磁共振多b值擴散加權成像在肺占位性病變精準穿刺中的臨床應用

王倩茹，王大勇，趙森，劉雙鋒，王志學

目前肺癌的發病率逐年上升，其死亡率居所有惡性腫瘤之首，對人類生命健康構成巨大威脅[1-2]。隨著影像技術的飛速發展，磁共振成像在肺部的應用越來越廣泛，成為CT 檢查的一個重要補充。擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)是分子在媒介中的一種隨機熱運動(布朗運動)，已經廣泛應用于腦、乳腺、前列腺等部位的檢查和診斷[3-4]。本研究通過肺部占位性病變的DWI，分析腫瘤活性成分與瘤周非腫瘤成分(阻塞性慢性炎癥、肺不張及纖維增生等)DWI 信號強度以及ADC 值差異，探討不同b 值下ADC 值在鑒別腫瘤活性成分與瘤周非腫瘤成分的診斷效能，從而進一步指導臨床精準穿刺。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

收集2019 年10 月至2020 年2 月來我院首診發現肺占位性病變(pulmonary space occupying lesions，PSOL)并且臨床初診為肺癌患者56 例。其中男性31 例，女性25 例，年齡40～80 (63±3)歲，癌腫直徑大小約(5.4±2.3) cm。以病理學結果為診斷參考標準，其中47 例確診為肺癌(18 例小細胞肺癌，11 例鱗狀細胞癌，8 例高分化腺癌，10 例低分化腺癌)，9 例確診為慢性炎癥。病例入組標準：①CT 診斷肺占位性病變的最大徑＞3.0 cm；②臨床初診為肺癌；③氣管鏡檢查陰性，肺泡液灌洗及痰培養陰性；④無MRI 檢查禁忌證；⑤MRI檢查前未行手術、放化療、介入等相關治療。本研究屬于前瞻性研究，并經過本單位醫學倫理委員會批準(批文編號：No.2019075)，受試者均已簽署知情同意書。

1.2 檢查方法

所有患者MRI 檢查均在GE 3.0 T Discovery MR 750 超導型成像儀上完成，選用8通道相控陣線圈。所有患者采用呼吸門控技術，均進行肺部常規斜矢狀面、冠狀面及橫軸位的高分辨率T2WI掃描、壓脂T2WI冠狀位掃描、橫軸位T1WI掃描、壓脂橫軸位T1WI 掃描，而后行橫軸位單次激發平面回波成像多b 值的IVIM-DWI 序列掃描。掃描序列包括常規T1WI 掃描，掃描參數為TR=3.7 ms，TE=1.2 ms；FOV=400 mm×320 mm；矩陣=256×200；翻轉角12°；Frequency Direction：R/L；層厚：4.6 mm，層數：48。常規T2WI 掃描，掃描參數為TR=6667 ms，TE=65 ms；FOV=420 mm×420 mm；矩陣=320×256；翻轉角110°；NEX=2；層厚7 mm，層間隔1 mm。DWI 軸位掃描，擴散系數b 值分別取300、600、900、1200、1500 s/mm2；掃描參數為TR=6315 ms，TE=65.5 ms；FOV=420 mm×336 mm；矩陣=96×128；Frequency Direction：R/L；層厚7 mm，層間隔1 mm。

1.3 穿刺過程的實施和圖像分析

所有入組患者完成MRI 檢查后，由兩名影像科副主任醫師獨立讀片，根據影像學表現初步確定肺部占位性病變內的腫瘤活性成分ROI 范圍(使用GE 公司AW 4.5 后處理平臺)，行磁共振CT 融合，分別靶向穿刺肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分；如未確定腫瘤活性成分，行單純系統穿刺。所有的穿刺組織分別放入預先標記好的標本瓶中，均進行病理學檢查。然后在GE 后處理工作站自動生成的ADC 圖像上測量不同b 值下肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分ADC值(測量方法是在病灶的相同層面選取相同部位的相同面積測量，選取病變的實性成分盡可能大的層面，測量3 次，將3 次測量結果的平均ADC值作為最終ADC值)。將ADC值與最終病理結果相對照，分析肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分在不同b值下的ADC值差異，并利用ROC曲線分析確定該b值下鑒別肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分的ADC 值界值及其鑒別診斷的特異度和敏感度。

1.4 統計學分析

利用SPSS 25.0 軟件進行統計學分析，計量資料以平均值±標準差表示。對于不同b 值下的ADC 值的兩兩比較進行兩組獨立樣本t檢驗。應用ROC曲線分析不同b值下的ADC值對肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分(阻塞性慢性炎癥、肺不張及纖維增生)的鑒別診斷效能。P＜0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 不同b 值下肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分的ADC值比較

47例肺癌病例按照病理結果分別劃分肺癌腫瘤活性成分和周圍非腫瘤成分兩組，在DWI 圖像上，b 值分別為300、600、900、1200 s/mm2時，進行兩組獨立樣本t檢驗(表1)。統計結果表明，在4 組不同的b 值下，肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分組間差異性皆有統計學意義，肺癌腫瘤活性成分的ADC值均低于周圍非腫瘤成分的ADC值。b值越高，肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分的ADC 值越低。肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分的ADC值差異有統計學意義(P＜0.05)。

