3.0T乳腺擴散加權成像中b值的選擇

南通大學附屬醫院 影像科，江蘇 南通 226001

3.0T乳腺擴散加權成像中b值的選擇

曹亮，周學軍，趙金麗，吳曉穎，葛涌錢

南通大學附屬醫院 影像科，江蘇 南通 226001

目的探討3.0T乳腺擴散加權成像（Diffusion Weighted Imaging，DWI）中b值大小及其在疾病診斷中的價值。方法收集5例正常乳腺受檢者，19例乳腺良性病變患者及18例乳腺癌患者。采用GE公司Signa HDx 3.0T超導型全身磁共振成像（MRI）系統，進行乳腺常規MR（磁共振）掃描和DWI。擴散敏感系數（b）值分別取600、1000、1500 s/mm2。觀察正常乳腺、乳腺良性病變和乳腺癌的常規MRI和DWI，測量其表觀擴散系數（ADC）值并進行統計學分析。結果b值不同得到的圖像質量不同，b值越高對水分子擴散運動越敏感，但圖像信噪比（SNR）、對比噪聲比（CNR）越低，噪聲越大，圖像變形越嚴重；反之，b值越低，圖像SNR、CNR越高，但對水分子擴散運動不敏感。b=1000 s/mm2時，正常組平均ADC值是1.89×10-3mm2/s，良性病變組平均ADC值是1.51×10-3mm2/s，乳腺癌組平均ADC值是1.06×10-3mm2/s。結論運用GE 3.0T超導磁共振系統進行乳腺擴散加權成像，b值取1000 s/mm2時，能獲得優質的DWI，所測得的ADC值可以為乳腺癌及良性病變的鑒別診斷提供重要信息。

乳腺病變；擴散加權成像；磁共振成像；磁共振掃描儀；擴散敏感系數

乳腺疾病是危害婦女健康的常見疾病，近年來其發病率和死亡率呈上升趨勢，因此及時發現和確診乳腺疾病越來越重要。而乳腺磁共振（MR）檢查正是一種重要的檢查手段。磁共振擴散加權成像（Diffusion Weighted Imaging，DWI）是一種觀察活體組織內水分子擴散運動的無創成像技術，能從分子水平反映人體組織的空間組成信息和病理生理狀態下各組織之間水分子交換的功能情況，最早主要應用于中樞神經系統，如急性腦缺血的早期診斷。隨著高場磁共振成像（MRI）的出現，平面回波技術（Echo-PlanarImaging，EPI）的發展和乳腺專用線圈的完善，DWI在乳腺疾病診斷中發揮越來越主要的作用。影響DWI圖像質量的因素很多，其中擴散敏感系數（b）是最主要的成像參數，因此b值的選擇是研究的熱點。本文將3.0T乳腺擴散加權成像中采用不同b值獲得的DWI進行評價，旨在探討最適合的b值，及其相應的表觀彌散系數（Apparent Diffusion Coefficient，ADC）對乳腺良惡性病變鑒別診斷的意義。

1 材料與方法

1.1 一般材料

收集2011年11月～2012年11月因臨床捫及乳腺腫塊和/或鉬靶及超聲檢查出病灶，且部分定性較困難的女性患者37例，年齡25～65歲，平均年齡41歲。其中乳腺良性病變患者19例，乳腺癌患者18例。同時收集此期間在我院行MR檢查的女性健康體檢及正常志愿者5例，共10個乳腺。年齡17～45歲，平均36歲。所有檢查者均無MR檢查禁忌證，檢查前簽署知情同意書。篩選標準為檢查者無自覺癥狀，觸診未捫及腫塊，B超及鉬靶檢查均正常。

1.2 檢查方法

使用美國GE公司Signa HDx 3.0T超導磁共振掃描儀及其隨機配置的AW4.5工作站。線圈采用GE公司乳腺專用表面線圈。患者取俯臥位、足先進、乳腺自然下垂，雙乳頭置于線圈中心，患者的背部用外固定帶固定，以減少呼吸運動影響，并囑患者保持一個舒適的姿勢。

