磁共振彌散加權(quán)成像技術(shù)在腎臟腫瘤診斷中的研究和進展

綜述 審校

1.復(fù)旦大學(xué)附屬上海市第五人民醫(yī)院放射科，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院婦產(chǎn)科學(xué)系，上海 200240；2.復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放射診斷科，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院腫瘤學(xué)系，上海 200032

磁共振彌散加權(quán)成像技術(shù)在腎臟腫瘤診斷中的研究和進展

沈麗娟1綜述周良平2審校

1.復(fù)旦大學(xué)附屬上海市第五人民醫(yī)院放射科，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院婦產(chǎn)科學(xué)系，上海 200240；2.復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放射診斷科，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院腫瘤學(xué)系，上海 200032

隨著MRI診斷技術(shù)發(fā)展及多通道高靈敏線圈的使用，使彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)在腹部的應(yīng)用得到實現(xiàn)，其在腎臟腫瘤的診斷及鑒別診斷中具有很大意義。本文就磁共振DWI技術(shù)在腎細胞癌診斷中應(yīng)用優(yōu)勢與局限性，以及腎臟DWI技術(shù)的最新研究進展予以綜述。

磁共振成像；彌散加權(quán)成像；腎臟腫瘤；腎細胞癌

近年來，腎癌的發(fā)病率逐年遞增，全球范圍內(nèi)每年新增腎癌約209 000例，發(fā)病率呈逐年上升趨勢［1］。85%的腎臟占位性病變?yōu)槟I細胞癌(renal cell carcinoma，RCC)，為成人腎臟主要的惡性腫瘤。近年來，隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展及治療方案增多，RCC的死亡率有所減低［2］，影像學(xué)檢查在臨床中的作用越來越重要。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，腎癌分型及分級等對其預(yù)后判斷有重要意義［3-5］，現(xiàn)在影像研究也從影像學(xué)表現(xiàn)、早期診斷及良惡性鑒別診斷延伸至腎癌分型及分級的診斷［2,6］。

磁共振功能成像(function MRI，fMRI)是在形態(tài)解剖學(xué)的基礎(chǔ)上，從生物學(xué)原理出發(fā)，反映人體組織器官和細胞的功能狀態(tài)及病理生理機制的變化，使得早期診斷病變及對不同病變的鑒別診斷成為可能。功能成像主要包括MR彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)、MR波譜成像、MR灌注成像等多種成像技術(shù)［7］。DWI是目前腎臟功能成像中應(yīng)用較多的一種。

DWI是近年發(fā)展起來的一種磁共振功能成像技術(shù)，最初由于其對運動極其敏感而限制其應(yīng)用范圍，之前主要應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，而近年隨著診斷技術(shù)的發(fā)展及對研究與應(yīng)用的深入，應(yīng)用范圍也日益擴展，診斷準(zhǔn)確性進一步提高，目前DWI成像技術(shù)已經(jīng)在腹部臟器病變的診斷中得到了很好的應(yīng)用［8］。由于腎臟解剖結(jié)構(gòu)特殊，腎

