多b值及ADC閾值對肺結節的鑒別診斷價值

楊雪 孟慶軍 宋翔 時高峰 于淑靖

肺癌是臨床上目前常見惡性腫瘤疾病之一，該病發病率逐年上升，致死率很高，對人類的生命健康構成嚴重的威脅[1]。尤其是對于中老年人，以往發現肺癌時往往已經是晚期，生存率很低，預后不良，近年來中老年人體檢的意識越來越高，體檢時發現肺里孤立性結節，及早的診斷與治療可有效改善患者的預后。正確的影像學診斷在避免不必要的手術和針吸活檢中起著重要的作用。目前， 胸部CT掃描為診斷肺癌的影像學主要技術。但如果要獲得更為全面、 有效的診斷信息，MRI 的應用是不可或缺的[2]。擴散加權成像(DWI)序列是最近開展的MRI掃描新技術，它是評估體內水分子的彌散運動狀態與成像的惟一方式。在國內外，用DWI序列來評估肺結節的性質的文獻比較少，而且是主要作為表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)定量分析病變的初階研究。但是各個b值所對應的ADC值對良惡性結節診斷的閾值未見統一標準，本研究目的是確定鑒別良惡性結節的最佳b值及ADC閾值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集我院2018年1～12月臨床診斷為周圍型單發肺結節病例33例，對其執行了MRI常規掃描及DWI序列掃描，這些病例均經手術或經活檢或經臨床診斷其良惡性。組內有男17例,女16例;年齡60～79歲，平均年齡(67.25±3.39)歲。其中，良性結節組7例(結核3例，血管瘤2例，炎性假瘤2例)，肺癌組26例(腺癌17例，小細胞癌2例，大細胞內分泌癌1例，淋巴上皮癌1例，小細胞分化伴部分低分化鱗癌1例，其余4例因發現遠處轉移臨床診斷為癌，無具體病理類型)。

1.2 檢查方法設備 美國GE公司HD Hispeed 1.5T超導磁共振掃描儀。應用頸部及腹部相控陣線圈。

1.3 數據采集 患者仰臥位，TR / TE:6 800/70 ms,層厚3 mm,層間距1～2 mm,掃描前訓練患者平靜均勻呼吸，以求盡最大可能減輕呼吸運動偽影。先進行橫斷面壓脂T1WI、T2WI序列掃描，然后運用MRI復制軟件功能將DWI層面與T1WI、T2WI圖像層面保證一致，進行DWI掃描.使用單次激發平面回波成像(SE-echo-planar imaging，SE-EPI)技術進行DWI序列橫軸位掃描， 600 s/mm2、0、800 s/mm2、1 000 s/mm2作為各組擴散敏感系數(b值)取值。

1.4 觀察指標 (1)先觀察壓脂T1WI及T2WI圖像，確定結節最大層面，將ROI(感興趣區)放在DWI圖像中結節的最大層面中病變的軟組織部分，使得各組圖像中所選取部分盡量保證位置相同，測量選取部分保證病變信號相對均勻，盡最大可能避免病變邊沿和肉眼可見的壞死區，測量三次數值，并取其平均值。(2)紀錄每個結節在DWI圖像上的信號強度，計算ADC值，最終ADC值為計算得出值的平均值。根據Stejiskal-Tanner公式：ADC=In(S0/S1)/(b1-b0)，計算ADC值，其中，結節在較小b值的DWI圖像上的信號強度作為S0，較小b值是b0，結節在相對大b值的DWI圖像上的信號強度作為S1，相對大b值是b1，由DWI圖像上直接測量得到。分別計算0與600、0與800、0與1 000、600與1 000 s/mm2的ADC值。根據公式SNR=S病變/SD噪聲[10]來計算SNR,結節在DWI圖像上所得的信號強度是S病變，SD噪聲是背景噪聲標準差，根據DWI圖像直接測量得出。紀錄每個結節在不同b值得DWI圖像上的信號強度和ADC值以及圖像背景噪聲(用標準差表示)[7]，最后采用數值為各個數值的平均值。

