肺癌體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)參數(shù)值測(cè)量的短期可重復(fù)性及影響因素

江建芹，蔡榮芳，崔 磊*，尹劍兵，許一鳴，馬 航，何海艷

(1.鹽城市第一人民醫(yī)院影像科,江蘇 鹽城 224001;2.南通大學(xué)第二附屬醫(yī)院影像科,3.胸外科,4.呼吸科,江蘇 南通 226001)

DOI：10.13929/j.1003-3289.201707142

DWI體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(intravoxel incoherent motion, IVIM)模型是利用多個(gè)b值區(qū)分水分子的真性擴(kuò)散及微循環(huán)灌注形成的假性擴(kuò)散，獲得純擴(kuò)散系數(shù)(true diffusion coefficient, D)及偽擴(kuò)散系數(shù)(pseudo-diffusion coefficient, D*)、灌注分?jǐn)?shù)(perfusion fraction, f)，可為早期預(yù)測(cè)和評(píng)估肺癌療效提供更多信息[1]。但I(xiàn)VIM評(píng)估療效至少需2次檢查，而影響前后2次檢查穩(wěn)定性的因素很多，為確保各參數(shù)值在病灶治療前后及在不同病灶間具有可比性，2次檢查的可重復(fù)性是關(guān)鍵。本研究評(píng)估肺癌短期重復(fù)掃描IVIM參數(shù)值的可重復(fù)性，并比較肺癌類(lèi)型、病灶大小、位置對(duì)短期測(cè)量可重復(fù)性的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2015年8月—2016年3月經(jīng)病理或臨床隨訪(fǎng)證實(shí)為肺癌的38例患者(38個(gè)病灶)，男26例，女12例，年齡32～82歲，平均(63.4±11.8)歲；軸位CT示病灶最大徑1.6～10.5 cm，平均(3.54±1.98)cm，CT和MR檢查時(shí)間間隔1～11天，平均 (2.0±1.7)天。納入標(biāo)準(zhǔn)：①CT顯示病灶最大徑>1.5 cm，且磨玻璃密度、鈣化、壞死、空洞成分小于病灶體積的1/3；②檢查前未接受任何抗腫瘤治療及穿刺、支氣管鏡等侵入性檢查；③無(wú)MR檢查禁忌證。排除標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)組織學(xué)或臨床隨訪(fǎng)證實(shí)為良性病變以及病變性質(zhì)不明；②圖像質(zhì)量差，存在明顯偽影，無(wú)法進(jìn)行評(píng)判。本研究經(jīng)本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書(shū)。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Verio 3.0T MR掃描儀，8通道相控陣體表線(xiàn)圈。囑患者仰臥，頭先進(jìn)，掃描范圍自胸廓入口至肺下界。掃描序列包括MR常規(guī)平掃(冠狀位和軸位T2W、軸位T1W)及IVIM掃描。IVIM采用軸位單次激發(fā)自旋平面回波序列，10個(gè)b值分別為0、50、100、150、200、250、300、500、800、1 000 s/mm2，自由呼吸方式，TR 7 600 ms，TE 67 ms，矩陣128×160，F(xiàn)OV 38 cm×31 cm，層厚6 mm，層間距 6.6 mm，采集時(shí)間661 s。在第1次掃描結(jié)束后，囑患者休息，30 min后采用相同參數(shù)設(shè)置行第2次T2W及IVIM掃描(間隔0.5～1.0 h)。

1.3 數(shù)據(jù)分析 采用德國(guó)癌癥研究中心開(kāi)發(fā)的開(kāi)源圖像處理軟件(medical imaging interaction toolkit, MITK；MITK Diffusion, Version 2014; DKFZ, Heidelberg, Germany；www.mitk.org)，將掃描所得多b值DWI圖像加載到MITK軟件的IVIM模塊下，將b值調(diào)至200 s/mm2，參考T2WI，于腫瘤最大層面的IVIM圖上距離病灶邊界內(nèi)緣5 mm手動(dòng)勾畫(huà)ROI，避開(kāi)肉眼所見(jiàn)鈣化、血管、壞死、偽影等，記錄軟件自動(dòng)計(jì)算所得f、D、D*值，測(cè)量3次，取均值。

由2名測(cè)量者(測(cè)量者A、B分別有8年、3年MRI閱片經(jīng)驗(yàn))分別獨(dú)立測(cè)量并記錄,對(duì)每次掃描圖像分別測(cè)量2次，間隔至少2周。

