扩散加权成像区分肺良恶性病变的价值

陈爱萍 李惠民 刘士远 肖湘生 于 红 范 丽

肺癌发病率、死亡率居高不下,随着国际社会对CT辐射剂量累计危害和辐射污染的日益高度重视,越来越要求寻求一种安全有效的无创性检查方法,来快速有效的诊断和鉴别诊断肺癌。磁共振功能成像在体部积累了广泛应用经验,扩散加权成像(DWI)在肺部的应用也有了相应研究[1-6],笔者对DWI在肺癌诊断和鉴别诊断中的可行性和临床应用价值进行了初步探讨。

方 法

1.研究对象

2008年12月至2009年10月经胸部MDCT检查发现肺内结节或肿块性质待定者58例,男38例,女20例,年龄 27～79岁,平均(54.81±11.87)岁,包括38例肺癌(腺癌 23例,鳞癌 11例,小细胞肺癌4例,手术或穿刺或支气管镜病理证实)和20例炎症(结核球6例,炎性假瘤4例,慢性炎性肉芽肿结节共9例,曲菌球1例,手术病理或临床随访证实);经患者同意并取得患者配合,CT检查后三天内行MRI常规横断面T1WI、T2WI和多b值DWI扫描。病灶最大径超过1cm,内部无明显的钙化或空洞,对混杂密度病灶,实性成分占病灶50%以上。

2.MRI检查

采用GE 1.5T Excite HD磁共振成像系统,梯度场强40mT/m,梯度切换率150T/(m◦s),8通道体部相控阵线圈成像,患者仰卧位,采用呼吸门控和心电门控技术。病人无心脏起搏器或恐惧幽闭症等磁共振检查的禁忌证,无严重心功能不全等心肺基础疾病,监测心率不超过90次/min。训练患者屏气,先行常规T1WI、T2WI(横断面+冠状面)扫描,以确定病变位置,打开呼吸和心电监控,监测患者呼吸和心率。

DWI序列采用单次激发自旋回波回波平面成像(echo-planar M R imaging,SE-EPI),成像参数:TE/FA=26.4ms/45°,FOV 40 cm ×40cm,矩阵256×128,层厚8mm,层距 0mm,采用多b值(b=0、300s/mm2、600s/mm2、900s/mm2、1200s/mm2)成像方式(一次同时获得4个b值的DWI成像)。层厚6mm,扫描层数4/6层,心电参数:R-R间期:2/3(分别对应扫描层数4/6层),触发窗:20,触发延时:最小;弥散参数:弥散方向:TENSOR,b值 1200 s/mm2,最优化TE;ASSET(array spatial sensitivity encoding technique,并行采集空间敏感性编码技术)因子:2,弥散采集方向:×3;自由均匀呼吸(保证呼吸节律一致),平均扫描时间约1～2min。

3.图像分析方法

将DWI图像传到ADW4.2后处理工作站,用Function tool 2软件中的ADC图进行图像后处理,分别比较不同b值时图像的成像质量,选取最优b值的图像(b=300s/mm2时)进行信号强度(signalintensity,SI)评分,并比较两种参照物(病灶同层面胸髓和胸壁肌肉)时信号强度评分的差异。由2位有磁共振诊断经验的放射科医师在未知病理结果的前提下进行评判,有分歧者最终商讨达成一致。采用5分制评分法,记录病灶得分情况:1分,病灶的SI明显低于参照物;2分,病灶的SI稍低于参照物;3分,病灶的SI基本等于参照物;4分,病灶的SI稍高于参照物;5分,病灶的SI明显高于参照物。

4.统计学分析方法

采用SAS 9.13软件进行统计学分析,定量数据用均数±标准差表示。采用两样本t检验比较良恶性病变的信号强度评分分值的差异性,绘制ROC曲线来评价5分制评分的诊断效能。检验水准=0.05。

