直腸癌3.0T磁共振擴散加權成像中b值的選擇

王余， 馬夢華， 徐晉珩， 王海平， 韓德昌， 才艷玲

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·腹部影像學·

直腸癌3.0T磁共振擴散加權成像中b值的選擇

王余， 馬夢華， 徐晉珩， 王海平， 韓德昌， 才艷玲

目的：選擇直腸癌3.0T磁共振擴散加權成像(DWI)的合適b值，以利于DWI對直腸癌病灶的檢出。方法：對63例直腸癌患者行多b值DWI檢查(b值為300、600、900、1200、1500、1800、2100 s/mm2)及常規MRI平掃(T2WI、T1WI)。測量不同b值時直腸癌的ADC值；計算直腸癌的信噪比(SNR)及膀胱的信號強度比(SIR)；根據HE染色病理圖片記錄直腸癌的細胞密度，并進行統計學分析。結果：隨著b值的增大，直腸癌ADC值及SNR呈逐漸降低趨勢，差異有統計學意義(P<0.05)。當b值≤1200 s/mm2時，DWI圖像中直腸癌SNR均高于T2WI圖像(P<0.05)。各不同b值的DWI圖像中膀胱SIR均低于T2WI圖像(P<0.05)，隨著b值的增大膀胱SIR逐漸減低，當b值≥1200 s/mm2時，膀胱SIR明顯減低接近于1。不同b值時直腸癌ADC值與細胞密度之間均呈負相關(P<0.05)，b=1200 s/mm2時，其相關度最高(r=-0.76，P<0.05)。結論：直腸癌3.0 T磁共振擴散加權成像中的合適b值應為1200 s/mm2。

直腸腫瘤； 擴散加權成像； 磁共振成像； b值

直腸癌是胃腸道常見的惡性腫瘤之一，發病率僅次于胃癌和食道癌。磁共振擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)作為一種無創性磁共振功能成像方法，它能反映活體內水分子的擴散能力和運動方向。隨著磁共振設備場強的提高和高分辨力相控陣線圈的開發，DWI在直腸癌的應用日益增多[1-3]。擴散敏感系數(b值)是DWI序列檢測擴散運動能力的重要指標，b值越高對水分子擴散運動越敏感，但同時圖像信噪比會降低，因此b值的選擇至關重要。本研究旨在選擇3.0 T磁共振擴散加權成像診斷直腸癌的合適b值。

材料與方法

1.病例資料

搜集術前未接受放化療、經腸鏡活檢證實為直腸癌且行MRI檢查的患者，選擇腫瘤厚度≥1 cm并被DWI檢出，術后經病理證實的直腸癌患者63例，其中男30例，女33例，年齡20～79歲，平均58.6歲。臨床主要癥狀為大便帶血。63例患者MRI各序列資料完整，圖像質量滿足診斷要求。

2.檢查方法

MRI檢查采用3.0T Philips Achieva 超導型磁共振成像系統，所有患者均行常規T2WI、T1WI平掃、DWI掃描，具體掃描參數如下：①多次激發快速自旋回波序列(TSE)T2WI軸面掃描，TR 2000～5000 ms，TE 110 ms，視野180 mm×180 mm，體素0.8 mm×0.9 mm，層厚4 mm，層間距0.5 mm，回波鏈長度17，翻轉角90°，信號采集數2，層數24；②多次激發快速自旋回波序列(TSE)T1WI軸面平掃，TR 400～600 ms，TE 8 ms，視野180 mm×180 mm，體素0.8 mm×0.9 mm，層厚4 mm，層間距0.5 mm，回波鏈長度4，翻轉角90°，信號采集數3，層數24；③DWI采用自由呼吸單次激發SE-EPI序列，b值選擇300、600、900、1200、1500、1800和2100 s/mm2，TR 2000～2500 ms，TE ms/shortest，視野261 mm×180 mm，體素2.25 mm×2.25 mm，層厚4 mm，層間距0.5 mm，半采集因子0.627，回波鏈長度49，翻轉角90°，信號采集數4，層數24，抑脂方式為頻譜空間預置飽和翻轉回復(spectral presaturation with inversion recovery，SPIR)。

3.圖像分析

感興趣區(region of interest,ROI)的選擇：參考常規T2WI、T1WI和DWI圖像，于3個連續層面分別各設置一個ROI(ROI盡量大，各層面大小盡量保持一致)進行測量，避開血管、壞死區域及偽影，取其平均值作為最終測量值。

