拉伸指數(shù)模型不相干運動成像定量參數(shù)在鼻咽癌與鼻咽炎性增生疾病鑒別診斷的價值

盧賢忠,孟志華,孫俊旗,黃鐘情,萬志方

(1汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬粵北人民醫(yī)院影像科,韶關(guān) 512026; 2汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院; *通訊作者,E-mail:zhihua_meng@163.com)

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拉伸指數(shù)模型不相干運動成像定量參數(shù)在鼻咽癌與鼻咽炎性增生疾病鑒別診斷的價值

盧賢忠1,2,孟志華1*,孫俊旗1,黃鐘情1,萬志方1

(1汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬粵北人民醫(yī)院影像科,韶關(guān) 512026;2汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院;*通訊作者,E-mail:zhihua_meng@163.com)

目的 探討拉伸指數(shù)模型不相干運動成像(IVIM)定量參數(shù)在鼻咽癌與鼻咽炎癥鑒別診斷的價值。 方法 選擇2015-10～2016-06期間臨床懷疑鼻咽癌患者80例?；颊呔蠱RI檢查,不相干運動彌散加權(quán)成像(IVIM DWI)掃描采用13個b值(0,10,20,30,50,80,100,150,200,300,400,600,800 s/mm2)?；颊進(jìn)R檢查后均在1周內(nèi)行鼻咽部活檢;根據(jù)不同病理結(jié)果分為2組:鼻咽癌(NPC)組和鼻咽炎癥(NPH)組。通過Function tool AW4.6后處理軟件,勾畫病灶感興趣區(qū)(region of interest,ROI),測量DDC值和Alpha值。使用SPSS19.0統(tǒng)計軟件,應(yīng)用獨立樣本t檢驗法及兩個獨立樣本非參數(shù)檢驗法分別比較兩組間DDC值和α值有無統(tǒng)計學(xué)差異。然后分別繪制兩組DDC值和α值的ROC曲線,計算曲線下面積,確定閾值及診斷效能。 結(jié)果 鼻咽癌組35例,鼻咽炎癥組30例入組。鼻咽癌組和鼻咽炎癥組DDC值分別為(0.88±0.29)×10-3mm/s和(1.0±0.5)×10-3mm/s,兩者差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=2.380,P<0.05);兩組Alpha值分別為0.75±0.08和0.79±0.1,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(U=1.585,P>0.05)。DDC值ROC曲線顯示DDC值曲線下面積為0.732,最佳診斷閾值為1.02×10-3mm/s,敏感度和特異度分別為0.533和0.867。 結(jié)論 拉伸指數(shù)模型不相干運動成像定量化診斷鼻咽癌與鼻咽炎癥疾病,體現(xiàn)腫瘤異質(zhì)性信息,表明DDC值是鼻咽癌的獨立預(yù)測因素,在腫瘤定性評估中具有良好的應(yīng)用前景。

拉伸指數(shù)模型; 鼻咽癌; 鼻咽炎性增生性疾病; 鑒別診斷

鼻咽癌好發(fā)于我國南方及東南亞地區(qū),尤其廣東地區(qū)[1]。該病早期癥狀較隱蔽,而且部分癥狀與鼻咽部慢性炎癥類似[2]。MRI已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于鼻咽部病變的檢查中。由于鼻咽部良惡性病變的MRI征象有部分重疊,因此常規(guī)MRI序列包括增強掃描在鼻咽癌和鼻咽炎的鑒別診斷中均有一定的局限性。因此,基于拉伸指數(shù)模型的擴(kuò)散加權(quán)成像通過參數(shù)α(擴(kuò)散異質(zhì)性指數(shù))和DDC(擴(kuò)散分布指數(shù))兩個參數(shù)[3-5],反映腫瘤的異質(zhì)性變化特征,本文旨在探討拉伸指數(shù)模型技術(shù)在鼻咽部應(yīng)用的可行性并評價其價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

