不同b值擴(kuò)散加權(quán)成像鑒別上尿路腫瘤及炎癥性病變的應(yīng)用研究

吳廣宇，路 青，許建榮

上尿路腫瘤主要有包括腎盂腫瘤及輸尿管腫瘤，大多為惡性，以尿路上皮癌多見[1]。上尿路非特異性炎癥主要分為原發(fā)性和繼發(fā)性，原發(fā)性上尿路非特異性炎癥是無(wú)明確誘因下出現(xiàn)的上尿路的炎癥，可伴有局部尿路上皮增生及炎性軟組織形成，繼發(fā)性上尿路非特異性炎癥一般有明確的誘因。臨床上對(duì)于腫瘤與炎癥的治療有較大的不同，但是這兩者的臨床表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)室檢查及常規(guī)影像表現(xiàn)有一定的相似性，時(shí)常難以鑒別[2]。目前臨床主要使用的輸尿管鏡檢查是一項(xiàng)侵入性的診斷方式，可能發(fā)生一系列并發(fā)癥，并且可能出現(xiàn)檢查失敗的情況[3]。而目前尚無(wú)完全可靠的鑒別上尿路腫瘤及炎癥的影像檢查方法，既往的靜脈腎盂造影(IVP)、CT由于受到放射性、對(duì)比劑、準(zhǔn)確性的影響，使得臨床應(yīng)用價(jià)值受到了一定的限制。近幾年有少數(shù)學(xué)者將DWI技術(shù)運(yùn)用到上尿路腫瘤中的檢查中，發(fā)現(xiàn)使用單b值的DWI在區(qū)分上尿路腫瘤性病變及炎癥性病變?nèi)匀槐容^困難[4]。既往的DWI研究認(rèn)為高b值則能更精確地反映擴(kuò)散狀況及測(cè)量的ADC值，但b＞1200s/mm2在1.5 T MRI腹部研究中由于圖像質(zhì)量問(wèn)題而較少使用[5]。筆者使用3.0T MR多b值DWI對(duì)上尿路腫瘤及非特異性炎癥進(jìn)行成像，探討不同b值DWI對(duì)于鑒別上尿路腫瘤及非特異性炎癥的價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

2011年5月至10月于我院就診，經(jīng)病理或臨床證實(shí)的上尿路腫瘤及炎癥患者共38例，均完成腹部常規(guī)T1WI、T2WI以及不同b值的DWI檢查(b值分別為0、500、1000、1500、2000s/mm2)。上尿路腫瘤患者24例(腫瘤組)，其中男14例，女10例，年齡56～82歲，中位年齡67歲，就診時(shí)已出現(xiàn)尿路梗阻的患者19例，病灶位于腎盂者10例，位于輸尿管者14例；患者均于檢查后1周內(nèi)進(jìn)行手術(shù)，其中尿路上皮癌23例(G1：1例；G1～G2：1例；G2：4例；G3：17例)，鱗癌1例，均為手術(shù)病理證實(shí)。上尿路非特異性炎癥患者14例(炎癥組)，其中男8例，女6例，年齡48～79歲，中位年齡60歲，就診時(shí)伴有尿路梗阻癥狀的患者6例，病灶位于腎盂者2例，位于輸尿管者12例；患者于MRI檢查前均未進(jìn)行過(guò)內(nèi)科治療，MRI檢查后其中8例經(jīng)輸尿管鏡下活檢證實(shí)，另6例經(jīng)抗炎治療后隨訪，病灶消失。