臟病變對腎組織內(nèi)水分子的自由擴散運動會造成不同程度的影響，為DWI在腎臟病變診斷中的應(yīng)用提供了組織學(xué)基礎(chǔ)［9-10］。

1 DWI的原理及方法

DWI是目前唯一能在活體上測量水分子彌散的成像方法，它能夠通過生物體內(nèi)水分子的彌散，評價水分子隨機運動狀況，從而提供組織的空間結(jié)構(gòu)信息。最初DWI應(yīng)用時，3.0 T磁共振設(shè)備在臨床還沒有廣泛推廣，DWI多采用1.5 T磁共振，磁場強度較低，信噪比不高，近年來隨著科技的進步，3.0 T磁共振在臨床得以廣泛應(yīng)用，DWI目前亦多采用3.0 T磁共振設(shè)備［11-12］。DWI檢查對患者的活動極為敏感，要獲得高質(zhì)量的彌散圖像，就需要快速的成像技術(shù)支持，目前在腎臟DWI檢查中應(yīng)用的主要序列是平面回波成像(echo planner imaging，EPI)序列和快速自旋回波(fast spin echo，F(xiàn)SE)序列兩種。FSE序列對磁場的不均勻性敏感度較低，幾何變形小，但信噪比及成像清晰度較低，應(yīng)用相對較局限。EPI序列是當(dāng)前最快的空間信號采集方法，最常用的改進序列是單次激發(fā)回波平面成像(pin-echo echo-planar imaging，SE-EPI)，也是腎臟檢查中應(yīng)用最廣泛的序列，可明顯減少運動偽影，提高分辨率，主要缺點是在局部不均勻磁場下變形嚴(yán)重以及化學(xué)位移等干擾因素，為避免化學(xué)位移偽影而使用脂肪抑制脈沖，但損失了一些圖像細節(jié)。盡管目前DWI成像還有一些問題，但隨著MRI軟硬件的發(fā)展，掃描技術(shù)的規(guī)范化，DWI將會在腎臟疾病診斷中有更廣闊的空間。

將DWI量化的計算模式仍在探索中，單指數(shù)函數(shù)模型是彌散加權(quán)成像應(yīng)用以來最為廣泛應(yīng)用的模型，通過一定的擴散系數(shù)(b值)，測定量化的表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC) 值來判斷腫瘤性質(zhì)。

1.1 單指數(shù)DWI成像技術(shù)

單指數(shù)函數(shù)的公式為ADC=(lnS1/S2)/(b2-b1)(b2＞b1)，其中b1、b2為施加的兩個彌散敏感因子，S1、S2則為兩個b值下同一部位組織的信號強度。b值為影響ADC值的重要因素，目前b1值無論是在1.5 T還是3.0 T磁共振上，通常都設(shè)為0 s/mm2，b2值的選擇并無一致言論，也是研究面臨的問題。目前多采用400～1 000 s/mm2［9-13］，使用高b2值有助于增加ADC值從而區(qū)分不同組織的靈敏度，但同時會降低信噪比，以及腫瘤和其他組織信號絕對差值。1.5 T磁共振磁場強度較低，信噪比不高，所以相應(yīng)的b2值亦較低［2,13］，現(xiàn)在腹部DWI檢查一般均采用3.0 T磁共振配合使用8通道相控陣線圈。該方式明顯提高了信噪比和時間、空間分辨率，使b2值可以提高［14］。在腎臟腫瘤診斷中尚未確定最佳b2值，但綜合考慮靈敏度及信噪比，有報道認(rèn)為應(yīng)用800 s/mm2效果較好［9,11-12］。

DWI的單指數(shù)函數(shù)模式在臨床應(yīng)用較廣，且獲得了較高的靈敏度和特異度，但存在問題也漸漸凸顯，首先不同研究中，腫瘤的ADC值波動范圍較大，易受患者個體差異(腎臟濾過率、血壓等)和技術(shù)條件影響，比如擴散敏感梯度場強的強度、持續(xù)時間、兩個擴散敏感梯度場的間隔時間及擴散敏感系數(shù)b值的選擇，即使在相同技術(shù)條件下對相近樣本的測量結(jié)果也有較大差異，造成DWI組織信號衰減不僅是水分子的擴散運動，水分子在擴散敏感梯度場方向上各種性質(zhì)的運動或位置移動、呼吸運動等，都將影響組織信號的衰減，如組織灌注中的水分子運動及其他的生理運動等，故建立統(tǒng)一的診斷標(biāo)準(zhǔn)難度較大［15］。其次是良惡性腎腫瘤、腫瘤各亞型、低級別及高級別腎細胞癌的ADC值重疊較大，對診斷造成很大的困難。另外，還有多項研究證明，單指數(shù)彌散衰減模式主要針對水彌散的總體情況進行運算，單指數(shù)模式對灌注成分和彌散成分不加區(qū)分，得出的結(jié)果過于簡單，信息處理程序比較籠統(tǒng)，可能是造成不同研究中ADC值差異明顯的原因之一［15-17］。當(dāng)用的b2值較小時，ADC值主要受到組織微循環(huán)灌注的假擴散運動影響；當(dāng)b2值較大時，組織灌注的影響被消除較多，此時ADC值能較準(zhǔn)確地反映彌散情況，但受信噪比