前瞻性研究分析2015-10～2016-06期間,在汕頭大學(xué)附屬粵北人民醫(yī)院臨床懷疑鼻咽癌患者80例。所有納入病例進(jìn)行MRI檢查,檢查后1周內(nèi)鼻咽鏡活檢及病理檢查,最后入組65例。根據(jù)病理結(jié)果分兩組:鼻咽癌組與鼻咽炎癥組。MRI檢查完成后,對圖像進(jìn)行初步判讀,主要納入標(biāo)準(zhǔn)為:患者新診斷的,組織學(xué)證實的鼻咽癌或鼻咽炎癥病變。主要排除標(biāo)準(zhǔn)包括:① 在診斷前任何接受過治療的病例;② 合并其他頭頸部疾病或其他腫瘤。

1.2 方法

1.2.1 儀器與方法 采用GE1.5T Signa HDxt MR 掃描儀,采用16通道頭頸一體化線圈,患者采用仰臥位。對受檢者均行5種序列掃描:① 軸位T1加權(quán)自旋回波序列(TSE):TR 454 ms,TE 9.2 ms,FOV 230 mm×230 mm,矩陣 672×672,層數(shù) 32,層厚 3 mm,層間距 0.3 mm;② 軸位T2加權(quán)成像短T1反轉(zhuǎn)恢復(fù):TR 4 644 ms,TE 60 ms,FOV 230 mm×230 mm,矩陣 672×672,層數(shù) 32,層厚 3 mm,層間距 0.3 mm;③ 冠狀面T2加權(quán)抑脂:TR 4 644 ms,TE 60 ms,FOV 230 mm×230 mm,矩陣 672×672,層數(shù) 32,層厚 3 mm,層間距 0.3 mm;④ 3D T1加權(quán)梯度回波成像增強掃描:TR 4.8 ms,TE 2.4 ms,反轉(zhuǎn)角度 10°,FOV 230 mm×230 mm,矩陣 672×672,層數(shù) 319,層厚 0.72 mm;⑤ 在完成DWI MR 序列掃描后,靜脈注射造影劑,進(jìn)行增強掃描序列掃描(劑量0.1 mmol/kg,流速1.5 ml/s)。

1.2.2 多b值MRI彌散序列 多b值彌散成像是利用單次激發(fā)自旋回波成像序列,參數(shù)如下:TR 7 996 ms;TE 43 ms;FOV,230×230 mm;矩陣 672×672;層數(shù) 32;層厚 3 mm;層間距 0.3 mm;一共有13個b值,分別是0,10,20,30,50,80,100,150,200,300,400,600,800 s/mm2。掃描時間約為5 min 30 s。

1.3 圖像分析

1.3.1 拉伸指數(shù)模型 拉伸指數(shù)模型MRI彌散加權(quán)成像可以衍生出兩個參數(shù):擴(kuò)散異質(zhì)性指數(shù)α和擴(kuò)散分布系數(shù)(DDC)[3,4],計算公式如下:

擴(kuò)散異質(zhì)性指數(shù)α和體素內(nèi)水分子的擴(kuò)散不均質(zhì)性有關(guān),變化范圍是0-1,α值越高也就是越接近1代表組織的體素內(nèi)水分子的擴(kuò)散不均質(zhì)性越低,也就是越接近單指數(shù)信號衰減。反之,α值越低代表組織的體素內(nèi)水分子的擴(kuò)散不均質(zhì)性越高。擴(kuò)散分布系數(shù)(DDC)代表體素內(nèi)平均擴(kuò)散速率,DDC值越高,表明體素內(nèi)平均擴(kuò)散速率增加,即ADC值的連續(xù)性分布增加。

1.3.2 圖像分析 將采集圖像傳至ADW4.6工作站,用Function tool軟件對采集到的多b值DWI序列原始數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理,得到DDC圖和α圖,手工放置ROI于病灶區(qū)域,分別計算來自拉伸指數(shù)模型的DDC值和α值;放置ROI時,盡量避開肉眼可見的囊變、壞死、鈣化區(qū),ROI應(yīng)該≥12 mm2,根據(jù)病灶大小適當(dāng)調(diào)節(jié),測量3次,取平均值。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

