直腸癌3.0T磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像中b值的選擇

王余， 馬夢(mèng)華， 徐晉珩， 王海平， 韓德昌， 才艷玲

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·腹部影像學(xué)·

直腸癌3.0T磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像中b值的選擇

王余， 馬夢(mèng)華， 徐晉珩， 王海平， 韓德昌， 才艷玲

目的：選擇直腸癌3.0T磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)的合適b值，以利于DWI對(duì)直腸癌病灶的檢出。方法：對(duì)63例直腸癌患者行多b值DWI檢查(b值為300、600、900、1200、1500、1800、2100 s/mm2)及常規(guī)MRI平掃(T2WI、T1WI)。測(cè)量不同b值時(shí)直腸癌的ADC值；計(jì)算直腸癌的信噪比(SNR)及膀胱的信號(hào)強(qiáng)度比(SIR)；根據(jù)HE染色病理圖片記錄直腸癌的細(xì)胞密度，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果：隨著b值的增大，直腸癌ADC值及SNR呈逐漸降低趨勢(shì)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。當(dāng)b值≤1200 s/mm2時(shí)，DWI圖像中直腸癌SNR均高于T2WI圖像(P<0.05)。各不同b值的DWI圖像中膀胱SIR均低于T2WI圖像(P<0.05)，隨著b值的增大膀胱SIR逐漸減低，當(dāng)b值≥1200 s/mm2時(shí)，膀胱SIR明顯減低接近于1。不同b值時(shí)直腸癌ADC值與細(xì)胞密度之間均呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)，b=1200 s/mm2時(shí)，其相關(guān)度最高(r=-0.76，P<0.05)。結(jié)論：直腸癌3.0 T磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像中的合適b值應(yīng)為1200 s/mm2。

直腸腫瘤； 擴(kuò)散加權(quán)成像； 磁共振成像； b值

直腸癌是胃腸道常見的惡性腫瘤之一，發(fā)病率僅次于胃癌和食道癌。磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)作為一種無創(chuàng)性磁共振功能成像方法，它能反映活體內(nèi)水分子的擴(kuò)散能力和運(yùn)動(dòng)方向。隨著磁共振設(shè)備場(chǎng)強(qiáng)的提高和高分辨力相控陣線圈的開發(fā)，DWI在直腸癌的應(yīng)用日益增多[1-3]。擴(kuò)散敏感系數(shù)(b值)是DWI序列檢測(cè)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)能力的重要指標(biāo)，b值越高對(duì)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)越敏感，但同時(shí)圖像信噪比會(huì)降低，因此b值的選擇至關(guān)重要。本研究旨在選擇3.0 T磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像診斷直腸癌的合適b值。

材料與方法

1.病例資料

搜集術(shù)前未接受放化療、經(jīng)腸鏡活檢證實(shí)為直腸癌且行MRI檢查的患者，選擇腫瘤厚度≥1 cm并被DWI檢出，術(shù)后經(jīng)病理證實(shí)的直腸癌患者63例，其中男30例，女33例，年齡20～79歲，平均58.6歲。臨床主要癥狀為大便帶血。63例患者M(jìn)RI各序列資料完整，圖像質(zhì)量滿足診斷要求。

2.檢查方法

MRI檢查采用3.0T Philips Achieva 超導(dǎo)型磁共振成像系統(tǒng)，所有患者均行常規(guī)T2WI、T1WI平掃、DWI掃描，具體掃描參數(shù)如下：①多次激發(fā)快速自旋回波序列(TSE)T2WI軸面掃描，TR 2000～5000 ms，TE 110 ms，視野180 mm×180 mm，體素0.8 mm×0.9 mm，層厚4 mm，層間距0.5 mm，回波鏈長(zhǎng)度17，翻轉(zhuǎn)角90°，信號(hào)采集數(shù)2，層數(shù)24；②多次激發(fā)快速自旋回波序列(TSE)T1WI軸面平掃，TR 400～600 ms，TE 8 ms，視野180 mm×180 mm，體素0.8 mm×0.9 mm，層厚4 mm，層間距0.5 mm，回波鏈長(zhǎng)度4，翻轉(zhuǎn)角90°，信號(hào)采集數(shù)3，層數(shù)24；③DWI采用自由呼吸單次激發(fā)SE-EPI序列，b值選擇300、600、900、1200、1500、1800和2100 s/mm2，TR 2000～2500 ms，TE ms/shortest，視野261 mm×180 mm，體素2.25 mm×2.25 mm，層厚4 mm，層間距0.5 mm，半采集因子0.627，回波鏈長(zhǎng)度49，翻轉(zhuǎn)角90°，信號(hào)采集數(shù)4，層數(shù)24，抑脂方式為頻譜空間預(yù)置飽和翻轉(zhuǎn)回復(fù)(spectral presaturation with inversion recovery，SPIR)。

