上升。
• Posterior vertebral cortex / epidural space 直接關係到 cord 或 cauda equina。看到 convex posterior border、epidural soft tissue、thecal sac effacement，就要把 MESCC 拉到最前面。
• Paraspinal soft tissues / neural foramina 能幫你區分單純骨折與腫瘤延伸。transforaminal extension 或 bulky paraspinal component 比較不支持單純 osteoporotic fracture。

Weight-bearing long bones

• Proximal femur 是最需要警覺的長骨位置，因為一旦 complete fracture，病人 morbidity 很高。
• Acetabulum / pelvis 在 radiotherapy 後或 osteopenia 背景下容易有 insufficiency fracture，但也常是 metastasis 熱點，兩者都會痛、都可能只表現成 marrow edema。
• Humerus 雖然不像股骨那樣直接影響行走，但病人疼痛與功能損失也明顯，若是 metastatic lytic lesion 合併 fracture，要在報告中直接指出結構性風險。

Imaging strategy

• Radiograph：仍是第一線，特別適合看 cortical destruction、lytic vs blastic matrix、整根骨頭是否還有其他 lesion。對 pathologic lesion，plain film 常比想像中提供更多 staging clue。
• CT：最擅長看 cortex、fracture line、retropulsion、posterior wall break、以及 subtle lytic destruction。spine fracture 的 mechanical detail 多半靠 CT 定位。
• MRI：最敏感於 marrow infiltration。基本組合是 T1WI + STIR/T2 fat-sat；需要看 epidural、paraspinal、posterior element、或區分 malignant VCF 時，contrast-enhanced T1 fat-sat 很有價值。
• Bone scan / FDG-PET/CT / whole-body MRI：主要是 staging，不是第一個回答「這一顆到底是 benign 還是 malignant fracture」的工具，但在 multifocal disease 或 unknown primary 很重要。
• CT myelography：MRI 無法做時，用來看 canal compromise 與 cord compression 的替代方案。

02Pattern recognition

03Top common diagnoses

• Osseous metastasis 這是最常見的底層診斷。spine、pelvis、proximal femur 是高頻位置。breast 與 lung 常見 lytic 或 mixed lesion，prostate 偏 blastic，renal cell carcinoma、thyroid、HCC 常偏 hypervascular，手術前可能要想到 embolization。
• Multiple myeloma / plasmacytoma 常以 diffuse、focal 或 micronodular marrow replacement 表現，spine involvement 很常見，pathologic fracture 也很常見。影像上可很像 metastasis，但若合併 anemia、renal dysfunction、hypercalcemia 或多發 punched-out lesion，要把它拉高。
• Lymphoma / leukemia 可呈現 diffuse marrow infiltration，甚至跨 cortex 向外延伸而 cortical destruction 不明顯。若看到 large soft-tissue component 卻骨質破壞相對少，lymphoma 要列入。
• Benign osteoporotic vertebral compression fracture 這是最重要的 mimic，不是配角。elderly patient、steroid use、postmenopausal woman、慢性骨質疏鬆都很常見。病人有癌症病史，也不能因此自動排除 benign fracture。
• Insufficiency fracture / stress fracture pelvis、sacrum、femoral neck、pubic rami 特別常見。radiotherapy 後骨盆、長期 steroid、osteopenia、近期活動量改變時都很合理。MRI 常先看到 edema，再晚一點 CT 或 follow-up 才看到 fracture line。
• Primary bone tumor 比 metastasis 少得多，但在 solitary aggressive lesion、年紀較輕、matrix atypical、soft-tissue mass 顯著時不能漏掉。pathologic fracture through an unknown solitary lesion 在流程上要先當 oncologic lesion 處理。

