3.0 T磁共振IVIM成像在鑒別原發(fā)性肺部良惡性占位性病變的價(jià)值研究

李斌，李鳳，王軍大

1.重慶市墊江縣中醫(yī)院 放射科，重慶 408300；2.重慶市中醫(yī)院 放射科，重慶 400021

引言

肺癌是全球癌癥死亡的主要原因，因此，早期診斷和治療有助于提高肺癌的生存率[1]。常規(guī)CT是檢查肺癌常用的影像學(xué)方法，多以病灶的形態(tài)學(xué)特征作為診斷依據(jù)，但是部分肺部良性病變與肺癌的影像征象相似，往往缺乏特異性，需活檢確診[2]。而其他成像方法包括計(jì)算機(jī)斷層掃描灌注、正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描和動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)磁共振成像（Dynamic Contrast Enhanced Magnetic Resonance Imaging，DCE-MRI）等技術(shù)雖然在肺部病變中也具有自身的優(yōu)勢(shì)，但它們都需要注入造影劑，對(duì)患者本身有一定程度的副作用。擴(kuò)散加權(quán)磁共振成像（Diffusion Weighted Magnetic Resonance Imaging，DWI）是一種無輻射和無對(duì)比劑的功能成像技術(shù)，可定量評(píng)估組織內(nèi)水分子的運(yùn)動(dòng)。據(jù)報(bào)道，表觀擴(kuò)散系數(shù)（Apparent Diffusion Coefficient，ADC）的定量參數(shù)具有區(qū)分肺部良性和惡性病變的潛力[3-4]，但是ADC受擴(kuò)散和灌注效應(yīng)的影響較大。如今，磁共振體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)（Intravoxel Incoherent Motion Diffusion-Weighted Imaging，IVIM-DWI）也在一些器官的腫瘤成像中有所應(yīng)用[5-7]，并且優(yōu)于傳統(tǒng)ADC[8-9]。IVIMDWI可以使用具有多個(gè)b值的圖像進(jìn)行雙指數(shù)擬合分別對(duì)毛細(xì)血管中的分子擴(kuò)散和微循環(huán)進(jìn)行區(qū)分[10]，既能無創(chuàng)地反映腫瘤組織的血管生成情況，又能有效地去除灌注因素的影響，真實(shí)反映組織內(nèi)水分子擴(kuò)散的情況[11]。IVIM能夠提供更多且更加準(zhǔn)確的關(guān)于病變特征的信息。目前，IVIM-DWI在原發(fā)性肺部占位性病變中少有報(bào)道，因此，本研究主要探討IVIM-DWI成像在原發(fā)性肺部占位性病變中的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2019年3—12月本院CT檢查發(fā)現(xiàn)肺部占位性病變的患者40例，其中男性27例，女性13例，年齡37～72歲，平均（56±13.51）歲。所有患者病灶均經(jīng)病理證實(shí)，其中良性病變12例（主要包括5例硬化性血管瘤，2例肺膿腫，4例炎性肉芽腫，1例錯(cuò)構(gòu)瘤），惡性病變28例（主要包括鱗狀細(xì)胞癌11例，腺癌15例，小細(xì)胞癌2例），術(shù)前均接受胸部MR檢查。病例納入標(biāo)準(zhǔn)為：① 患者行胸部MR檢查前未行放化療或抗炎治療；② 病灶直徑>1 cm；③ 患者無MRI禁忌癥；④ 患者無其他腫瘤病史。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 患者病灶未經(jīng)病理證實(shí)者； ② 患者存在MR檢查禁忌癥；③ 患者存在其他腫瘤或轉(zhuǎn)移者。所有患者行MR檢查前均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

采用美國(guó) GE Discovery MR 750 3.0 T磁共振掃描儀?；颊哐雠P位，雙手上舉，囑患者檢查時(shí)勿擺動(dòng)身體。檢查前對(duì)患者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，打開呼吸和心電監(jiān)控，采用呼氣末和R波觸發(fā)。采用32通道體部相控陣線圈聯(lián)合并行采集技術(shù)。掃描序列主要為T2WI/FSE、T1W1和IVIM-DWI序列。擴(kuò)散敏感梯度脈沖在空間3個(gè)方向上應(yīng)用，每個(gè)方向上選擇8個(gè)b值，分別為0、100、200、400、600、800、1000、1500 s/mm2。各掃描序列參數(shù)如表1所示。

