計算DWI技術診斷胰腺癌

梁亮, 顧君英, 劉鍇, 傅彩霞, 饒圣祥, 曾蒙蘇

擴散加權成像(diffusion-weighted imaging，DWI)是臨床廣泛應用的常規MRI技術，在腫瘤和非腫瘤性病變方面均有較高的診斷價值[1-4]。理論上，高b值(≥1000 s/mm2) DWI可增加病灶檢出和顯示，但高b值DWI圖像常出現信噪比低、大擴散敏感梯度易致圖像變形、掃描時間長等問題[5]，都限制了高b值DWI的臨床應用。

計算DWI(computed DWI，cDWI)這一新技術的出現一定程度上有望解決上述問題[5，6]，具有更好的圖像質量，特別是在高b值時更具優勢[7]。國內幾乎未見cDWI研究報道，國外cDWI研究主要集中于前列腺、神經系統等[6，8]。研究發現在前列腺癌檢出方面，cDWI技術的敏感度、準確性等診斷效能均優于常規DWI[7，9]。但胰腺相關cDWI研究仍較少。cDWI技術特別是高b值cDWI在胰腺病變的應用效果有待研究。

胰腺腫瘤性病變中胰腺導管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC)約占胰腺惡性腫瘤85%[10]。PDAC惡性程度較高、早期診斷率偏低且目前可選擇治療手段有效性多較低，患者預后大多較差[11]。本研究以cDWI技術所得圖像質量及胰腺癌顯示能力為中心，并進行相應的定量評價和統計學分析，從而了解該技術特別是高b值cDWI在胰腺癌診斷方面的優勢和不足，確定適用于胰腺癌診斷的cDWI優選b值。

材料與方法

1.研究對象

搜集2012年1月-2017年9月于本院Magnetom Aera 1.5T MRI行腹部增強檢查、并經病理學證實為PDAC的82例病例納入研究，其中男50例，女32例，年齡(63.9±8.9)歲。病灶位于胰頭者50例，位于胰頸、胰體、胰尾者32例。研究經本院倫理委員會批準。

2.MRI檢查

Magnetom Aera 1.5T MRI 成像儀(Siemens Healthcare,Erlangen,Germany)，均采用相陣控體線圈。原始DWI掃描參數：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，激勵次數1，加速因子2，視野297 mm×380 mm，矩陣192×230，層厚6 mm。

3.cDWI圖像獲取

工具軟件：Body Diffusion Toolbox軟件(Siemens Healthcare,Erlangen,Germany)，利用原始DWI圖像，經軟件處理后獲得cDWI圖像，并上傳至PACS系統。cDWI圖像參數設置：計算b值包括c1000、c1500、c2000 s/mm2，單指數模型。

4.圖像分析

由2名放射診斷醫師共同完成(分別具有11年和13年腹部影像診斷工作經驗)。評價利用PACS系統完成。評價內容包括圖像質量和PDAC顯示情況，圖像質量評價采用4級評分法。4分(優秀)：沒有發現問題，胰腺清晰顯示；3分(良好)：圖像輕微受損，適用于胰腺評估；2分(中等)：圖像質量欠佳，但仍可用于胰腺評估；1分(差)：圖像質量影響胰腺評估，胰腺顯示不清。PDAC顯示情況分為4型。Ⅰ型，PDAC相對周圍胰腺高信號，且境界清楚；Ⅱ型，PDAC相對周圍胰腺高信號，但與遠端胰腺(尾側)境界不清；Ⅲ型，PDAC相對周圍胰腺等信號，或病灶不可見；Ⅳ型，PDAC相對周圍胰腺低信號(圖1)。

圖1胰腺癌病灶顯示分型。a) Ⅰ型，PDAC(箭)相對周圍胰腺高信號，且境界清楚；b) Ⅱ型，PDAC(箭)相對周圍胰腺高信號，但與遠端胰腺(尾側)境界不清；c) Ⅲ型，PDAC在cDWI圖像(上圖)相對周圍胰腺等信號、未見確切顯示，增強掃描動脈期病灶呈相對低信號(下圖，箭)；d) Ⅳ型，PDAC(箭)相對周圍胰腺低信號。

