磁共振動態(tài)增強掃描定量分析方法評價肺部腫塊良惡性初步研究

史昭菲，劉緒忠，柏根基

（南京醫(yī)科大學(xué)附屬淮安第一醫(yī)院，江蘇 淮安 223300）

?胸部影像學(xué)?

磁共振動態(tài)增強掃描定量分析方法評價肺部腫塊良惡性初步研究

史昭菲，劉緒忠，柏根基

（南京醫(yī)科大學(xué)附屬淮安第一醫(yī)院，江蘇 淮安 223300）

目的：探討動態(tài)增強磁共振（DCE-MRI）掃描定量參數(shù)測定對鑒別肺部腫塊良惡性的可行性。方法：77例肺部腫塊患者行3.0T MR動態(tài)增強掃描，并經(jīng)手術(shù)或穿刺活檢病理證實，測量定量參數(shù)：容量轉(zhuǎn)移常數(shù)（Ktrans）、速率常數(shù)（Kep）和血管外細胞外間隙容積比（ve），分別對良性病變、惡性病變定量參數(shù)值進行統(tǒng)計學(xué)分析；最后繪制ROC曲線。結(jié)果：惡性病變組：低分化腺癌 Ktrans、Kep、ve均值分別為 （0.270±0.089） min-1、（0.926±0.475） min-1、0.340±0.144，低分化鱗癌分別為 （0.268±0.066） min-1、（0.997±0.464） min-1、0.293±0.091，小細胞癌均值為（0.238±0.074） min-1、（0.617±0.369） min-1、0.412±0.312；良性病變組 Ktrans、Kep、ve均值分別為（0.190±0.084） min-1、（0.569±0271） min-1、0.392±0.207。良、組行獨立樣本 t檢驗，Ktrans、Kep值均有統(tǒng)計學(xué)差異（P 值均＜0.05），ve值無統(tǒng)計學(xué)差異（P值＞0.05），良性病灶組分別與低分化腺癌、低分化鱗癌組行成組設(shè)計方差分析，Ktrans及Kep差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P值均＜0.05），ve均無統(tǒng)計學(xué)差異（P值均＞0.05）；低分化腺癌與低分化鱗癌Ktrans、Kep、ve差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P值均＞0.05）。良性病灶組及惡性病灶組ROC曲線下面積分別為0.741、0.715，敏感性分別為88.4%、39.5%；特異性分別為54.2%、95.8%。結(jié)論：DCE-MRI定量參數(shù)Ktrans、Kep值鑒別診斷肺部腫塊具有可行性，有助于對肺癌及肺部良性病灶進行鑒別。

肺腫瘤；活組織檢查，針吸；磁共振成像

肺癌的血管生成在肺癌生長、發(fā)育、轉(zhuǎn)移方面起重要作用[1]，對于提示肺癌侵襲性生長及分子靶向治療具有重要意義，影像檢查中，CT灌注掃描、PET、SPECT均可用于評估腫瘤的血管生成，但3種掃描方法均有輻射，且PET、SPECT空間分辨率相對較低，PET價格昂貴，因此無輻射的MR動態(tài)增強掃描技術(shù)成為近年來研究熱點，應(yīng)用藥代動力學(xué)和半定量方法對肺內(nèi)良惡性病灶的鑒別診斷已有相關(guān)報道[2-3]，而MRI動態(tài)增強掃描定量分析方法對肺內(nèi)病灶良惡性鑒別診斷國外及國內(nèi)少有報道，筆者對77例肺部病變患者行3.0T MRI定量動態(tài)增強（DCE-MRI）掃描，旨在探討 DCE-MRI定量分析鑒別診斷肺部腫塊良惡性的可行性。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