1.2 檢查方法

使用GE公司3.0T超導(dǎo)型MR掃描裝置，8通道Torsopa線圈，掃描前囑咐受檢者適度充盈膀胱，取仰臥位，掃描中心置于臍恥連線中點(diǎn)處。成像序列：常規(guī)FSE T1WI脂肪抑制序列，TR 145.0ms，TE 2.4 ms，F(xiàn)OV 40cm×40cm，矩陣384×192，層厚5 mm，層數(shù)24層；FSE T2WI脂肪抑制序列，TR 12000.0ms，TE 198.4 ms，F(xiàn)OV 40cm×40cm，矩陣384×192，層厚5 mm；DWI采用單次激發(fā)EPI序列，TR為最長(zhǎng)，TE于45.3、53.3、57.2、60.5 ms時(shí)b值分別為500、1000、1500、2000s/mm2，層厚為6.0mm，層間隔為0mm，F(xiàn)OV 38 cm×38 cm，矩陣384×192，NEX為4。

1.3 圖像分析

于T1WI、T2WI中上尿路管壁異常增厚或發(fā)現(xiàn)腫塊為陽(yáng)性，并定位病灶，對(duì)不同b值下病灶的相同感興趣區(qū)(ROI)進(jìn)行測(cè)量，ROI面積大于病灶面積的80%，環(huán)形病灶取多個(gè)不重疊的ROI，ROI總面積大于同層面病灶面積的80%，所得數(shù)值取平均值，ROI區(qū)域及層面選擇盡量避開結(jié)石、血塊以及運(yùn)動(dòng)偽影。所有測(cè)量均由2名有4年以上腹部MRI閱片經(jīng)歷的醫(yī)師在未被告知病理結(jié)果的情況下完成，ROI放置意見不同時(shí)由2名醫(yī)師協(xié)商后取統(tǒng)一意見。ADC值的計(jì)算公式為ADC = ln (S/S0)/(b–b0)，式中S為不同b值下(b值分別為500、1000、1500、2000s/mm2)病灶的信號(hào)強(qiáng)度，S0為b0=0s/mm2時(shí)病灶的信號(hào)強(qiáng)度，不同b值下DWI對(duì)于病灶顯示的清晰程度運(yùn)用信噪比(SNR)進(jìn)行評(píng)價(jià)，公式為SNR=S/SD，式中SD為背景信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差，最佳b值為DWI不影響腫瘤組及炎癥組鑒別的前提下，SNR選擇最高的b值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

統(tǒng)計(jì)過(guò)程在Medcalc 12.0上完成，對(duì)不同b值下腫瘤組及炎癥組的病灶A(yù)DC值差別使用Mann–Whitney U 檢驗(yàn)，腫瘤組或炎癥組不同b值DWI之間ADC值的比較采用Friedman檢驗(yàn)，腫瘤組或炎癥組不同b值DWI的病灶SNR的比較在證實(shí)數(shù)據(jù)為正態(tài)分布后采用ANOVA檢驗(yàn)，不同b值下ADC值對(duì)于腫瘤組及炎癥組的鑒別能力使用ROC檢驗(yàn)，比較ROC曲線下面積(AUC)的數(shù)值，并計(jì)算不同b值下腫瘤及炎癥組ADC值鑒別的界斷值(Youden指數(shù)最大的切點(diǎn)為界斷值[6])，同時(shí)得出以界斷值為鑒別診斷界值時(shí)相應(yīng)的敏感度及特異度，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，結(jié)果均以表示。

2 結(jié)果

2.1 不同b值下腫瘤組及炎癥組的ADC值測(cè)量

不同b值下上尿路腫瘤及炎癥的平均ADC值如表1所示，不同b值下樣本的腫瘤組ADC值要低于炎癥組，且差別均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，隨著b值的增加，腫瘤組及炎癥組ADC值均逐漸減小，F(xiàn)riedman檢驗(yàn)結(jié)果提示同組的不同b值A(chǔ)DC值不完全相同，進(jìn)一步對(duì)腫瘤組及炎癥組不同b值A(chǔ)DC值作均數(shù)間多重比較，顯示不同組別b值A(chǔ)DC值之間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均＜0.01)。

2.2 不同b值對(duì)于腫瘤組及炎癥組鑒別能力的評(píng)價(jià)

