磁共振动态增强扫描定量分析方法评价肺部肿块良恶性初步研究

史昭菲，刘绪忠，柏根基

（南京医科大学附属淮安第一医院，江苏 淮安 223300）

◁胸部影像学▷

磁共振动态增强扫描定量分析方法评价肺部肿块良恶性初步研究

史昭菲，刘绪忠，柏根基

（南京医科大学附属淮安第一医院，江苏 淮安 223300）

目的：探讨动态增强磁共振（DCE-MRI）扫描定量参数测定对鉴别肺部肿块良恶性的可行性。方法：77例肺部肿块患者行3.0T MR动态增强扫描，并经手术或穿刺活检病理证实，测量定量参数：容量转移常数（Ktrans）、速率常数（Kep）和血管外细胞外间隙容积比（ve），分别对良性病变、恶性病变定量参数值进行统计学分析；最后绘制ROC曲线。结果：恶性病变组：低分化腺癌 Ktrans、Kep、ve均值分别为 （0.270±0.089） min-1、（0.926±0.475） min-1、0.340±0.144，低分化鳞癌分别为 （0.268±0.066） min-1、（0.997±0.464） min-1、0.293±0.091，小细胞癌均值为（0.238±0.074） min-1、（0.617±0.369） min-1、0.412±0.312；良性病变组 Ktrans、Kep、ve均值分别为（0.190±0.084） min-1、（0.569±0271） min-1、0.392±0.207。良、组行独立样本 t检验，Ktrans、Kep值均有统计学差异（P 值均＜0.05），ve值无统计学差异（P值＞0.05），良性病灶组分别与低分化腺癌、低分化鳞癌组行成组设计方差分析，Ktrans及Kep差异均有统计学意义（P值均＜0.05），ve均无统计学差异（P值均＞0.05）；低分化腺癌与低分化鳞癌Ktrans、Kep、ve差异均无统计学意义（P值均＞0.05）。良性病灶组及恶性病灶组ROC曲线下面积分别为0.741、0.715，敏感性分别为88.4%、39.5%；特异性分别为54.2%、95.8%。结论：DCE-MRI定量参数Ktrans、Kep值鉴别诊断肺部肿块具有可行性，有助于对肺癌及肺部良性病灶进行鉴别。

肺肿瘤；活组织检查，针吸；磁共振成像

肺癌的血管生成在肺癌生长、发育、转移方面起重要作用[1]，对于提示肺癌侵袭性生长及分子靶向治疗具有重要意义，影像检查中，CT灌注扫描、PET、SPECT均可用于评估肿瘤的血管生成，但3种扫描方法均有辐射，且PET、SPECT空间分辨率相对较低，PET价格昂贵，因此无辐射的MR动态增强扫描技术成为近年来研究热点，应用药代动力学和半定量方法对肺内良恶性病灶的鉴别诊断已有相关报道[2-3]，而MRI动态增强扫描定量分析方法对肺内病灶良恶性鉴别诊断国外及国内少有报道，笔者对77例肺部病变患者行3.0T MRI定量动态增强（DCE-MRI）扫描，旨在探讨 DCE-MRI定量分析鉴别诊断肺部肿块良恶性的可行性。

1 资料与方法

1.1 临床资料

收集2013年1月—2014年4月本院检出肺内肿块但不能完全定性诊断的77例患者，均行DCEMRI扫描，其中女26例，男 51例，年龄 16～84岁，平均50岁。入选标准：①CT或X线发现肺内孤立性肿块，肿块直径≥3cm，②所有患者未经化疗或放疗治疗，怀疑炎性病灶经抗炎治疗2周，病变未有减小或轻度增大，③所有患者在MRI增强扫描后24 h内行穿刺活检或手术，所有病例均经病理证实。本研究方案均通过我院伦理委员会，所有患者均签知情同意书。