的限制b2值選擇并不可以無限增大，故其亦不能準(zhǔn)確地反映組織彌散情況，技術(shù)有待進一步改進。

1.2 腎臟雙指數(shù)成像技術(shù)

近年來有文獻介紹了一種新的方法—采用雙指數(shù)彌散衰減模式DWI，可分別分析水彌散中的快彌散系數(shù)(fast diffusion coefficient，ADCf)及慢彌散系數(shù)(slow diffusion coefficient，ADCs)，將細胞膜周圍彌散和血管微灌注的影響區(qū)分開。ADCf反映的是遠離細胞膜水的彌散特性，與微灌注關(guān)系密切，ADCs則主要反映細胞膜附近水的彌散特點，與細胞結(jié)構(gòu)相關(guān)，更接近真實的彌散信息［8,18］。雙指數(shù)模式在神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用已證明其比單指數(shù)模式更能精確地反映水的信號衰減情況［19］。雙指數(shù)DWI的計算公式為：S/S0=fexp(-bADCf)+(1-f)exp(-bADCs)。S為不同b值下的信號，S0為b=0時的信號，ADCs代表彌散占主導(dǎo)的ADC值；ADCf代表灌注成分，由較快的微循環(huán)和灌注決定，生理意義較復(fù)雜［20］，f值為灌注成分所占比例。雙指數(shù)函數(shù)在腎臟病變的DWI檢查中應(yīng)用的文獻還比較少，但已取得一定進展。

2 DWI在腎臟占位病變中的臨床應(yīng)用

2.1 單指數(shù)DWI的臨床應(yīng)用

2.1.1 良惡性鑒別

單指數(shù)函數(shù)模式腎臟DWI在腎臟占位中的應(yīng)用研究較多，在良惡性腫瘤的鑒別診斷中的價值得到了廣泛認(rèn)可，惡性腫瘤細胞數(shù)多，細胞核較大，其DWI呈高信號，而ADC值較低。已有多個研究［12,17,21-22］證實惡性腫瘤ADC值低于良性腫瘤，Taouli等［22］采用1.5 T磁共振對109例腎臟腫瘤進行多b值DWI成像的研究顯示，b值取0、400及800 s/mm2良惡性腫瘤鑒別的敏感性特異性最高，分別為86%和80%，曲線下面積為0.856，但其認(rèn)為DWI成像在良惡性腫瘤鑒別中的價值不如動態(tài)增強檢查, 敏感性特異性及曲線下面積分別為100%、89%及0.944。Kim等［23］總結(jié)多個文獻得出腎局灶性病變的ADC值由高到低分布如下：①簡單腎囊腫［平均ADC值：(2.78±0.45)×10-3mm2/s］；②腎嗜酸細胞瘤［平均ADC值：(1.91±0.97)×10-3mm2/s］；③實質(zhì)性腎細胞癌［平均ADC值：1.41±0.61）×10-3mm2/s］；④血管脂肪平滑肌瘤［平均ADC值：(0.74±0.45)×10-3mm2/s］。

