DWI和DCE-MRI定量參數(shù)鑒別良惡性軟組織腫瘤的價值

宋偉，張禹，張茜，王肖，譚德力，駱祥偉

MRI組織分辨率高，是軟組織腫瘤的首選檢查方法。但軟組織腫瘤種類繁多、成分復雜且信號多樣，在常規(guī)MRI上影像特征存在重疊，術(shù)前定性診斷困難。近年來，磁共振DWI和DCE-MRI在軟組織腫瘤診斷中得到了較廣泛的應用[1-3]，尤其是DCE-MRI雖已廣泛用于腫瘤性病變的診斷研究中[4-6]，但關(guān)于DCE-MRI聯(lián)合DWI對軟組織腫瘤進行定性診斷的文獻報道并不多。本研究主要通過對DWI的表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值和DCE-MRI各參數(shù)值進行分析并建立聯(lián)合診斷模型，旨在探討其在良惡性軟組織腫瘤鑒別診斷中的價值，進一步提高對軟組織腫瘤的影像診斷準確性。

材料與方法

1.臨床資料

回顧性分析2011年3月-2020年2月在本院就診且經(jīng)病理證實的46例軟組織腫瘤患者的病例資料。其中，男22例，女24例，年齡14～82，平均(46.72±17.05)歲。所有患者經(jīng)穿刺活檢(n=5)或手術(shù)(n=41)病理證實，參照2020年版WHO骨與軟組織腫瘤分類標準明確診斷。良性組25例，包括神經(jīng)鞘瘤(n=14)、神經(jīng)纖維瘤(n=6)、骨化性肌炎(n=2)、彈力纖維瘤(n=2)和平滑肌瘤(n=1)；惡性組21例，包括平滑肌肉瘤(n=5)、滑膜肉瘤(n=1)、黏液樣脂肪肉瘤(n=1)、纖維肉瘤(n=3)、黏液性纖維肉瘤(n=1)、梭形細胞肉瘤(n=1)、胚胎性橫紋肌肉瘤(n=1)、骨外骨肉瘤(n=2)、惡性周圍神經(jīng)鞘膜瘤(n=2)、骨外尤文肉瘤(n=3)和骨外黏液樣軟骨肉瘤(n=1)。

納入標準：①MRI檢查發(fā)現(xiàn)有軟組織腫塊；②MRI檢查前未接受穿刺活檢、放化療及手術(shù)治療；③術(shù)前行DWI和DCE-MRI掃描且圖像質(zhì)量良好；④MRI檢查后1～2周進行手術(shù)或穿刺活檢術(shù)，有明確的病理檢查結(jié)果；⑤簽署了知情同意書。排除標準：①根據(jù)MRI表現(xiàn)即能明確診斷為良性病灶，如病灶富含脂肪組織(如脂肪瘤)、有豐富的流空血管信號且實性成分不明顯(如血管瘤)；②病灶主體為T2WI高信號且不強化的囊性病灶(如囊腫)[7]。

2.檢查方法

使用Siemens Verio 3.0T磁共振儀。常規(guī)MRI掃描序列包括橫軸面T1WI(TR 500 ms、TE 17 ms)、壓脂橫軸面T2WI(TR 3800 ms、TE 92 ms)和冠狀面T2WI(TR 3200 ms、TE 90 ms)。DWI采用SE-EPI序列，掃描參數(shù)：TR 5500 ms、TE 100 ms，反轉(zhuǎn)角15°，層厚5.0 mm，層間距1.0 mm，b值取0和800 s/mm2，視野20 cm×20 cm ～40 cm×40 cm，矩陣192×192，激勵次數(shù)3。平掃后行DCE-MRI掃描，DCE-MRI采用三維容積內(nèi)插體部檢查(volumetric interpolated body examination,VIBE)序列行冠狀面掃描，掃描參數(shù)：TR 2.9 ms、TE 1.07 ms，反轉(zhuǎn)角25°，矩陣320×320，層厚4.0 mm，視野40 cm×40 cm。首個時相后立即使用高壓注射器經(jīng)肘前靜脈以4mL/s的流率團注Gd-DTPA注射液，劑量0.1 mmol/kg，然后以同樣流率注入生理鹽水20 mL，無間隙掃描，共掃描50個時相，總掃描時間約4 min。DCE-MRI掃描結(jié)束后再行常規(guī)橫軸面、冠狀面及矢狀面T1WI增強掃描。