當(dāng)b=500s/mm2時(shí)，AUC 為0.766±0.086，界斷值為2.18×10－3mm2/s，相應(yīng)的敏感度及特異度分別為57.1%及95.8%，b=1000s/mm2下AUC為0.789±0.079，界斷值為1.61×10－3mm2/s，相應(yīng)的敏感度及特異度分別為78.6%及66.7%；當(dāng)b=1500s/mm2時(shí)，AUC為0.856±0.063，界斷值為1.42×10－3mm2/s，相應(yīng)的敏感度及特異度分別為78.6%及79.2%；當(dāng)b=2000s/mm2時(shí)，AUC 為0.890±0.053，界斷值為1.30×10－3mm2/s，相應(yīng)的敏感度及特異度分別為71.4%及91.7%。不同b值下，AUC b=500與AUC b=1500(P＜0.05)、AUC b=500與AUC b=2000(P＜0.05)、AUC b=1000與AUC b=1500(P＜0.05)、AUC b=1000與AUC b=2000(P＜0.05)分別比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，AUC b=500與AUC b=1000(P＞0.05)、AUC b=1500與AUC b=2000(P＞0.05)分別比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.3 不同b值彌散成像病灶的信噪比比較

不同b值病灶的信噪比平均值為SNR500=354.0、SNR1000=221.4、SNR1500=132.8、SNR2000=103.1；隨著b值的增加，信噪比明顯下降，不同組別的均數(shù)間的多重及兩兩比較P值均＜0.05。

3 討論

上尿路腫瘤與非特異性炎癥，特別是炎癥繼發(fā)尿路上皮增生及炎性組織形成，在影像上均可表現(xiàn)為管壁局限性增厚或輸尿管走行區(qū)腫塊，有時(shí)會(huì)使臨床診斷出現(xiàn)困難。

影像學(xué)研究中CT是最常用的影像檢查方法，但是對(duì)于上尿路腫瘤及炎癥的鑒別缺乏量化的診斷標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)一部分＜5 mm的病灶也只能在回顧性研究時(shí)才能被發(fā)現(xiàn)，不能夠完全滿足臨床的診治要求[7-8]，而且一些患者就診時(shí)就已伴有腎功能不全，無(wú)法使用對(duì)比劑，限制了檢查的進(jìn)行。

DWI是一項(xiàng)功能成像技術(shù)，可以通過(guò)不同組織水分子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行成像。腫瘤組織細(xì)胞的密集程度、異型性以及細(xì)胞外間隙扭曲會(huì)明顯地限制水分子的運(yùn)動(dòng)，從而可以區(qū)分腫瘤與非腫瘤組織[9]。此技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床診斷。由于不需要對(duì)比劑，DWI也可以應(yīng)用于一些有腎功能損害的患者。目前DWI的ADC值測(cè)量較原始的DWI要更多應(yīng)用于臨床，主要是因?yàn)锳DC值可以從一定程度上消除T2穿透效應(yīng)。一些其他腹部臟器疾病的研究認(rèn)為，高b值DWI所得的ADC值較低b值DWI所得要更好[10]，但隨著b值增高，SNR明顯下降，影響成像質(zhì)量，所以尋找一個(gè)合適的b值對(duì)于DWI的臨床價(jià)值有至關(guān)重要的作用。

本研究結(jié)果顯示在腫瘤組及炎癥組中病灶的ADC均隨著b值的增加而降低，在不同b值下，腫瘤組的ADC值均要明顯低于炎癥組(圖1，2)，提示b值為500、1000、1500、2000s/mm2時(shí)ADC值對(duì)于腫瘤及炎癥均有一定的鑒別意義。一般認(rèn)為腫瘤組織細(xì)胞的密集程度、異型性及細(xì)胞外間隙扭曲限制了水分子的運(yùn)動(dòng)，使得腫瘤的ADC值要低于其他組織，炎癥大多不會(huì)出現(xiàn)明顯的水分子運(yùn)動(dòng)受限，但是當(dāng)有較多炎性細(xì)胞浸潤(rùn)或病灶出現(xiàn)纖維化時(shí)會(huì)引起ADC值的變化[11]，而本研究中所遇到的ADC值較低的非特異性炎癥患者，病理中均有不同程度的細(xì)胞浸潤(rùn)及纖維化，這可能是一部分非特異性炎癥病例ADC值降低的主要原因。

