计算DWI技术诊断胰腺癌

梁亮, 顾君英, 刘锴, 傅彩霞, 饶圣祥, 曾蒙苏

扩散加权成像(diffusion-weighted imaging，DWI)是临床广泛应用的常规MRI技术，在肿瘤和非肿瘤性病变方面均有较高的诊断价值[1-4]。理论上，高b值(≥1000 s/mm2) DWI可增加病灶检出和显示，但高b值DWI图像常出现信噪比低、大扩散敏感梯度易致图像变形、扫描时间长等问题[5]，都限制了高b值DWI的临床应用。

计算DWI(computed DWI，cDWI)这一新技术的出现一定程度上有望解决上述问题[5，6]，具有更好的图像质量，特别是在高b值时更具优势[7]。国内几乎未见cDWI研究报道，国外cDWI研究主要集中于前列腺、神经系统等[6，8]。研究发现在前列腺癌检出方面，cDWI技术的敏感度、准确性等诊断效能均优于常规DWI[7，9]。但胰腺相关cDWI研究仍较少。cDWI技术特别是高b值cDWI在胰腺病变的应用效果有待研究。

胰腺肿瘤性病变中胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC)约占胰腺恶性肿瘤85%[10]。PDAC恶性程度较高、早期诊断率偏低且目前可选择治疗手段有效性多较低，患者预后大多较差[11]。本研究以cDWI技术所得图像质量及胰腺癌显示能力为中心，并进行相应的定量评价和统计学分析，从而了解该技术特别是高b值cDWI在胰腺癌诊断方面的优势和不足，确定适用于胰腺癌诊断的cDWI优选b值。

材料与方法

1.研究对象

搜集2012年1月-2017年9月于本院Magnetom Aera 1.5T MRI行腹部增强检查、并经病理学证实为PDAC的82例病例纳入研究，其中男50例，女32例，年龄(63.9±8.9)岁。病灶位于胰头者50例，位于胰颈、胰体、胰尾者32例。研究经本院伦理委员会批准。

2.MRI检查

Magnetom Aera 1.5T MRI 成像仪(Siemens Healthcare,Erlangen,Germany)，均采用相阵控体线圈。原始DWI扫描参数：采用平面回波(echo-planar Imaging,EPI)序列，b值包括0和500 s/mm2，TR 5100 ms，TE 55 ms，激励次数1，加速因子2，视野297 mm×380 mm，矩阵192×230，层厚6 mm。

3.cDWI图像获取

工具软件：Body Diffusion Toolbox软件(Siemens Healthcare,Erlangen,Germany)，利用原始DWI图像，经软件处理后获得cDWI图像，并上传至PACS系统。cDWI图像参数设置：计算b值包括c1000、c1500、c2000 s/mm2，单指数模型。

4.图像分析

由2名放射诊断医师共同完成(分别具有11年和13年腹部影像诊断工作经验)。评价利用PACS系统完成。评价内容包括图像质量和PDAC显示情况，图像质量评价采用4级评分法。4分(优秀)：没有发现问题，胰腺清晰显示；3分(良好)：图像轻微受损，适用于胰腺评估；2分(中等)：图像质量欠佳，但仍可用于胰腺评估；1分(差)：图像质量影响胰腺评估，胰腺显示不清。PDAC显示情况分为4型。Ⅰ型，PDAC相对周围胰腺高信号，且境界清楚；Ⅱ型，PDAC相对周围胰腺高信号，但与远端胰腺(尾侧)境界不清；Ⅲ型，PDAC相对周围胰腺等信号，或病灶不可见；Ⅳ型，PDAC相对周围胰腺低信号(图1)。

图1胰腺癌病灶显示分型。a) Ⅰ型，PDAC(箭)相对周围胰腺高信号，且境界清楚；b) Ⅱ型，PDAC(箭)相对周围胰腺高信号，但与远端胰腺(尾侧)境界不清；c) Ⅲ型，PDAC在cDWI图像(上图)相对周围胰腺等信号、未见确切显示，增强扫描动脉期病灶呈相对低信号(下图，箭)；d) Ⅳ型，PDAC(箭)相对周围胰腺低信号。