[2]方法，在軸位肺窗圖像上(窗寬1 400 HU、窗位-66 HU)將病灶分為上、中、下3個(gè)區(qū)域(上中以氣管隆嵴為界，中下以肺靜脈為界)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s表示，非正態(tài)分布者以中位數(shù)(四分位間距)表示。采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)(正態(tài)分布)或Wilcoxon檢驗(yàn)(非正態(tài)分布)比較重復(fù)測(cè)量和重復(fù)掃描的系統(tǒng)誤差。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass coefficient, ICC)評(píng)價(jià)同一測(cè)量者和不同測(cè)量者的一致性和可重復(fù)性，ICC>0.75為一致性好。通過(guò)組間變異系數(shù)(within coefficient of variation， WCV；前后兩次測(cè)量所得數(shù)據(jù)差值的絕對(duì)值之和與兩次所得數(shù)據(jù)均值之和的比值)比較肺癌類(lèi)型(周?chē)?、中央?、最大徑(≥2 cm、<2 cm)、位置(上、中、下肺野)對(duì)各參數(shù)值測(cè)量變異程度的影響。

2 結(jié)果

38例中，31例經(jīng)病理證實(shí)，其中腺癌18例，鱗癌7例，小細(xì)胞癌3例，腺癌伴鱗癌分化1例，未明確非小細(xì)胞肺癌類(lèi)型2例；余7例經(jīng)臨床6個(gè)月以上隨訪(fǎng)證實(shí)，均未接受抗腫瘤治療，其中4例隨訪(fǎng)見(jiàn)多發(fā)轉(zhuǎn)移灶，另3例隨訪(fǎng)1個(gè)月、3個(gè)月復(fù)查病灶明顯增大。中央型和周?chē)头伟┎≡畲笮〖胺植家?jiàn)表1。

表3 2次掃描測(cè)量不同類(lèi)型、大小、位置肺癌D、D*、f的WCV(%)

表1 不同類(lèi)型肺癌病灶的最大徑及分布(例)

所有參數(shù)2次測(cè)量的誤差差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。同一測(cè)量者和測(cè)量者間一致性好(ICC為0.845～0.986)。D*和f值的變異系數(shù)(WCV為19.88%～36.83%)明顯高于D值(WCV為2.97%～4.62%)，見(jiàn)表2。

表2 同一測(cè)量者和2名測(cè)量者間IVIM參數(shù)測(cè)量的可重復(fù)性和一致性

注：#：采用Wilcoxon非參數(shù)檢驗(yàn)；余采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)

2次掃描測(cè)量的D值WCV為7.63%～14.44%，D*和f的WCV為22.02%～79.70%;除D*值外，周?chē)头伟〥和f的WCV低于中央型肺癌；對(duì)≥2 cm病灶，D值的WCV較小，而f的WCVs較大；D值從上至下肺野WCV依次增加，f值在中肺野WCV最大，D*值在上肺野的WCV最大，見(jiàn)表3，圖1、2。

3 討論

IVIM是近年來(lái)發(fā)展的新技術(shù)，目前在肺癌診斷[3-5]、鑒別肺癌與阻塞性肺不張[6]等方面已顯示出可行性和臨床價(jià)值。對(duì)鼻咽癌等腫瘤治療后評(píng)價(jià)IVIM參數(shù)值的變化率，可早期反映放化療療效以及抗血管生成藥療效[7-8]；但在肺癌療效評(píng)估方面僅見(jiàn)于治療前參數(shù)對(duì)同步放化療療效預(yù)測(cè)[9]。既往研究[3,10-12]表明，IVIM灌注參數(shù)可重復(fù)性較低，評(píng)估2次掃描測(cè)量各參數(shù)值可重復(fù)性是合理運(yùn)用IVIM參數(shù)值評(píng)估肺癌療效的前提。

由于前后2次檢查的時(shí)間間隔較短，腫瘤內(nèi)微環(huán)境改變或患者基礎(chǔ)代謝的變化可忽略不計(jì)，各參數(shù)值重復(fù)掃描的差異主要來(lái)源于呼吸運(yùn)動(dòng)、心臟搏動(dòng)、磁敏感等偽影導(dǎo)致的測(cè)量誤差及觀察者的測(cè)量誤差[10]。本研究中同一測(cè)量者和不同測(cè)量者D值的可重復(fù)性最好，提示D值可代表腫瘤組織內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)能力的特性，受測(cè)量及掃描的誤差影響較??；而D*和f的短期可重復(fù)性相對(duì)較差，提示D*和f的臨床價(jià)值有待商榷，與既往研究[10-11]結(jié)果類(lèi)似，其原因可能在于目前采用的非線(xiàn)性最小二乘法擬合模型(nonlinear least squares, NLLS)導(dǎo)致灌注參數(shù)的測(cè)量誤差增大，增加低b值的數(shù)量可提高其擬合準(zhǔn)確性[11-12]。受限于設(shè)備，本研究中低b值(≤200 s/mm2)數(shù)量已取到最多；其次，ROI放置位置不同，可能導(dǎo)致排除血管和壞死成分有差異；有學(xué)者[13]認(rèn)為其他流動(dòng)現(xiàn)象如管狀流動(dòng)或腺體分泌也可導(dǎo)致在低b值下的信號(hào)衰減，且可能難以與灌注效應(yīng)區(qū)分，提示在改進(jìn)后處理算法的基礎(chǔ)上提高IVIM參數(shù)在低信噪比時(shí)的測(cè)量準(zhǔn)確性，可使D*、f更加可靠。

