直肠癌3.0T磁共振扩散加权成像中b值的选择

王余， 马梦华， 徐晋珩， 王海平， 韩德昌， 才艳玲



·腹部影像学·

直肠癌3.0T磁共振扩散加权成像中b值的选择

王余， 马梦华， 徐晋珩， 王海平， 韩德昌， 才艳玲

目的：选择直肠癌3.0T磁共振扩散加权成像(DWI)的合适b值，以利于DWI对直肠癌病灶的检出。方法：对63例直肠癌患者行多b值DWI检查(b值为300、600、900、1200、1500、1800、2100 s/mm2)及常规MRI平扫(T2WI、T1WI)。测量不同b值时直肠癌的ADC值；计算直肠癌的信噪比(SNR)及膀胱的信号强度比(SIR)；根据HE染色病理图片记录直肠癌的细胞密度，并进行统计学分析。结果：随着b值的增大，直肠癌ADC值及SNR呈逐渐降低趋势，差异有统计学意义(P<0.05)。当b值≤1200 s/mm2时，DWI图像中直肠癌SNR均高于T2WI图像(P<0.05)。各不同b值的DWI图像中膀胱SIR均低于T2WI图像(P<0.05)，随着b值的增大膀胱SIR逐渐减低，当b值≥1200 s/mm2时，膀胱SIR明显减低接近于1。不同b值时直肠癌ADC值与细胞密度之间均呈负相关(P<0.05)，b=1200 s/mm2时，其相关度最高(r=-0.76，P<0.05)。结论：直肠癌3.0 T磁共振扩散加权成像中的合适b值应为1200 s/mm2。

直肠肿瘤； 扩散加权成像； 磁共振成像； b值

直肠癌是胃肠道常见的恶性肿瘤之一，发病率仅次于胃癌和食道癌。磁共振扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)作为一种无创性磁共振功能成像方法，它能反映活体内水分子的扩散能力和运动方向。随着磁共振设备场强的提高和高分辨力相控阵线圈的开发，DWI在直肠癌的应用日益增多[1-3]。扩散敏感系数(b值)是DWI序列检测扩散运动能力的重要指标，b值越高对水分子扩散运动越敏感，但同时图像信噪比会降低，因此b值的选择至关重要。本研究旨在选择3.0 T磁共振扩散加权成像诊断直肠癌的合适b值。

材料与方法

1.病例资料

搜集术前未接受放化疗、经肠镜活检证实为直肠癌且行MRI检查的患者，选择肿瘤厚度≥1 cm并被DWI检出，术后经病理证实的直肠癌患者63例，其中男30例，女33例，年龄20～79岁，平均58.6岁。临床主要症状为大便带血。63例患者MRI各序列资料完整，图像质量满足诊断要求。

2.检查方法

MRI检查采用3.0T Philips Achieva 超导型磁共振成像系统，所有患者均行常规T2WI、T1WI平扫、DWI扫描，具体扫描参数如下：①多次激发快速自旋回波序列(TSE)T2WI轴面扫描，TR 2000～5000 ms，TE 110 ms，视野180 mm×180 mm，体素0.8 mm×0.9 mm，层厚4 mm，层间距0.5 mm，回波链长度17，翻转角90°，信号采集数2，层数24；②多次激发快速自旋回波序列(TSE)T1WI轴面平扫，TR 400～600 ms，TE 8 ms，视野180 mm×180 mm，体素0.8 mm×0.9 mm，层厚4 mm，层间距0.5 mm，回波链长度4，翻转角90°，信号采集数3，层数24；③DWI采用自由呼吸单次激发SE-EPI序列，b值选择300、600、900、1200、1500、1800和2100 s/mm2，TR 2000～2500 ms，TE ms/shortest，视野261 mm×180 mm，体素2.25 mm×2.25 mm，层厚4 mm，层间距0.5 mm，半采集因子0.627，回波链长度49，翻转角90°，信号采集数4，层数24，抑脂方式为频谱空间预置饱和翻转回复(spectral presaturation with inversion recovery，SPIR)。

3.图像分析

感兴趣区(region of interest,ROI)的选择：参考常规T2WI、T1WI和DWI图像，于3个连续层面分别各设置一个ROI(ROI尽量大，各层面大小尽量保持一致)进行测量，避开血管、坏死区域及伪影，取其平均值作为最终测量值。

分别测量肿瘤、膀胱内尿液、背景区域内噪声各感兴趣区内的DWI和T2WI图像信号强度。计算T2WI图像中肿瘤的信噪比(signal to noise，SNR)及膀胱的信号强度比(signal intensity ratio，SIR)、不同b值的DWI图像中肿瘤的SNR及膀胱的SIR。SNR计算公式：SNR组织= S组织/SD噪声(S组织为所测组织器官的信号强度，SD噪声为相应层面背景噪声信号强度的标准差)；SIR计算公式：SIR组织= S组织/S噪声(S组织为所测组织器官的信号强度，S噪声为相应层面背景噪声信号强度)。根据系统自行生成的表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)图分别得出不同b值的肿瘤ADC值。

4.细胞密度分析

常规HE染色病理切片，使用CMIAS多功能真彩色病理图像分析系统，计算200倍镜下每个采集野内肿瘤细胞核总面积与统计场面积之比，以此作为肿瘤细胞密度，每份标本任意选取5个视野，取其平均值作为最终测量值(用百分比表示)。

5.统计学分析

结　果

63例直肠癌均经手术及病理组织学证实，其中高分化腺癌17例，中分化腺癌36例，低分化腺癌(图1a)10例。直肠癌在DWI图像中呈高或稍高信号(图1b～h)，在ADC图中呈低或略低信号。

