磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像應(yīng)用于食管癌靶區(qū)勾畫的最佳b值

劉輝　時(shí)高峰　賈麗濤　李敏　邵嫻

050021　石家莊市，河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院(劉輝、時(shí)高峰、賈麗濤、李敏)；河北省石家莊市第四醫(yī)院(邵嫻)

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·論著·

磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像應(yīng)用于食管癌靶區(qū)勾畫的最佳b值

劉輝時(shí)高峰賈麗濤李敏邵嫻

050021石家莊市，河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院(劉輝、時(shí)高峰、賈麗濤、李敏)；河北省石家莊市第四醫(yī)院(邵嫻)

【摘要】目的主要探討磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像應(yīng)用于食管癌腫瘤靶區(qū)勾畫中最佳b值選擇。方法收集行食管癌根治術(shù)患者35例，手術(shù)前分別行不同b值磁共振擴(kuò)散加權(quán)像掃描(b=400、600、800 s/mm2)。勾畫三種不同b值下擴(kuò)散加權(quán)成像上食管癌大體腫瘤體積(GTV)的長(zhǎng)度，將所測(cè)量的GTV長(zhǎng)度值分別與手術(shù)后食管癌標(biāo)本長(zhǎng)度進(jìn)行比較。測(cè)量并且計(jì)算病變區(qū)ADC值。結(jié)果手術(shù)后標(biāo)本病灶長(zhǎng)度為(41.55±16.63)mm，手術(shù)前不同b值磁共振擴(kuò)散加權(quán)像(DWI)所測(cè)量的GTV長(zhǎng)度分別為(42.63±18.65)mm、(42.46±16.20)mm、(41.13±17.56)mm，其相關(guān)系數(shù)分別為0.910、0.916、0.941。不同b值下所得擴(kuò)散加權(quán)成像ADC值分別為(1.76±0.56)、(1.58±0.48)、(1.44±0.31)mm2/s×10-3。結(jié)論當(dāng)b值為800 s/mm2時(shí)得到的磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像最適合食管癌腫瘤靶區(qū)勾畫。

【關(guān)鍵詞】食管癌；擴(kuò)散加權(quán)成像；放療；GTV

食管癌是威脅人類健康的常見消化道腫瘤，它起源于食管黏膜上皮。我國(guó)每年約有超過22萬的新發(fā)病例以及接近20萬的死亡病例。我國(guó)是一個(gè)食管癌的高發(fā)國(guó)家。隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高，以及衛(wèi)生事業(yè)的不斷進(jìn)步，食管癌患者的病死率逐年下降。但是我國(guó)整體食管癌發(fā)病率、死亡率仍然高于世界平均水平。尤其是在衛(wèi)生資源相對(duì)欠缺的農(nóng)村地區(qū)，多種因素造成食管癌的患者不能得到很好的救治[t]。因此提高我國(guó)食管癌的診斷及治療水平是一項(xiàng)刻不容緩的任務(wù)。目前應(yīng)用于食管癌大體腫瘤靶區(qū)勾畫的影像學(xué)方法很多，目前應(yīng)用于勾畫食管癌大體腫瘤靶區(qū)(GTV)的主要影像學(xué)方法是CT，其圖像上食管癌病灶長(zhǎng)度的確定主要依靠食管管壁厚度的變化。但是這種方法也存在一些問題。比如CT圖像上不易區(qū)分正常食管與食管癌病灶的界限；比如食管癌常伴有食管的水腫、潰瘍等炎性反應(yīng)，易造成正常食管管壁的增厚，是正常增厚的食管管壁與食管癌增厚的管壁不易區(qū)分。因此利用CT勾畫GTV時(shí)，不能準(zhǔn)確勾畫食管癌病灶的長(zhǎng)度及真實(shí)范圍，有一定局限性。磁共振成像作為一種無創(chuàng)性的檢查手段，尤其是今年來磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像的廣泛應(yīng)用，將我們的視野從宏觀帶到了微觀。磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像一改過去利用形態(tài)學(xué)的手段觀察、評(píng)判腫瘤的范圍及大小，利用細(xì)胞間隙內(nèi)微觀水分子的擴(kuò)散狀態(tài)的變化觀察、評(píng)判腫瘤的范圍及大小。在食管癌腫瘤的發(fā)現(xiàn)及精確確認(rèn)腫瘤范圍方面顯示出了極大的優(yōu)勢(shì)。如今磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食管癌大體腫瘤的勾畫中。但是磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像中有一個(gè)重要參數(shù)擴(kuò)散敏感因子，也就是我們常說的b值。它的大小會(huì)直接影響擴(kuò)散加權(quán)成像的結(jié)果。因此在擴(kuò)散加權(quán)成像過程中如何確定關(guān)鍵參數(shù)b值的大小尤為重要。本研究就是著眼于b值的選擇，主要目的是為了探討磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像應(yīng)用于食管癌腫瘤靶區(qū)勾畫中最佳b值選擇，希望這個(gè)最佳b值能更好的應(yīng)用于臨床。