分别测量PDAC病灶、PDAC近端胰腺(头侧)、PDAC远端胰腺(尾侧)及竖脊肌信号(SI)，为确保准确度，要求测量ROI不<20 mm2。测量利用PACS系统完成。研究中PDAC的ROI平均81.4 mm2，范围29.3～376.0 mm2，PDAC近端胰腺ROI平均58.7 mm2，范围35.3～105.8 mm2，PDAC远端胰腺ROI平均65.9 mm2，范围28.2～199.8 mm2，竖脊肌平均192.2 mm2，范围50.9～387.8 mm2。

测量后，计算胰腺组织与竖脊肌信号比，PDAC与竖脊肌信号比，PDAC与胰腺信号对比，计算PDAC-胰腺信号差异与竖脊肌信号比。

相关计算公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

5.统计学分析

利用SPSS 19.0.0软件进行统计学分析，具体包括利用Friedman检验比较不同b值间DWI及cDWI图像质量、PDAC显示情况是否存在差异，若存在差异，则进一步利用Wilcoxon符号秩检验比较任意两组b值间是否存在差异(两两比较P须校正为<0.008认为有统计学差异)。

利用Friedman检验分别比较不同b值DWI及cDWI间近端胰腺、病灶、远端胰腺与竖脊肌信号比是否存在差异，P值<0.05认为具有统计学意义，若存在差异，则进一步利用Wilcoxon符号秩检验比较任意两组b值间是否存在差异(两两比较P值须校正为<0.008认为有统计学差异)，同时利用Wilcoxon符号秩检验比较相同b值DWI及cDWI病灶、胰腺与竖脊肌信号比间是否存在差异，P值校正为<0.025认为具有统计学意义；利用Friedman检验比较不同b值DWI及cDWI间PDAC与胰腺信号对比、PDAC-胰腺信号差异与竖脊肌信号比是否存在差异，P<0.05认为具有统计学意义，若存在差异则进一步利用Wilc-oxon符号秩检验比较任意两组b值间是否存在差异(两两比较P值须校正为<0.008认为有统计学差异)。

表1 不同b值DWI及cDWI图像质量评价及PDAC显示情况

图2不同b值DWI及cDWI图像PDAC显示情况。

结 果

1.主观评价结果

不同b值DWI及cDWI图像质量评价及PDAC显示情况具体见表1、图2。随b值增高，图像质量下降(图3)，500、c1000、c1500、c2000 s/mm2组间差异均有统计学意义，P值均<0.001。

对于PDAC显示，b值为c1000 s/mm2时，Ⅰ型病灶比例较500 s/mm2组增加(图3、4)，c1500 s/mm2组进一步增加，Ⅱ型病灶相应减少。两两比较发现，b值500 s/mm2组病灶显示与c1000、c1500、c2000 s/mm2差异均有统计学意义，P值均<0.001，c1000与c1500 s/mm2、c2000 s/mm2差异无统计学意义，P=0.025(校正P值须<0.008)。

2.定量评价结果

不同b值DWI及cDWI胰腺组织及PDAC与竖脊肌信号比：信号测量时，为确保准确度，研究要求ROI不<20 mm2，80例PDAC符合要求、完成测量；80例中50例PDAC位于胰头，未测量近端胰腺组织信号，30例获得近端胰腺组织信号，10例PDAC位于胰尾、1例远端胰腺完全萎缩，未测量远端胰腺组织信号，69例获得远端胰腺组织信号。

四组b值间PDAC近端及PDAC远端胰腺与竖脊肌信号比差异均无统计学意义(P值分别为0.253和0.361)，PDAC与竖脊肌信号比随b值增高而提高，差异有统计学意义(P值<0.001)，两两组间比较差异均有统计学意义(P值均<0.001，表2)。

