食管癌扩散加权成像的b值选取及其在恶性程度评估中的应用

陈伟， 朱艳， 徐青青， 周胜利， 柏根基， 王亚婷， 陆洋

·胸部影像学·

食管癌扩散加权成像的b值选取及其在恶性程度评估中的应用

陈伟， 朱艳， 徐青青， 周胜利， 柏根基， 王亚婷， 陆洋

目的：探讨食管癌扩散加权成像的最佳b值及ADC值在预测食管癌恶性程度中的价值。方法：对45例经病理证实的食管癌患者行常规MRI及多b值DWI扫描，分别采用b值500、800和1000s/mm2。结果：随着b值的升高，DWI图像上食管癌病变的信号噪声比(SNR)、对比噪声比(CNR)逐渐下降(SNR分别为55.79±27.74、42.05±22.74、30.38±17.30；CNR分别为31.85±19.82、22.35±13.57和17.35±14.49)。经受试者工作特征(ROC)曲线分析，各b值下病变的ADC值均可作为评估肿瘤分化程度的有效指标，但以选取b值为500s/mm2时诊断效能最高，曲线下面积最大(AUC=0.902)，ADC值的最佳阈值为1.72×10-3mm2/s。结论：使用b值为500s/mm2的DWI检查有利于食管癌病变的检出。DWI及ADC值在一定程度上能够反映肿瘤的分化情况，有助于食管癌的术前评估。

食管癌； 扩散加权成像； 表观扩散系数； 信号噪声比； 对比噪声比

食管癌是我国高发的恶性肿瘤之一，术前准确诊断对食管癌手术方式的选择及预后至关重要。扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)可以从细胞及分子水平上诊断疾病，近年来DWI在食管癌中的应用已有了初步研究[1-4]，但对于食管癌DWI检查 b值的选取尚无统一标准。本研究通过对食管癌患者选取不同b值行DWI扫描，旨在探讨食管癌DWI扫描的最佳b值及表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)值在评估食管癌恶性程度方面的价值。

材料与方法

1.临床资料

对确诊为食管癌的45例患者进行MRI研究，病例入选标准为 MRI检查前经内镜下活检确诊为食管癌、且术前未行放疗或化疗等辅助治疗者。45例中，男28例，女17例，年龄45～71岁，平均56.8岁，术后病理诊断均为鳞癌，其中低分化15例、中分化18例、高分化12例。

2.检查方法

使用GE Signal HDxt 3.0T磁共振扫描仪和8通道体部相控阵线圈。所有病例先进行常规平扫，检查前训练患者行胸式呼吸，并于双侧髂前上棘上方加压放置腹带，在不影响患者呼吸的情况下尽量拉紧腹带以减少呼吸运动影响。采用单次激发SE-EPI序列行DWI扫描，分别采用4种b值(0、500、800和1000 s/mm2)，扫描参数：TR 8000 ms，TE 50.8～67.4 ms，层厚5 mm，层间距0 mm，视野44 cm×44 cm～48 cm×48 cm，矩阵96×130，激励次数3，获得各b值下食管癌病灶的DWI及ADC图。

表1 不同b值下食管癌DWI及T2WI的SNR及CNR

表2 不同b值及不同分化程度间食管癌ADC值比较

3.图像分析

将所得DWI图像传输至GE ADW4.5后处理工作站，应用Functool软件包对图像资料进行后处理。分别测量T2WI图像及不同b值DWI图像肿瘤病灶信号强度及背景噪声强度，根据系统自行生成的ADC图，计算肿瘤 ADC值，每个数值测量三次取其平均值。

4.数据分析

计算并比较 DWI 图像上肿瘤病灶的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)及对比噪声比(contrast-to-noise ratio，CNR)：

(1)

(2)

S肿瘤为肿瘤病灶的信号强度，S肌肉组织为正常食管壁的信号强度，SD噪声为相应层面背景组织信号强度的标准差。

使用SPSS 16.0统计软件包进行分析。本研究中所有数据均满足正态分布，不同b值图像及T2WI上病变的SNR和CNR的比较采用单因素方差分析；在同一b值下，对不同分化程度间肿瘤ADC值的比较亦采用单因素方差分析，并进一步进行受试者工作特征(ROC)曲线分析。P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.不同b值DWI的图像质量

不同b值DWI上病灶的SNR和CNR测量结果见表1。随着b值增加，DWI上食管癌病灶的SNR及CNR逐渐下降。当b值为500 s/mm2时，DWI图像上食管癌病灶的SNR高于T2WI，但两组间差异无统计学意义(P=0.113)；当b值为800、1000 s/mm2时，食管癌DWI图像上病灶的SNR均低于T2WI，差异有统计学意义(P<0.05)。在不同b值下DWI图像病灶CNR均高于T2WI图像的CNR，且两两比较差异有统计学意义(P<0.05)；而b=500 s/mm2与b=800 s/mm2两者病灶CNR间比较差异有统计学差异(P=0.002)，b=800 s/mm2与b=100 s/mm2时，两者病灶CNR间比较差异无统计学差异(P=0.103)。

