DWI、DCE-MRI聯(lián)合DKI在良惡性肺結(jié)節(jié)及病理亞型中的應(yīng)用＊

汪漢林 范文輝 李自凱 王 佳 梁 奕

長江航運總醫(yī)院·武漢腦科醫(yī)院 (湖北 武漢 430010)

研究發(fā)現(xiàn)普通人群胸部X線片普查孤立性肺結(jié)節(jié)(solitary pulmonary nodule，SPN)的發(fā)現(xiàn)率約為0.2%，CT掃描發(fā)現(xiàn)率達(dá)8%～51%，惡性比率為56%～80%[1]。然而一項病理統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在經(jīng)過外科手術(shù)切除的肺結(jié)節(jié)中，良性肺結(jié)節(jié)占30%左右[2]。隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)、人工智能的快速發(fā)展和大眾健康意識的提高，孤立性肺結(jié)節(jié)在體檢人群中被更多地發(fā)現(xiàn)。這意味著如何準(zhǔn)確鑒別肺結(jié)節(jié)良惡性，達(dá)到早期診斷以避免對良性肺結(jié)節(jié)的過度處理已成為影像科醫(yī)生與臨床醫(yī)生所共同面臨的重要難題。臨床上，鱗癌與腺癌的治療方式存在較大差異性，而高齡患者一般對SPN手術(shù)及穿刺活檢難以耐受，特別是結(jié)節(jié)位于是肺門周圍。因此，運用影像學(xué)新技術(shù)在孤立性肺結(jié)節(jié)中篩查出早期肺癌，并對難以進(jìn)行活檢的肺結(jié)節(jié)進(jìn)行病理分型可為臨床提出最佳的治療方案。

1 資料與方法

1.1 一般資料收集長江航運總醫(yī)院·武漢腦科醫(yī)院2019年1月至2021年7月體檢、門診及住院患者在行肺部CT掃描時發(fā)現(xiàn)8-30mm孤立性肺結(jié)節(jié)47例。男性：30例，女性：17例，年齡范圍29～86歲，平均年齡58±5.62歲。

排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)實性肺部結(jié)節(jié)最大徑＜8mm或＞30mm；(2)混合亞實性結(jié)節(jié)，但實性成分在8mm以下；(3)純磨玻璃樣結(jié)節(jié)。

1.2 檢查設(shè)備及方法患者均仰臥位于檢查床，MR掃描儀采用德國西門子公司3.0T Skyra，16通道體線圈，行MR常規(guī)序列、DWI、DCE-MRI及DKI檢查。掃描前，首先進(jìn)行呼吸配合訓(xùn)練，訓(xùn)練患者吐氣后憋住氣，并囑咐患者檢查過程中全程盡可能地維持平穩(wěn)呼吸，以減少呼吸所致偽影。

T1WI、T2WI、DCE-MRI、DKI序列掃描參數(shù)：(1)橫軸位T1-VIBE序列：TE、TR與層厚依次為1.80ms、3.00ms、3mm；(2)橫軸位T2-BLADE序列：TE、TR與層厚依次為105ms、2190ms、3mm；(3)DCE-MRI檢查采用3D T1-VIBE序列：TE=1.72ms，TR=5.15ms，層厚3mm。對比劑選用釓噴酸葡胺注射液，劑量與團(tuán)注速度分別為0.2mmol/kg、2.0ml/s。在具體掃描時，先行蒙片掃描，再行動態(tài)增強掃描，掃描2期后借助高壓注射器進(jìn)行對比劑的注入，連續(xù)進(jìn)行45期掃描，4秒/期，每屏氣3期，休息10秒，掃描時間約7分鐘左右。(4)DWI、DKI掃描采用多b值呼吸觸發(fā)壓脂單次激發(fā)平面回波(SSEPE)序列，b=0、50、200、400、800、1400、2000s/mm2，TR 2000ms，TE 66ms，F(xiàn)OV 340mm×340mm，矩陣192×128，層厚3mm，掃描時間3min50s。

