全病變表觀擴散系數直方圖對肺部孤立性實性病變的鑒別診斷

耿廣，李臻，吳欣娟，李雯，郭海榮，王新舉

1.河北省胸科醫(yī)院影像科，河北石家莊 050000；2.石家莊市二院心內科，河北石家莊 050000；3.石家莊市婦幼保健院婦產科，河北石家莊 050000；*通訊作者 耿廣 walker321@sina.cn

擴散加權成像（DWI）作為目前唯一可在活體觀察水分子擴散運動的方法，一直是腫瘤影像學的研究熱點[1-3]。近年研究將全病變表觀擴散系數（ADC）直方圖應用于腫瘤病變的DWI檢查[4-6]。該方法可獲得全病變所有體素的水分子擴散數據，較以往測量感興趣區(qū)（ROI）平均ADC值具有更高的診斷效能。目前肺部病變ADC直方圖的相關研究鮮有報道。本研究擬將全病變ADC直方圖用于鑒別診斷肺部孤立性實性病變，探討其對于病變良惡性的鑒別價值，并篩選最佳診斷參數。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性分析2018年1月—2019年1月于河北省胸科醫(yī)院就診，經肺部活檢穿刺或術后病理證實的64例肺部孤立性實性病變患者的臨床及影像學資料，其中，男46例，女18例；年齡14～85歲，平均（58.2±16.3）歲。肺部惡性病變42例，包括腺癌20例、鱗癌13例、小細胞癌5例、肉瘤1例、肉瘤樣癌1例、大細胞癌1例、惡性血管周上皮樣細胞癌1例；肺部良性病變22例，包括肺結核8例、肺炎14例。納入標準：①治療前接受肺部MRI與CT檢查；②肺部病變包含較大腫塊或實變（直徑>3 cm）；③肺部腫瘤有明確的病理結果（手術、支氣管鏡或穿刺活檢）；④肺炎與結核有明確的臨床診斷，復查CT病變消失或明顯吸收。排除標準：①病變主要位于肺門區(qū)的中心型肺癌；②病變內含大量黏液成分的黏液腺癌。肺炎實變可代表肺膿腫、炎性假瘤、機化性肺炎等炎性病理改變，與腫瘤性病變的鑒別具有一定的價值，故將其納入與肺部惡性病變的對比。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Avanto 1.5T超導MR掃描儀（MAGNETOM Avanto）進行肺部檢查，8通道體部相控陣表面線圈。MRI與DWI掃描在同一次檢查內完成。T1WI、T2WI序列采用深吸氣后屏氣掃描，T1WI掃描參數：TR 189 ms，TE 9 ms，視野（FOV）33 cm×33 cm，矩陣256×256，層厚4 mm，層間隔1.5 mm；T2WI掃描參數：TR 2200 ms，TE 90 ms，F(xiàn)OV 33 cm×33 cm，矩陣320×320，層厚4 mm，層間隔1.5 mm。DWI采用單次激發(fā)自旋回波-平面回波成像序列，在自由呼吸狀態(tài)下由導航回波法的呼吸觸發(fā)采集圖像。一般認為b值的最大值為500～1000 s/mm2較為適合肺部病變的評價[7]；故本研究b值分別取0、400、800 s/mm2，TR 4000 ms，TE 48.9 ms，F(xiàn)OV 33 cm×33 cm，矩陣128×128，層厚4 mm，層間隔1.5 mm。

根據病理性質將患者分為良性組與惡性組；再將患者按病理亞型分為腺癌組20例、鱗癌組13例、小細胞癌組5例、其他惡性腫瘤組4例、肺結核組8例、肺炎組14例。

1.3 圖像分析與測量 將所有患者的DWI圖像以DICOM格式通過FireVoxel軟件進行圖像分析。參考T1WI與T2WI及不同b值的DWI圖像，在所有包含 病變的層面手工勾畫ROI。以較細筆尖勾畫病變邊緣，并使病變上下相鄰層面過渡自然，范圍盡可能包含全部病變，包括壞死、囊變、出血區(qū)。以單指數模型計算ADC值，并繪制全病變ADC直方圖，記錄其特征參數，包括峰度、偏度、熵、ADC平均數、ADC中位數、ADC標準差、病變體積和ADC第5、10、15、30、50、70、80、85、90、95百分位數，其中ADC第n個百分位數表示該點的ADC值大于n%組成直方圖點的ADC值。

1.4 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 16.0軟件，計量資料以表示。良、惡性組間各ADC直方圖相關參數比較首先進行正態(tài)性檢驗和方差齊性檢驗。如符合正態(tài)分布且方差齊則采用成組資料t檢驗，否則采用Mann-WhitneyU檢驗。肺癌與良性病變病理亞型各組均數間兩兩比較采用Tukey真實顯著性差異法。繪制差異有統(tǒng)計學意義參數的受試者工作特征（ROC）曲線，比較曲線下面積（AUC），確定診斷效能最高的指標，并計算最佳診斷閾值。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 肺部良、惡性病變組間參數比較 肺部惡性病變組峰度、偏度、ADC標準差和ADC第80、85、90、95百分位數均小于肺部良性病變組，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）；其他參數組間差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05，表1）。

