DWI在肺癌診療過程中的應用研究進展

蔣潔智 綜述 丁瑩瑩 審校

肺癌是目前發病率和病死率最高的惡性腫瘤，因此其診療狀況成為了關注的焦點。隨著MRI硬件和軟件的快速發展，磁共振功能成像已成為國內外研究熱點。磁共振擴散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）的研究發展迅速，已不僅僅局限于神經系統的研究，在全身體部各臟器均取得了一定進展，肺部病變的DWI研究也已有所突破。本文就DWI在肺癌診斷及治療療效評價中的應用和研究進展做一綜述。

DWI的概念及相關參數

DWI作為磁共振功能成像之一，是目前唯一能在活體組織內檢測水分子擴散運動的無創影像檢查技術，它將生理及病理狀態下細胞外液水分子擴散的變化和組織結構的形態學及生理學改變聯系起來，能在宏觀成像中反映活體組織中水分子的微觀擴散運動情況。

1.表觀擴散系數及其影響因素

人體內水分子擴散運動的能力常用表觀擴散系數（apparent diffusion coefficient，ADC）值來表示。ADC值可以作為評估水分子擴散狀況的量化指標，定量評估組織的微觀結構及病理生理狀態。ADC值的大小受組織內各種形式水分子運動的影響，其中細胞外水分子運動和微循環灌注是主要影響因素。

2.b值的選擇與DWI信號強度、ADC值的關系

DWI通常采用單次激發EPI技術，取多個擴散敏感系數（b值）進行多次成像。并行采集技術的應用，可縮短成像時間，改善空間分辨力。b值反映擴散梯度場強度和持續時間，b值越大，對水分子的擴散運動越敏感，DWI的擴散對比度越強，但會引起較大的信號衰減，造成DWI的空間分辨力減低，圖像出現不同程度的扭曲、變形，信噪比差，從而影響對病變特別是較小病變的檢出；b值越小，水分子的擴散受局部組織微循環灌注的影響越大，所測得的ADC值穩定性差，易受其他生理運動的影響，不能有效反映水分子的擴散運動。因此，b值的選取是否合適直接影響到診斷結果。目前對于肺癌DWI掃描的b值選擇及幾組b值的聯合仍沒有達成共識，一般認為b值的最大值為500～1000s／mm2較為適合肺部病變的評價。但是，目前關于不同b值及多種b值聯合對肺癌的研究國內未見相關報道，可能成為今后研究的方向。

DWI在肺癌診斷中的應用

隨著磁共振成像技術的不斷進步，DWI也逐漸被應用到腫瘤的診斷及鑒別診斷中，并且推動了全身DWI的臨床研究和發展[1]。現在已有令人信服的數據支持DWI在惡性腫瘤特征性描述方面的應用，包括鑒別病變的良惡性及區分淋巴結性質，通過分析病理狀態下細胞外間隙和細胞內外水分子的擴散變化來診斷疾病，DWI在體部其他臟器如肝臟、胰腺、腎上腺及盆腔臟器如直腸、前列腺、子宮等良惡性病變及臟器功能方面均有臨床研究及應用價值[2-4]，這為DWI在肺癌的研究及臨床應用提供了大量經驗。

磁共振在肺部的應用，因受肺實質質子密度低、磁敏感性不均勻、肺內擴散、灌注和血流效應、呼吸運動及心臟搏動偽影等因素的影響，圖像信噪比低，成像質量不高。隨著高場強MR的應用、快速成像序列的開發、聯合并行采集技術以及呼吸和心電門控的應用，圖像信噪比明顯提高，保證了圖像質量的穩定性。MRI在肺癌的診斷、鑒別診斷、分期等方面顯示出了更多的應用價值。

