MR彌散加權(quán)成像用于胸部疾病進(jìn)展

楊 晶，盧 潔*，趙志蓮，高 艷，張 苗，孫 崢

(1.首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院放射與核醫(yī)學(xué)科，北京 100053；2.磁共振成像腦信息學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100053)

胸部CT為胸部疾病影像學(xué)檢查的首選，但部分胸部實(shí)性腫物CT增強(qiáng)無強(qiáng)化，而一些囊性腫物因內(nèi)部出血和感染而囊腔內(nèi)CT值增高，易致誤診。隨著設(shè)備、掃描及后處理技術(shù)的發(fā)展，MRI越來越多地用于胸部疾病。胸部常規(guī)MR檢查序列包括T2W及其脂肪抑制序列和T1W及其化學(xué)位移成像DIXON序列，可顯示縱隔及肺部腫物與周圍結(jié)構(gòu)，包括位置、大小、形態(tài)、瘤肺界面和輪廓等，如化學(xué)位移成像可區(qū)分胸腺增生與正常胸腺及其他位于前縱隔且輪廓較明顯的軟組織腫物[1]；但常規(guī)MRI不能區(qū)分良惡性肺結(jié)節(jié)[2-3]。彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging, DWI)可反映組織水分子布朗運(yùn)動(dòng)。由于組織結(jié)構(gòu)不同，水分子并非隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，因與組織內(nèi)細(xì)胞及其疏水膜和細(xì)胞內(nèi)大分子物質(zhì)發(fā)生碰撞而受限。DWI技術(shù)可敏感檢出細(xì)胞層面水分子擴(kuò)散改變[4-5]。近年DWI成像參數(shù)日趨規(guī)范，圖像質(zhì)量明顯提高，對于鑒別胸部良惡性結(jié)節(jié)、評估縱隔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、放射及化學(xué)治療(簡稱放化療)對肺癌的療效具有重要價(jià)值。本文就DWI在胸部疾病中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 胸部DWI掃描參數(shù)優(yōu)化

優(yōu)化胸部DWI掃描參數(shù)對提高圖像質(zhì)量、利于定性和定量評價(jià)病變非常重要。DWI對呼吸運(yùn)動(dòng)和血管搏動(dòng)非常敏感[6]，目前推薦采用單激發(fā)自旋回波平面回波采集，以減少渦流和幾何失真的影響[7]；而增加重復(fù)時(shí)間[(repetition time， TR)2 500～5 000 ms]、縮短回波時(shí)間[(echo time, TE)50～65 ms][7-8]、采用并行采集方式、水激勵(lì)或頻譜絕熱反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖脂肪抑制方式等均可增加圖像信噪比和減少圖像偽影[8]。選擇最短TE可避免低估表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient, ADC)。既往研究[9]發(fā)現(xiàn)，其他條件相同前提下，TE為92 ms時(shí)，ADC比TE 52 ms時(shí)約低估29%。臨床多采用自由呼吸和呼吸導(dǎo)航門控方式進(jìn)行掃描，但應(yīng)用呼吸導(dǎo)航門控方式并不能提高DWI圖像質(zhì)量[10]。

DWI信號主要由細(xì)胞內(nèi)外和血管內(nèi)外的水分子運(yùn)動(dòng)信息構(gòu)成。成像參數(shù)中的b值影響圖像顯示水分子擴(kuò)散的敏感性[9]。b=0 s/mm2時(shí)，圖像不僅反映擴(kuò)散信息，亦含有T2信息；b=500～1 000 s/mm2時(shí)，圖像更多顯示擴(kuò)散信息；b>1 000 s/mm2雖能更好地抑制擴(kuò)散以外的信息，但圖像信噪比嚴(yán)重降低，不推薦用于臨床胸部檢查[11]。采用不同b值組合，DWI和相應(yīng)ADC亦不同。多數(shù)研究[12-18]采用雙b值，如b=0 s/mm2和b=500～1 000 s/mm2；但b<100～150 s/mm2時(shí)，血液流動(dòng)和灌注信號大幅衰減，會高估組織擴(kuò)散表現(xiàn)，進(jìn)而高估ADC[11]。b值與組織信號衰減呈多指數(shù)模型，甚至去除血流灌注信息后仍呈多指數(shù)衰減，因此，應(yīng)至少采用3個(gè)b值進(jìn)行DWI掃描[11]。推薦采用b=0 s/mm2、b=100～150 s/mm2和b=700～1 000 s/mm2行胸部DWI，以去除組織血管灌注信息并反映真正的組織擴(kuò)散信息[19]。