本研究發(fā)現(xiàn)，除外D*，周?chē)头伟┑臏y(cè)量變異稍低于中央型肺癌，可能因中央型肺癌多緊鄰肺門(mén)，隨著掃描時(shí)心臟、大血管搏動(dòng)幅度的差異，病灶位置發(fā)生錯(cuò)配，鄰近血管的部分容積效應(yīng)導(dǎo)致圖像信號(hào)強(qiáng)度增加，且伴隨的阻塞性肺炎或肺不張可導(dǎo)致勾畫(huà)ROI難度增加。病灶的部分容積效應(yīng)隨病灶增大而降低，Bernardin等[2]研究顯示，當(dāng)惡性肺腫瘤最大徑<2 cm時(shí)，ADC值的可重復(fù)性較差。在肺癌療效評(píng)估方面，經(jīng)有效治療后多數(shù)病灶變小，故本研究納入最大徑<2 cm病灶，結(jié)果顯示D與Bernardin等[2]對(duì)ADC值的研究結(jié)果相符，但D*、f存在差異，因隨病灶增大，腫瘤不均質(zhì)性增加，表現(xiàn)為更多壞死和新生血管[14]，而D*、f與組織內(nèi)血管成分相關(guān)[6]，勾畫(huà)ROI時(shí)易受是否真正避開(kāi)血管的影響而使差異增大。有關(guān)病灶位置，由于呼吸偽影從上肺野到下肺野逐漸增大[15]，因此理論上上肺野病灶的測(cè)量變異程度最小，下肺野病灶的測(cè)量變異程度最大。本研究?jī)HD值與之相符，且發(fā)現(xiàn)中央型肺癌f值最不穩(wěn)定；上肺野病灶中D*的測(cè)量誤差增加，可能因肺尖易受磁化率偽影及脂肪抑制不充分的影響[7]，T2透射效應(yīng)增加，D*圖像偽影也隨之增加。以上結(jié)果提示，評(píng)估肺癌療效時(shí)，盡量選擇較大、較均勻的病灶，且在檢查前規(guī)范化呼吸訓(xùn)練，并盡可能使用心電門(mén)控技術(shù)；其次還需注意肺尖區(qū)偽影的處理，盡可能使線(xiàn)圈貼緊病灶或加用頸線(xiàn)圈；對(duì)中央型肺癌f值進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需注意避開(kāi)血管。

圖1 患者女，47歲，中央型肺腺癌(病灶最大徑為4.5 cm) A、B.第1次掃描(A)和第2次掃描(B)的IVIM圖(b=800 s/mm2); C、D.分別生成的IVIM曲線(xiàn)圖(紅色的點(diǎn)代表D值的擬合，黑色的點(diǎn)代表D*、f值的擬合)。測(cè)量者A的2次測(cè)量結(jié)果分別為：D=1.18×10-3 mm2/s和1.23×10-3 mm2/s，D* = 15.90×10-3 mm2/s和8.45×10-3 mm2/s，f=12.15%和5.16%。測(cè)量者B的2次測(cè)量結(jié)果分別為：D=1.15×10-3 mm2/s和1.20×10-3 mm2/s，D* =11.43×10-3 mm2/s和5.47×10-3 mm2/s，f=9.90%和3.97%

圖2 患者男，51歲，周?chē)头蜗侔?病灶最大徑為2.1 cm) A、B.第一次掃描(A)和第二次掃描(B)的IVIM圖(b=800 s/mm2); C、D.分別生成的IVIM曲線(xiàn)圖(紅色的點(diǎn)代表D值的擬合，黑色的點(diǎn)代表D*、f值的擬合)。測(cè)量者A的測(cè)量結(jié)果分別為：D=0.84×10-3 mm2/s和0.79×10-3 mm2/s，D*=17.39×10-3 mm2/s和148.51×10-3 mm2/s，f=11.01%和2.65%。測(cè)量者B的測(cè)量結(jié)果分別為：D=0.84×10-3 mm2/s和0.81×10-3 mm2/s，D*=5.47×10-3 mm2/s和148.51×10-3 mm2/s，f=6.66%和0.13%

本研究的局限性：①樣本量少，且為前瞻性研究，病灶的分布不均勻；②僅31例有組織病理學(xué)結(jié)果；③b值的數(shù)量偏少；④因小病灶(<2 cm)非中心層面的容積效應(yīng)高、誤差大，且體積法較為繁瑣，僅選擇單一層面ROI；⑤影響肺癌短期可重復(fù)性的因素較多，本研究?jī)H探討病灶類(lèi)型、大小、位置，對(duì)于其他因素有待進(jìn)一步探討。

總之，本研究評(píng)估了IVIM參數(shù)值在肺癌短期重復(fù)掃描的可重復(fù)性，其中D值可重復(fù)性好，而D*、f的可重復(fù)性較差；肺癌的類(lèi)型、大小和位置是短期重復(fù)掃描可重復(fù)性的影響因素。

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