食管癌擴散加權成像的b值選取及其在惡性程度評估中的應用

陳偉， 朱艷， 徐青青， 周勝利， 柏根基， 王亞婷， 陸洋

·胸部影像學·

食管癌擴散加權成像的b值選取及其在惡性程度評估中的應用

陳偉， 朱艷， 徐青青， 周勝利， 柏根基， 王亞婷， 陸洋

目的：探討食管癌擴散加權成像的最佳b值及ADC值在預測食管癌惡性程度中的價值。方法：對45例經(jīng)病理證實的食管癌患者行常規(guī)MRI及多b值DWI掃描，分別采用b值500、800和1000s/mm2。結果：隨著b值的升高，DWI圖像上食管癌病變的信號噪聲比(SNR)、對比噪聲比(CNR)逐漸下降(SNR分別為55.79±27.74、42.05±22.74、30.38±17.30；CNR分別為31.85±19.82、22.35±13.57和17.35±14.49)。經(jīng)受試者工作特征(ROC)曲線分析，各b值下病變的ADC值均可作為評估腫瘤分化程度的有效指標，但以選取b值為500s/mm2時診斷效能最高，曲線下面積最大(AUC=0.902)，ADC值的最佳閾值為1.72×10-3mm2/s。結論：使用b值為500s/mm2的DWI檢查有利于食管癌病變的檢出。DWI及ADC值在一定程度上能夠反映腫瘤的分化情況，有助于食管癌的術前評估。

食管癌； 擴散加權成像； 表觀擴散系數(shù)； 信號噪聲比； 對比噪聲比

食管癌是我國高發(fā)的惡性腫瘤之一，術前準確診斷對食管癌手術方式的選擇及預后至關重要。擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)可以從細胞及分子水平上診斷疾病，近年來DWI在食管癌中的應用已有了初步研究[1-4]，但對于食管癌DWI檢查 b值的選取尚無統(tǒng)一標準。本研究通過對食管癌患者選取不同b值行DWI掃描，旨在探討食管癌DWI掃描的最佳b值及表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值在評估食管癌惡性程度方面的價值。

材料與方法

1.臨床資料

對確診為食管癌的45例患者進行MRI研究，病例入選標準為 MRI檢查前經(jīng)內鏡下活檢確診為食管癌、且術前未行放療或化療等輔助治療者。45例中，男28例，女17例，年齡45～71歲，平均56.8歲，術后病理診斷均為鱗癌，其中低分化15例、中分化18例、高分化12例。

2.檢查方法

使用GE Signal HDxt 3.0T磁共振掃描儀和8通道體部相控陣線圈。所有病例先進行常規(guī)平掃，檢查前訓練患者行胸式呼吸，并于雙側髂前上棘上方加壓放置腹帶，在不影響患者呼吸的情況下盡量拉緊腹帶以減少呼吸運動影響。采用單次激發(fā)SE-EPI序列行DWI掃描，分別采用4種b值(0、500、800和1000 s/mm2)，掃描參數(shù)：TR 8000 ms，TE 50.8～67.4 ms，層厚5 mm，層間距0 mm，視野44 cm×44 cm～48 cm×48 cm，矩陣96×130，激勵次數(shù)3，獲得各b值下食管癌病灶的DWI及ADC圖。

表1 不同b值下食管癌DWI及T2WI的SNR及CNR

表2 不同b值及不同分化程度間食管癌ADC值比較

3.圖像分析

將所得DWI圖像傳輸至GE ADW4.5后處理工作站，應用Functool軟件包對圖像資料進行后處理。分別測量T2WI圖像及不同b值DWI圖像腫瘤病灶信號強度及背景噪聲強度，根據(jù)系統(tǒng)自行生成的ADC圖，計算腫瘤 ADC值，每個數(shù)值測量三次取其平均值。

4.數(shù)據(jù)分析

計算并比較 DWI 圖像上腫瘤病灶的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)及對比噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)：

(1)

(2)

S腫瘤為腫瘤病灶的信號強度，S肌肉組織為正常食管壁的信號強度，SD噪聲為相應層面背景組織信號強度的標準差。

使用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件包進行分析。本研究中所有數(shù)據(jù)均滿足正態(tài)分布，不同b值圖像及T2WI上病變的SNR和CNR的比較采用單因素方差分析；在同一b值下，對不同分化程度間腫瘤ADC值的比較亦采用單因素方差分析，并進一步進行受試者工作特征(ROC)曲線分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結 果

1.不同b值DWI的圖像質量

不同b值DWI上病灶的SNR和CNR測量結果見表1。隨著b值增加，DWI上食管癌病灶的SNR及CNR逐漸下降。當b值為500 s/mm2時，DWI圖像上食管癌病灶的SNR高于T2WI，但兩組間差異無統(tǒng)計學意義(P=0.113)；當b值為800、1000 s/mm2時，食管癌DWI圖像上病灶的SNR均低于T2WI，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。在不同b值下DWI圖像病灶CNR均高于T2WI圖像的CNR，且兩兩比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；而b=500 s/mm2與b=800 s/mm2兩者病灶CNR間比較差異有統(tǒng)計學差異(P=0.002)，b=800 s/mm2與b=100 s/mm2時，兩者病灶CNR間比較差異無統(tǒng)計學差異(P=0.103)。