2.1.2 腎細胞癌亞型的診斷

腎細胞癌在病理上最常見的亞型有3個，不同亞型的組織病理學(xué)特點、基因表達及臨床特點各有不同，預(yù)后及生物行為亦不同［24］。目前的治療方法對各亞型的療效也不同，例如使用索拉非尼、舒尼替尼及干擾素似乎只對透明細胞癌有效，而對非透明細胞癌無明顯療效［25］。故腎細胞癌尤其是不適合手術(shù)治療時，術(shù)前亞型診斷甚為重要，也越來越受重視。在腎癌亞型的鑒別診斷中，多項研究［2,9,26-27］顯示，不同類型的腎細胞癌的ADC值差異也有統(tǒng)計學(xué)意義，3.0 T磁共振DWI(b值：0和800 s/mm2)在鑒別透明細胞癌與非透明細胞癌中靈敏度可達95.9%，特異度可達94.4%［9］。Inci等［26］研究了105例腎占位性病變，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，嫌色細胞癌(chromophobe renal cell carcinoma，ChRCC)的ADC值明顯低于透明細胞癌［(1.41±0.09)×10-3mm2/s vs 1.23±0.13×10-3mm2/s］，乳頭狀細胞癌(papillary renal cell carcinoma，PRCC)的ADC值最低［(0.90±0.16)×10-3mm2/s］。

2.1.3 腎癌Fuhrman分級中的應(yīng)用

Fuhrman核級分級系統(tǒng)是根據(jù)癌細胞核大小、外形、有無異形性及核仁的大小等將腎細胞癌分為4級，為世界上多數(shù)學(xué)者接受并廣泛采用，也是目前被廣泛認(rèn)同的腎癌預(yù)后判斷的獨立指標(biāo)之一［28］。Tsui等［5］對643例腎細胞癌的研究顯示，腫瘤5年生存率在核分級為l、2級的腫瘤中分別為89%和65%，而核分級為3、4級的腫瘤5年生存率僅為46%，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，因此腎腫瘤Fuhrman分級對患者預(yù)后判斷有重要意義。以往Fuhrman分級資料都是通過穿刺活檢或手術(shù)獲得，目前已有學(xué)者將功能成像用于Fuhrman分級的鑒別診斷［2,12,27］。Sandrasegaran等［12］采用1.5 T MRI，b值選取0及800 s/mm2，對17例CCRCC進行了研

究，其結(jié)果顯示，F(xiàn)uhrman高級別(3～4級)的透明細胞腎癌的ADC值低于低級別(1～2級)(1.77× 10–3mm2/s vs 1.95×10–3mm2/s)，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.12)。然而，Goyal等［2］在1.5 T磁共振上采用b值為0和500 s/mm2進行DWI檢查，研究了33例CCRCC，結(jié)果顯示，F(xiàn)uhrman高級別CCRCC(3～4級)的ADC值明顯低于低級別(1～2級)，且差異有統(tǒng)計學(xué)意義(1.314 5×10–3mm2/s vs 1.698 2×10–3mm2/s，P=0.005)。Yu等［27］研究了137例CCRCC，其結(jié)果也顯示低級別與高級別CCRCC的ADC值差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，但是1級與2級、3級與4級之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)，該研究采用的設(shè)備為3.0 T磁共振，b值選用0及800 s/mm2。幾組的報道結(jié)果并不一致，分析原因可能與所取b值不同、設(shè)備也不同有關(guān)，這同時也說明了單指數(shù)DWI的不穩(wěn)定性，有待于進一步研究。

2.2 雙指數(shù)DWI在腎臟腫瘤診斷中的應(yīng)用研究

雙指數(shù)DWI在中樞神經(jīng)系統(tǒng)及前列腺中的應(yīng)用較多［15-16,19-20］，已證明其比單指數(shù)模式更能精確地反映水的信號衰減情況，在腫瘤的發(fā)現(xiàn)及良惡性鑒別診斷中效能更高。但其在腎臟中的應(yīng)用目前還處在起步階段，已有研究［17］指出，腎臟ADC值在各個研究的差異較大的原因在于單指數(shù)模型的局限性，提出解決這些差異的方法在于使用雙指數(shù)模式，但文獻報道仍較少。