收集2013年1月—2014年4月本院檢出肺內(nèi)腫塊但不能完全定性診斷的77例患者，均行DCEMRI掃描，其中女26例，男 51例，年齡 16～84歲，平均50歲。入選標準：①CT或X線發(fā)現(xiàn)肺內(nèi)孤立性腫塊，腫塊直徑≥3cm，②所有患者未經(jīng)化療或放療治療，懷疑炎性病灶經(jīng)抗炎治療2周，病變未有減小或輕度增大，③所有患者在MRI增強掃描后24 h內(nèi)行穿刺活檢或手術(shù)，所有病例均經(jīng)病理證實。本研究方案均通過我院倫理委員會，所有患者均簽知情同意書。

1.2 檢查技術(shù)及成像參數(shù)

采用 3.0T Siemens MAGNETOM Avanto（Trio，Siemens，Erlangen，Germany），6 通道體部相控陣線圈作為接收線圈，患者取仰臥位。掃描的序列包括：定位相、軸位及冠狀位T2WI，軸位T1WI及DCEMRI掃描序列。①常規(guī)掃描：常規(guī)定位相掃描后，行冠狀位半傅里葉采集單次激發(fā)快速自旋回波序列（HASTE）T2WI平掃（TR 1 200 ms，TE 93 ms，層厚5 mm，間隔 1 mm，矩陣 384 mm×269 mm，激勵次數(shù)1次，F(xiàn)OV 350 mm×350 mm），軸位梯度回波序列T1WI（TR 130ms，TE 2.46ms，層厚 5mm，間隔 1.25mm，矩陣：320mm×240mm，激勵次數(shù)1次，F(xiàn)OV 360mm×270 mm），軸位自旋回波序列T2WI壓脂序列（TR 3 000 ms，TE 72 ms，層厚 5 mm，間隔 1.25 mm，矩陣256mm×192mm，激勵次數(shù)1次，F(xiàn)OV 390mm×274mm）。②平掃后行動態(tài)增強掃描：采用T1加權(quán)快速梯度回波序列（GRE 序列）：TR 252.96 ms，TE 1.1 ms，層厚5 mm，間隔 12.5 mm，矩陣 208 mm×154 mm，反轉(zhuǎn)角12°，F(xiàn)OV：320 mm×240 mm。單期掃描時間約 3 s，共掃描80期，動態(tài)掃描時間240 s。檢查前用12 G靜脈留置針建立靜脈通道，對比劑采用釓噴替酸葡甲胺（Gd-DTPA），使用壓力注射器團注對比劑，劑量為0.1 mmol/kg，注射流率3 mL/s，注射完畢后追加10mL生理鹽水推注。注藥后于動態(tài)增強掃描約10s左右囑患者屏氣20 s，后快速小幅呼吸2次，再次屏氣20 s，隨后平靜呼吸。

1.3 MRI數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均在PMI軟件后處理，該軟件使用雙室藥代動力學(xué)模型[4]，以鄰近主動脈或分支為輸入動脈（AIF），通過選取感興趣區(qū)（ROI），測量出 DCEMRI數(shù)據(jù)的定量動態(tài)增強參數(shù)并生成相關(guān)的參數(shù)圖。定量參數(shù)包括：①容量轉(zhuǎn)移常數(shù)（Ktrans）：對比劑從血漿分布到細胞外血管外速度常數(shù)，單位為min-1，②速率常數(shù)（Kep）：擴散至細胞外血管外的對比劑返回到血漿速度常數(shù)，單位為min-1，③血管外細胞外間隙容積比（ve）：血管外細胞外間隙占整個體素的百分比。三者滿足以下的關(guān)系：Kep=Ktrans/ve[5]。

1.4 ROI的選取及基本要求

由兩名有15年和5年以上主要從事胸部影像診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)生采用雙盲法選取腫瘤的3個掃描層面，分別進行手動測量，所測得的值取平均數(shù)作為最終的參數(shù)值，放置ROI時，需參考T1WI、T2WI及DCE-MRI原始圖像，盡量避開鄰近的較大血管、壞死、囊變、鈣化及肺不張區(qū)域。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