1.2 检查技术及成像参数

采用 3.0T Siemens MAGNETOM Avanto（Trio，Siemens，Erlangen，Germany），6 通道体部相控阵线圈作为接收线圈，患者取仰卧位。扫描的序列包括：定位相、轴位及冠状位T2WI，轴位T1WI及DCEMRI扫描序列。①常规扫描：常规定位相扫描后，行冠状位半傅里叶采集单次激发快速自旋回波序列（HASTE）T2WI平扫（TR 1 200 ms，TE 93 ms，层厚5 mm，间隔 1 mm，矩阵 384 mm×269 mm，激励次数1次，FOV 350 mm×350 mm），轴位梯度回波序列T1WI（TR 130ms，TE 2.46ms，层厚 5mm，间隔 1.25mm，矩阵：320mm×240mm，激励次数1次，FOV 360mm×270 mm），轴位自旋回波序列T2WI压脂序列（TR 3 000 ms，TE 72 ms，层厚 5 mm，间隔 1.25 mm，矩阵256mm×192mm，激励次数1次，FOV 390mm×274mm）。②平扫后行动态增强扫描：采用T1加权快速梯度回波序列（GRE 序列）：TR 252.96 ms，TE 1.1 ms，层厚5 mm，间隔 12.5 mm，矩阵 208 mm×154 mm，反转角12°，FOV：320 mm×240 mm。单期扫描时间约 3 s，共扫描80期，动态扫描时间240 s。检查前用12 G静脉留置针建立静脉通道，对比剂采用钆喷替酸葡甲胺（Gd-DTPA），使用压力注射器团注对比剂，剂量为0.1 mmol/kg，注射流率3 mL/s，注射完毕后追加10mL生理盐水推注。注药后于动态增强扫描约10s左右嘱患者屏气20 s，后快速小幅呼吸2次，再次屏气20 s，随后平静呼吸。

1.3 MRI数据处理

所有数据均在PMI软件后处理，该软件使用双室药代动力学模型[4]，以邻近主动脉或分支为输入动脉（AIF），通过选取感兴趣区（ROI），测量出 DCEMRI数据的定量动态增强参数并生成相关的参数图。定量参数包括：①容量转移常数（Ktrans）：对比剂从血浆分布到细胞外血管外速度常数，单位为min-1，②速率常数（Kep）：扩散至细胞外血管外的对比剂返回到血浆速度常数，单位为min-1，③血管外细胞外间隙容积比（ve）：血管外细胞外间隙占整个体素的百分比。三者满足以下的关系：Kep=Ktrans/ve[5]。

1.4 ROI的选取及基本要求

由两名有15年和5年以上主要从事胸部影像诊断经验的放射科医生采用双盲法选取肿瘤的3个扫描层面，分别进行手动测量，所测得的值取平均数作为最终的参数值，放置ROI时，需参考T1WI、T2WI及DCE-MRI原始图像，尽量避开邻近的较大血管、坏死、囊变、钙化及肺不张区域。

1.5 统计学分析

所有数据由Excel 2003录入，采用SPSS 16.0软件进行分析。良、恶性病灶组所测量参数行Shapiro-Wilk检验和Levene方差齐性检验，满足正态度分布者进行独立样本t检验，非正态分布者行非参数检验（Mann-Whitney U检验），判断有无统计学差异；良恶性病灶组间进行单因素成组设计方差分析；采用MedCalc最后绘制ROC曲线、计算曲线下面积（AUC），并评价各参数值的诊断效能。计量资料以±s表示，P＜0.05认为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般情况

77例患者共发现病灶77个，其中2例良性病灶及8例恶性病灶因图像质量较差、呼吸运动伪影、病灶实性成分较少等原因而排除。最终67例病灶入选本实验，恶性病灶共43例，包括：低分化鳞癌13例（Ⅲ级5例，Ⅳ级4例，Ⅲ～Ⅳ级4例），低分化腺癌26例（Ⅲ级10例，Ⅳ级9例，Ⅲ～Ⅳ级7例），小细胞肺癌4例。良性病灶共24例，包括：慢性肺炎或机化性肺炎20例，真菌感染 2例 （隐球菌感染1例、曲霉菌感染1例），结核2例。图1～3示部分病例处理后的伪彩图及动态增强图。

2.2 DCE-MRI定量参数值比较

良、恶性病灶组定量参数：Ktrans、Kep均呈正态分布并且满足方差齐性，t检验：Ktrans（P=0.000）及Kep（P=0.000）有统计学差异，恶性病灶组 Ktrans、Kep平均值均高于良性病灶组，良、恶性病灶ve（P=0.184）差异无统计学意义（表1）；成组设计方差分析显示良性病灶、低分化腺癌及低分化鳞癌组具有方差齐性，采用LSD法（表2～4）显示：良性病灶组分别与低分化腺癌、低分化鳞癌组比较，Ktrans及Kep均有统计学差异（P值均＜0.05），且低分化腺癌与低分化鳞癌的Ktrans值及Kep值均高于良性病灶组，3组间ve值无统计学意义（P值均＞0.05）；低分化腺癌与低分化鳞癌Ktrans、Kep、ve差异均无统计学意义（P 值均＞0.05）。