2.不同分化程度食管癌的ADC值比较

不同b值下不同分化程度食管癌的ADC值测量结果及比较见表2。各个b值下，病灶的 ADC值均随着肿瘤分化程度的增高而升高，三组间差异有统计学意义(P<0.05)。进一步两两比较结果显示，b=500 s/mm2时，各分化组间差异均有统计学意义(P<0.05)；b=800 s/mm2时，低分化组与中分化组间差异无统计学意义(P=0.078)，而低分化组与高分化组、中分化组与高分化组之间差异有统计学意义(P<0.05)；b=1000 s/mm2时，低分化组与中分化组间差异无统计学意义(P=0.594)，而低分化组与高分化组、中分化组与高分化组之间差异有统计学意义(P<0. 05)。

3.ADC值的ROC曲线分析

将食管癌分为低分化组和中高分化组，应用ROC曲线分析各b值组ADC值的鉴别诊断效能。结果显示，3组b值所取得的ADC值均具有诊断意义，其中b值取500 s/mm2时ROC曲线下面积(Az)最大，诊断效能最高(图2)。依ROC曲线分析结果选择各b值下对低分化与中高分化食管癌肿块鉴别的ADC值最佳诊断阈值，并确定各自的敏感度、特异度(表3)。 其中取b值为500 s/mm2时，选取ADC值1.72作为诊断阈值，其敏感度和特异度均较高，分别为85.7%和82.4%。

表3 不同b值下ADC值的ROC曲线分析结果

注：ADC值的单位为×10-3mm2/s。

讨 论

DWI在中枢神经系统疾病中的应用已经较为成熟，目前已有关于其在胸腹部成像研究中的应用[5]。但是，DWI在食管成像方面的应用尚处于初步研究阶段[3,6]，目前对于食管癌DWI检查中b值的选取尚无统一标准。

1.食管癌DWI中b值的选择

DWI的理想目标是在能够清晰分辨病变与周围组织器官的基础上获得准确反映组织扩散特性的图像，b值的选择原则是应采用尽可能高的b值，并且能够清晰显示和分辨被检组织。国内有学者认为在食管癌DWI检查中最佳b值为500 s/mm2，获得的DWI图像不仅能较好地克服灌注、T2穿透效应等对图像质量的影响，而且能较准确地反映肿瘤组织的扩散特性[7]。

本研究中对b值为500、800和1000 s/mm2的DWI及T2WI的图像质量进行对比，结果显示b值在500～1000 s/mm2时，DWI图像上食管癌病灶的CNR均高于T2WI，两两比较差异均有统计学意义(P<0.05)。b值从500 s/mm2升高至1000 s/mm2时病灶的CNR逐渐下降，即随着 b值的增高，DWI对食管癌病灶的分辨能力将会逐渐降低，且随着噪声信号在图像中比重的增加，DWI对于食管癌的分辨能力随b值的增加终将低于T2WI。同时，本研究中对各组图像中肿瘤的SNR值进行了比较，结果显示肿瘤的SNR随着 b值增加逐渐下降，表明DWI的图像质量随b值的增高而逐渐下降；但b值为500 s/mm2时的DWI图像上肿瘤的SNR高于T2WI，但两组间差异无统计学意义(P=0.113)；而当b值为800、1000 s/mm2时，食管癌DWI图像病灶SNR均低于T2WI图像上病灶的SNR，且两两比较差异有统计学意义(P=0.001)；b值500 s/mm2的DWI图像上肿瘤的SNR明显高于b值800和1000 s/mm2的DWI图像，且差异有统计学意义(P<0.05)。

2.DWI对不同分化程度食管癌的鉴别诊断价值

DWI能够从分子水平上早期检测组织与器官的病理生理学改变。ADC值可以定量评估肿瘤组织微结构的变化，目前已被广泛应用于良恶性肿瘤的鉴别诊断及恶性肿瘤的疗效评价[8-10]。

有研究表明肿瘤组织中水分子自由扩散能力是影响ADC值大小的主要因素[11]。在病理学上，食管癌分化程度越低，肿瘤细胞越大，肿瘤细胞增多且排列紧密，肿瘤组织内细胞外间隙减小，水分子自由扩散受限，因而ADC值减低，即理论上分化程度不同的食管癌之间ADC值应该不同。本研究中根据食管癌细胞分化程度将患者分为3组，在b值分别为500、800和1000 s/mm2时，以b值=500 s/mm2时曲线下面积最大(Az=0.902)，因此笔者认为ADC值可以作为鉴别食管癌恶性程度的定量指标，这与上述理论相符，且以b值取500 s/mm2时ADC值的诊断效能最高，在该b值下取ADC值1.72×10-3mm2/s作为鉴别低分化与中高分化食管癌的诊断阈值时，其敏感度和特异度均较高(分别为85.7%和82.4%)。