所有數(shù)據(jù)由Excel 2003錄入，采用SPSS 16.0軟件進行分析。良、惡性病灶組所測量參數(shù)行Shapiro-Wilk檢驗和Levene方差齊性檢驗，滿足正態(tài)度分布者進行獨立樣本t檢驗，非正態(tài)分布者行非參數(shù)檢驗（Mann-Whitney U檢驗），判斷有無統(tǒng)計學(xué)差異；良惡性病灶組間進行單因素成組設(shè)計方差分析；采用MedCalc最后繪制ROC曲線、計算曲線下面積（AUC），并評價各參數(shù)值的診斷效能。計量資料以±s表示，P＜0.05認為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般情況

77例患者共發(fā)現(xiàn)病灶77個，其中2例良性病灶及8例惡性病灶因圖像質(zhì)量較差、呼吸運動偽影、病灶實性成分較少等原因而排除。最終67例病灶入選本實驗，惡性病灶共43例，包括：低分化鱗癌13例（Ⅲ級5例，Ⅳ級4例，Ⅲ～Ⅳ級4例），低分化腺癌26例（Ⅲ級10例，Ⅳ級9例，Ⅲ～Ⅳ級7例），小細胞肺癌4例。良性病灶共24例，包括：慢性肺炎或機化性肺炎20例，真菌感染 2例 （隱球菌感染1例、曲霉菌感染1例），結(jié)核2例。圖1～3示部分病例處理后的偽彩圖及動態(tài)增強圖。

2.2 DCE-MRI定量參數(shù)值比較

良、惡性病灶組定量參數(shù)：Ktrans、Kep均呈正態(tài)分布并且滿足方差齊性，t檢驗：Ktrans（P=0.000）及Kep（P=0.000）有統(tǒng)計學(xué)差異，惡性病灶組 Ktrans、Kep平均值均高于良性病灶組，良、惡性病灶ve（P=0.184）差異無統(tǒng)計學(xué)意義（表1）；成組設(shè)計方差分析顯示良性病灶、低分化腺癌及低分化鱗癌組具有方差齊性，采用LSD法（表2～4）顯示：良性病灶組分別與低分化腺癌、低分化鱗癌組比較，Ktrans及Kep均有統(tǒng)計學(xué)差異（P值均＜0.05），且低分化腺癌與低分化鱗癌的Ktrans值及Kep值均高于良性病灶組，3組間ve值無統(tǒng)計學(xué)意義（P值均＞0.05）；低分化腺癌與低分化鱗癌Ktrans、Kep、ve差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P 值均＞0.05）。

圖1 女，68歲，右上肺低分化鱗癌。Ktrans、Kep、ve分別為 0.322 6 min-1、1.205 6 min-1、0.267 6，圖1a～1c：定量動態(tài)增強偽彩圖直觀顯示惡性腫塊較高灌注特征，圖1d：動態(tài)增強圖，腫塊明顯不均勻強化。Figure 1. A 68-year-old female with poorly differentiated squamous cell carcinoma in the upper lobe of right lung.Ktrans,Kepand veare 0.322 6 min-1,1.205 6 min-1and 0.267 6.Figure 1a～1c are quantitative dynamic enhancementpseudo-colormaps,in which characteristics of high perfusion could be displayed directly.Figure 1d is a dynamic enhancement map which shows the tumor is significantly heterogenously enhanced.

圖2 女，77歲，左上肺低分化腺癌。Ktrans、Kep、ve分別為 0.400 1 min-1、1.078 8 min-1、0.370 9。圖2a～2c：定量動態(tài)增強偽彩圖更為直觀顯示惡性腫塊較高灌注特征，圖2d：動態(tài)增強圖，腫塊明顯不均勻強化。Figure 2. A 77-year-old female with poorly differentiated adenocarcinoma in the upper lobe of left lung，Ktrans,Kepand veare 0.4001min-1,1.0788min-1 and 0.370 9.Figure 2a～2c are quantitative dynamic enhancement pseudo-color maps,in which characteristics of high perfusion could be displayed directly.Figure 2d is a dynamic enhancementmap which shows the tumor is significantly heterogenously enhanced.