04Cannot-miss diagnosis / emergency

05Mimics / discriminators

06Next step / protocol / appropriateness

在這個 pattern 裡，真正實用的流程是先把問題分成「diagnose the cause」與「protect the patient now」。

• 先看有沒有立刻改變處置的紅旗 若有 neuro deficit、bowel/bladder symptoms、severe mechanical pain、rapidly progressive collapse、或 proximal femur weight-bearing pain，先把這個 case 視為 urgent stabilization / decompression 問題，而不是單純門診追蹤。
• Spine fracture 的影像流程 對新發 vertebral compression fracture (VCF) 且沒有 known malignancy，ACR 對應情境將 MRI spine without contrast 或 CT spine without contrast 列為 usually appropriate。若有 malignancy history，MRI spine without and with contrast 是 usually appropriate，CT without contrast 也常是通常合適的 next study，因為要同時回答 marrow replacement、epidural extension 與 fracture morphology。
• 背痛且臨床懷疑 cancer 時 ACR Low Back Pain variant 7 將 MRI lumbar spine without and with IV contrast，以及 MRI without IV contrast，都列為 usually appropriate。也就是說，當臨床已經把 cancer 拉進 differential 時，MRI 是主軸，不要只停在 radiograph。
• 懷疑 MESCC 時 contrast-enhanced MRI 是照護標準。MRI 要評估 marrow infiltration、epidural disease、foraminal extension、cord compression 程度；若 MRI 不能做，再考慮 CT myelography。報告最好把 cord compression 與是否仍保留 CSF space 說清楚，這比單純寫「epidural extension」更有臨床價值。
• 長骨 pathologic fracture 的流程 先拍 orthogonal radiographs，必要時加 CT 看 cortex 與 fracture line；MRI 用來看 intramedullary extent、soft tissue、neurovascular involvement。若 lesion 來源未知，完成 staging 後再 biopsy，不要在未規劃 biopsy route 前草率介入。Mirels score 雖不是完美工具，但對 impending fracture 風險溝通仍實用。
• Unknown primary 或多發骨病灶時 依 pathologic fracture workup 原則，考慮 CT chest/abdomen/pelvis、bone scan 或 PET/CT、以及實驗室評估。對多發 lytic lesion 合併 pathologic fracture，別忘了 multiple myeloma 路線。
• 治療轉介的重點 ongoing mechanical pain 的 pathological VCF，ACR 對 vertebral compression fracture 管理文件將 radiation oncology、surgical consultation、percutaneous ablation 與 vertebral augmentation 都列為 usually appropriate；影像端要做的是把 instability、posterior wall involvement、epidural disease、與 lesion vascularity 說清楚，讓臨床知道誰該先進場。

07Pitfalls / normal variants

• 只看 STIR，不看 T1WI。 edema 很 nonspecific。若把所有 STIR 高訊號都等同腫瘤，會大量 overcall；marrow replacement 的核心仍是 T1 fat loss pattern。
• 癌症病人不代表所有骨折都惡性。 AJNR review 提醒 oncology patient 的 vertebral fracture 有相當比例其實是 benign；看到 cancer history 後就停止做 benign vs malignant 分流，是常見誤判來源。
• pedicle signal abnormality 不是絕對惡性。 它很有用，但不是單獨定案依據。急性 benign fracture 也可能因 stress response 累及 pedicle。
• Kummel disease 的 vacuum cleft / fluid cleft 常強烈支持 benign，但不是萬靈丹。 如果同時有明顯 soft-tissue mass、multiple lesions、或異常 posterior element involvement，就不能因為有 cleft 就排除 malignancy。
• Aggressive hemangioma 可能 mimic metastasis。 當 hemangioma 脂肪少時可呈 T1 低訊號，甚至侵犯 posterior elements 或造成 cord compression；厚粗 trabeculae、典型 CT 紋理有助於分辨。
• Lymphoma 的骨破壞可以比想像中少。 若看到 large paraspinal / epidural soft tissue，卻 cortex 不像典型 metastasis 那麼破，要把 lymphoma 留在 differential。
• 治療後轉移病灶會改變訊號，不一定是進展。 sclerosis、fatty halo、或訊號轉亮都可能代表治療反應；不能只用單一序列下結論，需看前後比較與臨床時序。
• 不要漏看全骨與全脊椎。 pathologic fracture 很少真的是孤立事件。發現一個病灶後，還要主動找 additional lesions、second impending fracture、以及 spine 其他節段的 epidural disease。