3.圖像分析

感興趣區(qū)(region of interest,ROI)的選擇：參考常規(guī)T2WI、T1WI和DWI圖像，于3個(gè)連續(xù)層面分別各設(shè)置一個(gè)ROI(ROI盡量大，各層面大小盡量保持一致)進(jìn)行測(cè)量，避開血管、壞死區(qū)域及偽影，取其平均值作為最終測(cè)量值。

分別測(cè)量腫瘤、膀胱內(nèi)尿液、背景區(qū)域內(nèi)噪聲各感興趣區(qū)內(nèi)的DWI和T2WI圖像信號(hào)強(qiáng)度。計(jì)算T2WI圖像中腫瘤的信噪比(signal to noise，SNR)及膀胱的信號(hào)強(qiáng)度比(signal intensity ratio，SIR)、不同b值的DWI圖像中腫瘤的SNR及膀胱的SIR。SNR計(jì)算公式：SNR組織= S組織/SD噪聲(S組織為所測(cè)組織器官的信號(hào)強(qiáng)度，SD噪聲為相應(yīng)層面背景噪聲信號(hào)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差)；SIR計(jì)算公式：SIR組織= S組織/S噪聲(S組織為所測(cè)組織器官的信號(hào)強(qiáng)度，S噪聲為相應(yīng)層面背景噪聲信號(hào)強(qiáng)度)。根據(jù)系統(tǒng)自行生成的表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)圖分別得出不同b值的腫瘤ADC值。

4.細(xì)胞密度分析

常規(guī)HE染色病理切片，使用CMIAS多功能真彩色病理圖像分析系統(tǒng)，計(jì)算200倍鏡下每個(gè)采集野內(nèi)腫瘤細(xì)胞核總面積與統(tǒng)計(jì)場(chǎng)面積之比，以此作為腫瘤細(xì)胞密度，每份標(biāo)本任意選取5個(gè)視野，取其平均值作為最終測(cè)量值(用百分比表示)。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié)　果

63例直腸癌均經(jīng)手術(shù)及病理組織學(xué)證實(shí)，其中高分化腺癌17例，中分化腺癌36例，低分化腺癌(圖1a)10例。直腸癌在DWI圖像中呈高或稍高信號(hào)(圖1b～h)，在ADC圖中呈低或略低信號(hào)。

隨著b值的增大，直腸癌SNR呈逐漸降低趨勢(shì)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。當(dāng)b值≤1200 s/mm2時(shí)，DWI圖像中直腸癌SNR均高于T2WI圖像(圖1i)(P<0.05)。各不同b值的DWI圖像中膀胱SIR均低于T2WI圖像(P<0.05)，隨著b值的增大膀胱SIR逐漸減低，當(dāng)b值≥1200 s/mm2時(shí)，膀胱SIR明顯減低接近于1(表1)。

表1　不同b值時(shí)DWI及T2WI圖像上直腸癌SNR及膀胱SIR

注：除b值=1200、1500、1800、2100 s/mm2的SIR組間比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外，余各不同b值及T2WI組間兩兩比較SNR、SIR，P值均<0.05。

隨著b值的增大，直腸癌ADC值逐漸下降，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。采用雙變量相關(guān)分析，不同b值時(shí)直腸癌ADC值與細(xì)胞密度之間均呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)，b值=1200 s/mm2時(shí)，其相關(guān)性最高(r=-0.76，P<0.05，表2)。