3.圖像后處理及數(shù)據(jù)分析

由2位MRI診斷主治醫(yī)師共同進行圖像后處理及參數(shù)測量。(1)ADC值的測量：將DWI原始圖像傳至后處理工作站，參照常規(guī)對比增強橫軸面T1WI上瘤體強化最明顯區(qū)域，在b=800 s/mm2的圖像上，在相應位置手工勾畫ROI，面積5～10 mm2，盡量避開腫瘤內(nèi)出血、鈣化和液化壞死區(qū)，每個ROI測量3次，取平均值(ADCmean)為最終測量結(jié)果。(2)DCE-MRI定量參數(shù)的測量：利用Siemens Tissue 4D后處理軟件對DCE-MRI數(shù)據(jù)進行后處理，選擇Tofts兩室藥代動力學模型，選擇最鄰近瘤體的動脈血管作為動脈輸入函數(shù)(arterial input function,AIF)，獲得容量轉(zhuǎn)移常數(shù)(Ktrans)、回流速率常數(shù)(Kep)和血管外細胞外間隙容積分數(shù)(Ve)這3個定量參數(shù)的偽彩圖。在DEC-MRI冠狀面圖像上，根據(jù)腫瘤內(nèi)強化的實性部分的形態(tài)手工勾畫ROI，盡量避開腫瘤內(nèi)出血、囊變和液化壞死區(qū)，然后將ROI復制到相應的3個定量參數(shù)圖像上，獲得ROI的 Ktrans、Kep和Ve值，每個病灶測量3次，取平均值。

4.統(tǒng)計學分析

使用SPSS 21.0統(tǒng)計分析軟件進行數(shù)據(jù)分析。本組中計量資料均符合正態(tài)分布，采用均數(shù)±標準差表示，采用單因素方差分析比較良、惡性軟組織腫瘤之間ADCmean值和DCE-MRI定量參數(shù)值的差異。采用ROC曲線分析評估有統(tǒng)計學意義的定量參數(shù)的診斷效能，計算曲線下面積(AUC)，利用約登指數(shù)得到最佳閾值及相應的敏感度、特異度、符合率、PPV和NPV。將Ktrans和ADCmean多參數(shù)聯(lián)合進行l(wèi)ogistic回歸分析。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

1.定量參數(shù)的比較

良性組與惡性組之間定量參數(shù)測量值和組間比較結(jié)果見表1。良性組的ADCmean和Ve值高于惡性組，Ktrans和Kep值明顯低于惡性組(圖1～4)，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

表1 兩組間定量參數(shù)的比較

圖1 女，51歲，惡性周圍神經(jīng)鞘膜瘤。a)壓脂增強冠狀面T1WI，示右下肢軟組織內(nèi)腫瘤呈橢圓形，瘤體有明顯強化(箭)；b)DCE-MRI定量參數(shù)偽彩圖示病灶呈較高灌注表現(xiàn)(黃色為主)，在瘤體強化實性部分勾畫ROI來測量各項定量參數(shù)值，Ktrans值為0.131min-1，Kep值為0.271 min-1，Ve值為0.513；c)橫軸面ADC圖，示病灶呈低信號(箭)，ADCmean值為0.684×10-3mm2/s；d)病理片鏡下示惡性梭形細胞具有明顯的多形性和束狀結(jié)構(gòu)(×100，HE)。 圖2 男，47歲，成年型纖維肉瘤。a)壓脂增強冠狀面T1WI，示右下肢脛骨旁較大軟組織腫瘤，瘤體有明顯強化(箭)；b)DCE-MRI定量參數(shù)偽彩圖示病灶呈高、低混雜灌注表現(xiàn)(以黃色和藍色為主)，在瘤體強化實性部分勾畫ROI來測量各項定量參數(shù)值，Ktrans值為0.134min-1，Kep值為0.484min-1，Ve值為0.406；c)橫軸面ADC圖，示病灶呈低信號(箭)，ADCmean值為0.666×10-3mm2/s；d)病理片鏡下示梭形細胞呈席紋狀排列，細胞核深染，可見不同程度核分裂像(×100，HE)。