拉伸指數(shù)模型的參數(shù)值DDC值與α值的統(tǒng)計使用SPSS19.0統(tǒng)計軟件,應(yīng)用獨立樣本t檢驗法及兩個獨立樣本非參數(shù)檢驗法分別比較兩組間DDC值和α值有無統(tǒng)計學(xué)差異,繪制ROC曲線,計算曲線下面積,確定閾值及診斷效能。P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般情況

80例完成MRI檢查病例共65例入組(鼻咽癌組35例,鼻咽炎組30例),8例是由于顱骨骨質(zhì)及含氣空腔或假牙所致磁敏感偽影太重,圖像變形嚴(yán)重,未納入統(tǒng)計分析;5例病理活檢為其他頭頸部腫瘤,未納入統(tǒng)計分析;其余2例患者病理活檢為正常鼻咽黏膜,未納入統(tǒng)計分析。

2.2 兩組DDC值和α值比較

DDC值鼻咽癌組為(0.88±0.29)×10-3mm/s,鼻咽炎組為(1.0±0.5)×10-3mm/s(見表1),鼻咽癌組DDC值低于鼻咽炎癥組,兩者差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=2.380,P<0.05);α值鼻咽癌組為0.75±0.08,鼻咽炎癥組為0.79±0.1,兩組差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義(U=1.585,P>0.05)。

表1 鼻咽癌組和鼻咽炎癥組的DDC值和α值

Table 1 The DDC and α value between NPC group and NPH group

分組nDDC值(×10-3mm/s)α值鼻咽癌35088±029075±008鼻咽炎癥30100±050079±01 t/U23801585P<005 >005

2.3 診斷效能

DDC值的ROC曲線,曲線下面積為0.708,根據(jù)敏感度與特異度最大值選定最佳診斷閾值,鑒別鼻咽癌和鼻咽炎癥疾病的DDC值最佳診斷閾值為1.02×10-3mm/s,此閾值上,敏感度為0.533和特異度為0.867,即DDC>1.02×10-3mm/s則為鼻咽炎癥可能性大,反之亦然。

2.4 典型病例MRI影像表現(xiàn)及DWI、DDC及α特點

2.4.1 病變的MRI信號強化特點 鼻咽癌25例信號較均勻,增強后明顯強化(典型病例見圖1A,鼻咽癌患者雙側(cè)壁明顯增厚,T1WI增強掃描呈明顯均勻強化,左側(cè)壁較右側(cè)壁明顯);10例信號欠均勻,增強后可見為強化壞死區(qū)。鼻咽炎癥組28例信號較均勻,增強后明顯強化(典型病例見圖2A,鼻咽炎癥患者雙側(cè)壁及頂壁明顯增厚,增強掃描呈均勻明顯強化);2例信號欠均勻,增強后強化程度不明顯。

2.4.2 病變DWI圖、DDC及α參數(shù)圖信號特點 鼻咽癌組32例在DWI圖像上基本表現(xiàn)為彌散受限的高或稍高信號(典型病例見圖1B,鼻咽癌患者DWI信號呈明顯受限的高或稍高信號),3例呈等信號。鼻咽炎癥組25例在DWI圖像上基本表現(xiàn)為彌散受限的高或稍高信號(典型病例見圖2B,鼻咽炎癥患者DWI圖像上呈現(xiàn)彌散受限的高信號),3例呈等信號,2例呈稍低信號。鼻咽癌組在DDC參數(shù)圖上,病灶區(qū)域基本局限在呈淺藍(lán)或深藍(lán)區(qū)域的淺色區(qū)域,其DDC值(0.88±0.29)×10-3mm/s,相對較低(見圖1C);鼻咽炎癥組在DDC參數(shù)圖上,病灶區(qū)域基本呈現(xiàn)深綠或淺綠區(qū)域,局部病灶稍帶點深藍(lán),其DDC值(1.0±0.5)×10-3mm/s,相對較高(見圖2C)。鼻咽癌和鼻咽炎癥兩組α參數(shù)圖,病灶區(qū)域顏色基本多呈現(xiàn)深藍(lán)或淺藍(lán),特異度不大(見圖1D及圖2D)。