掃描方案：① 常規橫斷面脂肪抑制STIR序列和橫斷面T1WI序列；左、右雙側矢狀面快速自旋回波T2WI脂肪抑制序列；② 橫斷面擴散加權成像采用平面回波成像（SEEPI）掃描序列，頻率選擇法脂肪抑制技術；添加局部勻場，大小覆蓋兩側乳腺，中心點相對視野（FOV）中心偏乳頭側；頻率編碼左右方向。b值分別取600、1000、1500 s/mm2；③ 雙側乳腺動態增強掃描（Dynamic Contrast-Enhanced Magnetic Resonance Imaging，DCE－MRI）采用3D-FSPGR序列。成像參數，見表1。

表1 乳腺MR成像參數

1.3 圖像評價和數據測量

在AW4.5工作站上對DWI圖像進行后處理，獲得ADC圖 ,測量ADC值。觀察不同b值下，正常乳腺組織、乳腺良性病變和乳腺癌的影像學特征，并對DWI圖質量進行評分。評分標準為：① 圖像信噪比SNR=SI/SD，SI：腺體組織平均信號值，SD：相位編碼方向的背景噪聲的標準差。量化標準：0分：SNR＜5；1分：5＜SNR＜10；2分：10＜SNR＜20；3分：20＜SNR＜30；4分：30＜SNR＜40；5分：SNR＞50[1-3]；② 對比噪聲比CNR=(SA-SB)/SD背景，即兩種組織信號強度差值與背景噪聲的標準差之比，SA和SB分別代表組織A和組織B的興趣區像素的平均值，SD背景為相同面積的背景信號的標準差，常選擇相位編碼方向上與SA或SB同一水平的無組織結構的空氣區域；③ 圖像偽影，1分：偽影很重，不能顯示病變；2分：偽影較重，嚴重影響病變顯示；3分：偽影一般，對病變顯示有影響；4分：偽影較輕，對病變顯示影響較小；5分：無偽影或幾乎無偽影；④ 病灶顯示情況：1分：病灶組織顯示不清；2分：介于1分和3分之間；3分：病灶組織邊緣顯示尚清，但與周圍組織對比不十分清晰；4分：介于3分和5分之間；5分：病灶組織邊緣銳利，與周圍組織對比明顯。

分別測量正常乳腺組織、乳腺良性病變和乳腺癌的ADC值。其測量方法是將原始數據傳輸至GE AW4.5工作站，采用Functool軟件處理，自動生成DWI及對應的ADC圖。觀察病變區及正常乳腺區在DWI及ADC圖上的形態特征及信號特點，分3次測量病變區及正常乳腺的ADC值，然后取其平均值。在病變的最大徑所在層面選取感興趣區（Region of Interest，ROI），面積范圍為40～60 mm2，并盡量避開壞死囊變區。利用工作站的拷貝功能使同一病人的ROI大小保持一致。所有圖像均有2名有經驗的影像診斷醫師采取雙盲法閱片。

1.4 統計學分析

統計學分析采用SPSS17.0數據分析軟件包診斷，P＜0.05認為有統計學差異。所用數據以“平均值±標準差”或“平均值”表示。不同b值的乳腺病變SNR、CNR和同一b值正常乳腺、乳腺良性病變及乳腺癌的ADC值比較以及不同b值乳腺良性病變和乳腺癌的ADC值比較均采用單因素方差分析。獲得差異具有顯著意義的結論后再做各組間兩兩比較，即SNK-q檢驗。以病理診斷為金標準，采用受試者工作特征曲線（Receiver Operating Characteristic Curve，ROC曲線）獲得ROC曲線下面積（Area Under the Curve，AUC）及最佳臨界點[4]。