1.DWI對肺癌的診斷及鑒別診斷

多數惡性腫瘤細胞排列密集，細胞外間隙減小，水分子的運動阻力較大，擴散受限，而壞死組織及良性腫瘤中水分子的運動阻力較小，水分子活動相對自由。因此可利用良性與惡性腫瘤組織在DWI上存在信號強度及ADC值的差異來進行鑒別。在肺癌研究方面，Liu等[4]對62例肺部病變患者行DWI掃描，發現良惡性腫瘤的DWI信號無明顯差異，但良性腫瘤的ADC值明顯高于惡性腫瘤。Mori等[5]對DWI和PET／CT在肺內腫瘤診斷價值方面進行了對比研究，認為DWI對肺內惡性腫瘤的診斷符合率與PET／CT無明顯差異，但對肺內良性腫瘤的診斷敏感度高于PET／CT，主要原因是DWI對一些活動性炎癥診斷的假陽性率低于PET／CT，提示DWI較PET／CT對肺內良、惡性腫瘤的鑒別診斷更有優勢。Satoh等[6]對51例患者的54個肺結節進行掃描，發現DWI診斷良、惡性肺結節的敏感度、特異度、準確率分別為88.9%、61.1%、79.9%，提示 DWI對鑒別肺結節的良惡性具有一定價值。但是，對于小的轉移性結節、非實質性腺癌、肉芽腫及活動性炎性結節的診斷仍存在一定困難。

2.DWI對中央型肺癌與肺不張的鑒別

臨床工作中，中央型肺癌合并阻塞性肺炎或肺不張很常見，準確地區分腫塊與不張肺組織對于腫瘤的臨床分期、治療方法的選擇、確定放療放射野及預后評價具有重要意義。Qi等[7]對33例經病理確診的肺癌伴有肺不張患者行 MRI檢查，在DWI圖像上腫塊信號明顯高于不張的肺組織，兩者可進行鑒別，其中8例在T2WI上很難區分腫塊和肺不張，而DWI可以區分，因此認為DWI有助于兩者的鑒別診斷。將T2WI良好的解剖細節顯示與DWI對腫瘤的細節顯示結合起來，對腫瘤與肺不張的鑒別能提供更多信息，因此有學者認為DWI對肺癌、肺不張的鑒別能力優于T1WI及CT增強掃描，且聯合T2WI與DWI對腫塊與肺不張的鑒別能力明顯高于單獨運用T2WI[8]。DWI圖像上肺癌的信號強度高于肺不張，而ADC值低于肺不張，用DWI來鑒別肺癌和肺不張是可行的。

3.DWI對不同類型肺癌的鑒別和在肺癌分期中的應用

由于不同分化程度肺癌之間的腫瘤細胞排列方式、細胞密度以及周圍間質均存在差異，因此水分子的擴散程度亦存在一定差異，從而可以利用DWI把腫瘤內部特征顯示出來并加以鑒別。Liu等[4]研究表明小細胞肺癌的平均ADC值明顯低于非小細胞肺癌，這種ADC值的差異或許反映了不同腫瘤的不同組織病理學特征。Koyama等[9]認為DWI和ADC值可在一定程度上區分肺癌的細胞分化程度，且短反轉時間的反轉恢復（short T1inversion recovery，STIR）序列可用于非小細胞肺癌及其他惡性腫瘤的診斷及臨床分期的評估。Matoba等[10]對30個肺癌結節進行了DWI成像研究，肺鱗癌的ADC值為（1.63±0.50）×10－3mm2／s，肺腺癌的 ADC 值為（2.12±0.60）×10－3mm2／s，肺腺癌的ADC值明顯高于肺鱗癌，高分化腺癌的ADC值高于低分化腺癌。因此認為肺癌的ADC值與分化程度有一定的相關性，可以通過ADC值對不同類型的肺癌進行鑒別。