结 果

1.两种参照物的诊断效能比较

以肌肉为参照的DWI诊断肺良恶性病变的ROC曲线下面积为0.738,以胸髓为参照时的曲线下面积0.701,两者统计学上无显著差异(P=0.3095;图1,2),也即两者的诊断效能没有差异。

2.DWI诊断肺良恶性病变(表1)

以肌肉为参照时,肺癌的DWI信号强度评分4.34±0.97,显著高于良性病变组的评分 (3.25±1.37),经两样本t检验显示肺癌与炎症之间的评分有显著差异(P=0.0036＜0.05)。以评分值3作为良恶性的界值,其诊断敏感性、特异性、准确性和约登指数分别为 81.58%、45.00%、75.86%、0.3474。

以胸髓为参照时,肺癌的DWI信号强度评分为3.74±1.31,显著高于良性病变的评分(2.75±1.37),经两样本t检验显示肺癌与炎症之间的评分有显著差异(P=0.0119＜0.05)。以评分值3作为良恶性的界值,其诊断敏感性、特异性、准确性和约登指数分别为94.74%、40.00%、68.97%、0.2658。

表1 肺部病变分类及评分

讨 论

1.DWI原理及多b值DWI在肺部的应用价值

磁共振扩散加权成像 (DWI)技术是唯一能在活体检测组织内水分子扩散运动的无创影像检查技术,能在宏观成像中反映活体组织中水分子的微观扩散运动[7,8]。本研究采用的多b值DWI技术,具有更多的成像技术优点:大大缩短了扫描时间,在后处理时保证每个b值对应的ROI兴趣区位置和大小基本完全一致,最大程度地减少了测量误差;无需患者屏气,自由均匀呼吸即可完成扫描。扫描图像质量基本满足分析目的,能够较准确地测量出所选感兴趣区的信号强度,但随b值增大,信噪比逐渐下降,对比噪声比和背景噪声未有明显变化。

DWI的主要参数是扩散敏感因子即b值。b值越小,DWI图像的信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR)越高,T2穿透效应(T2shine-through)、灌注、宏观运动等因素的影响越大;b值越大,各种影响因素减小,ADC值越接近组织的真实弥散值,但SNR和CNR会显著降低,磁敏感伪影、图像几何变形等也逐渐变得严重[7-9]。本组采用多b值DWI成像,设定b值为 300s/mm2、600s/mm2、900s/mm2、1200s/mm2,呈比例递增,显示b=300s/mm2时图像质量最高,故选此b值进行评价。

由于血液灌注、限制性扩散、各向异性及细胞膜等多种因素影响,MR信号和b值间的关系较复杂。b值的大小和数量影响扩散的测量,DWI受到T2值和扩散双重影响[7]。目前,各研究使用机器类型不一致,采用b值不同,成像参数存在很多差异,尽管全身各部位的DWI开展的非常广泛,但很难制定一个用ADC值鉴别诊断良恶性病变的量化标准。因此,我们采用弥散图像上的信号强度来初步半定量的评价肺癌,结果说明该方法具有一定的临床应用价值,为肺癌的鉴别诊断提供了一种简单可行的有潜在意义的功能成像方法。

2.参照物选择

本研究绘制ROC曲线结果提示:以胸壁肌肉为参照时ROC曲线下面积为0.738,稍高于以胸髓为参照时的0.701,两者总的诊断水平无明显统计学差异。以肺病灶DWI信号高于参照物(分值3)作为诊断恶性的界值,两者诊断的敏感性、特异性、准确性和约登指数分别为94.74%、40.00%、68.97%、0.2658;81.58%、45.00%、75.86%、0.3474,其准确性相对最高。以 4为界值时,其敏感性下降,特异性增大,准确性不如前者。Satoh等[1]对肺结节行DWI成像研究,通过以胸髓为参照,比较结节的信号强度评分,提示恶性肺结节的得分 (4.03±1.16)明显高于良性肺结节(2.50±1.47),采用分值3作为临界值,诊断的敏感性、特异性和准确性分别为88.9%、61.1%和79.6%,与我们的研究结果基本一致。Uto等[2]的研究也表明肺结节在DWI上的信号强度有利于鉴别其良恶性;Qi等[3]、Baysa等[4]的研究均表明DWI在鉴别中央型肺癌的肿瘤和肺不张中也发挥着很大的作用;Mori等[5]研究也证实DWI可以用来代替PET-CT鉴别良恶性肺结节或肿块。这些都表明DWI在肺部实性病变应用的可行性和潜在价值。