圖3 男，75 歲，左上肺慢性肺炎，Ktrans、Kep、ve分別為 0.113 3 min-1、0.608 0 min-1、0.186 3。圖3a～3c：定量動態(tài)增強偽彩圖，直觀顯示病灶較低灌注特征，圖3d：動態(tài)增強圖，病灶邊緣輕度均勻強化，中間壞死區(qū)無強化。Figure 3. A 75-year-old male with chronic pneumonia in the upper lobe of left lung,Ktrans,Kep and veare 0.113 3 min-1,0.608 0 min-1and 0.186 3.Figure 3a～3c are quantitative dynamic enhancement pseudo-color maps,in which characteristics of low perfusion could be displayed directly.Figure 3d is a dynamic enhancement map which shows the mass is ill-defined with slightly homogeneous marginal enhancement and no internal enhancement.

表1 良惡性病灶間 Ktrans、Kep值及 ve值比較（±s）

表1 良惡性病灶間 Ktrans、Kep值及 ve值比較（±s）

注：惡性病灶組的Ktrans值及Kep值均高于良性病灶組（P值均＜0.05）；ve值良惡性病灶組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P值＞0.05），良性病灶組ve值略高于惡性病灶組。

組別 例數(shù)（個） Ktrans（min-1） Kep（min-1） ve良性病灶組 24 0.190±0.084 0.569±0271 0.392±0.207惡性病灶組 43 0.266±0.080 0.918±0.465 0.333±0.151 t值 3.697 3.883 1.341 P值 0.000 0.000 0.184

表2 良性病灶組與低分化腺癌組間Ktrans、Kep值及ve值比較（±s）

表2 良性病灶組與低分化腺癌組間Ktrans、Kep值及ve值比較（±s）

組別 例數(shù)（例） Ktrans（min-1） Kep（min-1） ve良性病灶組 24 0.190±0.084 0.569±0271 0.392±0.207低分化腺癌組 26 0.270±0.089 0.926±0.475 0.340±0.144 P值 0.001 0.003 0.271

表3 良性病灶組與低分化鱗癌組間Ktrans、Kep值及ve值比較（±s）

表3 良性病灶組與低分化鱗癌組間Ktrans、Kep值及ve值比較（±s）

組別 例數(shù)（例） Ktrans（min-1） Kep（min-1） ve良性病灶組 24 0.190±0.084 0.569±0271 0.392±0.207低分化鱗癌組 13 0.268±0.066 0.997±0.464 0.293±0.091 P值 0.008 0.003 0.085

表4 低分化腺癌組與低分化鱗癌組間Ktrans、Kep值及ve值比較（±s）

表4 低分化腺癌組與低分化鱗癌組間Ktrans、Kep值及ve值比較（±s）

注：P值≤0.05有統(tǒng)計學(xué)意義，P值均＞0.05無統(tǒng)計學(xué)意義。

組別 例數(shù)（例） Ktrans（min-1） Kep（min-1） ve低分化腺癌組 26 0.270±0.089 0.926±0.475 0.340±0.144低分化鱗癌組 13 0.268±0.066 0.997±0.464 0.293±0.091 P值 0.933 0.606 0.397

2.3 各參數(shù)診斷效能

以病理結(jié)果為標準繪制良性病灶組與惡性病灶組 Ktrans、Kep及 ve三者 ROC 曲線（圖4），可得到各定量參數(shù)的最佳診斷切點值、最大約登指數(shù) （即敏感性+特異性-1）及診斷敏感性、特異性，由結(jié)果可知Ktrans的敏感性及Kep的特異性較高，分別為88.4%、95.8%（表5）。

圖4 Ktrans、Kep和 ve判斷腫塊良性的 ROC 曲線。Ktrans、Kep和 ve三者的曲線下面積分別為0.741、0.715、0.583。Figure 4. ROC curves of Ktrans,Kepand vefor benign masses.Areas under the ROC curves of Ktrans,Kepand veare 0.741,0.715 and 0.583.