傳統影像學判斷縱隔肺門淋巴結轉移主要依賴于淋巴結的大小、形態變化、內部壞死、淋巴結外侵犯及強化程度等指標，但是這些指標對于正常大小淋巴結內微轉移灶診斷困難。而肺癌治療依賴于準確的分期，即對腫瘤大小、侵犯程度、局部淋巴結浸潤和遠處轉移情況做出準確評價。CT主要依據淋巴結的大小來評價其良惡性，但有研究表明縱隔淋巴結的轉移與淋巴結大小之間沒有必然聯系，而DWI和ADC值在鑒別全身炎性淋巴結和腫瘤性淋巴結中具有較高的價值。Abdel－Razek[11]的研究顯示，頸部轉移性淋巴結及淋巴瘤引起的淋巴結腫大其ADC值明顯低于良性淋巴結。

Kosueu等[12]用DWI來評價縱隔淋巴結的性質，通過測量病灶的ADC值和信號強度值，表明惡性淋巴結的ADC值明顯低于良性。Hasegawa等[13]對42例非小細胞肺癌患者行DWI檢查來評價縱隔淋巴結，其診斷的敏感度、特異度、陽性預測值、陰性預測值、診斷符合率分別為80%、97%、80%、97%、95%，結果顯示DWI具有較高的陰性預測值，可成為肺癌手術前評估縱隔淋巴結分期的一種有效的檢查方法。

DWI在肺癌治療療效評價方面的初步研究探討

隨著化療方案和藥物類型的不斷更新，以鉑類化療藥物為基礎的聯合化療現被列為非手術肺癌患者的一線治療方案，大大改善了患者的生活質量，延長了生存期。個體化治療是近年來新興的一種治療方法，具有較廣闊的臨床應用前景[14]。因此如何及時、準確地評價肺癌化療的療效，對制定適合的個體化治療方案至關重要。

1.目前評價肺癌治療療效的影像學方法

目前評價肺癌治療療效的影像學方法主要包括MSCT、MRI和PET／CT等。MSCT主要顯示腫瘤大小的變化情況，主要依據RECIST標準即實體瘤療效評價標準進行判斷，但其具有以下局限性：①難以鑒別腫瘤組織與壞死或纖維化成分，故敏感度和診斷符合率不高；②根據RECIST標準，評價時間在治療后4周左右進行，但由于組織代謝的改變早于形態學改變，故在腫瘤縮小與腫瘤細胞死亡間存在著時間的不同步性，對療效的評價存在滯后和明顯不足，因而其對于評價早期療效存在一定的局限性[15]。

PET／CT作為一種新的成像技術能夠定量評價肺癌組織生物學指標，通過結合體外組織分析，可能是指導治療的理想手段。但由于受部分容積效應的影響，PET／CT在對肺內小病灶進行測量時，氟脫氧葡萄糖（Fluorodeoxyglucose，FDG）攝取值可能偏低，其測量值也會受活動性炎癥的影響，因此存在較高的假陰性率和假陽性率[16]，且PET／CT價格昂貴，目前還難以普及運用。

常規MRI檢查可以鑒別正常肺組織與腫塊、肺不張，MRI平掃即可顯示病灶與肺門血管、縱隔淋巴結間的關系，但在鑒別腫瘤的良惡性及早期淋巴結轉移方面存在一定局限性。目前，隨著MRI新技術的發展，磁共振功能成像在評價肺癌縱隔淋巴結轉移、胸膜轉移、心包及縱隔侵犯等方面發揮了重要作用，已有研究表明DWI有助于對肺癌化療療效的評估[17]。

2.DWI評價腫瘤療效的基本原理

生物組織內水分子的擴散運動與組織空間結構有關，分子粘滯度、核漿比、胞漿內大分子物質如蛋白質的分布、細胞內外結構之間膜通透性、主動轉運等均可對其產生影響。對于實性腫瘤，腫瘤細胞密度對水分子擴散的影響更為重要，而細胞密度也是預測腫瘤預后的一個指標[18-19]。在細胞致密區域由于細胞密度增加、細胞外間隙減小、組織間液壓力的升高及細胞內結構的改變，導致水分子擴散運動明顯受限，DWI信號升高，ADC值減低，而腫瘤組織常較其起源組織細胞更加致密，因此DWI上表現為相對高信號。有效的抗腫瘤治療使腫瘤細胞壞死、細胞密度減小、細胞膜完整性消失、細胞外間隙增加及血管損傷，因而水分子擴散運動增加，DWI信號降低，ADC值升高[20]。