2.2 各參數診斷效能比較 各項參數中，偏度的診斷效能最高（AUC=0.726），其次為ADC標準差、ADC 95th、ADC 85th、峰度、ADC 80th、ADC 90th（表2、圖1）。當偏度的診斷閾值取1.66時，其敏感度、特異度分別為83.33%和68.18%。

圖1 ADC直方圖的峰度、偏度、ADC標準差與ADC第80、85、90、95百分位數的ROC曲線

表1 肺部良、惡性病變組間ADC直方圖相關參數比較（±s）

表1 肺部良、惡性病變組間ADC直方圖相關參數比較（±s）

分組 偏度 峰度 熵 ADC平均數(×10-3 mm2/s) ADC中位數(×10-3 mm2/s) ADC標準差(×10-3 mm2/s) 病變體積（×102 cm3） ADC 5th (×10-3 mm2/s) 惡性病變組 1.20±1.07 4.11±5.27 3.81±0.47 1.35±0.45 1.26±0.40 0.63±0.44 1.22±1.57 0.58±0.23 良性病變組 0.54±0.27 Z/t值 -2.95 -2.42 -0.657 -1.70 -1.10 -2.88 -0.127 -1.27 2.30±1.42 10.97±11.20 3.82±0.63 1.64±0.72 1.40±0.51 1.15±0.72 1.07±1.35 P值 0.003 0.016 0.511 0.089 0.278 0.004 0.899 0.206 ADC ADC ADC ADC ADC ADC ADC ADC ADC 分組 10th(×10-3 15th(×10-3 30th(×10-3 50th(×10-3 70th(×10-3 80th(×10-3 85th(×10-3 90th(×10-3 95th(×10-3 mm2/s) mm2/s) mm2/s) mm2/s) mm2/s) mm2/s) mm2/s) mm2/s) mm2/s) 惡性病變組 0.73±0.25 0.83±0.27 1.03±0.33 1.25±0.40 1.50±0.48 1.70±0.56 1.83±0.62 2.00±0.74 2.43±1.24 良性病變組 4.22±2.96 Z/t值 -0.74 -0.148 -0.799 -1.28 -1.62 -2.30 -2.42 -2.28 -2.57 0.72±0.31 0.84±0.33 1.09±0.40 1.38±0.51 1.77±0.74 2.35±1.25 2.81±1.57 2.91±1.83 P值 0.458 0.882 0.424 0.201 0.106 0.022 0.015 0.022 0.010

表2 肺部孤立性實性病變診斷效能

2.3 肺部病變各病理亞型組間比較 腺癌組峰度、偏度、ADC標準差、ADC直方圖第80、85、95百分位數均小于肺炎組，差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.05）；肺炎組與鱗癌組、其他惡性腫瘤組、結核組偏度、峰度差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05；表3，圖2、3）。

表3 各病理亞型組間部分ADC直方圖參數比較（±s）

表3 各病理亞型組間部分ADC直方圖參數比較（±s）

注：與肺炎組比較，*P<0.05

分組 偏度 峰度 ADC標準差(×10-3 mm2/s) ADC 80th (×10-3 mm2/s) ADC 85th (×10-3 mm2/s) ADC 90th (×10-3 mm2/s) ADC 95th (×10-3 mm2/s) 腺癌組 1.01±1.21* 4.02±6.27* 0.55±0.36* 1.59±0.48* 1.70±0.51* 1.83±0.55 2.11±0.69* 鱗癌組 1.30±1.03* 4.06±4.84* 2.60±1.00 其他惡性腫瘤組 0.83±0.33* 2.19±1.77* 0.49±0.16 1.62±0.49 1.74±0.53 1.87±0.58 2.13±0.65 0.67±0.43 1.86±0.60 2.00±0.66 2.19±0.75 小細胞癌組 3.46±2.85 結核組 1.39±1.10* 4.10±6.26* 1.06±0.95 1.94±0.90 2.24±1.20 3.07±2.36 3.90±3.41 0.90±0.82 6.14±3.97 0.95±0.79 1.79±0.87 1.99±1.01 2.36±1.34 肺炎組 2.82±1.35 14.89±11.65 1.20±0.58 2.59±1.39 2.95±1.74 2.81±1.54 4.40±2.80