2.不同分化程度食管癌的ADC值比較

不同b值下不同分化程度食管癌的ADC值測量結果及比較見表2。各個b值下，病灶的 ADC值均隨著腫瘤分化程度的增高而升高，三組間差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。進一步兩兩比較結果顯示，b=500 s/mm2時，各分化組間差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；b=800 s/mm2時，低分化組與中分化組間差異無統(tǒng)計學意義(P=0.078)，而低分化組與高分化組、中分化組與高分化組之間差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；b=1000 s/mm2時，低分化組與中分化組間差異無統(tǒng)計學意義(P=0.594)，而低分化組與高分化組、中分化組與高分化組之間差異有統(tǒng)計學意義(P<0. 05)。

3.ADC值的ROC曲線分析

將食管癌分為低分化組和中高分化組，應用ROC曲線分析各b值組ADC值的鑒別診斷效能。結果顯示，3組b值所取得的ADC值均具有診斷意義，其中b值取500 s/mm2時ROC曲線下面積(Az)最大，診斷效能最高(圖2)。依ROC曲線分析結果選擇各b值下對低分化與中高分化食管癌腫塊鑒別的ADC值最佳診斷閾值，并確定各自的敏感度、特異度(表3)。 其中取b值為500 s/mm2時，選取ADC值1.72作為診斷閾值，其敏感度和特異度均較高，分別為85.7%和82.4%。

表3 不同b值下ADC值的ROC曲線分析結果

注：ADC值的單位為×10-3mm2/s。

討 論

DWI在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的應用已經(jīng)較為成熟，目前已有關于其在胸腹部成像研究中的應用[5]。但是，DWI在食管成像方面的應用尚處于初步研究階段[3,6]，目前對于食管癌DWI檢查中b值的選取尚無統(tǒng)一標準。

1.食管癌DWI中b值的選擇

DWI的理想目標是在能夠清晰分辨病變與周圍組織器官的基礎上獲得準確反映組織擴散特性的圖像，b值的選擇原則是應采用盡可能高的b值，并且能夠清晰顯示和分辨被檢組織。國內有學者認為在食管癌DWI檢查中最佳b值為500 s/mm2，獲得的DWI圖像不僅能較好地克服灌注、T2穿透效應等對圖像質量的影響，而且能較準確地反映腫瘤組織的擴散特性[7]。

本研究中對b值為500、800和1000 s/mm2的DWI及T2WI的圖像質量進行對比，結果顯示b值在500～1000 s/mm2時，DWI圖像上食管癌病灶的CNR均高于T2WI，兩兩比較差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。b值從500 s/mm2升高至1000 s/mm2時病灶的CNR逐漸下降，即隨著 b值的增高，DWI對食管癌病灶的分辨能力將會逐漸降低，且隨著噪聲信號在圖像中比重的增加，DWI對于食管癌的分辨能力隨b值的增加終將低于T2WI。同時，本研究中對各組圖像中腫瘤的SNR值進行了比較，結果顯示腫瘤的SNR隨著 b值增加逐漸下降，表明DWI的圖像質量隨b值的增高而逐漸下降；但b值為500 s/mm2時的DWI圖像上腫瘤的SNR高于T2WI，但兩組間差異無統(tǒng)計學意義(P=0.113)；而當b值為800、1000 s/mm2時，食管癌DWI圖像病灶SNR均低于T2WI圖像上病灶的SNR，且兩兩比較差異有統(tǒng)計學意義(P=0.001)；b值500 s/mm2的DWI圖像上腫瘤的SNR明顯高于b值800和1000 s/mm2的DWI圖像，且差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

2.DWI對不同分化程度食管癌的鑒別診斷價值

DWI能夠從分子水平上早期檢測組織與器官的病理生理學改變。ADC值可以定量評估腫瘤組織微結構的變化，目前已被廣泛應用于良惡性腫瘤的鑒別診斷及惡性腫瘤的療效評價[8-10]。

有研究表明腫瘤組織中水分子自由擴散能力是影響ADC值大小的主要因素[11]。在病理學上，食管癌分化程度越低，腫瘤細胞越大，腫瘤細胞增多且排列緊密，腫瘤組織內細胞外間隙減小，水分子自由擴散受限，因而ADC值減低，即理論上分化程度不同的食管癌之間ADC值應該不同。本研究中根據(jù)食管癌細胞分化程度將患者分為3組，在b值分別為500、800和1000 s/mm2時，以b值=500 s/mm2時曲線下面積最大(Az=0.902)，因此筆者認為ADC值可以作為鑒別食管癌惡性程度的定量指標，這與上述理論相符，且以b值取500 s/mm2時ADC值的診斷效能最高，在該b值下取ADC值1.72×10-3mm2/s作為鑒別低分化與中高分化食管癌的診斷閾值時，其敏感度和特異度均較高(分別為85.7%和82.4%)。