2 結果

2.1 肺癌組不同b值下ADC值比較 600與1 000 s/mm2ADC值低于0與600、0與800、0與1 000 s/mm2組，0與1 000 s/mm2組ADC值低于0與600 s/mm2組，差異有統計學意義(P<0.05)。見圖1，表1。

(1)b=600 s/mm2(2)b=800 s/mm2(3)b=1 000 s/mm2

圖1 不同b值所對應早期肺癌的DWI圖像

2.2 ROC曲線下面積以評估ADC值對于肺內結節的鑒別診斷性能 因各組數據的ROC曲線下面積均>0.5，所以不同b值獲得的ADC值均有診斷意義。 初步確定鑒別診斷性能最高的為b值取值為0與600 s/mm2，因為其曲線下面積最大(Az=0.709)。初步確定鑒別診斷性能最高的b值取值為0與600 s/mm2，但是他的特異度為57.1%，比較低，而b值取值為0與800 s/mm2時其曲線下面積僅次于前者(曲線面積為0.665)，其特異度為80.8%，較前者大幅度提高，靈敏度也比較高，所以選取此組ADC值作為最佳ADC閾值，為 1.366×10-3mm2/s。見圖2，表2。

表1肺癌組不同b值下ADC值

b值組(s/mm2)結節數ADC值0與600 261.284±0.16320與800 261.208±0.19460與1 000 261.155±0.1906?600與1 000260.902±0.1989?#△

注:與0與600 s/mm2比較，*P<0.05；與0與800 s/mm2比較，#P<0.05；與0與1 000 s/mm2比較，△P<0.05

圖2 不同b值所對應的ADC值的ROC 曲線圖

表2 不同b值組區分良惡性結節的ADC閾值及ROC曲線下面積分析

2.3 不同b值下DWI圖像SNR值比較 SNR值隨著b值得升高而逐漸降低，但各組b值所得SNR值都﹥5。當SNR的平均值﹥5時，認為圖像質量比較好[6，7]，因此可認為每組影像質量都很好。見表3。

表3 不同b值下DWI圖像SNR值的相比

注：與0與600 s/mm2比較，*P<0.05；與0與800 s/mm2比較，#P<0.05；與0與1 000 s/mm2比較，△P<0.05

3 討論

MR功能成像有很多技術，DWI為其中的一種新技術，是當前惟一可以無創性檢測水分子在活體組織內彌散運動的方法[3]。DWI 通過檢測人體不同組織中水分子的彌散方向和程度,從而間接體現組織超微結構和功能狀況的變化，并在分子水平上為病變的確診和鑒別診斷提供信息[4]。隨著MRI快速成像方法的應用和不斷改善，尤其是EPI序列，呼吸運動和心臟跳動引起的偽影大幅度減少，DWI序列在臨床實踐中得到越來越普及的應用，已經從中樞神經系統擴展到了其他系統。目前，DWI并未廣泛應用于肺內[4-6]，主要是由于肺內含有氣體、較低H質子密度和大的磁敏感偽影；最近的研究表明可以縮短DWI掃描時間、減少各種運動偽影以及提高ADC值測量的準確度的技術有敏感編碼(SENSE)技術和觸發脈沖技術[7，8]。螺旋槳(PARAPELL)擴散加權成像的應用可以克服磁敏感偽影的影響且不受運動的影響，但有報道說明需要更長的成像時間[9]。

根據DWI技術所得影像，主觀因素占主導地位，因為對于病變信號高度評判沒有一定標準，而只能被觀察為高或者等信號，但是ADC值可用于客觀評估信號的強度，從而使得診斷更精確，更可重復。ADC是形容病變中水分子擴散能力的定量指標,如果病變含有輕微囊變或鈣化或出血，會影響到ADC值[10,11]。DWI序列的主要參數之一是b值,圖像質量、掃描時間和ADC值均會被b值大小所影響。