A.T1WI增強圖像 B.DWI圖 C.DDC參數(shù)圖 D.α參數(shù)圖鼻咽癌患者,女,45歲。鼻咽雙側(cè)壁軟組織腫塊,增強后明顯強化,DWI圖呈較明顯高信號,病理證實為鼻咽癌病人的DDC值為0.000 818 mm/s,α值為0.716圖1 某鼻咽癌患者T1WI增強圖像,DWI圖,DDC參數(shù)圖,α參數(shù)圖的信號特點Figure 1 The signal characteristics of contrast-enhanced T1-weighed,DWI,DDC map and α map of a nasopharyngeal carcinoma patient

3 討論

3.1 拉伸指數(shù)模型的進(jìn)展及應(yīng)用

3.1.1 DWI、IVIM及拉伸指數(shù)模型之間關(guān)系 在腫瘤的生物學(xué)行為評價和特征上,DWI成像通過利用水分子的擴(kuò)散特點獲得了一定的成果,已經(jīng)展現(xiàn)了一些有意義的研究,特別是在頭頸部腫瘤,尤其是鼻咽癌這一方面。

傳統(tǒng)的MRI DWI技術(shù)基于單指數(shù)模型計算得出ADC值,用于反映活體組織中水分子的擴(kuò)散,在一定程度上可以從分子水平評價疾病的病理生理過程。但是該模型忽略了組織中血液微循環(huán)灌注和腫瘤異質(zhì)性對ADC值的影響;不相干運動彌散加權(quán)成像(IVIM DWI)采用雙指數(shù)模型更精確地通過不同的定量參數(shù)分別評價組織的擴(kuò)散系數(shù)及組織微血管灌注,該模型可以用低b值MR DWI將擴(kuò)散與灌注分離;而拉伸指數(shù)模型則是不同的擴(kuò)散模型被設(shè)計用來應(yīng)對復(fù)雜的非高斯擴(kuò)散使其更好地解釋生物組織的行為,進(jìn)而提供病人腫瘤其他方面的有關(guān)信息[6-8]。

A.T1WI增強圖像 B.DWI圖 C.DDC參數(shù)圖 D.α參數(shù)圖慢性增生性炎癥患者,男,32歲。鼻咽雙側(cè)壁及頂壁明顯增厚,增強后強化明顯,DWI圖呈稍高信號,病理證實為鼻咽癌病人的DDC值為0.001 34 mm/s,α值為0.769圖2 某鼻咽炎癥患者T1WI增強圖像,DWI圖,DDC參數(shù)圖,α參數(shù)圖的信號特點Figure 2 The signal characteristics of contrast-enhanced T1-weighed,DWI,DDC map and α map of a nasopharyngeal hyperplasia patient

IVIM DWI彌散成像已經(jīng)被證明對鼻咽癌功能評估及鼻咽癌特征的反應(yīng)是有一定作用的,提供了一種帶有純擴(kuò)散和灌注信息的工具。拉伸指數(shù)模型則是另外一種方法,它同時提供了腫瘤組織的異質(zhì)性和擴(kuò)散的有關(guān)信息[9]。相比于之前的單指數(shù)擴(kuò)散模型和雙指數(shù)擴(kuò)散模型,拉伸指數(shù)模型更為可靠。