表1 腫瘤組和炎癥組在不同b值下的ADC值統(tǒng)計(jì)結(jié)果(10－3 mm2/s，)Table 1 ADC value of DWI with different b value in malignant and non-speci fi c in fl amation(10－3 mm2/s，)

表1 腫瘤組和炎癥組在不同b值下的ADC值統(tǒng)計(jì)結(jié)果(10－3 mm2/s，)Table 1 ADC value of DWI with different b value in malignant and non-speci fi c in fl amation(10－3 mm2/s，)

Group n b=500 b=1000 b=1500 b=2000 χ2 value P value Malignant 24 1.70±0.40 1.46±0.36 1.21±0.28 1.04±0.21 72 ＜0.01 In fl amation 14 2.47±0.83 1.99±0.49 1.76±0.43 1.49±0.36 42 ＜0.01 Z value 2.708 2.936 3.616 3.964 P value ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01

圖1 男，59歲，術(shù)后病理為尿路上皮癌。T2脂肪抑制可見左側(cè)輸尿管下段管腔內(nèi)軟組織信號(hào)影(A)。為b=500s/mm2時(shí)DWI，可見左側(cè)輸尿管病灶呈高信號(hào)(B)。為b=500、1500s/mm2時(shí)的ADC圖(C，D) 圖2 女，63歲，大量炎性細(xì)胞浸潤(rùn)。T2脂肪抑制可見右側(cè)輸尿管中段管腔內(nèi)軟組織信號(hào)影(A)。為b=500s/mm2時(shí)DWI，可見右側(cè)輸尿管病灶呈高信號(hào)(B)。b=500、1500s/mm2時(shí)的ADC圖(C，D)Fig.1 MRI in 59-year-old man with upper urinary tract cancer.T2WI shows lower ureteral tumor (A).Diffusion-weighted image with b=500s/mm2 shows lesion with high signal intensity (B).ADC maps derived from diffusion-weighted image with b=500,1500s/mm2 (C, D).Fig.2 MRI in 63-year-old woman with inflamation in upper urinary tract.T2WI shows middle ureteral tumor (A).Diffusion-weighted image with b =500s/mm2 shows lesion with high signal intensity (B).ADC maps derived from diffusion-weighted image with b=500, 1500s/mm2 (C, D).

圖3 不同b值下ADC值鑒別上尿路腫瘤及非特異性炎癥的ROC曲線Fig.3 ROC curve in differentialdiagnosis.