2 結果

2.1 病灶顯示

乳腺良性病變患者20例，病灶直徑范圍為0.9～5.8 cm。其中，纖維腺瘤14例、囊腫2例、導管內乳頭狀瘤1例、導管囊樣擴張1例、慢性炎癥1例、漿細胞性乳腺炎1例。乳腺癌患者18例，病灶直徑范圍為0.8～4.8 cm。其中，浸潤性導管癌13例、導管內癌4例、浸潤性導管癌伴部分粘液腺癌1例。

2.2 DWI圖像質量

隨著b值升高，乳腺病變DWI的SNR、CNR、圖像顯示評分及圖像質量評分逐漸下降，但病灶顯示評分則逐漸升高，見圖1～2。當b值分別取600、1000、1500 s/mm2時，對應的SNR為（35.74±3.05）、（32.13±2.58）、（26.63±2.57），對應的CNR為（10.98±2.67）、（8.91±2.36）、（6.26±2.41），見表2。經統計學分析，b=600 s/mm2和b=1000 s/mm2的SNR、CNR無統計學意義（P＞0.05），b=1000 s/mm2和b=1500 s/mm2的SNR、CNR有統計學意義（P＜0.05）。

圖1 A～C 左乳浸潤性導管癌

圖2 A～C 右乳纖維腺瘤

表2 不同b值所得的DWI圖像

2.3 正常腺體、乳腺良性病變及乳腺癌的ADC值

b值分別為600、1000、1500 s/mm2時，正常乳腺、良性病變及乳腺癌的平均ADC值，見表3。同一b值，正常乳腺、良性病變及乳腺癌ADC值經統計學分析有差異（P＜0.05），提示同一b值時，正常乳腺、良性病變及乳腺癌的ADC值各不相同。不同b值時，同一組病變的ADC值差異有統計學意義（P＜0.05），可以認為相同性質病變低b值得到的ADC值高于高b值得到的ADC值。隨著b值的增大，正常乳腺腺體組織在DWI圖上的信號強度不斷下降，良性病變組織的ADC值下降，ADC圖呈等信號或稍高信號；而乳腺癌的ADC值輕度下降，ADC圖呈稍高信號或高信號。

表3 不同b值所測得的ADC平均值(×10-3mm2/s)

2.4 不同b值下ADC值定量分析

以每個乳腺病變ADC值為單位，病理學診斷為金標準，應用ROC曲線分析方法顯示，b=600 s/mm2時， AUC為0.871，最佳臨界點為1.43×10-3mm2/s，此時診斷乳腺惡性病變的敏感性為88.9%、特異性為76.7%；b=1000 s/mm2時，AUC為0.905，最佳臨界點為1.14×10-3mm2/ s，敏感性為83.3%、特異性為84.2 %；b=1500 s/mm2時，AUC為0.912，最佳臨界點為1.00×10-3mm2/s，敏感性為71.8%、特異性為90.7%，見圖3。

圖3 不同b值下ADC值ROC曲線

3 討論

3.1 DWI基本原理

擴散是指人體組織里水分子的布朗運動，它可以引起質子周圍局部磁場的變化，從而使其失相位導致信號衰減。DWI是利用水分子的彌散運動特性進行成像的，它是目前唯一能觀察活體水分子微觀擴散運動的成像方法。由于水分子在不同組織中的擴散能力不同，DWI可將這種擴散能力差異轉化成圖像的信號差異或其他參數值的改變。磁共振DWI利用這一特點在常規脈沖之外施加一個快速切換，極性強而且相反的擴散梯度脈沖來擴大這種去相位改變，從而檢測不同組織內水分子的自由運動，得到相應的信息。水分子擴散越自由，信號衰減越明顯，DWI圖像表現為低信號；水分子擴散越受限，信號衰減越不明顯，DWI圖像表現為高信號。