3.1.2 拉伸指數(shù)模型在有關(guān)臨床研究中的應(yīng)用 現(xiàn)在已經(jīng)在腦腫瘤[10]及前列腺腫瘤[11]的研究運用中獲得了一定的成功。特別地,Kwee等[12]在利用拉伸指數(shù)模型研究膠質(zhì)瘤的過程中發(fā)現(xiàn),高級別的膠質(zhì)瘤的α值顯著低于正常的腦組織結(jié)構(gòu),這提示了拉伸指數(shù)對腫瘤組織學(xué)異質(zhì)性評價具有一定的作用,并且對于應(yīng)用于腫瘤的分級也有一定的潛力。國外學(xué)者Lai等[13]利用拉伸指數(shù)模型鑒別不同腫瘤分期的鼻咽癌,發(fā)現(xiàn)腫瘤等級越高,DDC值隨之越高,而α則恰好與腫瘤分級成負(fù)相關(guān),研究結(jié)果恰好與前面Kwee等[12]的研究相一致,從而說明較高級別的腫瘤由于腫瘤或者組織學(xué)的異質(zhì)性越高,細(xì)胞的多形性程度越高,使得高級別腫瘤的α接近于0,代表的擴(kuò)散不均質(zhì)性越高。另外在有關(guān)乳腺癌的研究當(dāng)中,拉伸指數(shù)模型可以更好地識別乳腺病灶和乳腺腺體正常組織,DDC在研究中較ADC表現(xiàn)出更高的特異性和敏感性[14]。由于鼻炎癌與鼻咽炎性疾病兩者之間的治療方法截然不同,放療是鼻咽癌的經(jīng)典治療方案,單純放療效果不佳者才采取綜合治療,鼻咽炎性疾病則進(jìn)行一般的抗炎治療即可得到較大緩解,因此利用影像學(xué)相關(guān)手段鑒別鼻咽癌和鼻咽炎性疾病意義重大。

然而,這種拉伸指數(shù)彌散模型在頭頸部腫瘤的研究中并沒有受到過多的關(guān)注,目前國內(nèi)尚且未見有關(guān)拉伸指數(shù)在鼻咽癌方面的研究。

3.2 本次研究意義

本研究表明,利用拉伸指數(shù)模型可以有效地評估鼻咽癌及鼻咽炎性增生性疾病。拉伸指數(shù)模型提供了擴(kuò)散異質(zhì)性指數(shù)α和擴(kuò)散分布指數(shù)DDC,α反應(yīng)的是組織的信號衰減與單指數(shù)信號衰減特征之間的差異。DDC反映的是體素內(nèi)ADC值連續(xù)分布情況[10]。

本研究將鼻咽癌和鼻咽炎癥分組并進(jìn)行組間比較,結(jié)果顯示在鼻咽癌組中DDC值顯著低于鼻咽炎癥組,有研究表明DDC值與雙指數(shù)模型產(chǎn)生的參數(shù)ADCslow值(真實擴(kuò)散系數(shù))有很強的相關(guān)性,并且由張水興等[15]的研究中,我們了解到鼻咽癌組的ADCslow值顯著低于鼻咽癥組,鼻咽癌在彌散圖像上呈現(xiàn)的是高信號的表現(xiàn),所以ADC值較低,而DDC值與ADCslow相關(guān),有可能正是這個原因?qū)е卤茄拾┙M的DDC值顯著低于鼻咽炎癥組;α值在兩組間的差異并沒有明顯統(tǒng)計學(xué)意義。

本研究顯示,DDC值可能是鑒別鼻咽癌與鼻咽炎癥的一個可靠的獨立預(yù)測因子,ROC曲線分析表明,鑒別鼻咽癌和鼻咽炎癥的最佳診斷閾值為1.02×10-3,在該閾值時,鼻咽癌診斷的敏感度和特異度分別為0.533和0.867。但Liu等[11]認(rèn)為前列腺癌DDC、α值均顯著低于正常的前列腺組織,并且DDC值與ADC值呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性。