图1 女，68岁，右上肺低分化鳞癌。Ktrans、Kep、ve分别为 0.322 6 min-1、1.205 6 min-1、0.267 6，图1a～1c：定量动态增强伪彩图直观显示恶性肿块较高灌注特征，图1d：动态增强图，肿块明显不均匀强化。Figure 1. A 68-year-old female with poorly differentiated squamous cell carcinoma in the upper lobe of right lung.Ktrans,Kepand veare 0.322 6 min-1,1.205 6 min-1and 0.267 6.Figure 1a～1c are quantitative dynamic enhancementpseudo-colormaps,in which characteristics of high perfusion could be displayed directly.Figure 1d is a dynamic enhancement map which shows the tumor is significantly heterogenously enhanced.

图2 女，77岁，左上肺低分化腺癌。Ktrans、Kep、ve分别为 0.400 1 min-1、1.078 8 min-1、0.370 9。图2a～2c：定量动态增强伪彩图更为直观显示恶性肿块较高灌注特征，图2d：动态增强图，肿块明显不均匀强化。Figure 2. A 77-year-old female with poorly differentiated adenocarcinoma in the upper lobe of left lung，Ktrans,Kepand veare 0.4001min-1,1.0788min-1 and 0.370 9.Figure 2a～2c are quantitative dynamic enhancement pseudo-color maps,in which characteristics of high perfusion could be displayed directly.Figure 2d is a dynamic enhancementmap which shows the tumor is significantly heterogenously enhanced.

图3 男，75 岁，左上肺慢性肺炎，Ktrans、Kep、ve分别为 0.113 3 min-1、0.608 0 min-1、0.186 3。图3a～3c：定量动态增强伪彩图，直观显示病灶较低灌注特征，图3d：动态增强图，病灶边缘轻度均匀强化，中间坏死区无强化。Figure 3. A 75-year-old male with chronic pneumonia in the upper lobe of left lung,Ktrans,Kep and veare 0.113 3 min-1,0.608 0 min-1and 0.186 3.Figure 3a～3c are quantitative dynamic enhancement pseudo-color maps,in which characteristics of low perfusion could be displayed directly.Figure 3d is a dynamic enhancement map which shows the mass is ill-defined with slightly homogeneous marginal enhancement and no internal enhancement.

表1 良恶性病灶间 Ktrans、Kep值及 ve值比较（±s）

表1 良恶性病灶间 Ktrans、Kep值及 ve值比较（±s）

注：恶性病灶组的Ktrans值及Kep值均高于良性病灶组（P值均＜0.05）；ve值良恶性病灶组间差异无统计学意义（P值＞0.05），良性病灶组ve值略高于恶性病灶组。

组别 例数（个） Ktrans（min-1） Kep（min-1） ve良性病灶组 24 0.190±0.084 0.569±0271 0.392±0.207恶性病灶组 43 0.266±0.080 0.918±0.465 0.333±0.151 t值 3.697 3.883 1.341 P值 0.000 0.000 0.184

表2 良性病灶组与低分化腺癌组间Ktrans、Kep值及ve值比较（±s）

表2 良性病灶组与低分化腺癌组间Ktrans、Kep值及ve值比较（±s）

组别 例数（例） Ktrans（min-1） Kep（min-1） ve良性病灶组 24 0.190±0.084 0.569±0271 0.392±0.207低分化腺癌组 26 0.270±0.089 0.926±0.475 0.340±0.144 P值 0.001 0.003 0.271

表3 良性病灶组与低分化鳞癌组间Ktrans、Kep值及ve值比较（±s）

表3 良性病灶组与低分化鳞癌组间Ktrans、Kep值及ve值比较（±s）

组别 例数（例） Ktrans（min-1） Kep（min-1） ve良性病灶组 24 0.190±0.084 0.569±0271 0.392±0.207低分化鳞癌组 13 0.268±0.066 0.997±0.464 0.293±0.091 P值 0.008 0.003 0.085