3.2 DWI圖像質量分析及b值的選擇

影響DWI圖像質量的因素有很多，如呼吸運動等生理因素的影響，成像方式的選擇，使用的孔徑、矩陣、擴散方向以及b值的選擇。其中b值的選擇是目前研究的熱點。b值為外加梯度磁場的參數，反映其強度和持續時間，可以用b＝γ2G2δ（?-δ/3）表示, 其中γ為旋磁比、G為擴散梯度脈沖強度、δ為擴散梯度脈沖持續時間、?為2個擴散梯度脈沖起始點的間隔時間。b值越高對水分子的擴散運動越敏感，有利于發現病灶，但因組織信號衰減明顯，會降低圖像的信噪比。反之，b值越低，圖像信噪比越高，但對水分子擴散運動不敏感，不利于病灶的發現，因此b值大小直接決定了DWI對水分子擴散運動的敏感程度，故b值又稱彌散權重系數。所以，在進行乳腺彌散加權成像時，我們應選擇適合的b值，既要使圖像達到良好的SNR和CNR，又能顯示病灶。本研究通過選擇3組b值進行乳腺DWI，并對圖像質量進行評分。當b=600 s/mm2時，SNR為35.74±3.05，CNR為10.98±2.67，圖像顯示評分為4.13，圖像偽影評分為3.00，病灶顯示評分為3.09；當b=1000 s/mm2時，SNR為32.13±2.58，CNR為8.91±2.36，圖像顯示評分為3.41，圖像偽影評分為2.78，病灶顯示評分為3.37；當b=1500 s/mm2時，SNR為26.63±2.57，CNR為6.26±2.41，圖像顯示評分為2.78，圖像偽影評分為2.13，病灶顯示評分為3.41。當b=1500 s/mm2時，有3例圖像質量差，病灶顯示不清，其原因為：① 由于EPI序列的特殊采集方式導致水脂質子失相位，在高b值時表現得尤為明顯；②b值增高，梯度場增加，導致磁場均勻度下降，圖像變形失真嚴重；③ 隨b值增高，組織信號衰減更加明顯，所得的DWI偽影指數明顯增高。汪登斌[5]報道1.5TMR DWI b值為600、1000 s/mm2，病灶CNR分別為9.00±2.86、6.67±2.78，均低于本研究中相同b值所對應的CNR，原因系磁共振成像儀的場強增加所致。

在DWI中，圖像信號是由質子自旋（T2透過效應），組織微血管灌注效應和彌散共同作用的結果。為真實反映水分子彌散狀態，必須剔除T2穿透效應和組織微血管灌注效應的影響[5-6]，因此引入了ADC值。ADC值是反映水分子彌散和毛細血管微循環（灌注）的人工參數，能夠比較真實地反映組織實際擴散系數。該值是通過2個不同b值DWI圖像計算出來的，其計算公式為ADC=ln（SI低/SI高）/（b高－b低）。式中SI低表示低b值DWI上組織的信號強度（b值可以是零）；SI高表示高b值DWI上組織的信號強度；b高表示高b值；b低表示低b值；ln表示自然對數。它可以直接反映水分子擴散快慢[7]。從此公式中不難發現b值的改變直接影響ADC值的測量。b值較小時，圖像受T2穿透效應和組織微血管灌注效應的影響較大，擴散信號所占比例小；且所得到的DWI圖對圖像信號變化敏感性差，從而計算出的ADC值波動較大。b值較大時，ADC值穩定性好，能較真實地反映組織內水分子的擴散運動。通過分析比較AUC（1000）和AUC（1500），結果表明兩者對乳腺病變的診斷效能無明顯差異。因此，當b值為1000 s/mm2時，既避免低b值時彌散圖像受T2穿透效應和組織微血管灌注效應的影響，又避免高b值時圖像信噪比過低的影響，此時所計算出的ADC值與真實擴散系數更接近，為最佳b值。