2.2.1 強化程度的診斷

近年來有研究指出磁共振造影劑可能會造成腎纖維化，故Chandarana等［29］探索了彌散加權(quán)成像用于判斷病灶有無強化的可能性，其研究顯示雙指數(shù)DWI參數(shù)區(qū)分強化與非強化病灶的準(zhǔn)確率高于單指數(shù)模式的所有不同b值選擇的ADC值，同時其研究顯示f值與腫瘤強化百分比強相關(guān)。

2.2.2 腎細胞癌亞型的診斷

Chandarana等［30］研究了各參數(shù)在亞型診斷中的準(zhǔn)確性，認(rèn)為聯(lián)合f值及ADCs鑒別CCRCC與ChRCC的準(zhǔn)確性達86.5%，在鑒別PRCC與囊性腎癌時準(zhǔn)確率可達100%，優(yōu)于單指數(shù)模式，并且得出了代表灌注所占比例的f值與灌注加權(quán)成像參數(shù)有相關(guān)性。Rheinheimer等［31］研究了26例患者28個病灶，結(jié)果顯示f值在CCRCC中明顯高于非CCRCC(18.32±2.52% vs 8.44±1.24%)，并且ADCs鑒別惡性病灶的曲線下面積大于ADC值，診斷效能更高。

2.2.3 腎癌Fuhrman分級中的應(yīng)用

關(guān)于雙指數(shù)模式DWI在腎細胞癌Fuhrman核級的研究目前較少，目前所知僅Rheinheimer等［31］的研究認(rèn)為f值及ADCs值與CCRCC的核級具有相關(guān)性，其認(rèn)為雙指數(shù)模型可以提供更為可靠的人體腎臟彌散信息，同時可以提高腎腫瘤的診斷準(zhǔn)確性，但其并沒有進一步研究在鑒別診斷腎癌Fuhrman各個分級中的應(yīng)用。

綜上所述，由于腎臟解剖及生理學(xué)的特殊性，使單指數(shù)DWI ADC值反映的生理意義較為復(fù)雜，不是單純的彌散信息，而且ADC值在各個研究中變動較大，研究所用機器、線圈、各掃描參數(shù)不同，故得出的數(shù)值也不同，但眾多研究均證實，此技術(shù)在早期診斷腎細胞癌、腎占位良惡性診斷、腎癌亞型診斷及Fuhrman分級診斷等研究方面的應(yīng)用價值。雖然雙指數(shù)模式DWI在腎細胞癌診斷的應(yīng)用仍在探索中，但隨著人們對單指數(shù)局限性的認(rèn)識，其逐漸得到重視，國外已有研究證實了其在腎細胞癌診斷及鑒別診斷以及組織學(xué)亞型、分級診斷中的優(yōu)越性，有很大的應(yīng)用前景。

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Research and progress of diffusion-weighted magnetic resonance imaging in the diagnosis of renal tumor

SHEN Li-juan1, ZHOU Liang-ping2(1. Department of Radiology, the Fifth People’s Hospital of Shanghai, Fudan University; Department of Gynecology and Obstetrics, Shanghai Medical College, Fudan University, Shanghai 200240, China; 2. Department of Radiology, Fudan University Shanghai Cancer Center; Department of Oncology, Shanghai Medical College, Fudan University, Shanghai 200032, China) Correspondence to: ZHOU Liang-ping E-mail: zhoulp-2003@163.com

With the improvement of MRI equipment performance and the usage of multi-channel high sensitivity coil, the application of the diffusion-weighted imaging (DWI) in the abdomen has been achieved. And the DWI has great significance in the diagnosis and differential diagnosis of renal tumors. In this article we reviewed advantages and limitations of magnetic resonance diffusion weighted imaging technology diagnosis in renal cell carcinoma, and also reviewed the latest research progress of DWI technology in the use of kidney.

Magnetic resonance imaging; Diffusion weighted imaging; Renal tumor; Renal cell carcinoma

10.3969/j.issn.1007-3969.2014.05.011

R737.11

A

1007-3639(2014)05-0387-05

2013-09-13

2014-01-07）

周良平 E-mail:zhoulp-2003@163.com