表5 Ktrans、Kep和ve判斷腫塊良惡性的診斷價值比較

3 討論

近年來，DCE-MRI掃描定量分析已用于全身多個部位，如乳腺、前列腺、結(jié)腸、脊柱等[6-9]，其定量參數(shù)有望對腫瘤的血管生成進行客觀的評估。本實驗定量研究主要是應(yīng)用Tofts藥代動力學(xué)模型，描述對比劑在血漿（第一室）及血管外細胞外間隙（第二室）之間交換過程[4，10]，研究的主要定量參數(shù)包括：Ktrans、Kep、ve。Tofs 等[4]研究表明： DCE-MRI定量參數(shù)值Ktrans及Kep能反映腫瘤組織毛細血管通透性及血管生成能力；ve代表血管外細胞外間隙容積系數(shù)，一定程度上反映毛細血管滲透能力[11]。

本組資料研究表明，肺內(nèi)良惡性病灶組間Ktrans及Kep值有明顯統(tǒng)計學(xué)差異，良惡性病灶組間兩兩比較表明，低分化腺癌、低分化鱗癌Ktrans及Kep平均值均高于良性病灶。由于肺內(nèi)病灶定量分析應(yīng)用較少，故無從比較，而部分學(xué)者在對乳腺及前列腺等部位良惡性病灶進行DCE定量分析中得到類似的研究結(jié)果[12-13]。惡性腫瘤新生血管增多，血管表面積增加，但新生血管不成熟，基底膜不完整，內(nèi)皮細胞間隙增寬，細胞外血管外容量比增加，最終導(dǎo)致血管通透性增加[14]，表現(xiàn)為對比劑的高交換；而良性病灶血管表現(xiàn)為反應(yīng)性擴張，但基底膜相對完整，因而對比劑的交換速度低于惡性病灶，而高于正常組織。本實驗中鱗癌與腺癌組間Ktrans值無統(tǒng)計學(xué)差異，考慮為本實驗組鱗癌及腺癌均為低分化，腫瘤惡性程度高，血管通透性均明顯增加，因此定量測定時未見統(tǒng)計學(xué)差異。此外，低分化鱗癌樣本量相對較少，可能存在偏倚。

本實驗中，惡性腫塊組Ktrans值范圍0.14～0.42min-1，均值（0.266±0.080） min-1，這與 Baik 等[15]研究結(jié)果類似，其在肺結(jié)節(jié)及腫塊DCE-MRI研究中的Ktrans值范圍 0.16～0.39 min-1，均值（0.227±0.065） min-1，但是Ng千等[16]對肺癌的研究 Ktrans值范圍 0.028～0.110min-1，造成此結(jié)果的原因可能與造影劑的種類及血管內(nèi)造影劑濃度不同有關(guān)。

關(guān)于ve值多數(shù)學(xué)者認為良惡性病灶間無明顯統(tǒng)計學(xué)差異這與本實驗研究結(jié)果一致[17-18]，也有學(xué)者持不同的觀點[15]，本實驗中一些結(jié)果與部分學(xué)者存在差異，分析原因可能：①本實驗樣本量較少，可能對實驗結(jié)果造成一定的誤差；②不同的測量軟件所使用的藥代動力學(xué)模型或多或少存在差異，從而導(dǎo)致后處理結(jié)果不同，Lowry等[19]研究證實：不同模型的選擇可造成測量結(jié)果顯著不同，此外輸入動脈選擇不同亦可對實驗結(jié)果造成一定的影響[20]，本實驗選用是二室模型，可以排除血流流速（BF）對血管滲透能力影響。

本實驗研究結(jié)果顯示 Ktrans、Kep的 AUC為0.741、0.715，具有中等的診斷準確度，ve的AUC值較低，為0.583，診斷效能較低。利用ROC計算出最大約登指數(shù)，再以最大約登指數(shù)對應(yīng)的切點值為最佳診斷切點值判斷各定量參數(shù)的敏感性和特異性，Ktrans、Kep及 ve三者中 Ktrans敏感性最高 （88.4%），Kep特異性最高（95.8%），Ktrans值及Kep值分別在一定范圍內(nèi)減少肺癌的漏診率及誤診率。