較大的b值,使得ADC值穩定，可以更精確地體現水分子在組織中的擴散運動,但是容易得到失真、甚至變形的圖像；而較小的b值能夠改善影像信噪比,影像質量良好,但水分子的擴散敏感性低于前者，并且由于T2透過效應和微循環灌注的影響,測得的ADC 值不夠準確且穩定性差[12]。達到共識的是，惡性腫瘤大都由于細胞數目比較多,排列緊密,細胞外空間減小等原因,所以水分子的擴散受到限制,因此ADC值相對較低,即DWI是高信號,而非惡性腫瘤的細胞結構與正常組織細胞結構沒有很大差別,因此非惡性腫瘤的ADC值高于惡性腫瘤,DWI信號低。有研究表明，DWI上病變的信號強度和ADC值的差異可用于鑒別良性和惡性病變[13-17]。

因為MRI機器、成像參數和成像序列各不相同，當前關于最佳b值的選擇標準沒有定論。孫應實等[18]認為b值選擇應符合以下三點:(1)可以清楚顯示和區分檢查中的組織；(2)T2透過效應對彌散圖像的影響能夠被有效的抑制；(3)為了使被檢組織的ADC值更靠近其組織真正彌散值，需要應用較高的b值。

近來有文獻表明較高的b值(4 000 s/mm2)可以進一步升高DWI前期評估腫瘤對于放射治療反應的敏感性[15]。Ichikawa等[19]認為對于診斷胰腺癌有較高的敏感性(96.2%)和特異性(98.6%)的b值應選取0與1 000 s/mm2；但Colagrande等[20]研究表明當b值高于1 000 s/mm2時，圖像質量顯著下降，空間分辨率明顯降低。

本研究中4組b值分別為600 s/mm2與1 000 s/mm2組，0 s/mm2與600 s/mm2組；0 s/mm2與800 s/mm2組； 0 s/mm2與1 000 s/mm2組；因為微血管灌注對b<400 s/mm2時的ADC測量有很大影響[21]，不利于體現組織的真實彌散值,因此本研究中小于600 s/mm2的b值未被使用。

相比之下發現，高b值組肺惡性腫瘤ADC值的平均值低于低b值組， ADC平均值是最小的是600 s/mm2與1 000 s/mm2組，可能跟其b值差值最小有關。隨著b值得增加，由于受到血流灌注影響ADC值而逐漸降低，這可以更精確反映水分子在組織中彌散受抑制的影響；同時b值差異越大，測量的ADC值變化越小，相對穩定，而b值的差異越小，測量得ADC值變化越大，ADC值越高，這與文獻報道[22-24]相似。

通過ROC曲線下面積分析得出：b值取0 s/mm2與600 s/mm2組鑒別診斷良惡性肺結節性能最高，其余依次分別為0 s/mm2與800 s/mm2組，600 s/mm2與1 000 s/mm2組以及0 s/mm2與1 000 s/mm2組。但是通過觀察圖像得出，b值為1 000 s/mm2組影像質量較其他幾組差，病變的檢出率相對較低； b值取值為0 s/mm2與600 s/mm2組、0 s/mm2與800 s/mm2比較合適，然而，考慮到后者具有比前者更好的特異性和靈敏度以及良好的診斷性能和較高的圖像質量，所以筆者將鑒別良惡性肺結節的DWI序列中所應用最佳b值確定為0 s/mm2與800 s/mm2，這樣既確保了影像效果并得到更真實的組織彌散值，并實現更高的診斷性能；此時通過ROC曲線得出的鑒別良惡性結節的ADC值的最佳閾值為1.366×10-3mm2/s，其敏感度和特異性均較高，分別為71.4%、80.8%，診斷效正確率78.8%。

本研究也有不足之處，主要是病例較少，有待進一步擴展研究。總之，筆者所確定的DWI序列對良惡性肺結節的鑒別診斷所采用的最佳b值為800 s/mm2，其所對應ADC值的最佳閾值為1.366×10-3mm2/s，具有較高的敏感度和特異度，對于肺結節的鑒別診斷具有重要價值。