随着b值的增大，直肠癌SNR呈逐渐降低趋势，差异有统计学意义(P<0.05)。当b值≤1200 s/mm2时，DWI图像中直肠癌SNR均高于T2WI图像(图1i)(P<0.05)。各不同b值的DWI图像中膀胱SIR均低于T2WI图像(P<0.05)，随着b值的增大膀胱SIR逐渐减低，当b值≥1200 s/mm2时，膀胱SIR明显减低接近于1(表1)。

表1　不同b值时DWI及T2WI图像上直肠癌SNR及膀胱SIR

注：除b值=1200、1500、1800、2100 s/mm2的SIR组间比较差异无统计学意义外，余各不同b值及T2WI组间两两比较SNR、SIR，P值均<0.05。

随着b值的增大，直肠癌ADC值逐渐下降，差异有统计学意义(P<0.05)。采用双变量相关分析，不同b值时直肠癌ADC值与细胞密度之间均呈负相关(P<0.05)，b值=1200 s/mm2时，其相关性最高(r=-0.76，P<0.05，表2)。

表2　不同b值时直肠癌ADC值与细胞密度的相关性

讨　论

DWI是在细胞水平定量分析活体组织内水分子运动的技术，能提供病理变化的信息，已广泛应用于直肠癌的检出、定性、术前分期以及放化疗效果的评价[4,5]。DWI的信号强度不仅与组织的ADC有关，而且还受T2穿透效应的影响。为了消除T2穿透效应对DWI的影响，需依靠ADC图像及测量ADC值[6]。各学者所测得的直肠癌的ADC值不尽相同，这与所采用的磁共振场强、扫描序列及成像参数不同有关，尤其与所采用的扩散敏感系数(b值)不同关系密切，因此b值的选择尤为重要。

当b值越低时，DWI及ADC值受血流灌注影响越大；b值越高时，对水分子扩散运动越敏感，但DWI图像的信噪比越差[7,8]。b值的选择应该满足以下条件：能清楚分辨和显示被检组织，尽量消除T2穿透效应对DWI图像的影响，有效去除血流灌注，使ADC值更能反映水分子扩散的真实情况。因此，本研究采用肿瘤SNR、膀胱SIR、ADC值与肿瘤细胞密度的相关性等参数，从图像质量和反映水分子扩散两方面讨论b值的选择。

本研究结果显示，随着b值的增大，直肠癌的ADC值逐渐减低，这可能与血流灌注等影响因素有关，与文献报道一致。b值越小，ADC值越大，证实直肠癌扩散加权成像中其ADC值同样受血流灌注的影响；反之，b值越大，ADC值越小，越能反映水分子扩散的真实情况。从这个角度考虑应尽量采用高的b值，然而，DWI图像上直肠癌的SNR随着b值的增大而下降。当b值≥1500 s/mm2时，DWI图像上肿瘤的SNR低于T2WI。SNR是临床评价图像质量的常用指标，如果SNR明显下降，肿瘤将无法清楚显示，这又限制了高b值的应用，从这方面考虑b值应该<1500 s/mm2。

DWI图像的信号强度不仅与组织扩散特性有关，而且受T2穿透效应影响[9]。除了ADC图像及测量ADC值能去除T2穿透效应，高b值DWI是否也可以降低T2穿透效应的影响，使DWI图像信号强度更能反映组织扩散特性？本研究对不同b值DWI图像上膀胱内尿液与背景信号强度比值(SIR)进行测量并进行统计学分析，发现当b值≥1200 s/mm2时各组SIR明显降低，各组间差异无统计学意义(P>0.05)。膀胱内尿液接近于自由水，其在DWI上的信号强度主要来自T2信号。当b值≥1200 s/mm2时膀胱内尿液信号强度明显减低，接近背景信号强度，此时可以认为自由水得到抑制，T2穿透效应基本上被消除，DWI图像主要反映组织的扩散特性。

虽然影响肿瘤组织ADC值的因素较多，如肿瘤细胞密度、富血管度、细胞外液的粘度、细胞膜的完整性等[2]，但对不同类型肿瘤的MRI研究表明，肿瘤的ADC值与肿瘤细胞密度呈明显的负相关，即肿瘤细胞密度越大，ADC值越低[10-13]；这可能与细胞密度越高的肿瘤具有相对更低通透性的半透明细胞膜、相对更丰富的细胞内水含量、相对更窄的细胞外间隙有关[14]。本研究对直肠癌ADC值与细胞密度之间的相关性进行统计学分析，发现两者间同样存在负相关，当b=1200 s/mm2时，其相关性最高(r=-0.76)。利用反证法可以认为ADC值与细胞密度相关性高时，ADC值更能反映组织的水分子扩散的实际状况。

综上所述，当b值=1200 s/mm2时DWI图像上肿瘤的SNR高于T2WI，T2穿透效应基本消除，直肠癌ADC值与细胞密度相关程度最高(r=-0.76)，权衡图像质量和反映水分子扩散两方面的因素，笔者认为1200 s/mm2是3.0 T磁共振扩散加权成像诊断直肠癌的合适b值，选择合适b值的DWI更有利于直肠癌病灶的检出。由于3.0 T磁共振具有高磁场均匀度、高磁场切换度等特点，加上敏感编码等技术的应用，给DWI检查中 b 值的提高提供了空间。DWI检查b值的选择目前无统一评价标准，尚需进一步研究。

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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，唐山市工人医院磁共振室(王余、马梦华、王海平、韩德昌、才艳玲)，病理科(徐晋珩)

王余(1977-)，男，河北唐山人，硕士，副主任医师，主要从事MRI诊断工作。

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)