不同b值DWI及cDWI PDAC与胰腺组织信号对比：四组b值间PDAC与近端胰腺组织CR两两比较500 s/mm2与c1000、c1500、c2000 s/mm2差异P值分别为0.072、0.116、0.045，c1000 s/mm2与c1500、c2000 s/mm2差异P值分别为0.213、0.049，c1500 s/mm2与c2000 s/mm2差异P值为0.016，均无统计学意义(校正P值须<0.008，表3)。

四组b值间PDAC与远端胰腺组织CR两两比较：500 s/mm2与c1000、c1500、c2000 s/mm2差异均有统计学意义(P值均<0.001)，c1000 s/mm2与c1500、c2000 s/mm2差异均有统计学意义(P值均<0.001)，c1500与c2000 s/mm2差异有统计学意义，P值为0.002(校正P值须<0.008，表3)。

不同b值DWI及cDWI PDAC-胰腺组织信号差异与竖脊肌信号比:四组b值间PDAC-近端胰腺组织SR两两比较仅c1500与c2000 s/mm2差异有统计学意义(P值为0.004)，500与c1000、c1500、c2000 s/mm2差异P值分别为0.047、0.079、0.026，c1000与c1500、c2000 s/mm2差异P值分别为0.131、0.028(校正P值须<0.008，表4)。

四组b值间PDAC-远端胰腺组织SR两两比较：500与c1000、c1500、c2000 s/mm2差异均有统计学意义(P值均<0.001)，c1000与c1500、c2000 s/mm2差异均有统计学意义(P值均<0.001)，c1500与c2000 s/mm2差异有统计学意义，P值为0.001(校正P值须<0.008，表4)。

讨 论

目前，DWI已是常规应用的MRI技术，在肿瘤诊断方面DWI结合ADC值已广泛用于病灶检出、定性、评价治疗反应等[2-4]，关于DWI在肿瘤侵袭性评估、局部分期和发现复发等方面的研究也不乏报道[1，12，13]。

表2 不同b值DWI及cDWI胰腺组织及PDAC与竖脊肌信号比(SR)

表3 不同b值DWI及cDWI PDAC与胰腺组织信号对比(CR)

表4 不同b值DWI及cDWI PDAC-胰腺组织信号差异与竖脊肌信号比(SR)

图3男，66岁，胰体PDAC(箭)。a) T2WI； b) 增强扫描动脉期； c) 原始DWI图像，b=500s/mm2，图像质量评分为4分，病灶显示类型为Ⅱ型，PDAC相对高信号、但与远端胰腺(尾侧)境界不清；d) cDWI图像，b=c1000s/mm2，图像质量评分为4分，病灶显示类型为Ⅰ型，PDAC内坏死囊变区信号明显降低，远端胰腺信号降低，PDAC实质高信号，境界清楚，PDAC实质、坏死囊变清楚分辨； e) cDWI图像，b=c1500s/mm2，图像质量评分为3分，病灶显示类型为I型，与b=c1000s/mm2时类似； f) cDWI图像，b=c2000s/mm2，图像质量评分为2分，病灶显示类型为I型，图像质量较b=c1000s/mm2、c1500s/mm2下降。

应用DWI的关键是提高病灶与正常组织对比，重要参数为b值。理论上随b值增高两者对比增加，但是，随b值增高的同时两者绝对信号强度均下降[6]，图像质量也随之下降[14]。尽管高b值(≥1000 s/mm2) DWI可增加病灶检出和显示，但图像信噪比低、大扩散敏感梯度易致变形、扫描时间长等均是获取高b值图像过程中需要面临的问题[5]。

cDWI的出现为解决上述问题提供了新的技术手段[5，6]。cDWI是一种数学计算技术，计算依据为ADC值公式：ADC=ln(Sa/Sb)/(ba-bb)，推导后cDWI公式为Sc=Saexp(-[bc-ba] ADC)，Sc为cDWI图像信号。由此可见，在至少两个b值DWI图像的基础上，通过逆向计算cDWI能够获得任意b值cDWI图像，从而节省扫描时间。图像质量方面，cDWI的优势在于能利用相对短的TE时间扫描经计算获得高b值图像，还能抑制背景噪声、维持病变信号，从而获得病变和正常组织更好的对比[9]。因此，比之直接获得的DWI图像，cDWI具有更好的图像质量，特别是在高b值DWI方面更具优势[5，7，9，15]。