在乳腺彌散加權成像中，除了強調大小合適b值的選擇之外，還應通過提高磁場均勻度、使用斜坡采樣、增大采樣帶寬、增加激發次數、加快梯度轉換速度并降低頻率編碼步數等方法獲得優質DWI。

3.3 DWI在乳腺疾病中的診斷價值

DWI通過研究活體組織中水分子的擴散運動，從分子水平反映人體組織的空間組成信息和病理生理狀態下各組織之間水分子交換的功能情況。隨著b值從600 s/mm2到1500 s/mm2，正常乳腺組織＞良性病變＞乳腺癌；DWI上表現為低信號、中等信號和高信號，并隨著b值的增高，信號差異越明顯。實際工作中，我們可以通過此表現初步判斷病變的良惡性。測量正常乳腺組織、良性病變、乳腺癌的ADC值，發現乳腺癌組織＜良性病變組織＜正常乳腺組織。這些變化與以下因素有關：① 乳腺癌由于腫瘤細胞生長活躍，細胞密度高，細胞外間隙變小；② 細胞生物膜的限制；③ 大分子物質對水分子吸附作用增強[8]。因此，這些因素限制了惡性腫瘤內自由水分子的擴散運動，DWI表現為高信號，ADC圖表現為低信號，ADC值明顯降低[9-10]。

綜上所述，DWI作為一種無創的磁共振功能成像技術，在各種疾病的診斷與鑒別診斷中得到越來越廣泛的應用。筆者認為，考慮到SNR、CNR及其對病變顯示的敏感性和特異性等因素，3.0T乳腺彌散加權成像時，選擇b值=1000 s/mm2最為合適，此b值下所測得的ADC值，結合常規掃描及動態增強掃描的圖像信息，將有助于乳腺良惡性病變的鑒別診斷。

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selection of b Value in Diagnosis of Breast Cancers with 3.0T DWI

CAO Liang, ZHOU Xue-jun, ZAO Jin-li, WU Xiao-ying, GE Yong-qian
Department of Imaging, Affiliated Hospital of Nantong University, Nantong Jiangsu 226001, China

ObjectiveTo evaluate the effects of 3.0T DWI (Diffusion Weighted Imaging) with different b values (Diffusion Sensitivity Coefficient) in diagnosis of breast cancers.MethodsFive cases with normal breasts (Normal Group), 19 cases with breast benign lesions (Benign Lesions Group) and 18 cases with breast cancer (Breast Cancer Group) were collected and examined with conventional MR scanning and DWI breast imaging. Calculation and statistical analysis of ADC (Apparent Diffusion Coefficient) values were made in three groups respectively with b values of 600 s/mm2, 1000 s/mm2and 1500s/mm2.ResultsThe quality of images was decided by different b values. Higher b values would result in greater sensitivity to the motion of water molecules, lower SNR (Signal to Noise Ratio) and CNR (Contrastnoise Ratio). More noise would cause greater distortion of the image. On the contrary, the lower b value was, the higher SNR and CNR the images would have. However, lower b values were not sensitive to the motion of water molecular. When b value was equal to 1000s/mm2, the mean ADC value of Normal Group was 1.89×10-3 mm2/s, Benign Lesions Group was 1.51×10-3mm2/s, Breast Cancer Group was 1.06×10-3mm2/s.ConclusionHigh-quality DWI images can be obtained with application of GE 3.0T MR when b value is set at 1000 s/mm2. ADC can values provides important information for diagnosis of breast cancers and benign lesions.

breast lesions; diffusion-weighted imaging; magnetic resonance imaging; magnetic resonance scanner; diffusion sensitivity coefficient

R445.2；R737.9

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.08.064

1674-1633(2013)08-0157-04

2012-12-19

2013-06-20

周學軍，副主任技師，南通大學醫學院醫學影像工程與醫學影像技術教研室副主任，碩士導師。

通訊作者郵箱：zhouxuejunzzz@sina．com