筆者對(duì)不同b值下的ADC值對(duì)于腫瘤及炎癥的鑒別能力進(jìn)行了ROC檢驗(yàn)，以AUC作為相應(yīng)b值DWI對(duì)于腫瘤與炎癥鑒別能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)(圖3)，結(jié)果提示b值為1500、2000s/mm2時(shí)DWI的ADC值對(duì)腫瘤及炎癥組的鑒別能力要明顯高于b值為500、1000s/mm2。一些研究認(rèn)為組織內(nèi)的水分子擴(kuò)散主要是由移動(dòng)性較低的水分子(與大分子或細(xì)胞膜關(guān)系緊密的)以及移動(dòng)性較高的水分子(細(xì)胞外的)所引起的不同的擴(kuò)散效應(yīng)所組成，隨著b值增高，移動(dòng)性較高的水分子引起的擴(kuò)散效應(yīng)所占權(quán)重逐漸減弱，從而可以更加準(zhǔn)確地測(cè)量組織的擴(kuò)散特性，這可能是導(dǎo)致在不同b值下ADC值鑒別腫瘤組與炎癥組的主要原因[12]。b=1500s/mm2與b=2000s/mm2時(shí)ADC值對(duì)于腫瘤及非特異性炎癥的鑒別能力相仿，但由于b=2000s/mm2時(shí)圖像的SNR要明顯低于b=1500s/mm2，所以筆者認(rèn)為b=1500s/mm2是ADC值鑒別上尿路腫瘤及非特異性炎癥的最佳b值，該b值下AUC=0.856±0.063，一般認(rèn)為AUC的大小反映了一個(gè)診斷試驗(yàn)的價(jià)值大小，AUC＞0.70時(shí)提示具有較好的診斷價(jià)值，所以b值取1500s/mm2時(shí)，DWI對(duì)于上尿路腫瘤及非特異性炎癥具有較好的鑒別診斷價(jià)值。

既往的上尿路腫瘤DWI的研究認(rèn)為，當(dāng)b=1000s/mm2時(shí)，ADC值約為(1.125±0.217)×10－3mm2/s[4]，與本研究b=1000s/mm2時(shí)測(cè)得的腫瘤ADC值有一定差距，可能是由于使用的MR設(shè)備及掃描參數(shù)不同而導(dǎo)致的結(jié)果，但是該研究認(rèn)為上尿路腫瘤的ADC值是明顯降低的，與本研究結(jié)果一致。以前對(duì)于上尿路DWI的研究主要在1.5 T的MR儀上完成，但是隨著b值的增大，圖像的SNR也有所降低，使得一些高b值的圖像難以運(yùn)用于臨床診斷。在理論上，3.0T MRI的信噪比應(yīng)該是1.5 T MRI的2倍，SNR的增加在一定程度上彌補(bǔ)了高b值DWI引起的信號(hào)降低[5]。隨著3.0T MRI及一些如螺旋槳、刀鋒技術(shù)應(yīng)用于臨床，腹部的DWI效果得到了顯著的提高。本研究中高b值DWI得到了較為滿意的圖像質(zhì)量，并且成像時(shí)間也控制在可接受范圍內(nèi)。

在本研究過(guò)程中，一部分患者就診時(shí)已經(jīng)有不同程度的上尿路梗阻癥狀，而不同病程及疾病變化情況其擴(kuò)張的上尿路管腔內(nèi)的擴(kuò)散信號(hào)并不相同，可能會(huì)導(dǎo)致一部分上尿路的病灶顯示不清，而通過(guò)不同的b值DWI發(fā)現(xiàn)一部分患者擴(kuò)張的上尿路信號(hào)會(huì)明顯下降，使得病灶得到更好的突出。筆者也發(fā)現(xiàn)DWI可以發(fā)現(xiàn)部分在常規(guī)MR T1WI、T2WI中不能發(fā)現(xiàn)的病灶，其中最小的病灶直徑約4 mm，提示DWI對(duì)較小的或早期的上尿路腫瘤有更高的敏感度。不同b值的DWI對(duì)于上尿路病灶的診斷價(jià)值需要進(jìn)一步的研究和分析。

本研究的局限性主要在于：(1)病例數(shù)量不足，可能導(dǎo)致無(wú)法避免的統(tǒng)計(jì)誤差。(2)對(duì)不同上尿路腫瘤級(jí)別及原發(fā)性或繼發(fā)性炎癥未進(jìn)行分組探討，而不同的腫瘤級(jí)別以及原發(fā)性或繼發(fā)性炎癥可能會(huì)影響到擴(kuò)散信號(hào)及ADC值的測(cè)量；所以需要進(jìn)一步的大樣本的研究及其他更好的方法來(lái)驗(yàn)證本研究結(jié)果，并進(jìn)行更進(jìn)一步的探討。

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