1.3 圖像分析及處理(1)將所有數(shù)據(jù)導(dǎo)入圖像處理軟件(西門子，Tissue 4D)，先完成運動矯正與圖像匹配，再基于T2WI圖像，在病灶實性成分橫截面最大層面勾畫出感興趣區(qū)(ROI)，避開囊變壞死區(qū)與出血區(qū)，借助兩室血流動力學(xué)Tofts模型，對ROI區(qū)微血管轉(zhuǎn)運常數(shù)(Ktrans)、Kep(反流速率常數(shù))、Ve(血管外細(xì)胞外容積分?jǐn)?shù))、iAUC(初始曲線下面積)進(jìn)行測量。(2)所有的DKI數(shù)據(jù)均使用圖像處理軟件(西門子，MR body diffusion Toolbox)，DKI的參數(shù)由其中5個b值計算得到(b=0、400、800、1400、2000s/mm2)，選擇DKI模型得到Dapp和Kapp值的偽彩圖。ADC值的計算仍采用同一軟件處理，選擇DWI模型得到ADC值，b值取自同組多b值DWI數(shù)據(jù)中0與800s/mm2。所有ROI區(qū)均測量三次取平均值。如圖1所示。

2 結(jié)果

2.1 病例術(shù)后病理結(jié)果47例患者掃描后一周內(nèi)均行手術(shù)或穿刺活檢，病理結(jié)果顯示，良性病變19例(40.6%)，惡性病變28例(59.5%)。在良性病變中，9例為結(jié)核性肉芽腫，4例為慢性炎性肉芽腫，3例為炎性滲出結(jié)節(jié)，肺曲霉菌球與硬化性血管瘤各1例；在惡性病變中，19例為腺癌，4例為鱗癌，腺鱗癌與轉(zhuǎn)移瘤各2例，1例為小細(xì)胞肺癌。

2.2 良性病變組與惡性病變組DWI、MR-DCE、DKI定量參數(shù)比較采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行正態(tài)分布檢驗，如果符合正態(tài)分布且方差齊性，則采用T檢驗比較良性病變組和惡性病變組ADC、Ktrans、Kep、Ve、iAUC、Dapp、Kapp值，同時比較各參數(shù)鱗癌、腺癌與良性肺結(jié)節(jié)之間差異，結(jié)果如表1、表2所示。

表1 良性病變組與惡性病變組DWI、MR-DCE、DKI定量參數(shù)比較

表2 鱗癌、腺癌與良性肺結(jié)節(jié)DWI、MR-DCE、DKI定量參數(shù)比較

2.3 良性病變組與惡性病變組各參數(shù)診斷效能對于表1所示具統(tǒng)計學(xué)差異的ADC、Ktrans、Ve、iAUC、Kapp、ADC+iAUC與值，通過受試者工作特征曲線(ROC)進(jìn)行分析。結(jié)果詳見表3。

表3 良性病變組與惡性病變組DWI、MR-DCE、DKI各參數(shù)診斷效能

3 討論

孤立性肺結(jié)節(jié)的良惡性的鑒別診斷多年以來一直是醫(yī)學(xué)影像學(xué)領(lǐng)域的一大難題，因肺組織自身氫質(zhì)子含量少，同時常會受到病人心臟大血管搏動、呼吸運動等磁敏感偽影的干擾，因此國內(nèi)外研究人員在肺部病變的MR研究較少。然而，近年來隨著MR技術(shù)的飛速發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者利用MR技術(shù)在鑒別孤立性肺結(jié)節(jié)良惡性中取得了不容忽視的成績[3-7]。

擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)是唯一能夠于宏觀成像中顯示活體組織內(nèi)水分子的微觀擴(kuò)散運動，能夠用于分析病理環(huán)境中細(xì)胞外間隙與細(xì)胞內(nèi)外水分子的擴(kuò)散狀況[8]。Usuda等[9]在對29例良性肺結(jié)節(jié)與150例惡性肺結(jié)節(jié)采用DWI及PET-CT進(jìn)行鑒別診斷時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ADC值取1.440×10-3mm2/s，其診斷效能較SUVmax高(閾值為3.43)。因此，在鑒別孤立性肺結(jié)節(jié)和腫塊良惡性方面，DWI是具有可行性的。本研究表面，惡性肺結(jié)節(jié)ADC顯著低于良性肺結(jié)節(jié)(P=0.001)，當(dāng)ADC值取1.387×10-3mm2/s 時，AUC=0.785,說明了DWI有助于肺部良惡性結(jié)節(jié)的鑒別診斷。而在鱗癌、腺癌與良性肺結(jié)節(jié)三組中腺癌組ADC值最低1.23×10-3mm2/s，表明腺癌組織中腫瘤細(xì)胞密度高，細(xì)胞核和細(xì)胞外空間減少，從而限制水分子在腫瘤組織中擴(kuò)散。

