擴(kuò)散加權(quán)成像區(qū)分肺良惡性病變的價值

陳愛萍 李惠民 劉士遠(yuǎn) 肖湘生 于 紅 范 麗

肺癌發(fā)病率、死亡率居高不下,隨著國際社會對CT輻射劑量累計(jì)危害和輻射污染的日益高度重視,越來越要求尋求一種安全有效的無創(chuàng)性檢查方法,來快速有效的診斷和鑒別診斷肺癌。磁共振功能成像在體部積累了廣泛應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)在肺部的應(yīng)用也有了相應(yīng)研究[1-6],筆者對DWI在肺癌診斷和鑒別診斷中的可行性和臨床應(yīng)用價值進(jìn)行了初步探討。

方 法

1.研究對象

2008年12月至2009年10月經(jīng)胸部MDCT檢查發(fā)現(xiàn)肺內(nèi)結(jié)節(jié)或腫塊性質(zhì)待定者58例,男38例,女20例,年齡 27～79歲,平均(54.81±11.87)歲,包括38例肺癌(腺癌 23例,鱗癌 11例,小細(xì)胞肺癌4例,手術(shù)或穿刺或支氣管鏡病理證實(shí))和20例炎癥(結(jié)核球6例,炎性假瘤4例,慢性炎性肉芽腫結(jié)節(jié)共9例,曲菌球1例,手術(shù)病理或臨床隨訪證實(shí));經(jīng)患者同意并取得患者配合,CT檢查后三天內(nèi)行MRI常規(guī)橫斷面T1WI、T2WI和多b值DWI掃描。病灶最大徑超過1cm,內(nèi)部無明顯的鈣化或空洞,對混雜密度病灶,實(shí)性成分占病灶50%以上。

2.MRI檢查

采用GE 1.5T Excite HD磁共振成像系統(tǒng),梯度場強(qiáng)40mT/m,梯度切換率150T/(m?s),8通道體部相控陣線圈成像,患者仰臥位,采用呼吸門控和心電門控技術(shù)。病人無心臟起搏器或恐懼幽閉癥等磁共振檢查的禁忌證,無嚴(yán)重心功能不全等心肺基礎(chǔ)疾病,監(jiān)測心率不超過90次/min。訓(xùn)練患者屏氣,先行常規(guī)T1WI、T2WI(橫斷面+冠狀面)掃描,以確定病變位置,打開呼吸和心電監(jiān)控,監(jiān)測患者呼吸和心率。

DWI序列采用單次激發(fā)自旋回波回波平面成像(echo-planar M R imaging,SE-EPI),成像參數(shù):TE/FA=26.4ms/45°,FOV 40 cm ×40cm,矩陣256×128,層厚8mm,層距 0mm,采用多b值(b=0、300s/mm2、600s/mm2、900s/mm2、1200s/mm2)成像方式(一次同時獲得4個b值的DWI成像)。層厚6mm,掃描層數(shù)4/6層,心電參數(shù):R-R間期:2/3(分別對應(yīng)掃描層數(shù)4/6層),觸發(fā)窗:20,觸發(fā)延時:最小;彌散參數(shù):彌散方向:TENSOR,b值 1200 s/mm2,最優(yōu)化TE;ASSET(array spatial sensitivity encoding technique,并行采集空間敏感性編碼技術(shù))因子:2,彌散采集方向:×3;自由均勻呼吸(保證呼吸節(jié)律一致),平均掃描時間約1～2min。

3.圖像分析方法

將DWI圖像傳到ADW4.2后處理工作站,用Function tool 2軟件中的ADC圖進(jìn)行圖像后處理,分別比較不同b值時圖像的成像質(zhì)量,選取最優(yōu)b值的圖像(b=300s/mm2時)進(jìn)行信號強(qiáng)度(signalintensity,SI)評分,并比較兩種參照物(病灶同層面胸髓和胸壁肌肉)時信號強(qiáng)度評分的差異。由2位有磁共振診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師在未知病理結(jié)果的前提下進(jìn)行評判,有分歧者最終商討達(dá)成一致。采用5分制評分法,記錄病灶得分情況:1分,病灶的SI明顯低于參照物;2分,病灶的SI稍低于參照物;3分,病灶的SI基本等于參照物;4分,病灶的SI稍高于參照物;5分,病灶的SI明顯高于參照物。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法

采用SAS 9.13軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,定量數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用兩樣本t檢驗(yàn)比較良惡性病變的信號強(qiáng)度評分分值的差異性,繪制ROC曲線來評價5分制評分的診斷效能。檢驗(yàn)水準(zhǔn)=0.05。