分別測量腫瘤、膀胱內尿液、背景區域內噪聲各感興趣區內的DWI和T2WI圖像信號強度。計算T2WI圖像中腫瘤的信噪比(signal to noise，SNR)及膀胱的信號強度比(signal intensity ratio，SIR)、不同b值的DWI圖像中腫瘤的SNR及膀胱的SIR。SNR計算公式：SNR組織= S組織/SD噪聲(S組織為所測組織器官的信號強度，SD噪聲為相應層面背景噪聲信號強度的標準差)；SIR計算公式：SIR組織= S組織/S噪聲(S組織為所測組織器官的信號強度，S噪聲為相應層面背景噪聲信號強度)。根據系統自行生成的表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)圖分別得出不同b值的腫瘤ADC值。

4.細胞密度分析

常規HE染色病理切片，使用CMIAS多功能真彩色病理圖像分析系統，計算200倍鏡下每個采集野內腫瘤細胞核總面積與統計場面積之比，以此作為腫瘤細胞密度，每份標本任意選取5個視野，取其平均值作為最終測量值(用百分比表示)。

5.統計學分析

結　果

63例直腸癌均經手術及病理組織學證實，其中高分化腺癌17例，中分化腺癌36例，低分化腺癌(圖1a)10例。直腸癌在DWI圖像中呈高或稍高信號(圖1b～h)，在ADC圖中呈低或略低信號。

隨著b值的增大，直腸癌SNR呈逐漸降低趨勢，差異有統計學意義(P<0.05)。當b值≤1200 s/mm2時，DWI圖像中直腸癌SNR均高于T2WI圖像(圖1i)(P<0.05)。各不同b值的DWI圖像中膀胱SIR均低于T2WI圖像(P<0.05)，隨著b值的增大膀胱SIR逐漸減低，當b值≥1200 s/mm2時，膀胱SIR明顯減低接近于1(表1)。

表1　不同b值時DWI及T2WI圖像上直腸癌SNR及膀胱SIR

注：除b值=1200、1500、1800、2100 s/mm2的SIR組間比較差異無統計學意義外，余各不同b值及T2WI組間兩兩比較SNR、SIR，P值均<0.05。

隨著b值的增大，直腸癌ADC值逐漸下降，差異有統計學意義(P<0.05)。采用雙變量相關分析，不同b值時直腸癌ADC值與細胞密度之間均呈負相關(P<0.05)，b值=1200 s/mm2時，其相關性最高(r=-0.76，P<0.05，表2)。

表2　不同b值時直腸癌ADC值與細胞密度的相關性

討　論

DWI是在細胞水平定量分析活體組織內水分子運動的技術，能提供病理變化的信息，已廣泛應用于直腸癌的檢出、定性、術前分期以及放化療效果的評價[4,5]。DWI的信號強度不僅與組織的ADC有關，而且還受T2穿透效應的影響。為了消除T2穿透效應對DWI的影響，需依靠ADC圖像及測量ADC值[6]。各學者所測得的直腸癌的ADC值不盡相同，這與所采用的磁共振場強、掃描序列及成像參數不同有關，尤其與所采用的擴散敏感系數(b值)不同關系密切，因此b值的選擇尤為重要。

當b值越低時，DWI及ADC值受血流灌注影響越大；b值越高時，對水分子擴散運動越敏感，但DWI圖像的信噪比越差[7,8]。b值的選擇應該滿足以下條件：能清楚分辨和顯示被檢組織，盡量消除T2穿透效應對DWI圖像的影響，有效去除血流灌注，使ADC值更能反映水分子擴散的真實情況。因此，本研究采用腫瘤SNR、膀胱SIR、ADC值與腫瘤細胞密度的相關性等參數，從圖像質量和反映水分子擴散兩方面討論b值的選擇。

本研究結果顯示，隨著b值的增大，直腸癌的ADC值逐漸減低，這可能與血流灌注等影響因素有關，與文獻報道一致。b值越小，ADC值越大，證實直腸癌擴散加權成像中其ADC值同樣受血流灌注的影響；反之，b值越大，ADC值越小，越能反映水分子擴散的真實情況。從這個角度考慮應盡量采用高的b值，然而，DWI圖像上直腸癌的SNR隨著b值的增大而下降。當b值≥1500 s/mm2時，DWI圖像上腫瘤的SNR低于T2WI。SNR是臨床評價圖像質量的常用指標，如果SNR明顯下降，腫瘤將無法清楚顯示，這又限制了高b值的應用，從這方面考慮b值應該<1500 s/mm2。