圖2 男，50歲，肺炎。DWI（b=400 s/mm2）示右肺上葉胸膜下片狀高信號，中心見液化壞死區(qū)（箭，A）；B為對應的ADC直方圖

圖3 男，67歲，肺腺癌。DWI（b=400 s/mm2）示右肺上葉胸膜下團塊狀高信號影（箭，A）；B為對應的ADC直方圖

3 討論

MRI在全身各系統(tǒng)已得到廣泛應用，其中DWI序列是目前唯一可在活體檢測水分子擴散運動的檢查方法，并可得到反映水分子擴散大小的定量數值，即ADC。近年有學者將直方圖的方法用于腫瘤病變的DWI研究[4-6]，該方法測量DWI全部病變中各像素的ADC值，并以直方圖的形式表示，除可得到ADC值各百分位數外，還可得到直方圖形態(tài)相關參數，如峰度、偏度等，且避免了測量偏倚。

本研究發(fā)現(xiàn)，在ADC直方圖中，肺癌與肺部良性病變的峰度與偏度差異有統(tǒng)計學意義，且所有參數中偏度診斷效能最高。偏度描述直方圖的對稱性，以正態(tài)分布為標準。當偏度系數為負值時，直方圖向右偏，稱為“負偏度”，負值越大，向右偏越明顯；當偏度系數為正值時，直方圖向左偏，稱為“正偏度”，正值越大，向左偏越明顯。本研究中肺部良、惡性病變均為“正偏度”，且惡性病變的偏度（1.20±1.07）小于良性病變（2.30±1.42），表明良性病變較惡性病變更左偏。峰度描述直方圖的平坦或陡峭程度，正態(tài)分布的峰度為3，峰度>3的直方圖較正態(tài)陡峭，<3的直方圖較其平緩，峰度越大越陡峭。本研究中肺部良、惡性病變峰度均>3，但惡性病變峰度小于良性病變，表明肺部惡性病變ADC直方圖較良性病變平緩，提示良性病變中成分更加均一，ADC值較集中。

本研究中肺部良、惡性病變組間ADC標準差和ADC第80、85、90、95百分位數差異均有統(tǒng)計學意義，其中ADC標準差的診斷效能僅次于偏度。ADC標準差反映病變內ADC值的離散程度，不同細胞成分內水分子擴散程度也存在差異，故可代表病變的異質性。惡性病變異質性高于良性病變，且隨著惡性程度升高，其異質性也增高。以ADC 80th、ADC 85th、ADC 90th及ADC 95th為代表的高ADC百分數在肺部良、惡性病變組間存在顯著差異，而低ADC百分數差異無統(tǒng)計學意義，其原因可能是惡性病變中易出現(xiàn)小的壞死、囊變成分，這些成分ADC值較高，導致肺部惡性病變的高ADC百分數像素出現(xiàn)頻率高于良性病變。與本研究類似，Tsuchiya等[8]研究發(fā)現(xiàn)高低級別非小細胞肺癌組間ADC平均數、ADC 25th、ADC 50th、ADC 75th、ADC 90th、ADC 95th均有顯著差異，而ADC 95th診斷效能最高（AUC=0.74）。高ADC百分數在不同級別直腸癌[9]、透明細胞與非透明細胞腎癌組間[10]亦存在顯著差異。而Yuan等[11]在一項肺部孤立性病變的研究中發(fā)現(xiàn)ADC 10th的診斷效能高于ADC平均值；且很多學者研究發(fā)現(xiàn)低ADC百分數可用于腦膠質瘤[12]、乳腺癌[4]等腫瘤的分級或預后預測。與以上研究不同，本研究在繪制腫瘤邊界時納入囊變及壞死成分，這可能是導致結果中有診斷效能的ADC百分數不一致的原因。

將ADC直方圖應用于肺部病變各病理亞型間的比較后，發(fā)現(xiàn)肺炎組與腺癌組峰度、偏度、標準差、ADC 80th、ADC 85th、ADC 95th間差異有統(tǒng)計學意義，且肺炎組與鱗癌組、其他惡性腫瘤組、結核組偏度、峰度差異有統(tǒng)計學意義，提示肺部良、惡性病變間ADC直方圖相關參數的差異可能主要由肺炎和腺癌間的差異所導致，但尚需較大樣本量研究進一步證實。

本研究的局限性：①病變類型不均衡，惡性病變以腺癌為主，小細胞癌、其他惡性腫瘤較少（分別為5例和4例）；良性病變以肺炎為主，結核較少（8例），未納入肺部良性腫瘤。②本研究中ADC值的計算采用單指數模型，而雙指數模型可以將組織灌注與水分子擴散運動區(qū)分開，故今后可將其用于ADC直方圖的研究。③納入病例較少，需要大樣本臨床研究進一步驗證。

總之，肺部惡性病變的峰度、偏度、ADC標準差和ADC第80、85、90、95百分位數均小于良性病變，其中偏度診斷效能最高；腺癌組峰度、偏度、ADC標準差、ADC第80、85、95百分位數均小于肺炎組。全病變ADC直方圖在肺部良、惡性病變的鑒別方面具有一定的臨床應用價值。