表4 低分化腺癌组与低分化鳞癌组间Ktrans、Kep值及ve值比较（±s）

表4 低分化腺癌组与低分化鳞癌组间Ktrans、Kep值及ve值比较（±s）

注：P值≤0.05有统计学意义，P值均＞0.05无统计学意义。

组别 例数（例） Ktrans（min-1） Kep（min-1） ve低分化腺癌组 26 0.270±0.089 0.926±0.475 0.340±0.144低分化鳞癌组 13 0.268±0.066 0.997±0.464 0.293±0.091 P值 0.933 0.606 0.397

2.3 各参数诊断效能

以病理结果为标准绘制良性病灶组与恶性病灶组 Ktrans、Kep及 ve三者 ROC 曲线（图4），可得到各定量参数的最佳诊断切点值、最大约登指数 （即敏感性+特异性-1）及诊断敏感性、特异性，由结果可知Ktrans的敏感性及Kep的特异性较高，分别为88.4%、95.8%（表5）。

图4 Ktrans、Kep和 ve判断肿块良性的 ROC 曲线。Ktrans、Kep和 ve三者的曲线下面积分别为0.741、0.715、0.583。Figure 4. ROC curves of Ktrans,Kepand vefor benign masses.Areas under the ROC curves of Ktrans,Kepand veare 0.741,0.715 and 0.583.

表5 Ktrans、Kep和ve判断肿块良恶性的诊断价值比较

3 讨论

近年来，DCE-MRI扫描定量分析已用于全身多个部位，如乳腺、前列腺、结肠、脊柱等[6-9]，其定量参数有望对肿瘤的血管生成进行客观的评估。本实验定量研究主要是应用Tofts药代动力学模型，描述对比剂在血浆（第一室）及血管外细胞外间隙（第二室）之间交换过程[4，10]，研究的主要定量参数包括：Ktrans、Kep、ve。Tofs 等[4]研究表明： DCE-MRI定量参数值Ktrans及Kep能反映肿瘤组织毛细血管通透性及血管生成能力；ve代表血管外细胞外间隙容积系数，一定程度上反映毛细血管渗透能力[11]。

本组资料研究表明，肺内良恶性病灶组间Ktrans及Kep值有明显统计学差异，良恶性病灶组间两两比较表明，低分化腺癌、低分化鳞癌Ktrans及Kep平均值均高于良性病灶。由于肺内病灶定量分析应用较少，故无从比较，而部分学者在对乳腺及前列腺等部位良恶性病灶进行DCE定量分析中得到类似的研究结果[12-13]。恶性肿瘤新生血管增多，血管表面积增加，但新生血管不成熟，基底膜不完整，内皮细胞间隙增宽，细胞外血管外容量比增加，最终导致血管通透性增加[14]，表现为对比剂的高交换；而良性病灶血管表现为反应性扩张，但基底膜相对完整，因而对比剂的交换速度低于恶性病灶，而高于正常组织。本实验中鳞癌与腺癌组间Ktrans值无统计学差异，考虑为本实验组鳞癌及腺癌均为低分化，肿瘤恶性程度高，血管通透性均明显增加，因此定量测定时未见统计学差异。此外，低分化鳞癌样本量相对较少，可能存在偏倚。

本实验中，恶性肿块组Ktrans值范围0.14～0.42min-1，均值（0.266±0.080） min-1，这与 Baik 等[15]研究结果类似，其在肺结节及肿块DCE-MRI研究中的Ktrans值范围 0.16～0.39 min-1，均值（0.227±0.065） min-1，但是Ng千等[16]对肺癌的研究 Ktrans值范围 0.028～0.110min-1，造成此结果的原因可能与造影剂的种类及血管内造影剂浓度不同有关。

关于ve值多数学者认为良恶性病灶间无明显统计学差异这与本实验研究结果一致[17-18]，也有学者持不同的观点[15]，本实验中一些结果与部分学者存在差异，分析原因可能：①本实验样本量较少，可能对实验结果造成一定的误差；②不同的测量软件所使用的药代动力学模型或多或少存在差异，从而导致后处理结果不同，Lowry等[19]研究证实：不同模型的选择可造成测量结果显著不同，此外输入动脉选择不同亦可对实验结果造成一定的影响[20]，本实验选用是二室模型，可以排除血流流速（BF）对血管渗透能力影响。