表2　不同b值時(shí)直腸癌ADC值與細(xì)胞密度的相關(guān)性

討　論

DWI是在細(xì)胞水平定量分析活體組織內(nèi)水分子運(yùn)動(dòng)的技術(shù)，能提供病理變化的信息，已廣泛應(yīng)用于直腸癌的檢出、定性、術(shù)前分期以及放化療效果的評(píng)價(jià)[4,5]。DWI的信號(hào)強(qiáng)度不僅與組織的ADC有關(guān)，而且還受T2穿透效應(yīng)的影響。為了消除T2穿透效應(yīng)對(duì)DWI的影響，需依靠ADC圖像及測(cè)量ADC值[6]。各學(xué)者所測(cè)得的直腸癌的ADC值不盡相同，這與所采用的磁共振場(chǎng)強(qiáng)、掃描序列及成像參數(shù)不同有關(guān)，尤其與所采用的擴(kuò)散敏感系數(shù)(b值)不同關(guān)系密切，因此b值的選擇尤為重要。

當(dāng)b值越低時(shí)，DWI及ADC值受血流灌注影響越大；b值越高時(shí)，對(duì)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)越敏感，但DWI圖像的信噪比越差[7,8]。b值的選擇應(yīng)該滿足以下條件：能清楚分辨和顯示被檢組織，盡量消除T2穿透效應(yīng)對(duì)DWI圖像的影響，有效去除血流灌注，使ADC值更能反映水分子擴(kuò)散的真實(shí)情況。因此，本研究采用腫瘤SNR、膀胱SIR、ADC值與腫瘤細(xì)胞密度的相關(guān)性等參數(shù)，從圖像質(zhì)量和反映水分子擴(kuò)散兩方面討論b值的選擇。

本研究結(jié)果顯示，隨著b值的增大，直腸癌的ADC值逐漸減低，這可能與血流灌注等影響因素有關(guān)，與文獻(xiàn)報(bào)道一致。b值越小，ADC值越大，證實(shí)直腸癌擴(kuò)散加權(quán)成像中其ADC值同樣受血流灌注的影響；反之，b值越大，ADC值越小，越能反映水分子擴(kuò)散的真實(shí)情況。從這個(gè)角度考慮應(yīng)盡量采用高的b值，然而，DWI圖像上直腸癌的SNR隨著b值的增大而下降。當(dāng)b值≥1500 s/mm2時(shí)，DWI圖像上腫瘤的SNR低于T2WI。SNR是臨床評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的常用指標(biāo)，如果SNR明顯下降，腫瘤將無法清楚顯示，這又限制了高b值的應(yīng)用，從這方面考慮b值應(yīng)該<1500 s/mm2。

DWI圖像的信號(hào)強(qiáng)度不僅與組織擴(kuò)散特性有關(guān)，而且受T2穿透效應(yīng)影響[9]。除了ADC圖像及測(cè)量ADC值能去除T2穿透效應(yīng)，高b值DWI是否也可以降低T2穿透效應(yīng)的影響，使DWI圖像信號(hào)強(qiáng)度更能反映組織擴(kuò)散特性？本研究對(duì)不同b值DWI圖像上膀胱內(nèi)尿液與背景信號(hào)強(qiáng)度比值(SIR)進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)b值≥1200 s/mm2時(shí)各組SIR明顯降低，各組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。膀胱內(nèi)尿液接近于自由水，其在DWI上的信號(hào)強(qiáng)度主要來自T2信號(hào)。當(dāng)b值≥1200 s/mm2時(shí)膀胱內(nèi)尿液信號(hào)強(qiáng)度明顯減低，接近背景信號(hào)強(qiáng)度，此時(shí)可以認(rèn)為自由水得到抑制，T2穿透效應(yīng)基本上被消除，DWI圖像主要反映組織的擴(kuò)散特性。

