磁共振多b值擴(kuò)散加權(quán)成像在肺占位性病變精準(zhǔn)穿刺中的臨床應(yīng)用

王倩茹，王大勇，趙森，劉雙鋒，王志學(xué)

目前肺癌的發(fā)病率逐年上升，其死亡率居所有惡性腫瘤之首，對(duì)人類生命健康構(gòu)成巨大威脅[1-2]。隨著影像技術(shù)的飛速發(fā)展，磁共振成像在肺部的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，成為CT 檢查的一個(gè)重要補(bǔ)充。擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)是分子在媒介中的一種隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)(布朗運(yùn)動(dòng))，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于腦、乳腺、前列腺等部位的檢查和診斷[3-4]。本研究通過(guò)肺部占位性病變的DWI，分析腫瘤活性成分與瘤周非腫瘤成分(阻塞性慢性炎癥、肺不張及纖維增生等)DWI 信號(hào)強(qiáng)度以及ADC 值差異，探討不同b 值下ADC 值在鑒別腫瘤活性成分與瘤周非腫瘤成分的診斷效能，從而進(jìn)一步指導(dǎo)臨床精準(zhǔn)穿刺。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

收集2019 年10 月至2020 年2 月來(lái)我院首診發(fā)現(xiàn)肺占位性病變(pulmonary space occupying lesions，PSOL)并且臨床初診為肺癌患者56 例。其中男性31 例，女性25 例，年齡40～80 (63±3)歲，癌腫直徑大小約(5.4±2.3) cm。以病理學(xué)結(jié)果為診斷參考標(biāo)準(zhǔn)，其中47 例確診為肺癌(18 例小細(xì)胞肺癌，11 例鱗狀細(xì)胞癌，8 例高分化腺癌，10 例低分化腺癌)，9 例確診為慢性炎癥。病例入組標(biāo)準(zhǔn)：①CT 診斷肺占位性病變的最大徑＞3.0 cm；②臨床初診為肺癌；③氣管鏡檢查陰性，肺泡液灌洗及痰培養(yǎng)陰性；④無(wú)MRI 檢查禁忌證；⑤MRI檢查前未行手術(shù)、放化療、介入等相關(guān)治療。本研究屬于前瞻性研究，并經(jīng)過(guò)本單位醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(批文編號(hào)：No.2019075)，受試者均已簽署知情同意書(shū)。

1.2 檢查方法

所有患者M(jìn)RI 檢查均在GE 3.0 T Discovery MR 750 超導(dǎo)型成像儀上完成，選用8通道相控陣線圈。所有患者采用呼吸門控技術(shù)，均進(jìn)行肺部常規(guī)斜矢狀面、冠狀面及橫軸位的高分辨率T2WI掃描、壓脂T2WI冠狀位掃描、橫軸位T1WI掃描、壓脂橫軸位T1WI 掃描，而后行橫軸位單次激發(fā)平面回波成像多b 值的IVIM-DWI 序列掃描。掃描序列包括常規(guī)T1WI 掃描，掃描參數(shù)為TR=3.7 ms，TE=1.2 ms；FOV=400 mm×320 mm；矩陣=256×200；翻轉(zhuǎn)角12°；Frequency Direction：R/L；層厚：4.6 mm，層數(shù)：48。常規(guī)T2WI 掃描，掃描參數(shù)為TR=6667 ms，TE=65 ms；FOV=420 mm×420 mm；矩陣=320×256；翻轉(zhuǎn)角110°；NEX=2；層厚7 mm，層間隔1 mm。DWI 軸位掃描，擴(kuò)散系數(shù)b 值分別取300、600、900、1200、1500 s/mm2；掃描參數(shù)為TR=6315 ms，TE=65.5 ms；FOV=420 mm×336 mm；矩陣=96×128；Frequency Direction：R/L；層厚7 mm，層間隔1 mm。

1.3 穿刺過(guò)程的實(shí)施和圖像分析

所有入組患者完成MRI 檢查后，由兩名影像科副主任醫(yī)師獨(dú)立讀片，根據(jù)影像學(xué)表現(xiàn)初步確定肺部占位性病變內(nèi)的腫瘤活性成分ROI 范圍(使用GE 公司AW 4.5 后處理平臺(tái))，行磁共振CT 融合，分別靶向穿刺肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分；如未確定腫瘤活性成分，行單純系統(tǒng)穿刺。所有的穿刺組織分別放入預(yù)先標(biāo)記好的標(biāo)本瓶中，均進(jìn)行病理學(xué)檢查。然后在GE 后處理工作站自動(dòng)生成的ADC 圖像上測(cè)量不同b 值下肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分ADC值(測(cè)量方法是在病灶的相同層面選取相同部位的相同面積測(cè)量，選取病變的實(shí)性成分盡可能大的層面，測(cè)量3 次，將3 次測(cè)量結(jié)果的平均ADC值作為最終ADC值)。將ADC值與最終病理結(jié)果相對(duì)照，分析肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分在不同b值下的ADC值差異，并利用ROC曲線分析確定該b值下鑒別肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分的ADC 值界值及其鑒別診斷的特異度和敏感度。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