1資料與方法

1.1 一般資料本研究收集2015年3～8月河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院行食管癌根治術(shù)患者35例。其中男21例，女14例；年齡44～68歲，平均年齡59.35歲。該組患者術(shù)前均為食管癌病理證實(shí)，患者均行食管癌根治術(shù)?；颊呤中g(shù)前未使用化療藥物?；颊哂谑中g(shù)前行磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像掃描，參數(shù)b值選取為400、600、800 s/mm2。

1.2影像學(xué)檢查準(zhǔn)備所有食管癌患者進(jìn)行影像學(xué)檢查前均禁食4 h，以減少食物殘?jiān)鼘?duì)圖像質(zhì)量的影響。檢查前訓(xùn)練患者呼吸、告知患者掃描過程中注意事項(xiàng)，比如禁止吞咽動(dòng)作等。各項(xiàng)檢查中體位保持一致。由于磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像會(huì)受到患者溫度影響，因此各項(xiàng)檢查前患者體溫保持在正常人體體溫范圍。進(jìn)入掃描室前詳細(xì)詢問患者體內(nèi)是否有金屬植入物，并且于磁共振掃描前去除體表一切金屬物質(zhì)，減少金屬物質(zhì)對(duì)于磁場(chǎng)均勻度的影響?；颊卟扇☆^先入仰臥位的體位，雙手置于身體兩側(cè)，放置相控陣體部線圈并配合心電門控設(shè)備。

1.3磁共振掃描方法本研究采用西門子磁共振設(shè)備，磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.5特斯拉，機(jī)器型號(hào)為AVANTO。具體掃描序列及參數(shù)如下：T2-FSE-2D軸掃序列：TR=1700 ms、TE=70 ms；FA=130°；FOV=350 mm×350 mm；矩陣=418×418；NEX= 2；層厚=3.5 mm；層間隔=1 mm。DWI-2D軸掃序列：TR=6 800 ms、TE=70 ms； FOV=350 mm×350 mm；矩陣=256×256；NEX= 10；層厚=3.5 mm；層間隔=0.5 mm;b值=400、600、800 s/mm2。磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像掃描前需要去除患者體表所有金屬物質(zhì)。掃描過程中需施加呼吸及心電門控，目的是減少呼吸運(yùn)動(dòng)及心臟大血管搏動(dòng)對(duì)圖像的影響。擴(kuò)散加權(quán)成像掃描過程中選取400、600、800 s/mm23個(gè)b值，這3個(gè)b值需要在同一序列一次掃描完成，確保不同b值病灶位置的一致性。

1.4標(biāo)本病灶長(zhǎng)度測(cè)量本研究所有患者均行食管癌腫瘤切除術(shù)，術(shù)中切除腫瘤前，于原位測(cè)量腫瘤長(zhǎng)度并記錄數(shù)值。術(shù)中切除食管癌病變后，立即沿腫瘤對(duì)側(cè)食管長(zhǎng)軸縱向切開。將標(biāo)本兩端固定于木板上，并將標(biāo)本牽拉至原長(zhǎng)度，測(cè)量食管癌病灶標(biāo)本長(zhǎng)度并記錄。