分別測量PDAC病灶、PDAC近端胰腺(頭側)、PDAC遠端胰腺(尾側)及豎脊肌信號(SI)，為確保準確度，要求測量ROI不<20 mm2。測量利用PACS系統完成。研究中PDAC的ROI平均81.4 mm2，范圍29.3～376.0 mm2，PDAC近端胰腺ROI平均58.7 mm2，范圍35.3～105.8 mm2，PDAC遠端胰腺ROI平均65.9 mm2，范圍28.2～199.8 mm2，豎脊肌平均192.2 mm2，范圍50.9～387.8 mm2。

測量后，計算胰腺組織與豎脊肌信號比，PDAC與豎脊肌信號比，PDAC與胰腺信號對比，計算PDAC-胰腺信號差異與豎脊肌信號比。

相關計算公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

5.統計學分析

利用SPSS 19.0.0軟件進行統計學分析，具體包括利用Friedman檢驗比較不同b值間DWI及cDWI圖像質量、PDAC顯示情況是否存在差異，若存在差異，則進一步利用Wilcoxon符號秩檢驗比較任意兩組b值間是否存在差異(兩兩比較P須校正為<0.008認為有統計學差異)。

利用Friedman檢驗分別比較不同b值DWI及cDWI間近端胰腺、病灶、遠端胰腺與豎脊肌信號比是否存在差異，P值<0.05認為具有統計學意義，若存在差異，則進一步利用Wilcoxon符號秩檢驗比較任意兩組b值間是否存在差異(兩兩比較P值須校正為<0.008認為有統計學差異)，同時利用Wilcoxon符號秩檢驗比較相同b值DWI及cDWI病灶、胰腺與豎脊肌信號比間是否存在差異，P值校正為<0.025認為具有統計學意義；利用Friedman檢驗比較不同b值DWI及cDWI間PDAC與胰腺信號對比、PDAC-胰腺信號差異與豎脊肌信號比是否存在差異，P<0.05認為具有統計學意義，若存在差異則進一步利用Wilc-oxon符號秩檢驗比較任意兩組b值間是否存在差異(兩兩比較P值須校正為<0.008認為有統計學差異)。

表1 不同b值DWI及cDWI圖像質量評價及PDAC顯示情況

圖2不同b值DWI及cDWI圖像PDAC顯示情況。

結 果

1.主觀評價結果

不同b值DWI及cDWI圖像質量評價及PDAC顯示情況具體見表1、圖2。隨b值增高，圖像質量下降(圖3)，500、c1000、c1500、c2000 s/mm2組間差異均有統計學意義，P值均<0.001。

對于PDAC顯示，b值為c1000 s/mm2時，Ⅰ型病灶比例較500 s/mm2組增加(圖3、4)，c1500 s/mm2組進一步增加，Ⅱ型病灶相應減少。兩兩比較發現，b值500 s/mm2組病灶顯示與c1000、c1500、c2000 s/mm2差異均有統計學意義，P值均<0.001，c1000與c1500 s/mm2、c2000 s/mm2差異無統計學意義，P=0.025(校正P值須<0.008)。

2.定量評價結果

不同b值DWI及cDWI胰腺組織及PDAC與豎脊肌信號比：信號測量時，為確保準確度，研究要求ROI不<20 mm2，80例PDAC符合要求、完成測量；80例中50例PDAC位于胰頭，未測量近端胰腺組織信號，30例獲得近端胰腺組織信號，10例PDAC位于胰尾、1例遠端胰腺完全萎縮，未測量遠端胰腺組織信號，69例獲得遠端胰腺組織信號。

四組b值間PDAC近端及PDAC遠端胰腺與豎脊肌信號比差異均無統計學意義(P值分別為0.253和0.361)，PDAC與豎脊肌信號比隨b值增高而提高，差異有統計學意義(P值<0.001)，兩兩組間比較差異均有統計學意義(P值均<0.001，表2)。