目前DWI在肺癌化療療效評估中的研究報道較少，但是DWI在乳腺癌新輔助化療療效評價方面的研究頗為成熟，這為肺癌化療療效評估的臨床應用提供了有價值的經驗[21]。

3.DWI評估肺癌患者化療前后腫瘤最大徑變化率和ADC值的變化趨勢

DWI檢查具有無創性、短期內可重復進行、無輻射等優勢。最近國內學者周榮超等[22]對19例患者分別于化療前一周和化療開始后一個月行MRI常規平掃及DWI檢查，對本組肺癌化療前后ADC值及腫瘤各徑線進行測量，結果顯示腫瘤化療后ADC值較化療前明顯升高（P＝0.004），腫瘤各徑線較化療前減小，但差異無統計學意義，證實本組腫瘤ADC值的變化比形態學（長徑、短徑和平均徑）變化更敏感地反映了腫瘤化療后的早期改變，推測與化療后腫瘤ADC值的變化早于其形態學改變有關；本組肺癌ADC值的變化率與腫瘤長徑、短徑及兩者平均徑變化率均呈顯著正相關，而且與長徑變化率之間的相關性最高，表明腫瘤的長徑是評估化療療效的一個有用的形態學測量指標。ADC值的變化早于形態學改變，能較早地對臨床治療療效做出評價，可為化療方案的制定及修改提供影像學依據。但是，關于肺癌化療后ADC值的變化率與腫瘤體積的相關性，肺癌放療、放化療聯合治療以及轉移性淋巴結在治療早期DWI信號的變化情況、ADC值的變化趨勢，在療效評價中的時間窗選擇等，這些可能成為今后研究的方向，為臨床各項治療提供更多影像學資料。

4.DWI在非小細胞肺癌療效評價中的應用

進展期非小細胞肺癌多進行全身化療和放療，因此及時準確地進行療效監測和預后評估具有重要意義。Yabuuchi等[23]通過動態增強掃描聯合DWI對非小細胞肺癌患者化療前后進行追蹤研究，認為ADC值可以監測非小細胞肺癌化療后的早期療效評估及預測預后。因此，對肺癌患者在治療前和治療過程中進行ADC值監測，可顯示腫瘤組織結構內部的細胞構成變化，從而指導化療方案的制定和化療藥物的調整。

總之，DWI不同于常規磁共振成像，可相對穩定地提供細胞分子水平的相關信息改變，具有不需要進行增強掃描的優勢，加之可量化的ADC值測量，從微觀結構的改變方面為肺癌的診斷提供更可靠、客觀的影像資料。同時，隨著DWI在肺癌不同治療方法中療效評估的深入研究，也將為肺癌早期療效的評估提供更及時、準確的影像學資料。

[1]Nakanishi K，Kobayashi M，Nakaguchi K，et al.Wholebody MRI for detecting metastatic bone tumor：diagnostic value of diffusion weighted images[J].Magn Reson Med Sci，2007，6（2）：147－155.

[2]Koh DM，Collins DJ.Diffusion－weighted MRI in the body：applications and challenges in oncology[J].AJR，2007，18（8）：1622－1635.

[3]Padhani AR，Liu G，Koh DM，et al.Diffusion－weighted magnetic resonance imagingas a cancer biomarker：consensus and recommendations[J].Neoplasia，2009，11（5）：102－125.

[4]Liu H，Liu Y，Yu T，et al.Usefulness of diffusion－weighted MR imaging in the evaluation of pulmonary lesions[J].Eur Radiol，2010，20（4）：807－815.

[5]Mori T，Nomori H，Ikeda K，et al.Diffusion－weighted magnetic resonance imaging for diagnosing malignant pulmonary nodules masses[J].Thorac Oneol，2008，3（4）：358－384.