1.5GTV長(zhǎng)度測(cè)量GTV指食管癌大體腫瘤體積，本研究共采集3種不同b值擴(kuò)散加權(quán)圖像，分別為400、600、800 s/mm23個(gè)b值。將不同b值所得到的磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像分別放入放射治療靶區(qū)勾畫系統(tǒng)。在磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像上以食管壁信號(hào)增高作為勾畫GTV的標(biāo)準(zhǔn)。分別于不同b值擴(kuò)散加權(quán)成像所得圖像上勾畫GTV并測(cè)量長(zhǎng)度。

1.6病變ADC值測(cè)量將三種不同b值(400、600、800 s/mm2)下所得到的磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像放入西門子后處理工作站，利用ADC軟件計(jì)算ADC圖。ADC圖上感興趣區(qū)感興趣區(qū)(region of interest，ROI)的選取需要結(jié)合磁共振的常規(guī)圖像及磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像共同確認(rèn)。于ADC圖上選取腫瘤顯示最大、最清楚的位置測(cè)量食管癌病灶A(yù)DC值。感興趣區(qū)的選取過程中盡量避開壞死組織、避開骨質(zhì)、避開氣體及鄰近大血管，盡量使感興趣區(qū)內(nèi)的病灶均為腫瘤實(shí)質(zhì)部分，減少其它組織對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響，保證所測(cè)量ADC值的準(zhǔn)確性。每個(gè)感興趣區(qū)至少測(cè)量3次ADC值，并取3次ADC值的平均值作為最后ADC值并作記錄。每幅ADC圖上所勾畫的感興趣區(qū)盡量選取相同位置。

1.7統(tǒng)計(jì)學(xué)分析應(yīng)用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件，采用pearson法對(duì)不同b值下得到的磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像上所勾畫GTV長(zhǎng)度與術(shù)后標(biāo)本長(zhǎng)度相關(guān)性進(jìn)行分析。

2結(jié)果

2.1食管癌大體腫瘤勾畫利用磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(b值=800 s/mm2)與CT圖像相融合勾畫食管癌病灶的GTV及PTV。中心高信號(hào)區(qū)域?yàn)榇殴舱駭U(kuò)散加權(quán)成像所顯示食管癌范圍，紅線勾畫區(qū)域?yàn)镚TV，藍(lán)線勾畫區(qū)域?yàn)镻TV。見圖1。

圖1　磁共振擴(kuò)數(shù)加權(quán)成像與CT圖像相關(guān)融合勾畫食管癌病灶

2.2相關(guān)性比較不同b值擴(kuò)散加權(quán)成像所勾畫GTV長(zhǎng)度與術(shù)后標(biāo)本長(zhǎng)度(41.55±16.63)mm的相關(guān)性比較，b值為800 s/mm2時(shí)擴(kuò)散加權(quán)圖像勾畫GTV長(zhǎng)度與術(shù)后標(biāo)本長(zhǎng)度的相關(guān)性最強(qiáng)。見表1。

表1　不同b值擴(kuò)散加權(quán)成像下GTV長(zhǎng)度

2.2ADC值結(jié)果三種b值下ADC值，b值為800 s/mm2時(shí)得到的ADC值較其他兩種變化范圍最小。見表2。

表2三種b值下ADC值

指標(biāo)b=400,0b=600,0b=800,0ADC值(mm2/s×10-3)1.76±0.561.58±0.481.44±0.31

3討論

食管癌是危害人類健康的消化道疾病[1]。放射治療是應(yīng)用于食管癌的重要治療手段。如何準(zhǔn)確的勾畫食管癌大體腫瘤的體積是能否精確治療食管癌的關(guān)鍵。如今勾畫食管癌大體腫瘤的體積方法很多，磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像是其中一種最有效的手段。磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像能夠從微觀的角度觀察細(xì)胞間隙水分子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此能夠更準(zhǔn)確的勾畫食管癌大體腫瘤體積的范圍。

磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像是一種功能成像,能夠從微觀角度探究組織空間結(jié)構(gòu)、利用水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)來反應(yīng)組織的結(jié)構(gòu)特征[2]。腫瘤組織的細(xì)胞密度較正常組織大，水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受限制，因此腫瘤組織在擴(kuò)散加權(quán)圖像上表現(xiàn)為高信號(hào)。鐘偉珍等[3]的研究表明子宮內(nèi)膜癌在磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像上表現(xiàn)為高信號(hào)。閔祥德等[4]的研究表明前列腺癌在磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像上表現(xiàn)為高信號(hào)。唐磊等[5]的研究表明胃腸間質(zhì)瘤在磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像上表現(xiàn)為高信號(hào)。張森等[6]的研究表明直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移在磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像上表現(xiàn)為高信號(hào)。本研究發(fā)現(xiàn)食管癌病灶在磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像上表現(xiàn)為高信號(hào)，與上述研究結(jié)果一致。本研究就是勾畫磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像上食管癌高信號(hào)區(qū)域，達(dá)到精確勾畫腫瘤大體體積的目的。

b值是磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像的重要參數(shù)，它的大小直接影響擴(kuò)散加權(quán)成像的結(jié)果。一般認(rèn)為小的b值反應(yīng)組織微觀灌注的狀態(tài)，不能直接反應(yīng)組織擴(kuò)散狀態(tài)。大的b值能夠真實(shí)反應(yīng)組織水分子擴(kuò)散狀態(tài)，但是過高的b值往往引起擴(kuò)散加權(quán)圖像的信噪比減低，影響圖像質(zhì)量。劉玉品等[7]的研究表明肝臟磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像，當(dāng)b值選取為100 s/mm2時(shí)擴(kuò)散圖像受血流灌注影響較重，所測(cè)量的ADC值不能反映真實(shí)情況。因此合理的b值選擇是將磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像應(yīng)用于食管癌大體腫瘤體積勾畫的關(guān)鍵。本文著重探討應(yīng)用于食管癌大體腫瘤體積勾畫的b值選擇。

因?yàn)榻M織處于不同的環(huán)境中，細(xì)胞間水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)存在差異。因此沒有一個(gè)固定的b值適用于所有組織臟器。曾治民等[8]的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)肺癌中b值選擇600 s/mm2時(shí)，能夠獲得最滿意的圖像質(zhì)量。張曉鵬等[9]的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)胃癌中b值選擇1000 s/mm2時(shí)，能夠獲得最滿意的圖像質(zhì)量。郭雪梅等[10]的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)前列腺中b值選擇800 s/mm2時(shí)，能夠獲得最滿意的圖像質(zhì)量。本研究在實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)定了三種不同的b值，目的就是為了探討應(yīng)用于食管癌大體腫瘤靶區(qū)勾畫的最佳b值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示手術(shù)后標(biāo)本病灶長(zhǎng)度為(41.55±16.63)mm，術(shù)前磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像b=400、600、800 s/mm2所測(cè)量的GTV長(zhǎng)度分別為(42.63±18.65)mm、(42.46±16.20)mm、(41.13±17.56)mm，其相關(guān)系數(shù)分別為0.910、0.916、0.941。b選取800s/mm2相關(guān)系數(shù)最高。

我們分析磁共振擴(kuò)散圖像時(shí)，發(fā)現(xiàn)多種因素會(huì)影響圖像的定量測(cè)量結(jié)果，比如患者溫度的影響、血液灌注的影響等多種因素。出于這個(gè)原因常用表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coeffecient，ADC)值來定量評(píng)估組織擴(kuò)散的結(jié)果。通過檢測(cè)施加擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)前后的信號(hào)強(qiáng)度，在已知b值的前提下，可以通過計(jì)算得到組織的表觀擴(kuò)散系數(shù)。但是在磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像上造成組織信號(hào)衰減的因素不單單是水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，任何原因?qū)е滤肿釉跀U(kuò)散敏感梯度場(chǎng)方向上各種形式的運(yùn)動(dòng)都將造成組織信號(hào)的衰減。SE-EPI由于很快的掃描速度來采集信號(hào)，基本可以消除大多數(shù)的組織生理運(yùn)動(dòng)，但始終沒有辦法消除血流灌注對(duì)組織信號(hào)衰減的影響。因此測(cè)量磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像上組織信號(hào)強(qiáng)度的變化，所得數(shù)值并非是真正的擴(kuò)散系數(shù)，因?yàn)闀?huì)受到其他形式水分子運(yùn)動(dòng)的影響。所以只能把測(cè)量到的擴(kuò)散系數(shù)稱為表觀擴(kuò)散系數(shù)(ADC)。計(jì)算公式如下表示：ADC = ln(SI低/SI高)/(b高-b低)。公式內(nèi)SI低表示較低b值磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像上組織的信號(hào)強(qiáng)度，SI高表示較高b值磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像上組織的信號(hào)強(qiáng)度，b低表示較低b值數(shù)，b高表示較高b值數(shù)，ln是自然對(duì)數(shù)。從公式中可以得出，要想計(jì)算得到組織的ADC值至少需要利用2個(gè)以上不同的b值。本研究發(fā)現(xiàn)磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像是應(yīng)用于食管癌大體腫瘤靶區(qū)勾畫的最佳醫(yī)學(xué)影像學(xué)方法，因此也將食管癌病灶的ADC值作為一種觀測(cè)指標(biāo)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。