圖3 女，22歲，神經(jīng)纖維瘤。a)壓脂增強冠狀面T1WI，示左下肢腓骨旁較大軟組織腫瘤(箭)，瘤體呈明顯強化；b)DCE-MRI定量參數(shù)偽彩圖示病灶呈低灌注表現(xiàn)(以淡藍色為主)，沿瘤體內(nèi)有明顯強化的實性部分勾畫ROI(綠線)來測量各項定量參數(shù)值，Ktrans值為0.073min-1，Kep值為0.104min-1，Ve值為0.702；c)橫軸面ADC圖，示病灶略低信號(箭)，ADCmean值為1.421×10-3mm2/s；d)病理片鏡下示腫瘤由長形的、波浪狀的梭形細胞組成，細胞異形性不明顯(×100，HE)。 圖4 男，61歲，神經(jīng)鞘瘤。a)壓脂增強冠狀面T1WI，示左下肢較大軟組織腫瘤(箭)，瘤體呈明顯不均勻強化；b) DCE-MRI定量參數(shù)偽彩圖示病灶呈低灌注表現(xiàn)(藍色為主)，在瘤體強化實性部分勾畫ROI(綠線)來測量各項定量參數(shù)值，Ktrans值為0.031min-1，Kep值為0.535min-1，Ve值為0.208；c)橫軸面ADC圖，示病灶呈稍高信號(箭)，ADCmean值為1.999×10-3mm2/s；d)病理片鏡下示腫瘤由細胞豐富、排列有序的Antoni A區(qū)和細胞疏松、黏液樣的Antoni B區(qū)組成(×100，HE)。

2.各參數(shù)的診斷效能

各定量參數(shù)的診斷效能指標值見表2。ROC曲線分析結(jié)果顯示，以Ktrans的AUC最大(0.907)、鑒別診斷效能最優(yōu)，Ve的AUC最小(0.460)。診斷效能最優(yōu)Ktrans聯(lián)合DWI，采用logistic回歸分析建立的回歸方程中，納入了ADCmean和Ktrans兩個參數(shù)，回歸方程為：Y=1.315-2.379Ktrans+0.001ADCmean。此聯(lián)合診斷模型的AUC為0.952，敏感度為95%，特異度88%，符合率為92%，診斷效能優(yōu)于單一參數(shù)。

表2 各定量參數(shù)鑒別良、惡性軟組織腫瘤的效能指標

討 論

軟組織腫瘤有著復雜的病理類型，良惡性鑒別診斷困難。兩者生物學行為、治療方式及預后均不相同，術(shù)前準確定性是治療軟組織腫瘤的首要步驟。既往常規(guī)MRI主要根據(jù)解剖形態(tài)學表現(xiàn)來評估軟組織腫瘤的良、惡性，無法定量分析腫瘤的特征，診斷準確性有待提高。本研究采用DWI的表觀擴散系數(shù)(ADC)值和DCE-MRI定量參數(shù)對軟組織腫瘤良惡性進行鑒別診斷，旨在提高術(shù)前診斷準確性。

DWI反映水分子擴散快慢，ADC值是DWI的定量指標，能在一定程度上反映活體組織的細胞密度。ADC值的準確測量與擴散敏感系數(shù)b值有關(guān)。王蘭菁等[8]認為b值取800 s/mm2時，DWI對肺內(nèi)良、惡性結(jié)節(jié)的鑒別診斷效能最高。滿育平等[9]取b值為800 s/mm2進行DWI來鑒別腮腺混合瘤與腺淋巴瘤，圖像具有較好的信噪比。但目前對軟組織腫瘤DWI檢查中最優(yōu)b值的選擇尚無統(tǒng)一意見，在本研究中b值采用800 s/mm2，發(fā)現(xiàn)能兼顧圖像質(zhì)量和提高病灶檢出率。

本組結(jié)果顯示：惡性組的ADCmean值低于良性組，差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，與文獻報道的結(jié)果相符[10-12]。這可能是由于惡性腫瘤細胞分化差，增殖能力強，細胞密度高且排列緊密[4,6,10,12]，導致腫瘤組織內(nèi)水分子擴散受限。已有較多研究證實DWI單指數(shù)模型獲得的ADC值對鑒別良、惡性骨骼肌軟組織腫瘤是可靠和有價值的[10-13]。本研究中ROC曲線分析結(jié)果顯示以ADCmean=1.1185×10-3mm2/s作為鑒別閾值，AUC為0.867，相應的敏感度、特異度和符合率分別為86%、88%和87%，顯示出較高的診斷效能。陳東等[10]以ADC=1.28×10-3mm2/s作為鑒別良、惡性軟組織腫瘤的閾值，AUC為0.783，敏感度為92.00%，特異度為65.91%。但也有研究結(jié)果顯示良、惡性軟組織腫瘤的ADC值存在重疊[14-15]，分析原因目前多認為是由于軟組織腫瘤的異質(zhì)性所致。Nagata等[15]報道黏液類軟組織腫瘤的ADCmean值大于非黏液類；良、惡性黏液類軟組織腫瘤的ADCmean值的差異無統(tǒng)計學意義；而在非黏液類軟組織腫瘤中ADCmean值的差異有統(tǒng)計學意義，且表現(xiàn)為良性組的ADCmean值大于惡性組。