在胰腺癌方面，当PDAC位于胰头或胰体时，由于梗阻性胰腺炎常并发于远端胰腺，同样显示高信号，低b值DWI可能无法清晰显示PDAC病灶[16]。高b值(≥1000 s/mm2) DWI可能有望增加对比，更为清楚显示PDAC[17]，但如上文所述，图像获取时间长、信噪比低等，均限制了高b值DWI的应用。

本研究就cDWI技术特别是高b值cDWI在胰腺癌中的应用进行了研究。研究发现，随b值增加cDWI图像质量下降，PDAC显示能力(包括与邻近胰腺对比)提高。特别是随b值增加，cDWI上PDAC与远端胰腺对比明显提高，病灶境界更为清楚，部分病例显示由II型转为I型，与常规DWI相似[17]。

分析上述变化原因，部分PDAC远端胰腺伴随阻塞性改变，低b值DWI图像也会表现为高信号，b值增加后其信号下降速度明显高于PDAC，可能与cDWI b值提高后T2穿透效应减小有关，随之PDAC范围和边界更为清楚，与常规DWI相似[17]。PDAC内坏死囊变低b值DWI图像也会表现为高信号，同样由于cDWI b值提高后T2穿透效应减小，高b值cDWI图像上信号明显减低。高b值cDWI对PDAC更为清楚的显示有助于治疗决策。

本研究也发现，cDWI b值c2000 s/mm2较c1500 s/mm2组病灶显示能力没有差异，但图像质量明显下降，b值c2000 s/mm2组评分均值仅为1.83，已低于可评价病灶诊断要求(2分)。另外，虽然c1500 s/mm2组病灶显示能力优于c1000 s/mm2，但两者无统计学差异。文献中曾建议胰腺DWI b值可选择800～1000 s/mm2利于病灶检出[2,3]。综合上述原因，胰腺病变应用cDWI技术时，建议使用软件计算获得b值1000～1500 s/mm2图像。

图4男，49岁,胰体PDAC(箭)。a) T2WI； b) 增强扫描动脉期； c) 原始DWI图像，b=500s/mm2，图像质量评分为4分，病灶显示类型为Ⅱ型，PDAC相对高信号，但与远端胰腺(尾侧)境界不清，远端胰腺潴留囊肿形成(短箭)； d) cDWI图像，b=c1000s/mm2，图像质量评分为4分，病灶显示类型为Ⅰ型，PDAC远端胰腺信号降低，潴留囊肿信号明显降低，PDAC高信号、境界清楚，远端扩张胰管、潴留囊肿清晰显示； e) cDWI图像，b=c1500s/mm2，图像质量评分为4分，病灶显示类型为Ⅰ型，与b=c1000s/mm2时类似； f) cDWI图像，b=c2000s/mm2，图像质量评分为3分，病灶显示类型为Ⅰ型，图像质量较b=c1000s/mm2、c1500s/mm2稍下降。

本研究获取cDWI图像利用了单指数模型，另有双指数(IVIM)模型、延伸指数模型等算法[8]。其中，单指数模型最为便捷，且单指数模型所得cDWI与其它模型在诊断效能方面均无明显差异[18]，可以确保所得cDWI图像的准确性。

由于本研究为回顾性研究，原始DWI图像扫描中未获取高b值图像，无法将cDWI图像与直接扫描获得的高b值DWI图像进行对照研究，但本研究了解了cDWI技术在PDAC诊断方面的优势和不足，并确定了适用于PDAC诊断的cDWI优选b值，后续研究将进一步探究直接扫描获得高b值DWI图像与cDWI技术在胰腺癌中应用的差异。