不同b值DWI及cDWI PDAC與胰腺組織信號對比：四組b值間PDAC與近端胰腺組織CR兩兩比較500 s/mm2與c1000、c1500、c2000 s/mm2差異P值分別為0.072、0.116、0.045，c1000 s/mm2與c1500、c2000 s/mm2差異P值分別為0.213、0.049，c1500 s/mm2與c2000 s/mm2差異P值為0.016，均無統計學意義(校正P值須<0.008，表3)。

四組b值間PDAC與遠端胰腺組織CR兩兩比較：500 s/mm2與c1000、c1500、c2000 s/mm2差異均有統計學意義(P值均<0.001)，c1000 s/mm2與c1500、c2000 s/mm2差異均有統計學意義(P值均<0.001)，c1500與c2000 s/mm2差異有統計學意義，P值為0.002(校正P值須<0.008，表3)。

不同b值DWI及cDWI PDAC-胰腺組織信號差異與豎脊肌信號比:四組b值間PDAC-近端胰腺組織SR兩兩比較僅c1500與c2000 s/mm2差異有統計學意義(P值為0.004)，500與c1000、c1500、c2000 s/mm2差異P值分別為0.047、0.079、0.026，c1000與c1500、c2000 s/mm2差異P值分別為0.131、0.028(校正P值須<0.008，表4)。

四組b值間PDAC-遠端胰腺組織SR兩兩比較：500與c1000、c1500、c2000 s/mm2差異均有統計學意義(P值均<0.001)，c1000與c1500、c2000 s/mm2差異均有統計學意義(P值均<0.001)，c1500與c2000 s/mm2差異有統計學意義，P值為0.001(校正P值須<0.008，表4)。

討 論

目前，DWI已是常規應用的MRI技術，在腫瘤診斷方面DWI結合ADC值已廣泛用于病灶檢出、定性、評價治療反應等[2-4]，關于DWI在腫瘤侵襲性評估、局部分期和發現復發等方面的研究也不乏報道[1，12，13]。

表2 不同b值DWI及cDWI胰腺組織及PDAC與豎脊肌信號比(SR)

表3 不同b值DWI及cDWI PDAC與胰腺組織信號對比(CR)

表4 不同b值DWI及cDWI PDAC-胰腺組織信號差異與豎脊肌信號比(SR)

圖3男，66歲，胰體PDAC(箭)。a) T2WI； b) 增強掃描動脈期； c) 原始DWI圖像，b=500s/mm2，圖像質量評分為4分，病灶顯示類型為Ⅱ型，PDAC相對高信號、但與遠端胰腺(尾側)境界不清；d) cDWI圖像，b=c1000s/mm2，圖像質量評分為4分，病灶顯示類型為Ⅰ型，PDAC內壞死囊變區信號明顯降低，遠端胰腺信號降低，PDAC實質高信號，境界清楚，PDAC實質、壞死囊變清楚分辨； e) cDWI圖像，b=c1500s/mm2，圖像質量評分為3分，病灶顯示類型為I型，與b=c1000s/mm2時類似； f) cDWI圖像，b=c2000s/mm2，圖像質量評分為2分，病灶顯示類型為I型，圖像質量較b=c1000s/mm2、c1500s/mm2下降。

應用DWI的關鍵是提高病灶與正常組織對比，重要參數為b值。理論上隨b值增高兩者對比增加，但是，隨b值增高的同時兩者絕對信號強度均下降[6]，圖像質量也隨之下降[14]。盡管高b值(≥1000 s/mm2) DWI可增加病灶檢出和顯示，但圖像信噪比低、大擴散敏感梯度易致變形、掃描時間長等均是獲取高b值圖像過程中需要面臨的問題[5]。

cDWI的出現為解決上述問題提供了新的技術手段[5，6]。cDWI是一種數學計算技術，計算依據為ADC值公式：ADC=ln(Sa/Sb)/(ba-bb)，推導后cDWI公式為Sc=Saexp(-[bc-ba] ADC)，Sc為cDWI圖像信號。由此可見，在至少兩個b值DWI圖像的基礎上，通過逆向計算cDWI能夠獲得任意b值cDWI圖像，從而節省掃描時間。圖像質量方面，cDWI的優勢在于能利用相對短的TE時間掃描經計算獲得高b值圖像，還能抑制背景噪聲、維持病變信號，從而獲得病變和正常組織更好的對比[9]。因此，比之直接獲得的DWI圖像，cDWI具有更好的圖像質量，特別是在高b值DWI方面更具優勢[5，7，9，15]。