2 鑒別診斷胸部良惡性腫瘤

與正常組織相比，惡性腫瘤的主要病理學(xué)特點(diǎn)是細(xì)胞密度升高、更高的核質(zhì)比、更豐富的分子蛋白和更少的細(xì)胞外空間，導(dǎo)致水分子擴(kuò)散受限、ADC減低。應(yīng)結(jié)合高、低b值DWI、ADC圖和相應(yīng)結(jié)構(gòu)圖像，包括T2WI、T1WI及其脂肪抑制圖像進(jìn)行分析。文獻(xiàn)[20]報(bào)道，腫瘤合并膿腫和感染時(shí)，常規(guī)MRI可出現(xiàn)假陽性結(jié)果；而腫瘤伴囊性病變、壞死及分化程度較高時(shí)，常規(guī)MRI易出現(xiàn)假陰性結(jié)果[21]。T2穿透效應(yīng)可致正常組織在高b值DWI圖像中呈高信號而被誤診為擴(kuò)散受限的腫瘤，此時(shí)應(yīng)參考ADC圖，如為高ADC，提示擴(kuò)散無受限，有利于避免誤診[6]。

既往研究[3]比較原發(fā)性肺癌、肺部轉(zhuǎn)移瘤與良性腫瘤的ADC，發(fā)現(xiàn)原發(fā)性肺癌[(4.87±1.36)×10-4mm2/s]與肺部轉(zhuǎn)移瘤[(3.60±0.35)×10-4mm2/s]ADC差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，據(jù)此鑒別二者的受試者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲線下面積(area under the curve, AUC)為0.80；惡性腫瘤(包括原發(fā)性肺癌和食管癌)ADC[(4.53±1.41)×10-4mm2/s]高于良性腫瘤[(2.97±0.36)×10-4mm2/s，P<0.01]，據(jù)此鑒別二者的AUC為0.97。中心型支氣管肺癌常伴肺部感染和肺不張。有學(xué)者[13]對38例肺癌伴肺不張患者采集胸部DWI，發(fā)現(xiàn)肺癌平均ADC[(1.83±0.58)×10-3mm2/s]，明顯低于肺不張[(2.90±0.26)×10-3mm2/s，P<0.000 1]，ADC有助于鑒別中心性肺癌與伴發(fā)的肺不張。

肺腺癌及各型胸腺瘤良惡性跨度大，ADC均有所重疊。研究[12]表明，高分化肺腺癌的ADC明顯高于其他組織分型肺腺癌。PRIOLA等[19]將各型胸腺瘤均歸為惡性病變，發(fā)現(xiàn)ADC區(qū)分胸部良惡性腫瘤的閾值降低，這是因?yàn)榈惋L(fēng)險(xiǎn)胸腺瘤(A型和AB型)可能表現(xiàn)出彌散不受限的高ADC(大于2.0×10-3mm2/s)[22]。既往研究[23]采用3個(gè)b值(b=0、400和b=800 s/mm2)對胸腺瘤和胸腺癌患者行DWI掃描，結(jié)果顯示低風(fēng)險(xiǎn)胸腺瘤平均ADC為1.30×10-3mm2/s，高風(fēng)險(xiǎn)胸腺瘤為1.14×10-3mm2/s，胸腺癌為1.06×10-3mm2/s；ADC區(qū)分低風(fēng)險(xiǎn)胸腺瘤與高風(fēng)險(xiǎn)胸腺瘤的閾值為1.25×10-3mm2/s，區(qū)分胸腺瘤與胸腺癌的閾值為1.22×10-3 mm2/s。

惡性淋巴瘤呈擴(kuò)散受限，其ADC(0.40～1.27)×10-3mm2/s[8]。MOSAVI等[14]通過全身DWI發(fā)現(xiàn)ADC在惰性非霍奇金淋巴瘤、侵襲性非霍奇金淋巴瘤與霍奇金淋巴瘤中各有不同，分別為(597±115)×10-3mm2/s、(822±266)×10-3mm2/s和(1 020±547)×10-3mm2/s，惰性非霍奇金淋巴瘤ADC明顯低于其他2組淋巴瘤；且ADC與全部患者長期生存率相關(guān)(P=0.006)。以FDG-PET/CT結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，全身DWI診斷小兒霍奇金淋巴瘤的一致性K值為0.86[95%CI(0.78,0.93)]，敏感度和特異度分別為88%和97%；而融合彩色DWI/T2WI診斷結(jié)果與其一致性K值為0.92[95%CI(0.87，0.97)]，敏感度和特異度分別為99%和95%[15]。