采用動態(tài)增強磁共振成像(dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI)，經(jīng)動態(tài)監(jiān)測對比劑到達(dá)組織時T1弛豫時間的變化特點，能夠得到病變組織血流動力學(xué)灌注信息。Yoshiharu報道[10]，DCEMRI對肺部病變性質(zhì)的診斷與病理學(xué)的符合率與CT、PET-CT相比較具有較高的診斷價值，CT增強的準(zhǔn)確率為80.7%，PET-CT的準(zhǔn)確率為83.7%，而DCE-MRI的準(zhǔn)確率可達(dá)88.1%。然而，以往DCE-MRI在孤立性肺部結(jié)節(jié)鑒別診斷中多采用半定量的參數(shù)分析，通過半定量參數(shù)對比劑到達(dá)時間(BAT)、達(dá)峰時間(TTP)、曲線斜率及最大斜率、廓清速率等指標(biāo)來鑒別病變的良惡性。但是這種分析方法易受MR設(shè)備、檢查條件及檢查技術(shù)員主觀因素的影響，不能定量地反映組織內(nèi)對比劑濃度的真實變化情況，也不能準(zhǔn)確地反映組織生理學(xué)信息，在良、惡性病變中存在交叉情況，具有一定的局限性。

常規(guī)DWI單指數(shù)模型假設(shè)水分子彌散是不受阻礙的自由運動，水分子在隨機運動的情況下其彌散運動位移滿足高斯分布。而在人體組織內(nèi)，水分子彌散是在細(xì)胞間隙內(nèi)非自由運動，真實的水分子彌散的運動位移是非高斯分布。擴(kuò)散峰度成像(DKI)可定量彌散偏離高斯分布的程度，與傳統(tǒng)的擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)相比，DKI能更準(zhǔn)確地評估組織微觀結(jié)構(gòu)環(huán)境的復(fù)雜性。

本研究采用DWI、DKI聯(lián)合DCE-MR全定量分析孤立性肺結(jié)節(jié)，可更加準(zhǔn)確客觀地分析孤立性肺結(jié)節(jié)的血管通透性、血流灌注、組織微觀結(jié)構(gòu)環(huán)境等情況，提高磁共振在SPN良惡性鑒別中的診斷效能。研究結(jié)果顯示惡性組孤立性肺結(jié)節(jié)的Kapp、Ktrans、Ve和iAUC值顯著高于良性組孤立性肺結(jié)節(jié)(P＜0.035)，而ADC值惡性組顯著低于良性組(P=0.001)。而在鱗癌、腺癌與良性肺結(jié)節(jié)三組中腺癌的ADC值最低，Kapp值最高，對于Ktrans、Kep、Ve、iAUC、Dapp值三組之間無明顯差異。這一結(jié)果在一定程度上與既往研究相似[11-13]。惡性SPN的Kapp值顯著高于良性，而Dapp值無差異，說明惡性SPN的擴(kuò)散較良性SPN更偏離高斯分布。Ktrans值的升高表明腫瘤組織中未成熟血管通透性和滲漏性增加，Ve值升高可能是由于肺腺癌中存在腺體結(jié)構(gòu)，因肺腺癌占本組惡性組的大部分(68.2%)，而結(jié)核和炎性孤立性肺結(jié)節(jié)占良性組的80%，從而導(dǎo)致血管外細(xì)胞外間隙減少。Kep雖無顯著性差異，但在結(jié)果中有較高的趨勢。

雖然DWI、DCE-MRI、DKI均可用來鑒別SPN的良惡性，但從表2中可見看出各參數(shù)的AUC值并不理想(0.695-0.785)，敏感度為72.7%，特異度為66.7% -80.0%，準(zhǔn)確度為67.6% -75.7%。而ADC與iAUC聯(lián)合應(yīng)用，其AUC值為0.864，靈敏度提高到81.8%，特異性提高到86.7%，準(zhǔn)確度提高到83.8%。因此，采用常規(guī)DWI與DCE-MRI結(jié)合，可以顯著提高影像檢查在鑒別孤立性肺結(jié)節(jié)良惡性中的能力。與傳統(tǒng)的DWI和DCE-MRI相比，DKI具有更高的靈敏度和準(zhǔn)確性，可能是另一種很有前景的鑒定和評價SPN的方法。

本研究雖然收集了47例孤立性肺結(jié)節(jié)患者，但入組病例仍相對較少，可能存在一定的選樣偏倚，需要增加樣本量進(jìn)一步研究證實。隨著MRI技術(shù)不斷更新、發(fā)展以及先進(jìn)軟硬件技術(shù)的進(jìn)步，相信更新穎的觀察角度(影像組學(xué)、影像基因組學(xué)、人工智能機器學(xué)習(xí)算法)將會加快各種半定量、定量的數(shù)據(jù)處理，以促進(jìn)MRI在孤立性肺結(jié)節(jié)中的深入研究。