利用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。對(duì)于不同b 值下的ADC 值的兩兩比較進(jìn)行兩組獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。應(yīng)用ROC曲線分析不同b值下的ADC值對(duì)肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分(阻塞性慢性炎癥、肺不張及纖維增生)的鑒別診斷效能。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同b 值下肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分的ADC值比較

47例肺癌病例按照病理結(jié)果分別劃分肺癌腫瘤活性成分和周圍非腫瘤成分兩組，在DWI 圖像上，b 值分別為300、600、900、1200 s/mm2時(shí)，進(jìn)行兩組獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)(表1)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在4 組不同的b 值下，肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分組間差異性皆有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，肺癌腫瘤活性成分的ADC值均低于周圍非腫瘤成分的ADC值。b值越高，肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分的ADC 值越低。肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分的ADC值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

表1 不同b值時(shí)肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分的ADC值(×10-3mm2/s)

2.2 ADC值對(duì)肺癌腫瘤活性成分進(jìn)行精準(zhǔn)穿刺的指導(dǎo)效能

應(yīng)用ROC曲線分析不同b值(分別為300、600、900、1200 s/mm2)下的ADC 值對(duì)肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分的鑒別診斷效能。由b 值分別為300、600、900、1200 s/mm2的ROC 曲線(見(jiàn)圖1～4)可知，肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分ADC值對(duì)應(yīng)的AUC 分別為0.7459±0.0075、0.8632±0.0068、0.8926±0.0062、0.8669±0.0084，AUC 均大于0.5，故認(rèn)為4 組不同b 值下所取得的ADC 值均具有診斷學(xué)意義。其中以b 值取900 s/mm2時(shí)ROC 曲線下面積最大，此b 值下以1.15×10-3mm2/s 作為鑒別肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分的最佳ADC 值界值，敏感度及特異度均較好，分別為74.4%和75.3%。由此可見(jiàn)，當(dāng)b=900 s/mm2時(shí)，ADC 值對(duì)肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分的鑒別診斷效能最高，對(duì)于臨床精準(zhǔn)穿刺的指導(dǎo)效能最高。見(jiàn)圖5。

圖1 b=300 s/mm2時(shí)，肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分(阻塞性慢性炎癥、肺不張及纖維增生)ADC 值對(duì)應(yīng)的ROC 曲線 圖2 b=600 s/mm2時(shí)，肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分(阻塞性慢性炎癥、肺不張及纖維增生)ADC值對(duì)應(yīng)的ROC曲線 圖3 b=900 s/mm2時(shí)，肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分(阻塞性慢性炎癥、肺不張及纖維增生)ADC值對(duì)應(yīng)的ROC曲線 圖4 b=1200 s/mm2時(shí)，肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分(阻塞性慢性炎癥、肺不張及纖維增生)ADC值對(duì)應(yīng)的ROC曲線 圖5 男，57歲，左肺小細(xì)胞肺癌并侵犯左下肺動(dòng)、靜脈，伴左肺下葉炎癥及肺不張，可見(jiàn)左側(cè)胸腔積液，影像可見(jiàn)左肺下葉團(tuán)狀影，T2 混雜高信號(hào)。A：b 值取600 s/mm2時(shí)DWI圖像；B：b 值取600 s/mm2時(shí)ADC 圖像；C：b 值取900 s/mm2時(shí)DWI圖像；D：b 值取900 s/mm2時(shí)ADC 圖像；E：b值取1200 s/mm2時(shí)DWI圖像；F：b值取1200 s/mm2時(shí)ADC圖像；G：HE染色光鏡圖片(×4)；H：免疫組化染色光鏡圖片(×4)