[6]Satoh S，Kitazume Y，Ohdama S，et al.Can malignant and benign pulmonary nodules be differentiated with diffusion－weighted MRI[J].AJR，2008，191（2）：275－279.

[7]Qi LP，Zhang XP，Tang L，et al.Using diffusion－weighted MR imaging for tumor detection in the collapsed lung：apreliminary study[J].Eur Radiol，2009，19（2）：333－341.

[8]齊麗萍，張曉鵬，唐磊，等.擴散加權成像用于中央型肺癌與肺不張鑒別的初步研究[J].中國醫學影像技術，2007，23（10）：1486－1490.

[9]Koyama H，Ohno Y，Aoyama N，et al.Comparison of STIR turbo SE imaging and diffusion weighted imaging of the lung：capability for detection and subtype classification of pulmonary adenocarcinomas[J].Eur Radiol，2010，20（4）：790－800.

[10]Matoba M，Tonami H，Kondou T，et al.Lung carcinoma：diffusion－weighted MR imaging－preliminary evaluation with apparent diffusion coefficient[J].Radiology，2007，243（2）：570－577.

[11]Abdel Razek AA.Role of diffusion－welghted MR imaging in cervical lymphadenopathy[J].Eur Radiol，2006，16（7）：1468－1477.

[12]Kosueu P，Tekinbas C，Erol M，et al.Mediastinal lymph nodes：assessment with diffusion－weighted MR imaging[J].J Magn Reson Imaging，2009，30（2）：292－297.

[13]Hasegawa I，Boiselle PM，Kuwabara K，et al.Mediastinal lymph nodes in patients with non－small cell lung cancer：pre－liminary experience with diffusion－weighted MR imaging[J].J Thorac Imaging，2008，23（3）：157－161.

[14]Higgins MJ，Ettinger DS.Chemotherapy for lung cancer：the state of the art in 2009[J].Expert Rev Anticancer Ther，2009，9（10）：1365－1378.

[15]Gwyther SJ.Current standards for response evaluation by imaging techniques[J].Eur J Nucl Med Mol Imaging，2006，33（1）：11－15.

[16]Zhao B，Schwartz LH，Larson SM.Imaging surrogates of tumor response to therapy：anatomic and functional biomarkers[J].Nucl Med，2009，50（5）：239－249.

[17]Jacob RE，Minard KR，Laieher G，et al.3D3He diffusion MRI as a local in vivo morphometric tool to evaluate emphysematous rat lungs[J].Appl Physiol，2008，10（5）：1291－1300.

[18]Koh DM，Scurr E，Collins D，et al.Predicting response of colorectal hepatic metastasis：value of pretreatment apparent diffusion coefficients[J].AJR，2007，188（4）：1001－1008.

[19]Colagrande S，Carbone SF，Carusi LM，et al.Magnetic resonance diffusionweighted imaging：extraneurological applications[J].Radiol Med，2006，111（3）：392－419.

[20]Messiou C，deSouza NM.Diffusion weighted magnetic resonance imaging of metastatic bone disease：a biomarker for treatment response monitoring[J].Cancer Biomark，2010，6（1）：21－32.

[21]Pickles MD，Lowry M，Manton DJ，et al.Role of dynamic contrast enhanced MRI in monitoring early response of locally advanced breast cancer to neoadjuvant chemotherapy[J].Breast Cancer Res Treat，2005，9（1）：1－10.

[22]周榮超，于鐵鏈，馮長超，等.擴散加權成像在評估肺癌化療效果中的應用價值[J].中國肺癌雜志，2011，14（3）：256－260.

[23]Yabuuchi M，Hatakenaka M，Takayama K，et al.Non－small cell lung cancer：detection of early response to chemotherapy by using contrast－enhanced dynamic and diffusion－weighted MR imaging[J].Radiology，2011，261（1）：345－354.