雖然影響腫瘤組織ADC值的因素較多，如腫瘤細(xì)胞密度、富血管度、細(xì)胞外液的粘度、細(xì)胞膜的完整性等[2]，但對(duì)不同類型腫瘤的MRI研究表明，腫瘤的ADC值與腫瘤細(xì)胞密度呈明顯的負(fù)相關(guān)，即腫瘤細(xì)胞密度越大，ADC值越低[10-13]；這可能與細(xì)胞密度越高的腫瘤具有相對(duì)更低通透性的半透明細(xì)胞膜、相對(duì)更豐富的細(xì)胞內(nèi)水含量、相對(duì)更窄的細(xì)胞外間隙有關(guān)[14]。本研究對(duì)直腸癌ADC值與細(xì)胞密度之間的相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)兩者間同樣存在負(fù)相關(guān)，當(dāng)b=1200 s/mm2時(shí)，其相關(guān)性最高(r=-0.76)。利用反證法可以認(rèn)為ADC值與細(xì)胞密度相關(guān)性高時(shí)，ADC值更能反映組織的水分子擴(kuò)散的實(shí)際狀況。

綜上所述，當(dāng)b值=1200 s/mm2時(shí)DWI圖像上腫瘤的SNR高于T2WI，T2穿透效應(yīng)基本消除，直腸癌ADC值與細(xì)胞密度相關(guān)程度最高(r=-0.76)，權(quán)衡圖像質(zhì)量和反映水分子擴(kuò)散兩方面的因素，筆者認(rèn)為1200 s/mm2是3.0 T磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像診斷直腸癌的合適b值，選擇合適b值的DWI更有利于直腸癌病灶的檢出。由于3.0 T磁共振具有高磁場(chǎng)均勻度、高磁場(chǎng)切換度等特點(diǎn)，加上敏感編碼等技術(shù)的應(yīng)用，給DWI檢查中 b 值的提高提供了空間。DWI檢查b值的選擇目前無統(tǒng)一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，尚需進(jìn)一步研究。

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Selection of b value on diffusion weighted imaging in rectal cancer patients using a 3.0T MR scanner

WANG Yu,MA Meng-hua,XU Jin-heng,et al.

Department of MRI,Tangshan Gongren Hospital,Tangshan,Hebei 063000,China

Objective：To select an appropriate b value on diffusion weighted imaging (DWI) in rectal cancer patients using a 3.0T MR scanner,in order to facilitate the detection of rectal cancer foci.Methods：Sixty-three patients with rectal cancer underwent multi b-value DWI (b value=300,600,900,1200,1500,1800,2100s/mm2) and routine MR scanning (T2WI,T1WI).The ADC values of rectal cancer at different b values were measured,and the signal noise ratio (SNR) of rectal cancer and signal-intensity ratio (SIR) of bladder were calculated.The cell density of rectal cancer was recorded according to hematoxylin and eosin (HE) staining.Results:The ADC value and SNR of rectal cancer decreased gradually with the increasing of b value,with significant statistic difference (P<0.05).The SNR of rectal cancer on DWI was higher than that on T2WI when b value was ≤1200s/mm2.The SIR of bladder on DWI with different b values was lower than that on T2WI (P<0.05).The SIR of bladder decreased gradually with the increasing of b value,The SIR was markedly reduced and close to 1 when b value was ≥1200s/mm2(P<0.05).The ADC values with different b values had negative correlation with the cell density of rectal cancer (P<0.05,when b value was equal to 1200s/mm2,the correlation was the highest (r=-0.76,P<0.05).Conclusion：Using a 3.0T magnetic resonance scanner for the examination of rectal cancer,the appropriate b value is 1200s/mm2on DWI.

Rectal neoplasms; Diffusion weighted imaging; Magnetic resonance imaging; b value

063000河北，唐山市工人醫(yī)院磁共振室(王余、馬夢(mèng)華、王海平、韓德昌、才艷玲)，病理科(徐晉珩)

王余(1977-)，男，河北唐山人，碩士，副主任醫(yī)師，主要從事MRI診斷工作。

R735.3; R445.2

A

1000-0313(2016)09-0874-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.09.018

2015-11-04

2016-02-29)