3 討論

3.1 磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像原理及應(yīng)用現(xiàn)狀

磁共振擴(kuò)散加權(quán)是通過(guò)檢測(cè)生物組織內(nèi)的水分子布朗運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)進(jìn)行成像[4]。水分子在組織內(nèi)部不停進(jìn)行跨膜擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，具體的運(yùn)動(dòng)范圍受細(xì)胞結(jié)構(gòu)和內(nèi)環(huán)境影響，比如，典型的應(yīng)用場(chǎng)景就是神經(jīng)系統(tǒng)的擴(kuò)散加權(quán)成像，水分子主要沿白質(zhì)纖維進(jìn)行擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。惡性腫瘤組織細(xì)胞核大、細(xì)胞基質(zhì)豐富、細(xì)胞數(shù)量增多，因此惡性腫瘤細(xì)胞的密度增高。同時(shí)惡性腫瘤細(xì)胞增殖能力增強(qiáng)，細(xì)胞生物膜對(duì)水分子的吸附作用也增強(qiáng)，以上因素綜合作用阻止了惡性腫瘤細(xì)胞內(nèi)水分子的有效運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致水分子的自由擴(kuò)散受到限制[5]。相對(duì)地，良性病變?nèi)缪装Y、感染等，由于增生細(xì)胞同質(zhì)程度高、存在水腫及壞死等原因，水分子的擴(kuò)散程度更高[6]。ADC 值直接描述了組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散受限程度，為良惡性病變的定性診斷提供了很大的幫助。在進(jìn)行DWI 時(shí)，有一個(gè)很重要的參數(shù)b 值，即擴(kuò)散敏感系數(shù)，DWI 是在某一個(gè)b 值下測(cè)定得到的信號(hào)強(qiáng)度成像[7]。隨著b 值增加，圖像的擴(kuò)散權(quán)重加大，組織間的對(duì)比度增加，圖像檢測(cè)敏感性增強(qiáng)，但是由于回波時(shí)間增加，信號(hào)衰減，圖像的信噪比降低。DWI以及ADC值在各類系統(tǒng)病變的檢測(cè)、腫瘤的良惡性鑒別方面取得了良好的應(yīng)用效果，并且隨著技術(shù)的革新，DWI開(kāi)始能夠應(yīng)用于肺部病變的診斷并得到臨床認(rèn)可[8-9]。研究表明，肺實(shí)質(zhì)及心臟等在DWI上均呈現(xiàn)低信號(hào)，而病變信號(hào)均呈較高信號(hào)，并且其大小、形態(tài)以及與周圍組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系較常規(guī)T1、T2加權(quán)圖像更易觀察和區(qū)分[10-11]。

3.2 擴(kuò)散加權(quán)成像在活性腫瘤成分與瘤周組織鑒別中的應(yīng)用

肺部腫瘤易阻塞相鄰支氣管，常常伴發(fā)慢性肺炎、阻塞性肺不張、纖維組織增生等繼發(fā)性改變[12]。在胸部X 線和CT 檢查中，腫瘤本身與瘤周繼發(fā)改變都表現(xiàn)為大片狀陰影，分界不清[13]。臨床上，準(zhǔn)確地判定腫瘤的大小及范圍對(duì)肺癌治療方案的選擇至關(guān)重要。區(qū)分肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分，對(duì)臨床精準(zhǔn)穿刺、放療靶區(qū)選擇、療效的評(píng)價(jià)非常重要[14]。因此，MRI 圖像和其他模態(tài)的圖像如PET、CT 等相互融合后形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同應(yīng)用于臨床診斷與治療[15-17]。

本研究針對(duì)的惡性腫瘤細(xì)胞分化程度低，增殖速度快，組織密度高，水分子擴(kuò)散受限。而瘤周組織，如炎癥等良性病變其水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)更加活躍，這就使得利用DWI 鑒別活性腫瘤成分與瘤周成分具有可行性[18-19]。既往研究表明，腫瘤組織與良性病變?cè)贒WI圖像信號(hào)上存在差異，且腫瘤的ADC值明顯偏低。Doskaliyev 等[20]研究認(rèn)為，淋巴瘤與惡性膠質(zhì)瘤的ADC值差異明顯，通過(guò)測(cè)量ADC值可以鑒別淋巴瘤及惡性膠質(zhì)瘤。Hao 等[21]研究結(jié)果顯示，惡性甲狀腺結(jié)節(jié)的ADC 值低于良性甲狀腺結(jié)節(jié)。葉靖等[22]研究認(rèn)為，在超高b值下得到的前列腺中央腺體癌、腺體增生為主結(jié)節(jié)和間質(zhì)增生為主結(jié)節(jié)的ADC值定量測(cè)定能夠準(zhǔn)確鑒別前列腺中央腺體癌和前列腺增生結(jié)節(jié)。Caraiani 等[23]研究顯示，良性肝腫瘤的ADC 值高于肝細(xì)胞肝癌的ADC 值。在肺部腫瘤方面，Liu 等[24]研究顯示，肺部良性病變的ADC 值明顯高于肺部惡性病變，且小細(xì)胞肺癌的ADC值明顯低于非小細(xì)胞肺癌，兩者的ADC值差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。中央型肺癌瘤體平均ADC值低于肺不張平均ADC值，且ADC 值和腫瘤細(xì)胞密度的負(fù)性相關(guān)。以上研究結(jié)果均與本研究結(jié)果相一致。