表1 不同b值時肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分的ADC值(×10-3mm2/s)

2.2 ADC值對肺癌腫瘤活性成分進行精準穿刺的指導效能

應用ROC曲線分析不同b值(分別為300、600、900、1200 s/mm2)下的ADC 值對肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分的鑒別診斷效能。由b 值分別為300、600、900、1200 s/mm2的ROC 曲線(見圖1～4)可知，肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分ADC值對應的AUC 分別為0.7459±0.0075、0.8632±0.0068、0.8926±0.0062、0.8669±0.0084，AUC 均大于0.5，故認為4 組不同b 值下所取得的ADC 值均具有診斷學意義。其中以b 值取900 s/mm2時ROC 曲線下面積最大，此b 值下以1.15×10-3mm2/s 作為鑒別肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分的最佳ADC 值界值，敏感度及特異度均較好，分別為74.4%和75.3%。由此可見，當b=900 s/mm2時，ADC 值對肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分的鑒別診斷效能最高，對于臨床精準穿刺的指導效能最高。見圖5。

圖1 b=300 s/mm2時，肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分(阻塞性慢性炎癥、肺不張及纖維增生)ADC 值對應的ROC 曲線 圖2 b=600 s/mm2時，肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分(阻塞性慢性炎癥、肺不張及纖維增生)ADC值對應的ROC曲線 圖3 b=900 s/mm2時，肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分(阻塞性慢性炎癥、肺不張及纖維增生)ADC值對應的ROC曲線 圖4 b=1200 s/mm2時，肺癌腫瘤活性成分與周圍非腫瘤成分(阻塞性慢性炎癥、肺不張及纖維增生)ADC值對應的ROC曲線 圖5 男，57歲，左肺小細胞肺癌并侵犯左下肺動、靜脈，伴左肺下葉炎癥及肺不張，可見左側胸腔積液，影像可見左肺下葉團狀影，T2 混雜高信號。A：b 值取600 s/mm2時DWI圖像；B：b 值取600 s/mm2時ADC 圖像；C：b 值取900 s/mm2時DWI圖像；D：b 值取900 s/mm2時ADC 圖像；E：b值取1200 s/mm2時DWI圖像；F：b值取1200 s/mm2時ADC圖像；G：HE染色光鏡圖片(×4)；H：免疫組化染色光鏡圖片(×4)

3 討論

3.1 磁共振擴散加權成像原理及應用現狀

磁共振擴散加權是通過檢測生物組織內的水分子布朗運動為基礎進行成像[4]。水分子在組織內部不停進行跨膜擴散運動，具體的運動范圍受細胞結構和內環境影響，比如，典型的應用場景就是神經系統的擴散加權成像，水分子主要沿白質纖維進行擴散運動。惡性腫瘤組織細胞核大、細胞基質豐富、細胞數量增多，因此惡性腫瘤細胞的密度增高。同時惡性腫瘤細胞增殖能力增強，細胞生物膜對水分子的吸附作用也增強，以上因素綜合作用阻止了惡性腫瘤細胞內水分子的有效運動，導致水分子的自由擴散受到限制[5]。相對地，良性病變如炎癥、感染等，由于增生細胞同質程度高、存在水腫及壞死等原因，水分子的擴散程度更高[6]。ADC 值直接描述了組織內水分子的擴散受限程度，為良惡性病變的定性診斷提供了很大的幫助。在進行DWI 時，有一個很重要的參數b 值，即擴散敏感系數，DWI 是在某一個b 值下測定得到的信號強度成像[7]。隨著b 值增加，圖像的擴散權重加大，組織間的對比度增加，圖像檢測敏感性增強，但是由于回波時間增加，信號衰減，圖像的信噪比降低。DWI以及ADC值在各類系統病變的檢測、腫瘤的良惡性鑒別方面取得了良好的應用效果，并且隨著技術的革新，DWI開始能夠應用于肺部病變的診斷并得到臨床認可[8-9]。研究表明，肺實質及心臟等在DWI上均呈現低信號，而病變信號均呈較高信號，并且其大小、形態以及與周圍組織結構的關系較常規T1、T2加權圖像更易觀察和區分[10-11]。

3.2 擴散加權成像在活性腫瘤成分與瘤周組織鑒別中的應用

肺部腫瘤易阻塞相鄰支氣管，常常伴發慢性肺炎、阻塞性肺不張、纖維組織增生等繼發性改變[12]。在胸部X 線和CT 檢查中，腫瘤本身與瘤周繼發改變都表現為大片狀陰影，分界不清[13]。臨床上，準確地判定腫瘤的大小及范圍對肺癌治療方案的選擇至關重要。區分肺癌腫瘤活性成分和瘤周非腫瘤成分，對臨床精準穿刺、放療靶區選擇、療效的評價非常重要[14]。因此，MRI 圖像和其他模態的圖像如PET、CT 等相互融合后形成優勢互補，共同應用于臨床診斷與治療[15-17]。