不足之處：①樣本量較少，需要更多的樣本來評估本方法的可重復(fù)性；②DCE-MRI定量分析對掃描要求較高，現(xiàn)實中無法完全消除心臟及呼吸運動偽影的影響；③目前沒有統(tǒng)一、精確、簡單化的測量軟件。

本研究結(jié)果顯示應(yīng)用3.0T MR動態(tài)增強掃描定量分析肺部腫塊良惡性具有可行性，Ktrans、Kep定量參數(shù)值在一定程度上能夠客觀的對良惡性病變進行鑒別診斷，但是ve在鑒別病變良惡性方面沒有統(tǒng)計學(xué)差異，其根本原因有待進一步探討研究。隨著MR掃描條件及后處理測量軟件的不斷優(yōu)化、研究實驗不斷的完善，MR成像在肺癌的診斷及鑒別診斷、分期及治療后評價等方面顯示出潛在的應(yīng)用價值。

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A preliminary study of diagnosing lung neoplasms with quantitative analysis of DCE-MRI

SHI Zhao-fei,LIU Xu-zhong,BO Gen-ji
(Huai’an First People’s Hospital,Nanjing Medical University,Huai’an Jiangsu 223300,China)

Objective:To investigate the feasibility of quantitative analysis parameters of dynamic contrast-enhanced MRI(DCE-MRI)in diagnosis of lung neoplasms and assess the differences of quantitative MR pharmacokinetic parameters volume transfer constant(Ktrans),exchange rate constant(Kep)and extravascular extracellular volume fraction(ve)in lung neoplasms.Methods:Three Tesla MR examinations were performed in 77 patients confirmed by biopsy and the quantitative MR pharmaeokinetic parameters including Ktrans,Kepand vewere obtained.Independent two sample t test was used between benign and malignant lung lesions.Finally,the areas under the ROC curve(AUC)of Ktrans,Kepand vebetween malignant and benign lesions were compared.Results:The mean Ktrans,Kepand veof poorly differentiated adenocarcinoma(n=26)were(0.270±0.089)min-1,(0.926±0.475)min-1and(0.340±0.144).The mean Ktrans,Kepand veof poorly differentiated squamous cell carcinoma(n=13)were(0.268±0.066)min-1,(0.997±0.464)min-1and(0.293±0.091).The mean Ktrans,Kepand veof small-cell lung cancer were(0.238±0.074)min-1,(0.617±0.369)min-1and(0.412±0.312).The mean Ktrans,Kepand veof benign lesions(n=24)were(0.190±0.084)min-1,(0.569±0.271)min-1and(0.392±0.207).There was significant difference between malignant and benign lesions in either Ktransor Kep(t=3.697,3.883,respectively,P＜0.05).There was no significant difference between malignant and benign lesions in ve(t=1.341,P＞0.05).Ktransand Kepvalues of benign lesions were significantly lower than those of squamous cell carcinoma and adenocarcinoma(both P＜0.05).No significant difference was observed between squamous cell carcinoma and adenocarcinoma in Ktransor Kep(both P＞0.05).The AUCs of Ktransand Kepbetween malignant and benign lesions were 0.741 and 0.715.The sensitivity of Ktransand Kepwere 88.4%and 39.5%,and the specificity of Ktransand Kepwere 54.2%and 95.8%.Conclusion:The differential diagnosis of benign and malignant lung lesions by Ktransand Kepis applicable.

Lung neoplasms;Biopsy,needle;Magnetic resonance imaging

R734.2；R445.2

A

1008-1062（2017）07-0475-05

2017-02-08；

2017-03-29

史昭菲（1987-），女，江蘇泗陽人，住院醫(yī)師。E-mail：18262639853@163.com

柏根基，南京醫(yī)科大學(xué)附屬淮安第一醫(yī)院，223300。E-mail：hybgj0451@163.com