表1 IVIM-DWI各掃描序列參數(shù)

1.3 圖像分析

將IVIM-DWI所得圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)紾E AW 4.6后處理工作站，點(diǎn)擊FuncTool軟件包的MADC圖像后處理軟件。采用的IVIM模型方程[12]為：

其中，D表示擴(kuò)散系數(shù)，其意義為感興趣區(qū)內(nèi)（Region of Interest，ROI）水分子真實(shí)擴(kuò)散效應(yīng)；D*表示偽擴(kuò)散系數(shù)，其意義為局部ROI內(nèi)由于微循環(huán)的灌注所致的擴(kuò)散效應(yīng)，又稱為灌注相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)；?表示灌注分?jǐn)?shù)，其意義為ROI內(nèi)局部微循環(huán)灌注效應(yīng)占總體的擴(kuò)散效應(yīng)的比率。

由兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)師對(duì)IVIM-DWI圖像進(jìn)行處理，根據(jù)病變?cè)诔Ｒ?guī)序列和DWI圖像上的位置，手動(dòng)選取ROI。在DWI圖像上選取實(shí)性部分較大的層面和上下相鄰兩層放置相同大小的ROI，盡量避開明顯的血管及肉眼可辨的壞死、囊變及鈣化區(qū)，每人測(cè)量三次，取平均值作為病變最終測(cè)量值。記錄標(biāo)準(zhǔn)表觀擴(kuò)散系數(shù)（standard Apparent Diffusion Coefficient，sADC）、擴(kuò)散系數(shù)D、灌注相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)D*、灌注分?jǐn)?shù)?。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。所有計(jì)量資料均進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，方差齊性檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的變量采用（±s）表示，兩組間比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。繪制受試者工作特征（Receiver Operating Characteritisc，ROC）曲線，通過ROC下面積（AUC）來評(píng)估其診斷效能，并計(jì)算出相應(yīng)的敏感度和特異度。P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 良性組與惡性組之間IVIM-DWI的各參數(shù)比較

本研究肺部占位性病變中，良性組12例，惡性組28例。良性組與惡性組的sADC值分別為 (1.65±0.55)×10-3mm2/s、(1.29±0.41)×10-3mm2/s；D值分別為（1.17±0.47）×10-3mm2/s、（0.86±0.32）×10-3mm2/s；D*值分別為（26.34±30.10）×10-3mm2/s、（50.67±47.21）×10-3mm2/s；?值分別為（42.50±24.78）%、（33.96±15.64）%。兩組之間比較，sADC值、D值、D*值差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），而?值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），見表2。

表2 良性組與惡性組之間IVIM-DWI各參數(shù)比較（±s）

表2 良性組與惡性組之間IVIM-DWI各參數(shù)比較（±s）

注：*表示P<0.05差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

參數(shù) 良性組(n=12)惡性組(n=28) t值 P值sADC (×10-3mm2/s) 1.65±0.55 1.29±0.41 3.67 0.009*D (×10-3mm2/s) 1.17±0.47 0.86±0.32 3.41 0.004*D* (×10-3mm2/s) 26.34±30.10 50.67±47.21 1.46 0.017*?/% 42.50±24.78 33.96±15.64 5.76 0.091

2.2 IVIM-DWI各參數(shù)診斷惡性病變的診斷效能

通過以上結(jié)果，我們選取sADC值、D值、D*值在良性組與惡性組之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)進(jìn)行惡性病變的診斷效能分析。sADC值、D值、D*值的AUC分別為0.79、0.81、0.70，敏感度分別為89.3%、91.8%、77.6%，特異度分別為58.1%、60.3%、67.2%。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