3 觀察縱隔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移

縱隔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的數(shù)量和位置是評估肺癌預(yù)后的重要因素。以病理結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，將CT所示淋巴結(jié)直徑>1 cm視為轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)，其診斷敏感度和特異度僅為60%和81%[24]，主要原因在于轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)大小可在正常范圍，而良性淋巴結(jié)也可有增大表現(xiàn)。近年有研究[10]采用背景抑制彌散加權(quán)成像(DWI with background suppression, DWIBS)評價(jià)胸部淋巴結(jié)，其淋巴結(jié)與肌肉信號比率(signal to background, STB)(3.26±1.83)明顯高于DWI(0.98±0.44，P<0.000 1)，且脂肪抑制和去偽影效果優(yōu)于DWI。有學(xué)者[25]觀察DWIBS區(qū)分縱隔良惡性淋巴結(jié)的準(zhǔn)確性，對比分析ADC和b=800 s/mm2的DWIBS圖像所示病灶與肌肉相對對比度(relative contrast ratio, RCR)鑒別淋巴結(jié)良惡性的ROC曲線，發(fā)現(xiàn)RCR-b800以3.6為閾值區(qū)分淋巴結(jié)良惡性的敏感度和準(zhǔn)確率高于ADC[閾值為(1.29±0.00)×10-3mm2/s]。

體素不相干運(yùn)動(dòng)彌散加權(quán)成像(intravoxel incoherent motion DMI， IVIM-DWI)亦可鑒別縱隔轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)與非轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)。采用多個(gè)b值的IVIM-DWI可有效區(qū)分微血管灌注與水分子擴(kuò)散，除ADC外，還能提供參數(shù)擴(kuò)散系數(shù)(diffusion coefficient, D)、假擴(kuò)散系數(shù)(pseudo-diffusion coefficient, D*)和灌注分?jǐn)?shù)(perfusion fraction, f)等[26]。肺癌轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)平均D、ADC和f明顯低于良性淋巴結(jié)(P均<0.001)，但二者D*差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.28)[27]。有學(xué)者[28]對20只正常兔左、右后肢分別注射VX2腫瘤細(xì)胞和卵黃乳液，建立轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)和炎性淋巴結(jié)模型，并觀察其不同時(shí)間IVIM-DWI參數(shù)變化；結(jié)果顯示，相比炎性淋巴結(jié)，轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)建模后第14天D*降低，建模后第21和28天ADC和D升高；建模后第28天轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)f大于炎性淋巴結(jié)；病理結(jié)果顯示， ADC、D和D*隨炎性淋巴結(jié)和轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)發(fā)展而變化，提示IVIM-DWI能反映轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的動(dòng)態(tài)發(fā)展過程，但f易受血流速度、T2信號、回波時(shí)間和b值分布等因素影響。

4 評價(jià)療效

肺癌放化療后會出現(xiàn)癌細(xì)胞凋亡，抗血管內(nèi)皮細(xì)胞生長藥物治療后可出現(xiàn)血管內(nèi)皮水腫、血流減少及相應(yīng)形態(tài)改變，導(dǎo)致腫瘤體積發(fā)生變化。DWI可反映腫瘤細(xì)胞變化，及時(shí)評價(jià)腫瘤對放化療的反應(yīng)[8]。LIU等[16]觀察75例非小細(xì)胞肺癌患者，發(fā)現(xiàn)在第一和第二階段化療后化療敏感型腫瘤ADC變化率(23.6%)明顯高于化療抵抗者(5.56%，t=3.236,P=0.002)，提示可根據(jù)ADC變化率及早評價(jià)化療敏感與否，以指導(dǎo)臨床治療和改善預(yù)后。USUDA等[17]對41例肺癌術(shù)后放化療患者間隔6個(gè)月復(fù)查胸部DWI和CT，至少重復(fù)3次，發(fā)現(xiàn)DWI評估肺癌復(fù)發(fā)對放化療的反應(yīng)優(yōu)于CT，DWI的診斷敏感度、特異度和準(zhǔn)確率均為100%，CT分別為100%、100%和83%。OKUMA等[18]對17例(20個(gè)病灶)肺癌患者分別于射頻消融前后行DWI掃描，非進(jìn)展型腫瘤射頻消融前、后ADC分別為[(1.15±0.31)×10-3mm2/s]和[(1.49±0.24)×10-3mm2/s]，進(jìn)展型腫瘤分別為[(1.05±0.27)×10-3mm2/s]和[(1.24±0.20)×10-3mm2/s]；射頻消融后ADC均升高(P均<0.05)，且射頻消融后非進(jìn)展型腫瘤ADC明顯高于進(jìn)展型腫瘤(P<0.05)。

5 展望

DWI在胸部疾病中的應(yīng)用價(jià)值已獲證實(shí)，未來應(yīng)確定最佳參數(shù)并統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提高其診斷效能。另外，新研發(fā)的ZOOMit DWI可明顯減少圖像偽影并縮短掃描時(shí)間，為胸部MRI提供了更廣闊的應(yīng)用空間。