本研究探索了不同b 值在活性腫瘤成分與瘤周成分鑒別中的應(yīng)用。從DWI 成像原理角度分析，針對(duì)選定的ROI 區(qū)域，b值越大，擴(kuò)散程度越大，圖像的解剖結(jié)構(gòu)顯示就越模糊，DWI信號(hào)下降越迅速，就能提供更高的圖像對(duì)比度，但是同時(shí)噪聲等對(duì)圖像的干擾也會(huì)增強(qiáng)。鐘麗等[25]應(yīng)用4組b值(b=0、300、600、1000 s/mm2)對(duì)肺內(nèi)良惡性病變進(jìn)行鑒別，發(fā)現(xiàn)b=600 s/mm2時(shí)對(duì)肺部?jī)晌恍胁∽冭b別診斷效能最大。孫明華等[26]應(yīng)用3 組b 值(b=200、500、8000 s/mm2)對(duì)比肺部良惡性病變的ADC 值，發(fā)現(xiàn)不同類型的肺癌ADC值存在顯著差異，且隨b值的升高而降低，且在b=800 s/mm2時(shí)高分化腺癌與低分化鱗癌的鑒別診斷效能最高。此外，王萍等[27]應(yīng)用3種b值對(duì)高級(jí)別膠質(zhì)瘤及瘤周組織進(jìn)行鑒別，發(fā)現(xiàn)不同b值下的ADC值均可實(shí)現(xiàn)瘤體與瘤周組織的區(qū)分，不過(guò)在b=3000 s/mm2時(shí)鑒別能力最佳?；诖?，本研究在現(xiàn)有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，選取不同b 值對(duì)肺部活性腫瘤成分及瘤周成分進(jìn)行鑒別，結(jié)果顯示肺癌腫瘤活性成分的ADC 值均低于周圍非腫瘤活性成分的ADC 值，4 組不同b 值(b值分別為300、600、900、1200 s/mm2)時(shí)所取得的ADC值均具有診斷學(xué)意義。其中以b值取900 s/mm2時(shí)ROC曲線下面積最大，鑒別診斷效能最高，對(duì)肺占位性病變精準(zhǔn)穿刺更具有指導(dǎo)意義。

3.3 磁共振引導(dǎo)穿刺在臨床應(yīng)用中的價(jià)值

磁共振成像技術(shù)是迄今為止軟組織對(duì)比分辨率最高的成像技術(shù)，對(duì)于病灶的鑒別診斷有著重要的臨床意義。磁共振引導(dǎo)穿刺技術(shù)與其他影像手段導(dǎo)航的引導(dǎo)穿刺技術(shù)相比，在原理上具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。與超聲相比，磁共振引導(dǎo)可以提供完整的各層面圖像，對(duì)于不規(guī)則、不均勻分布、內(nèi)向生長(zhǎng)的肺部腫瘤，磁共振引導(dǎo)可以提供更精確的影像導(dǎo)航。與CT 相比，磁共振引導(dǎo)具有更好的軟組織分辨力，并且其無(wú)輻射的優(yōu)勢(shì)使得該技術(shù)對(duì)于醫(yī)護(hù)人員和患者更為友好。與PET 相比，磁共振引導(dǎo)穿刺技術(shù)效費(fèi)比更高，所需時(shí)間更短，經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)。確實(shí)，磁共振技術(shù)對(duì)患者存在較多禁忌事項(xiàng)，導(dǎo)致其普及面可能小于CT 引導(dǎo)穿刺等技術(shù)。但是對(duì)于適宜患者，在當(dāng)下精準(zhǔn)醫(yī)療、個(gè)性化醫(yī)療趨勢(shì)的引領(lǐng)下，磁共振引導(dǎo)穿刺技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域仍有十分重要的臨床研究與應(yīng)用價(jià)值。此外，磁共振引導(dǎo)穿刺可實(shí)現(xiàn)影像標(biāo)記與病理指征的一一對(duì)應(yīng)，這對(duì)于進(jìn)一步挖掘磁共振影像信息，提高無(wú)創(chuàng)影像診斷的效能，起到很好的反向助推作用。

3.4 研究的局限性

本研究的不足：本研究的樣本量較少，對(duì)不同類型肺癌以及不同分期、分級(jí)的肺癌樣本納入考慮不足，需要進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量；本研究中部分病例的占位性病變大小未得到外科手術(shù)證實(shí)，這可能導(dǎo)致在影像上圈定的感興趣區(qū)與實(shí)際相比可能存在一定的誤差；此外，分析使用的量化指標(biāo)取的是整體ROI 的平均值，忽略了腫瘤的異質(zhì)性，可能會(huì)對(duì)最后的量化計(jì)算結(jié)果有一定的影響，還需要進(jìn)一步的研究。

綜上所述，多b 值磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像在肺占位性病灶的精準(zhǔn)穿刺中具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無(wú)利益沖突。