本研究針對的惡性腫瘤細胞分化程度低，增殖速度快，組織密度高，水分子擴散受限。而瘤周組織，如炎癥等良性病變其水分子擴散運動更加活躍，這就使得利用DWI 鑒別活性腫瘤成分與瘤周成分具有可行性[18-19]。既往研究表明，腫瘤組織與良性病變在DWI圖像信號上存在差異，且腫瘤的ADC值明顯偏低。Doskaliyev 等[20]研究認為，淋巴瘤與惡性膠質瘤的ADC值差異明顯，通過測量ADC值可以鑒別淋巴瘤及惡性膠質瘤。Hao 等[21]研究結果顯示，惡性甲狀腺結節的ADC 值低于良性甲狀腺結節。葉靖等[22]研究認為，在超高b值下得到的前列腺中央腺體癌、腺體增生為主結節和間質增生為主結節的ADC值定量測定能夠準確鑒別前列腺中央腺體癌和前列腺增生結節。Caraiani 等[23]研究顯示，良性肝腫瘤的ADC 值高于肝細胞肝癌的ADC 值。在肺部腫瘤方面，Liu 等[24]研究顯示，肺部良性病變的ADC 值明顯高于肺部惡性病變，且小細胞肺癌的ADC值明顯低于非小細胞肺癌，兩者的ADC值差異具有統計學意義。中央型肺癌瘤體平均ADC值低于肺不張平均ADC值，且ADC 值和腫瘤細胞密度的負性相關。以上研究結果均與本研究結果相一致。

本研究探索了不同b 值在活性腫瘤成分與瘤周成分鑒別中的應用。從DWI 成像原理角度分析，針對選定的ROI 區域，b值越大，擴散程度越大，圖像的解剖結構顯示就越模糊，DWI信號下降越迅速，就能提供更高的圖像對比度，但是同時噪聲等對圖像的干擾也會增強。鐘麗等[25]應用4組b值(b=0、300、600、1000 s/mm2)對肺內良惡性病變進行鑒別，發現b=600 s/mm2時對肺部兩位行病變鑒別診斷效能最大。孫明華等[26]應用3 組b 值(b=200、500、8000 s/mm2)對比肺部良惡性病變的ADC 值，發現不同類型的肺癌ADC值存在顯著差異，且隨b值的升高而降低，且在b=800 s/mm2時高分化腺癌與低分化鱗癌的鑒別診斷效能最高。此外，王萍等[27]應用3種b值對高級別膠質瘤及瘤周組織進行鑒別，發現不同b值下的ADC值均可實現瘤體與瘤周組織的區分，不過在b=3000 s/mm2時鑒別能力最佳?；诖耍狙芯吭诂F有文獻的基礎上，選取不同b 值對肺部活性腫瘤成分及瘤周成分進行鑒別，結果顯示肺癌腫瘤活性成分的ADC 值均低于周圍非腫瘤活性成分的ADC 值，4 組不同b 值(b值分別為300、600、900、1200 s/mm2)時所取得的ADC值均具有診斷學意義。其中以b值取900 s/mm2時ROC曲線下面積最大，鑒別診斷效能最高，對肺占位性病變精準穿刺更具有指導意義。

3.3 磁共振引導穿刺在臨床應用中的價值

磁共振成像技術是迄今為止軟組織對比分辨率最高的成像技術，對于病灶的鑒別診斷有著重要的臨床意義。磁共振引導穿刺技術與其他影像手段導航的引導穿刺技術相比，在原理上具有較明顯的優勢。與超聲相比，磁共振引導可以提供完整的各層面圖像，對于不規則、不均勻分布、內向生長的肺部腫瘤，磁共振引導可以提供更精確的影像導航。與CT 相比，磁共振引導具有更好的軟組織分辨力，并且其無輻射的優勢使得該技術對于醫護人員和患者更為友好。與PET 相比，磁共振引導穿刺技術效費比更高，所需時間更短，經濟性更強。確實，磁共振技術對患者存在較多禁忌事項，導致其普及面可能小于CT 引導穿刺等技術。但是對于適宜患者，在當下精準醫療、個性化醫療趨勢的引領下，磁共振引導穿刺技術在相關領域仍有十分重要的臨床研究與應用價值。此外，磁共振引導穿刺可實現影像標記與病理指征的一一對應，這對于進一步挖掘磁共振影像信息，提高無創影像診斷的效能，起到很好的反向助推作用。

3.4 研究的局限性

本研究的不足：本研究的樣本量較少，對不同類型肺癌以及不同分期、分級的肺癌樣本納入考慮不足，需要進一步擴大樣本量；本研究中部分病例的占位性病變大小未得到外科手術證實，這可能導致在影像上圈定的感興趣區與實際相比可能存在一定的誤差；此外，分析使用的量化指標取的是整體ROI 的平均值，忽略了腫瘤的異質性，可能會對最后的量化計算結果有一定的影響，還需要進一步的研究。

綜上所述，多b 值磁共振擴散加權成像在肺占位性病灶的精準穿刺中具有重要的臨床應用價值。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。