在胰腺癌方面，當PDAC位于胰頭或胰體時，由于梗阻性胰腺炎常并發于遠端胰腺，同樣顯示高信號，低b值DWI可能無法清晰顯示PDAC病灶[16]。高b值(≥1000 s/mm2) DWI可能有望增加對比，更為清楚顯示PDAC[17]，但如上文所述，圖像獲取時間長、信噪比低等，均限制了高b值DWI的應用。

本研究就cDWI技術特別是高b值cDWI在胰腺癌中的應用進行了研究。研究發現，隨b值增加cDWI圖像質量下降，PDAC顯示能力(包括與鄰近胰腺對比)提高。特別是隨b值增加，cDWI上PDAC與遠端胰腺對比明顯提高，病灶境界更為清楚，部分病例顯示由II型轉為I型，與常規DWI相似[17]。

分析上述變化原因，部分PDAC遠端胰腺伴隨阻塞性改變，低b值DWI圖像也會表現為高信號，b值增加后其信號下降速度明顯高于PDAC，可能與cDWI b值提高后T2穿透效應減小有關，隨之PDAC范圍和邊界更為清楚，與常規DWI相似[17]。PDAC內壞死囊變低b值DWI圖像也會表現為高信號，同樣由于cDWI b值提高后T2穿透效應減小，高b值cDWI圖像上信號明顯減低。高b值cDWI對PDAC更為清楚的顯示有助于治療決策。

本研究也發現，cDWI b值c2000 s/mm2較c1500 s/mm2組病灶顯示能力沒有差異，但圖像質量明顯下降，b值c2000 s/mm2組評分均值僅為1.83，已低于可評價病灶診斷要求(2分)。另外，雖然c1500 s/mm2組病灶顯示能力優于c1000 s/mm2，但兩者無統計學差異。文獻中曾建議胰腺DWI b值可選擇800～1000 s/mm2利于病灶檢出[2,3]。綜合上述原因，胰腺病變應用cDWI技術時，建議使用軟件計算獲得b值1000～1500 s/mm2圖像。

圖4男，49歲,胰體PDAC(箭)。a) T2WI； b) 增強掃描動脈期； c) 原始DWI圖像，b=500s/mm2，圖像質量評分為4分，病灶顯示類型為Ⅱ型，PDAC相對高信號，但與遠端胰腺(尾側)境界不清，遠端胰腺潴留囊腫形成(短箭)； d) cDWI圖像，b=c1000s/mm2，圖像質量評分為4分，病灶顯示類型為Ⅰ型，PDAC遠端胰腺信號降低，潴留囊腫信號明顯降低，PDAC高信號、境界清楚，遠端擴張胰管、潴留囊腫清晰顯示； e) cDWI圖像，b=c1500s/mm2，圖像質量評分為4分，病灶顯示類型為Ⅰ型，與b=c1000s/mm2時類似； f) cDWI圖像，b=c2000s/mm2，圖像質量評分為3分，病灶顯示類型為Ⅰ型，圖像質量較b=c1000s/mm2、c1500s/mm2稍下降。

本研究獲取cDWI圖像利用了單指數模型，另有雙指數(IVIM)模型、延伸指數模型等算法[8]。其中，單指數模型最為便捷，且單指數模型所得cDWI與其它模型在診斷效能方面均無明顯差異[18]，可以確保所得cDWI圖像的準確性。

由于本研究為回顧性研究，原始DWI圖像掃描中未獲取高b值圖像，無法將cDWI圖像與直接掃描獲得的高b值DWI圖像進行對照研究，但本研究了解了cDWI技術在PDAC診斷方面的優勢和不足，并確定了適用于PDAC診斷的cDWI優選b值，后續研究將進一步探究直接掃描獲得高b值DWI圖像與cDWI技術在胰腺癌中應用的差異。