本实验研究结果显示 Ktrans、Kep的 AUC为0.741、0.715，具有中等的诊断准确度，ve的AUC值较低，为0.583，诊断效能较低。利用ROC计算出最大约登指数，再以最大约登指数对应的切点值为最佳诊断切点值判断各定量参数的敏感性和特异性，Ktrans、Kep及 ve三者中 Ktrans敏感性最高 （88.4%），Kep特异性最高（95.8%），Ktrans值及Kep值分别在一定范围内减少肺癌的漏诊率及误诊率。

不足之处：①样本量较少，需要更多的样本来评估本方法的可重复性；②DCE-MRI定量分析对扫描要求较高，现实中无法完全消除心脏及呼吸运动伪影的影响；③目前没有统一、精确、简单化的测量软件。

本研究结果显示应用3.0T MR动态增强扫描定量分析肺部肿块良恶性具有可行性，Ktrans、Kep定量参数值在一定程度上能够客观的对良恶性病变进行鉴别诊断，但是ve在鉴别病变良恶性方面没有统计学差异，其根本原因有待进一步探讨研究。随着MR扫描条件及后处理测量软件的不断优化、研究实验不断的完善，MR成像在肺癌的诊断及鉴别诊断、分期及治疗后评价等方面显示出潜在的应用价值。

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A preliminary study of diagnosing lung neoplasms with quantitative analysis of DCE-MRI

SHI Zhao-fei,LIU Xu-zhong,BO Gen-ji
(Huai’an First People’s Hospital,Nanjing Medical University,Huai’an Jiangsu 223300,China)

Objective:To investigate the feasibility of quantitative analysis parameters of dynamic contrast-enhanced MRI(DCE-MRI)in diagnosis of lung neoplasms and assess the differences of quantitative MR pharmacokinetic parameters volume transfer constant(Ktrans),exchange rate constant(Kep)and extravascular extracellular volume fraction(ve)in lung neoplasms.Methods:Three Tesla MR examinations were performed in 77 patients confirmed by biopsy and the quantitative MR pharmaeokinetic parameters including Ktrans,Kepand vewere obtained.Independent two sample t test was used between benign and malignant lung lesions.Finally,the areas under the ROC curve(AUC)of Ktrans,Kepand vebetween malignant and benign lesions were compared.Results:The mean Ktrans,Kepand veof poorly differentiated adenocarcinoma(n=26)were(0.270±0.089)min-1,(0.926±0.475)min-1and(0.340±0.144).The mean Ktrans,Kepand veof poorly differentiated squamous cell carcinoma(n=13)were(0.268±0.066)min-1,(0.997±0.464)min-1and(0.293±0.091).The mean Ktrans,Kepand veof small-cell lung cancer were(0.238±0.074)min-1,(0.617±0.369)min-1and(0.412±0.312).The mean Ktrans,Kepand veof benign lesions(n=24)were(0.190±0.084)min-1,(0.569±0.271)min-1and(0.392±0.207).There was significant difference between malignant and benign lesions in either Ktransor Kep(t=3.697,3.883,respectively,P＜0.05).There was no significant difference between malignant and benign lesions in ve(t=1.341,P＞0.05).Ktransand Kepvalues of benign lesions were significantly lower than those of squamous cell carcinoma and adenocarcinoma(both P＜0.05).No significant difference was observed between squamous cell carcinoma and adenocarcinoma in Ktransor Kep(both P＞0.05).The AUCs of Ktransand Kepbetween malignant and benign lesions were 0.741 and 0.715.The sensitivity of Ktransand Kepwere 88.4%and 39.5%,and the specificity of Ktransand Kepwere 54.2%and 95.8%.Conclusion:The differential diagnosis of benign and malignant lung lesions by Ktransand Kepis applicable.

Lung neoplasms;Biopsy,needle;Magnetic resonance imaging

R734.2；R445.2

A

1008-1062（2017）07-0475-05

2017-02-08；

2017-03-29

史昭菲（1987-），女，江苏泗阳人，住院医师。E-mail：18262639853@163.com

柏根基，南京医科大学附属淮安第一医院，223300。E-mail：hybgj0451@163.com