本研究在勾畫ROI時，避開了瘤體內(nèi)囊變、壞死和黏液變等區(qū)域，這可能造成與既往研究結(jié)果[14-15]的不同，有待未來擴大樣本量對黏液類腫瘤亞組進一步進行分析和探討。筆者認為對于軟組織腫瘤的異質(zhì)性，應選取合適的ROI來優(yōu)化評估結(jié)果，選取瘤體強化最明顯的實性區(qū)域的ADC值，能更準確地反映瘤體實性成分內(nèi)水分子擴散受限的真實情況。另外DWI檢查中易產(chǎn)生化學位移偽影，使得其對較小的病灶定位困難，故單獨使用具有局限性。

因此，我們進一步研究了DCE-MRI對良、惡性軟組織腫瘤的診斷價值。DCE-MRI作為一種新型功能成像技術(shù)，既能觀察腫瘤的形態(tài)，又能獲得血流動力學參數(shù)[12,16-18]，且穩(wěn)定性更佳。本研究結(jié)果顯示惡性組的Ktrans和Kep值均明顯高于良性組(P<0.05)，與既往文獻報道一致[1,12,17,23]。分析原因可能在于惡性腫瘤能誘導血管內(nèi)皮細胞生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)表達增加，促進微血管生成，由于新生血管的管壁不成熟、基底膜不完整，導致血管微循環(huán)灌注和滲透性增高，導致Ktrans和Kep值大于良性腫瘤。本組ROC曲線分析結(jié)果顯示Ktrans的AUC為0.907，診斷效能最優(yōu)，當Ktrans閾值為0.1285/min時，敏感度為82%、特異度為88%。劉雅怡等[1]報道Ktrans的AUC為0.859，取Ktrans值0.169/min為閾值，敏感度為84.6%、特異度為85.8%，并指出Ktrans和Kep與Ki-67標記指數(shù)及微血管密度呈正相關(guān)，能夠反映腫瘤的生物學行為，且隨著軟組織腫瘤惡性程度的增加，Ktrans和Kep值也隨之升高。DCE-MRI在評估軟組織腫瘤良惡性、評價藥物療效和指導活檢等方面具有臨床應用價值[12,19-22]。Li等[22]利用Ktrans和Kep對軟組織肉瘤進行術(shù)前分級，為臨床治療提供更多有價值的信息。

Ve代表血管外細胞外間隙容積分數(shù)。本研究中惡性組的Ve值小于良性組，差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，與Lee等[17]研究結(jié)果一致。然而張晶等[16]研究結(jié)果顯示惡性腫瘤的Ve值高于良性腫瘤(P<0.05)，劉雅怡等[1]和張雨等[23]報道，惡性腫瘤的Ve值高于良性腫瘤，但差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。分析原因可能與Ve受細胞密度、細胞膜、微血管滲透性、細胞外基質(zhì)等多種因素的影響有關(guān)[1,22,23]。本研究中ROC曲線分析結(jié)果顯示Ve的曲線下面積為0.460，提示其診斷價值較低。因此，Ve用于鑒別軟組織腫瘤良、惡性的價值仍需要進一步探討。

綜上所述，本研究結(jié)果顯示ADCmean、Ktrans和Kep在鑒別軟組織腫瘤良惡性中診斷效能都較高，以Ktrans最優(yōu)。ADCmean與Ktrans鑒別診斷的敏感度、特異度、符合率比較接近。因此作者認為DWI具有無需注射對比劑、成像時間快等優(yōu)勢，對腎功能不全高風險體質(zhì)患者，或可避免對比劑暴露，但其單獨使用具有局限性。聯(lián)合ADCmean和Ktrans進行分析，獲得的敏感度為95%，特異度為88%，符合率可達92%，表明多參數(shù)聯(lián)合診斷模型具有較高的應用價值。這可能是因為ADC值與DCE-MRI定量參數(shù)聯(lián)合，既能評價腫瘤的微循環(huán)狀態(tài)，又能反映組織微血管生成和血流灌注情況，從分子功能水平為鑒別診斷提供有力依據(jù)。

本研究的局限性：第一，本研究為回顧性研究，樣本數(shù)量和病變類型有限；第二，單b值選擇缺乏統(tǒng)一標準，ROI選擇受主觀因素影響較大；第三，本研究僅探討良、惡性軟組織腫瘤各定量參數(shù)的差異，未探討軟組織炎性病變、交界性腫瘤與良、惡性軟組織腫瘤的差異性，有待擴大樣本量進一步研究。

綜上所述，基于DWI序列的ADC值和DCE-MRI定量參數(shù)能為軟組織腫瘤良惡性的鑒別提供參考，尤其是Ktrans具有最優(yōu)診斷效能，多參數(shù)聯(lián)合可進一步提高鑒別診斷效能。