从效果上看,以胸髓或胸壁肌肉作为参照都有很好的效能,都可以作为良好参照;从DWI图像质量分析,胸髓因其体积较小,图像变形伪影较大,高b值时会造成信号缺失,信号强度测量不准,而胸壁肌肉面积较大,血流较丰富,可以选取较大的ROI进行测量。从本组的实际数据来看,尽管统计学上没有显著性差异,以肌肉为参照时的假阳性和假阴性率较低而准确性较高;因此,我们认为以肌肉为参照评价病灶信号更加合理。而在肌肉信号失真时,也可以用胸髓作为参照。

3.DWI信号强度反映肺癌内部特征及鉴别诊断肺癌的意义

本组结果显示3例腺癌信号强度明显低于胸髓,评分为1;2例结核球,1例炎性假瘤,2例慢性炎性肉芽肿结节,评分为4分或 5分;而Satoh等[1]的统计也显示有一些个别病例不符合设定的分值判断标准。我们的3例腺癌均为中高分化,其中1例为细支气管肺泡癌,内部密度欠均匀,呈混杂磨玻璃改变,为DWI图像上信号强度低的原因。此外,造成假阴性或假阳性的原因还可能由于呼吸、心跳等运动伪影造成的图像质量欠佳,胸髓或肌肉信噪比较差,图像欠清,测量时病灶存在部分容积效应等,需进一步探索。

信号强度的差别可以反映组织病理特征的差异。DWI是MR功能成像方法,通过在体无创性评价水分子运动情况,从分子水平反映组织、器官的病理生理情况。肿瘤组织增殖旺盛,细胞数量增多、排列致密、胞外间隙减小,使细胞外水分子运动受限;肿瘤细胞内胞核增大、细胞器增多、胞质减少,使细胞内水分子运动减慢。而不同分化程度肺癌之间的肿瘤细胞排列方式、细胞密度、周围间质均存在差异,因此水分子的扩散就可以把内部特征显示出来[9-12]。基于以上原理,肿瘤与非肿瘤组织在DWI上可能存在信号强度与ADC值的差别。目前除了应用经验较为成熟的中枢神经系统外,体部各脏器病变的DWI也取得了较大进展。Guo等[10]的研究显示DWI有助于对乳腺良恶性疾病的鉴别,Wang等[11]的研究显示前列腺癌的边缘带及移行带的ADC值均明显低于良性病变,DWI可以反映癌肿的内部分子生物学特征。Ichikawa等[12]研究表明DWI在胰腺癌检测和诊断中的重要价值。

初步研究结果提示DWI成像序列在肺部的应用具有可行性,DWI在肺癌鉴别诊断中具有潜在的临床应用价值,但本研究仍存在一些局限性:如EPI序列磁敏感的影响,导致图像空间变形和信号丧失,DWI图像质量仍有待提高;此外,还有待于进一步与病理对照,探索扩散加权成像与肿瘤的内部病理生理机制的相关性,需在今后的工作中进一步探讨ADC值的鉴别诊断意义,为肿瘤的评价、诊断、鉴别、分期及监测疗效提供一种简单可行的有潜在意义的功能成像方法。

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3.Qi LP,ZhangXP,TangL,et al.Usingdiffusion-weighted MR imaging for tumor detection in the collapsed lung:a preliminary study.Eur Radiol,2009,19:333-341

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