表3 IVIM-DWI各參數(shù)診斷惡性病變的診斷效能

2.3 原發(fā)性肺部良惡性占位性病變IVIM成像的典型圖片

本研究過程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于直徑小于1 cm的原發(fā)性肺部占位性病變的IVIM圖像，往往不能測(cè)量出其參數(shù)值，因此本研究主要探討直徑大于1 cm的原發(fā)性肺部占位性病變。如圖1為左肺下葉良性占位性病變的體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像圖；圖2為右肺下葉惡性占位性病變的體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像圖。

圖1 左肺下葉良性占位性病變的體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像圖

圖2 右肺下葉惡性占位性病變的體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像圖

3 討論

目前，隨著MRI技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，MRI及功能MRI（如DWI、IVIM-MRI、DCE-MRI等）在肺部占位性病變的應(yīng)用中顯示出極大的前景[13]。然而，研究過程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于病灶之間小于1 cm的原發(fā)性肺部良惡性占位性病變的IVIM圖像，往往無法測(cè)量出其參數(shù)值。因此，本文主要討論病灶直徑大于1 cm的原發(fā)性肺部良惡性占位性病變的IVIM圖像。

眾所周知，傳統(tǒng)的DWI是一種通過活體組織中水分子的隨機(jī)微觀運(yùn)動(dòng)進(jìn)行成像的技術(shù)，可用于各種肺部疾病的評(píng)估[14]。這種基于單指數(shù)模型計(jì)算得出的ADC值可以較好的顯示出病變組織中水分子的擴(kuò)散情況，一定程度上從分子水平對(duì)腫瘤進(jìn)行檢測(cè)，可以評(píng)價(jià)疾病的病理生理過程[15]。然而，該模型忽略了組織中血液微循環(huán)灌注對(duì)ADC值的影響，從而無法準(zhǔn)確反映實(shí)際擴(kuò)散系數(shù)[16]。近年來，IVIM-DWI在傳統(tǒng)DWI基礎(chǔ)上，采用了單指數(shù)、雙指數(shù)和拉伸指數(shù)多參數(shù)模型運(yùn)算方式，可以同時(shí)反映組織的擴(kuò)散和灌注信息，更精確地模擬顯示病變組織的微觀結(jié)構(gòu)和病理特性[17]。IVIM-DWI模型運(yùn)用多b值掃描技術(shù)，對(duì)得到的不同b值圖像中相應(yīng)體素內(nèi)的測(cè)量值進(jìn)行擬合計(jì)算，從而可以得到sADC值、D值、D*值以及?值，其中sADC值是單指數(shù)模型計(jì)算得出的標(biāo)準(zhǔn)ADC值；D值、D*值以及?值是通過雙指數(shù)模型擬合計(jì)算得出，而且IVIM-DWI模型的這些參數(shù)能更好地反映腫瘤的生物學(xué)特點(diǎn)，對(duì)腫瘤的診斷、療效評(píng)估和預(yù)后預(yù)測(cè)有重要的應(yīng)用價(jià)值[18]。另外，國(guó)外有學(xué)者[19]認(rèn)為，肺部病變的ADC值受微循環(huán)灌注的影響較大，選取超過1000 s/mm2的高b值時(shí)，可盡可能的排除微循環(huán)灌注的影響，較真實(shí)地反映組織擴(kuò)散的信息，所得ADC值較準(zhǔn)確。因此，本研究?jī)H對(duì)IVIMDWI模型中高b值的標(biāo)準(zhǔn)表觀擴(kuò)散系數(shù)（sADC）進(jìn)行探討。本研究結(jié)果表明，sADC值在良性組[（1.65±0.55）×10-3mm2/s]顯著高于惡性組[（1.29±0.41）×10-3mm2/s]，且兩組之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=3.67，P<0.05）。所以，IVIM-DWI模型中的sADC值可在一定程度上反映組織擴(kuò)散的信息，從而有助于區(qū)別肺部良性病變和惡性病變。本研究結(jié)果中，代表病變組織中水分子真實(shí)擴(kuò)散系數(shù)的D值在良性組[（1.17±0.47）×10-3mm2/s]顯著高于惡性組[（0.86±0.32）×10-3mm2/s]，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=3.41，P<0.05）；代表感興趣區(qū)內(nèi)微循環(huán)灌注所產(chǎn)生的擴(kuò)散效應(yīng)的D*值在良性組[（26.34±30.10）×10-3mm2/s]顯著低于惡性組[（50.67±47.21）×10-3mm2/s]，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=1.46，P<0.05）。這是由于惡性病變的腫瘤細(xì)胞異常增殖，細(xì)胞的數(shù)量呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)，相互之間排列致密，從而導(dǎo)致細(xì)胞外間隙縮小，阻礙周圍質(zhì)子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，使細(xì)胞外質(zhì)子運(yùn)動(dòng)受限[20-21]。而且，惡性病變中腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)往往伴隨著新生血管的形成，但這種血管的基底膜往往不完整，其微血管通透性高[22]。這些差別也為IVIM-DWI成像特點(diǎn)提供了基礎(chǔ)，既能從分子擴(kuò)散水平，也能從微灌注水平反映腫瘤的生物學(xué)信息。然而，本研究中的?值為反映微循環(huán)灌注形成的假性擴(kuò)散在IVIM中所占的比例，在良性組 [（42.50±24.78）%]與惡性組 [（33.96±15.6）%]之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=5.76，P>0.05），這與之前的文獻(xiàn)報(bào)道相一致[23-24]，可能是由于良性組與惡性組中病理類型的不同，良性病變中血管過度增多，例如炎性肉芽腫和硬化性血管瘤，以豐富的血管結(jié)構(gòu)為特征，包括血流量增加，毛細(xì)血管通透性增加和血管舒張，從而導(dǎo)致本研究良性組中?值偏高。