拉伸指數(shù)模型的研究需要使用較高的b值,但是較高的值可能會導(dǎo)致SNR(信噪比)受損,而且本研究的鼻咽部病例病灶處于氣顱交界處,高b值很容易導(dǎo)致較差的信噪比,進(jìn)而會使較小的病灶由于信噪比的不足而被排除在外,從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的偏倚[13];經(jīng)查閱有關(guān)文獻(xiàn),拉伸指數(shù)模型一般的b值在200-1 000 s/mm2范圍內(nèi)選取4-5個就可以得出其DDC及α這兩個參數(shù),所以在選取b值方面,我們在200-1 000 s/m2間選取了其中的5個b值。我們這個研究是和雙指數(shù)模型一起做的,該模型可以利用低b值將擴(kuò)散與灌注分離,所以低b值的數(shù)目會比高b值稍多。另外本次研究納入的病例數(shù)量較少,今后較大的樣本容量的研究有助于鞏固本研究結(jié)果。盡管存在這些不足,本研究依然揭示了拉伸指數(shù)模型有可能作為區(qū)分或評價鼻咽癌和鼻咽炎性疾病的一種方法。

綜上所述,拉伸指數(shù)模型產(chǎn)生的擴(kuò)散分布指數(shù)DDC有可能成為對鼻咽癌進(jìn)行獨立評估的一個因素,并且無需引入對比劑,容易操作,在鼻咽癌診斷及之后療效評估的應(yīng)用具有良好的應(yīng)用前景。

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Value of quantitative parameters based on stretch exponential diffusion model of the diffusion weighted image in the differential diagnosis of nasopharyngeal carcinoma and nasopharyngeal hyperplasia disease

LU Xianzhong1,2,MENG Zhihua1*,SUN Junqi1,HUANG Zhongqing1,WAN Zhifang1

(1DepartmentofRadiology,AffiliatedYubeiPeople’sHospital,MedicalCollegeofShantouUniversity,Shaoguan512026,China;2MedicalCollegeofShantouUniversity;*Correspondingauthor,E-mail:zhihua_meng@163.com)

ObjectiveTo explore the value of the quantitative parameters based on stretch exponential diffusion model of the diffusion weighted image in the differential diagnosis of nasopharyngeal carcinoma and nasopharyngeal hyperplasia.MethodsFrom October 2015 to June 2016,80 consecutive patients with suspected NPC were examined on a 1.5 T MR scanner.IVIM DWI was performed using a single-shot echo-planar sequence with differentb-values (0,10,20,30,50,80,100,150,200,300,400,600,800 s/mm2).MR imaging was compared with endoscopy and biopsy for the detection of NPC.The subsequent nasopharyngeal biopsy was performed in 1 week after MRI examination.The subjects were divided into 2 groups according to the pathological results:nasopharyngeal carcinoma group and nasopharyngeal hyperplasia group.Through the AW4.6 Functiontool post-processing software,the ROI was outlined and DDC and α values were measured.Using the SPSS 19.0 statistical software,independent samplesttest and two independent samples nonparametric test were used to compare the DDC value and the α value between the two groups.The ROC curve was drawn to calculate the area under the curve and determine the threshold value and diagnostic efficiency.ResultsIVIM DWI was successful in 35 patients with nasopharyngeal carcinoma and 30 patients with nasopharyngeal hyperplasia.DDC value was significantly lower in nasopharyngeal carcinoma group than in nasopharyngeal hyperplasia group[(0.88±0.29)×10-3mm/s vs(1.0±0.5)×10-3mm/s,t=2.380,P<0.05].However,α value was 0.75±0.08 in nasopharyngeal carcinoma group and 0.79±0.1 in nasopharyngeal hyperplasia group(U=1.585,P>0.05).DDC ROC curves showed that the area under the DDC curve was 0.732,the best diagnostic threshold was 1.02×10-3mm/s,and the sensitivity and specificity were 0.533 and 0.867.ConclusionThe stretched model of incoherent motion imaging may quantitatively diagnose nasopharyngeal hyperplasia and nasopharyngeal carcinoma and reflect the heterogeneity of tumor,which suggests that DDC is an independent prognostic factor of nasopharyngeal carcinoma.Key words: stretch exponential diffusion model; nasopharyngeal carcinoma; nasopharyngeal hyperplasia disease; differential diagnosis

盧賢忠,男,1990-08生,在讀碩士,E-mail:494972804@qq.com

2017-02-22

R739.6

A

1007-6611(2017)06-0627-05

10.13753/j.issn.1007-6611.2017.06.026