結(jié) 果

1.兩種參照物的診斷效能比較

以肌肉為參照的DWI診斷肺良惡性病變的ROC曲線下面積為0.738,以胸髓為參照時的曲線下面積0.701,兩者統(tǒng)計(jì)學(xué)上無顯著差異(P=0.3095;圖1,2),也即兩者的診斷效能沒有差異。

2.DWI診斷肺良惡性病變(表1)

以肌肉為參照時,肺癌的DWI信號強(qiáng)度評分4.34±0.97,顯著高于良性病變組的評分 (3.25±1.37),經(jīng)兩樣本t檢驗(yàn)顯示肺癌與炎癥之間的評分有顯著差異(P=0.0036＜0.05)。以評分值3作為良惡性的界值,其診斷敏感性、特異性、準(zhǔn)確性和約登指數(shù)分別為 81.58%、45.00%、75.86%、0.3474。

以胸髓為參照時,肺癌的DWI信號強(qiáng)度評分為3.74±1.31,顯著高于良性病變的評分(2.75±1.37),經(jīng)兩樣本t檢驗(yàn)顯示肺癌與炎癥之間的評分有顯著差異(P=0.0119＜0.05)。以評分值3作為良惡性的界值,其診斷敏感性、特異性、準(zhǔn)確性和約登指數(shù)分別為94.74%、40.00%、68.97%、0.2658。

表1 肺部病變分類及評分

討 論

1.DWI原理及多b值DWI在肺部的應(yīng)用價值

磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像 (DWI)技術(shù)是唯一能在活體檢測組織內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動的無創(chuàng)影像檢查技術(shù),能在宏觀成像中反映活體組織中水分子的微觀擴(kuò)散運(yùn)動[7,8]。本研究采用的多b值DWI技術(shù),具有更多的成像技術(shù)優(yōu)點(diǎn):大大縮短了掃描時間,在后處理時保證每個b值對應(yīng)的ROI興趣區(qū)位置和大小基本完全一致,最大程度地減少了測量誤差;無需患者屏氣,自由均勻呼吸即可完成掃描。掃描圖像質(zhì)量基本滿足分析目的,能夠較準(zhǔn)確地測量出所選感興趣區(qū)的信號強(qiáng)度,但隨b值增大,信噪比逐漸下降,對比噪聲比和背景噪聲未有明顯變化。

DWI的主要參數(shù)是擴(kuò)散敏感因子即b值。b值越小,DWI圖像的信噪比(SNR)和對比噪聲比(CNR)越高,T2穿透效應(yīng)(T2shine-through)、灌注、宏觀運(yùn)動等因素的影響越大;b值越大,各種影響因素減小,ADC值越接近組織的真實(shí)彌散值,但SNR和CNR會顯著降低,磁敏感偽影、圖像幾何變形等也逐漸變得嚴(yán)重[7-9]。本組采用多b值DWI成像,設(shè)定b值為 300s/mm2、600s/mm2、900s/mm2、1200s/mm2,呈比例遞增,顯示b=300s/mm2時圖像質(zhì)量最高,故選此b值進(jìn)行評價。

由于血液灌注、限制性擴(kuò)散、各向異性及細(xì)胞膜等多種因素影響,MR信號和b值間的關(guān)系較復(fù)雜。b值的大小和數(shù)量影響擴(kuò)散的測量,DWI受到T2值和擴(kuò)散雙重影響[7]。目前,各研究使用機(jī)器類型不一致,采用b值不同,成像參數(shù)存在很多差異,盡管全身各部位的DWI開展的非常廣泛,但很難制定一個用ADC值鑒別診斷良惡性病變的量化標(biāo)準(zhǔn)。因此,我們采用彌散圖像上的信號強(qiáng)度來初步半定量的評價肺癌,結(jié)果說明該方法具有一定的臨床應(yīng)用價值,為肺癌的鑒別診斷提供了一種簡單可行的有潛在意義的功能成像方法。

2.參照物選擇

本研究繪制ROC曲線結(jié)果提示:以胸壁肌肉為參照時ROC曲線下面積為0.738,稍高于以胸髓為參照時的0.701,兩者總的診斷水平無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。以肺病灶DWI信號高于參照物(分值3)作為診斷惡性的界值,兩者診斷的敏感性、特異性、準(zhǔn)確性和約登指數(shù)分別為94.74%、40.00%、68.97%、0.2658;81.58%、45.00%、75.86%、0.3474,其準(zhǔn)確性相對最高。以 4為界值時,其敏感性下降,特異性增大,準(zhǔn)確性不如前者。Satoh等[1]對肺結(jié)節(jié)行DWI成像研究,通過以胸髓為參照,比較結(jié)節(jié)的信號強(qiáng)度評分,提示惡性肺結(jié)節(jié)的得分 (4.03±1.16)明顯高于良性肺結(jié)節(jié)(2.50±1.47),采用分值3作為臨界值,診斷的敏感性、特異性和準(zhǔn)確性分別為88.9%、61.1%和79.6%,與我們的研究結(jié)果基本一致。Uto等[2]的研究也表明肺結(jié)節(jié)在DWI上的信號強(qiáng)度有利于鑒別其良惡性;Qi等[3]、Baysa等[4]的研究均表明DWI在鑒別中央型肺癌的腫瘤和肺不張中也發(fā)揮著很大的作用;Mori等[5]研究也證實(shí)DWI可以用來代替PET-CT鑒別良惡性肺結(jié)節(jié)或腫塊。這些都表明DWI在肺部實(shí)性病變應(yīng)用的可行性和潛在價值。