綜上所述，通過選取合適的b值進行食管癌DWI檢查，可以清晰顯示病灶范圍及大小，并能通過測量ADC值來預測腫瘤的分化程度，DWI檢查可作為食管癌的常規(guī)掃描序列在臨床工作中推廣應用。

[1] 侯棟梁,時高峰,高獻書,等.磁共振彌散加權成像在食管癌大體腫瘤靶區(qū)勾畫中的應用價值[J].中華放射腫瘤學雜志,2012,21(4):343-347.

[2] 田華,王瀾,韓春,等.磁共振彌散加權成像在食管癌精確放療中的應用價值[J].中華放射腫瘤學雜志,2012,21(3):223-226.

[3] Sakurada A,Takahara T,Kwee TC,et al.Diagnostic performance of diffusion-weighted magnetic resonance imaging in esophageal cancer[J].Eur Radiol,2009,19(6):1461-1469.

[4] Aoyagi T,Shuto K,Okazumi S.Apparent diffusion coefficient values measured by diffusion-weighted imaging predict chemoradiotherapeutic effect for advanced esophageal cancer[J].Dig Surg,2011,28(4):252-257.

[5] 張晰,邢偉,陳杰,等.DWI在肺癌淋巴結定性診斷中的臨床研究[J].中國醫(yī)學計算機成像雜志,2013,19(3):213-216.

[6] Aoyagi T,Shuto K,Okazumi S,et al.Apparent diffusion coefficient correlation with oesophageal tumour stroma and angiogenesis[J].Eur Radiol,2012,22(6):1172-1177.

[7] 汪寧,張曉鵬,唐磊,等.食管腫瘤擴散加權成像序列參數(shù)優(yōu)化及相關影像病理對照研究[J].中國醫(yī)學影像技術,2005,21(12):1826-1829.

[8] 陳玉芳,程紅巖.DWI在肝癌TACE后療效評價的研究進展[J].中國醫(yī)學計算機成像雜志,2011,17(5):451-455.

[9] 尚全良,肖恩華,賀忠，等.肝癌經(jīng)導管動脈灌注化療栓塞術療效的MR擴散加權成像動態(tài)研究[J].中華放射學雜志,2006,40(3):235-240.

[10] de Cobelli F,Giganti F,Orsenigo E,et al.Apparent diffusion coefficient modifications in assessing gastro-oesophageal cancer response to neoadjuvant treatment: comparison with tumour regression grade at histology[J].Eur Radiol,2013,23(8):2165-2174.

[11] Liu Y,Ye Z,Sun H,et al.Grading of uterine cervical cancer by using the ADC difference value and its correlation with microvascular density and vascular endothelial growth factor[J].Eur Radiol,2013,23(3):757-765.

Appropriate b factor selection of DWI and evaluating the malignant degree in esophageal cancer

CHEN Wei,ZHU Yan,XU Qing-qing,et al.

Department of Radiology,the First Huaian Hospital,Nanjing Medical University,Jiangsu 223300,China

Objective:To explore the appropriate b value of DWI for esophageal cancer and to assess the value of ADC in the prognosis of malignant degree of esophageal cancer.Methods:Forty-five patients with esophageal cancer proved by pathology were enrolled in this study.After conventional MRI,DWI was performed using three different b values (0,500,800 and 1000s/mm2).Results:With the increase of b value,the signal-to-noise ratio (SNR) and contrast noise ratio (CNR) of esophageal lesions gradually decreased (SNR=55.79±27.74,42.05±22.74 and 30.38±17.30;CNR=31.85±19.82,22.35±13.57 and 17.35±14.49).The result of analyzing with receiver operating characteristic (ROC) curve showed that with each b value,ADC value was effective index for evaluating the degree of tumor differentiation,especially with b value of 500s/mm2,the area under ROC curve (AUC) was the largest,the optimal threshold values of ADC was 1.72×10-3mm2/s.Conclusion:The optimal b value on DWI for the early diagnosis of esophageal cancer is 500s/mm2in this study.Features on DWI and ADC values of esophageal cancer can reflect the degree of differentiations to some extent,they are helpful for eva-luation of esophageal cancer before operation.

Esophageal cancer； Diffusion weighted imaging； Apparent diffusion coefficient； Signal noise ratio； Contrast noise ratio

223300 江蘇，南京醫(yī)科大學附屬淮安第一醫(yī)院影像中心

陳偉(1984-)，男，江蘇灌南人，碩士，主治醫(yī)師，主要從事腹部影像診斷工作。

周勝利，E-mail：zsl2413@sina.com

R445.2；R

A

1000-0313(2016)12-1182-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.12.017

2016-04-05

2016-07-15)