DWI圖像的信號強度不僅與組織擴散特性有關，而且受T2穿透效應影響[9]。除了ADC圖像及測量ADC值能去除T2穿透效應，高b值DWI是否也可以降低T2穿透效應的影響，使DWI圖像信號強度更能反映組織擴散特性？本研究對不同b值DWI圖像上膀胱內尿液與背景信號強度比值(SIR)進行測量并進行統計學分析，發現當b值≥1200 s/mm2時各組SIR明顯降低，各組間差異無統計學意義(P>0.05)。膀胱內尿液接近于自由水，其在DWI上的信號強度主要來自T2信號。當b值≥1200 s/mm2時膀胱內尿液信號強度明顯減低，接近背景信號強度，此時可以認為自由水得到抑制，T2穿透效應基本上被消除，DWI圖像主要反映組織的擴散特性。

雖然影響腫瘤組織ADC值的因素較多，如腫瘤細胞密度、富血管度、細胞外液的粘度、細胞膜的完整性等[2]，但對不同類型腫瘤的MRI研究表明，腫瘤的ADC值與腫瘤細胞密度呈明顯的負相關，即腫瘤細胞密度越大，ADC值越低[10-13]；這可能與細胞密度越高的腫瘤具有相對更低通透性的半透明細胞膜、相對更豐富的細胞內水含量、相對更窄的細胞外間隙有關[14]。本研究對直腸癌ADC值與細胞密度之間的相關性進行統計學分析，發現兩者間同樣存在負相關，當b=1200 s/mm2時，其相關性最高(r=-0.76)。利用反證法可以認為ADC值與細胞密度相關性高時，ADC值更能反映組織的水分子擴散的實際狀況。

綜上所述，當b值=1200 s/mm2時DWI圖像上腫瘤的SNR高于T2WI，T2穿透效應基本消除，直腸癌ADC值與細胞密度相關程度最高(r=-0.76)，權衡圖像質量和反映水分子擴散兩方面的因素，筆者認為1200 s/mm2是3.0 T磁共振擴散加權成像診斷直腸癌的合適b值，選擇合適b值的DWI更有利于直腸癌病灶的檢出。由于3.0 T磁共振具有高磁場均勻度、高磁場切換度等特點，加上敏感編碼等技術的應用，給DWI檢查中 b 值的提高提供了空間。DWI檢查b值的選擇目前無統一評價標準，尚需進一步研究。

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Selection of b value on diffusion weighted imaging in rectal cancer patients using a 3.0T MR scanner

WANG Yu,MA Meng-hua,XU Jin-heng,et al.

Department of MRI,Tangshan Gongren Hospital,Tangshan,Hebei 063000,China

Objective：To select an appropriate b value on diffusion weighted imaging (DWI) in rectal cancer patients using a 3.0T MR scanner,in order to facilitate the detection of rectal cancer foci.Methods：Sixty-three patients with rectal cancer underwent multi b-value DWI (b value=300,600,900,1200,1500,1800,2100s/mm2) and routine MR scanning (T2WI,T1WI).The ADC values of rectal cancer at different b values were measured,and the signal noise ratio (SNR) of rectal cancer and signal-intensity ratio (SIR) of bladder were calculated.The cell density of rectal cancer was recorded according to hematoxylin and eosin (HE) staining.Results:The ADC value and SNR of rectal cancer decreased gradually with the increasing of b value,with significant statistic difference (P<0.05).The SNR of rectal cancer on DWI was higher than that on T2WI when b value was ≤1200s/mm2.The SIR of bladder on DWI with different b values was lower than that on T2WI (P<0.05).The SIR of bladder decreased gradually with the increasing of b value,The SIR was markedly reduced and close to 1 when b value was ≥1200s/mm2(P<0.05).The ADC values with different b values had negative correlation with the cell density of rectal cancer (P<0.05,when b value was equal to 1200s/mm2,the correlation was the highest (r=-0.76,P<0.05).Conclusion：Using a 3.0T magnetic resonance scanner for the examination of rectal cancer,the appropriate b value is 1200s/mm2on DWI.

Rectal neoplasms; Diffusion weighted imaging; Magnetic resonance imaging; b value

063000河北，唐山市工人醫院磁共振室(王余、馬夢華、王海平、韓德昌、才艷玲)，病理科(徐晉珩)

王余(1977-)，男，河北唐山人，碩士，副主任醫師，主要從事MRI診斷工作。

R735.3; R445.2

A

1000-0313(2016)09-0874-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.09.018

2015-11-04

2016-02-29)