從效果上看,以胸髓或胸壁肌肉作為參照都有很好的效能,都可以作為良好參照;從DWI圖像質(zhì)量分析,胸髓因其體積較小,圖像變形偽影較大,高b值時會造成信號缺失,信號強(qiáng)度測量不準(zhǔn),而胸壁肌肉面積較大,血流較豐富,可以選取較大的ROI進(jìn)行測量。從本組的實(shí)際數(shù)據(jù)來看,盡管統(tǒng)計(jì)學(xué)上沒有顯著性差異,以肌肉為參照時的假陽性和假陰性率較低而準(zhǔn)確性較高;因此,我們認(rèn)為以肌肉為參照評價病灶信號更加合理。而在肌肉信號失真時,也可以用胸髓作為參照。

3.DWI信號強(qiáng)度反映肺癌內(nèi)部特征及鑒別診斷肺癌的意義

本組結(jié)果顯示3例腺癌信號強(qiáng)度明顯低于胸髓,評分為1;2例結(jié)核球,1例炎性假瘤,2例慢性炎性肉芽腫結(jié)節(jié),評分為4分或 5分;而Satoh等[1]的統(tǒng)計(jì)也顯示有一些個別病例不符合設(shè)定的分值判斷標(biāo)準(zhǔn)。我們的3例腺癌均為中高分化,其中1例為細(xì)支氣管肺泡癌,內(nèi)部密度欠均勻,呈混雜磨玻璃改變,為DWI圖像上信號強(qiáng)度低的原因。此外,造成假陰性或假陽性的原因還可能由于呼吸、心跳等運(yùn)動偽影造成的圖像質(zhì)量欠佳,胸髓或肌肉信噪比較差,圖像欠清,測量時病灶存在部分容積效應(yīng)等,需進(jìn)一步探索。

信號強(qiáng)度的差別可以反映組織病理特征的差異。DWI是MR功能成像方法,通過在體無創(chuàng)性評價水分子運(yùn)動情況,從分子水平反映組織、器官的病理生理情況。腫瘤組織增殖旺盛,細(xì)胞數(shù)量增多、排列致密、胞外間隙減小,使細(xì)胞外水分子運(yùn)動受限;腫瘤細(xì)胞內(nèi)胞核增大、細(xì)胞器增多、胞質(zhì)減少,使細(xì)胞內(nèi)水分子運(yùn)動減慢。而不同分化程度肺癌之間的腫瘤細(xì)胞排列方式、細(xì)胞密度、周圍間質(zhì)均存在差異,因此水分子的擴(kuò)散就可以把內(nèi)部特征顯示出來[9-12]。基于以上原理,腫瘤與非腫瘤組織在DWI上可能存在信號強(qiáng)度與ADC值的差別。目前除了應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較為成熟的中樞神經(jīng)系統(tǒng)外,體部各臟器病變的DWI也取得了較大進(jìn)展。Guo等[10]的研究顯示DWI有助于對乳腺良惡性疾病的鑒別,Wang等[11]的研究顯示前列腺癌的邊緣帶及移行帶的ADC值均明顯低于良性病變,DWI可以反映癌腫的內(nèi)部分子生物學(xué)特征。Ichikawa等[12]研究表明DWI在胰腺癌檢測和診斷中的重要價值。

初步研究結(jié)果提示DWI成像序列在肺部的應(yīng)用具有可行性,DWI在肺癌鑒別診斷中具有潛在的臨床應(yīng)用價值,但本研究仍存在一些局限性:如EPI序列磁敏感的影響,導(dǎo)致圖像空間變形和信號喪失,DWI圖像質(zhì)量仍有待提高;此外,還有待于進(jìn)一步與病理對照,探索擴(kuò)散加權(quán)成像與腫瘤的內(nèi)部病理生理機(jī)制的相關(guān)性,需在今后的工作中進(jìn)一步探討ADC值的鑒別診斷意義,為腫瘤的評價、診斷、鑒別、分期及監(jiān)測療效提供一種簡單可行的有潛在意義的功能成像方法。

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