從理論上講，D值在反映水分子在腫瘤中的擴(kuò)散方面比sADC更準(zhǔn)確，本研究在IVIM-DWI模型各參數(shù)診斷惡性病變的診斷效能分析中發(fā)現(xiàn)，sADC值、D值、D*值的AUC分別為0.79、0.81、0.70，敏感度分別為89.3%、91.8%、77.6%，特異度分別為58.1%、60.3%、67.2%。其中D值的AUC最大，其診斷效能最佳。研究結(jié)果與既往文獻(xiàn)[24-25]的研究結(jié)果相一致，即D值在肺癌中具有更大的診斷價(jià)值。然而，Wan等[26]認(rèn)為與傳統(tǒng)ADC值相比，D值具有類似的診斷能力。因此，本研究中D值在原發(fā)性肺部占位性病變的診斷效能優(yōu)于sADC值仍需在今后的研究進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量進(jìn)行探討。

不足與展望：本研究樣本量較少，主要原因是IVIMDWI成像過程時(shí)間較長(zhǎng)，部分患者無法堅(jiān)持，或者出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影，導(dǎo)致圖像質(zhì)量欠佳；同時(shí)也有部分患者肺部占位性病變直徑少于1 cm，采用IVIM-DWI成像之后，往往無法測(cè)量相應(yīng)參數(shù)值。在今后的研究中將進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，完善統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。當(dāng)然，IVIM-DWI模型在肺部病變的應(yīng)用還有很多，后續(xù)可以進(jìn)一步探究IVIM-DWI模型在鑒別肺部惡性病變不同病理類型的價(jià)值。

綜上所述，3.0 T磁共振IVIM成像在鑒別原發(fā)性肺部良惡性占位性病變中具有一定指導(dǎo)意義，既能反映組織的擴(kuò)散信息，也能反映其灌注信息。

4 小結(jié)

IVIM-DWI模型作為一種新發(fā)展的MRI成像技術(shù)，相較于傳統(tǒng)的DWI成像具有更多的優(yōu)勢(shì)，其中D值和sADC值可以更加真實(shí)地反映病變組織中水分子真實(shí)擴(kuò)散情況，D*值反映病灶內(nèi)微循環(huán)灌注所產(chǎn)生的擴(kuò)散效應(yīng)，在鑒別直徑大于1 cm的原發(fā)性肺部良惡性占位性病變中具有一定價(jià)值，可進(jìn)一步為臨床的早期診斷與治療提供影像學(xué)方面的證據(jù)。