本研究在評(píng)價(jià)磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，多種因素會(huì)影響最終的擴(kuò)散加權(quán)圖像定量分析的結(jié)果。像患者體表溫度、組織器官血流灌注效應(yīng)。這樣阻礙了我們定量測(cè)量食管癌病變區(qū)域的定量結(jié)果。因此我們引入磁共振表觀擴(kuò)散系數(shù)，也就是ADC值來定量測(cè)量食管癌信號(hào)強(qiáng)度。王巖等[11]的研究發(fā)現(xiàn)ADC值在良惡性腫瘤鑒別診斷中有很好的價(jià)值。黃海東等[12]的研究發(fā)現(xiàn)ADC值在腹部實(shí)質(zhì)性臟器腫瘤診斷中具有一定的價(jià)值。代小兵等[13]的研究發(fā)現(xiàn)ADC值對(duì)于肝癌治療后判斷壞死組織有極高的敏感性及特異性。楊宏志等[14]的研究發(fā)現(xiàn)ADC值在椎體轉(zhuǎn)移瘤的定性診斷中有一定的價(jià)值。江婷等[15]的研究發(fā)現(xiàn)ADC值在預(yù)測(cè)HCC的組織學(xué)分化程度方面具有重要價(jià)值。本研究希望通過對(duì)病變區(qū)不同b值下ADC值的比較，找出應(yīng)用于食管癌病灶大體腫瘤體積測(cè)量的最佳b值參數(shù)。本研究比較了這三種不同b值所得圖像的ADC值。結(jié)果顯示當(dāng)b值選取400、600、800 s/mm2時(shí)得到的食管癌擴(kuò)散加權(quán)成像的ADC值分別為(1.76±0.56)mm2/s、(1.58±0.48)mm2/s、(1.44±0.31)mm2/s，比較不同b值所得到的ADC值的標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果顯示b值為800 s/mm2時(shí)得到的ADC值較其它兩種變化范圍最小。因此b值為800 s/mm2時(shí)得到的擴(kuò)散加權(quán)圖像最準(zhǔn)確。

本研究為臨床應(yīng)用提供了些改進(jìn)意見及可靠數(shù)據(jù)。后續(xù)的研究我們將著重于磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像在放療療效的評(píng)估方面的價(jià)值，希望找到一個(gè)放療后ADC值的可靠數(shù)值指導(dǎo)后續(xù)治療,評(píng)估患者的預(yù)后。

綜上所述,磁共振擴(kuò)撒加權(quán)成像是一種有效的勾畫食管癌大體腫瘤體積的方法。通過本研究發(fā)現(xiàn)磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像中的重要參數(shù)b值選取800 s/mm2時(shí)所得到的擴(kuò)散加權(quán)圖像最適宜勾畫食管癌大體腫瘤靶區(qū)體積,所測(cè)量病灶長(zhǎng)度最能準(zhǔn)確反映病灶真實(shí)情況。

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doi:10.3969/j.issn.1002-7386.2016.11.020

通訊作者:邵嫻, 050021河北省石家莊市第四醫(yī)院；

【中圖分類號(hào)】R 730.46

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1002-7386(2015)11-1667-04

(收稿日期：2015-10-23)

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