综上所述，通过选取合适的b值进行食管癌DWI检查，可以清晰显示病灶范围及大小，并能通过测量ADC值来预测肿瘤的分化程度，DWI检查可作为食管癌的常规扫描序列在临床工作中推广应用。

[1] 侯栋梁,时高峰,高献书,等.磁共振弥散加权成像在食管癌大体肿瘤靶区勾画中的应用价值[J].中华放射肿瘤学杂志,2012,21(4):343-347.

[2] 田华,王澜,韩春,等.磁共振弥散加权成像在食管癌精确放疗中的应用价值[J].中华放射肿瘤学杂志,2012,21(3):223-226.

[3] Sakurada A,Takahara T,Kwee TC,et al.Diagnostic performance of diffusion-weighted magnetic resonance imaging in esophageal cancer[J].Eur Radiol,2009,19(6):1461-1469.

[4] Aoyagi T,Shuto K,Okazumi S.Apparent diffusion coefficient values measured by diffusion-weighted imaging predict chemoradiotherapeutic effect for advanced esophageal cancer[J].Dig Surg,2011,28(4):252-257.

[5] 张晰,邢伟,陈杰,等.DWI在肺癌淋巴结定性诊断中的临床研究[J].中国医学计算机成像杂志,2013,19(3):213-216.

[6] Aoyagi T,Shuto K,Okazumi S,et al.Apparent diffusion coefficient correlation with oesophageal tumour stroma and angiogenesis[J].Eur Radiol,2012,22(6):1172-1177.

[7] 汪宁,张晓鹏,唐磊,等.食管肿瘤扩散加权成像序列参数优化及相关影像病理对照研究[J].中国医学影像技术,2005,21(12):1826-1829.

[8] 陈玉芳,程红岩.DWI在肝癌TACE后疗效评价的研究进展[J].中国医学计算机成像杂志,2011,17(5):451-455.

[9] 尚全良,肖恩华,贺忠，等.肝癌经导管动脉灌注化疗栓塞术疗效的MR扩散加权成像动态研究[J].中华放射学杂志,2006,40(3):235-240.

[10] de Cobelli F,Giganti F,Orsenigo E,et al.Apparent diffusion coefficient modifications in assessing gastro-oesophageal cancer response to neoadjuvant treatment: comparison with tumour regression grade at histology[J].Eur Radiol,2013,23(8):2165-2174.

[11] Liu Y,Ye Z,Sun H,et al.Grading of uterine cervical cancer by using the ADC difference value and its correlation with microvascular density and vascular endothelial growth factor[J].Eur Radiol,2013,23(3):757-765.

Appropriate b factor selection of DWI and evaluating the malignant degree in esophageal cancer

CHEN Wei,ZHU Yan,XU Qing-qing,et al.

Department of Radiology,the First Huaian Hospital,Nanjing Medical University,Jiangsu 223300,China

Objective:To explore the appropriate b value of DWI for esophageal cancer and to assess the value of ADC in the prognosis of malignant degree of esophageal cancer.Methods:Forty-five patients with esophageal cancer proved by pathology were enrolled in this study.After conventional MRI,DWI was performed using three different b values (0,500,800 and 1000s/mm2).Results:With the increase of b value,the signal-to-noise ratio (SNR) and contrast noise ratio (CNR) of esophageal lesions gradually decreased (SNR=55.79±27.74,42.05±22.74 and 30.38±17.30;CNR=31.85±19.82,22.35±13.57 and 17.35±14.49).The result of analyzing with receiver operating characteristic (ROC) curve showed that with each b value,ADC value was effective index for evaluating the degree of tumor differentiation,especially with b value of 500s/mm2,the area under ROC curve (AUC) was the largest,the optimal threshold values of ADC was 1.72×10-3mm2/s.Conclusion:The optimal b value on DWI for the early diagnosis of esophageal cancer is 500s/mm2in this study.Features on DWI and ADC values of esophageal cancer can reflect the degree of differentiations to some extent,they are helpful for eva-luation of esophageal cancer before operation.

Esophageal cancer； Diffusion weighted imaging； Apparent diffusion coefficient； Signal noise ratio； Contrast noise ratio

223300 江苏，南京医科大学附属淮安第一医院影像中心

陈伟(1984-)，男，江苏灌南人，硕士，主治医师，主要从事腹部影像诊断工作。

周胜利，E-mail：zsl2413@sina.com

R445.2；R

A

1000-0313(2016)12-1182-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.12.017

2016-04-05

2016-07-15)