动态增强MRI在区别中央型肺癌及阻塞性肺改变中的价值

党保华，赵鑫，张小安

中央型肺癌常合并阻塞性肺改变，明确肺癌边界对于临床分期、放疗靶区勾画、手术方案制订及预后评估具有重要意义[1]。CT是肺癌诊断最常用的方法，但其在区分肿瘤与肺不张的界线方面存在一定局限性[2]。相关研究显示MR T2WI序列对区别肿瘤与肺不张的能力优于CT及T1WI，而DWI序列可清晰显示肿瘤与阻塞性肺改变的边界，可作为T2WI的有效补充[3-5]。相对于MRI平扫，动态增强MRI扫描能明显提高图像信噪比，提高肿瘤与非肿瘤组织间信号强度的差别，清晰区分肿块实体及其继发性改变，已应用于肝脏、乳腺、前列腺等临床肿瘤诊治当中[6-7]，但目前尚无应用动态增强MRI区别肺癌与阻塞性肺改变的报道。本研究探讨MRI动态增强扫描在区别肺癌及阻塞性肺改变中的价值，并将MRI动态增强扫描序列、常规序列及CT扫描进行对照性研究。

1 材料与方法

1.1 病例资料

回顾性收集2017年3月至2018年1月我院符合以下标准的患者。纳入标准：(1)经支气管镜检查或经皮肺穿刺活检病理检查证实为原发性中央型肺癌；(2)治疗前行MRI平扫及动态增强检查、CT平扫及增强检查；(3)影像学检查显示中央型肺癌合并阻塞性肺改变[肺不张或(和)肺炎]。排除标准：图像质量不佳，不能用于分析。44例患者纳入研究，男39例、女5例，年龄44～81岁，平均(60.4±9.7)岁。病理类型包括鳞癌28例，腺癌8例，小细胞癌4例，腺鳞癌2例，类癌1例，肉瘤样癌1例。本研究通过本院医学伦理委员会批准(81372370)，所有患者检查前均签署了知情同意书。

1.2 检查方法

CT检查：采用美国GE 32排螺旋CT (LightSpeed VCT)。管电压120 kV，管电流100～240 mA，层厚5.0 mm，层间距5.0 mm，并行0.625 mm层厚肺窗重建。增强扫描采用高压注射器经肘静脉注射非离子型对比剂碘比醇(300 mgI/ml) 1.5 ml/kg体重，注射流率3.0 ml/s，注射对比剂后45 s开始扫描。

MRI检查：采用美国GE 3.0 T MR扫描仪(SignaHDx，GE Healthcare，Waukesha，WI，USA)，TORSO线圈。检查前训练患者呼吸运动。患者取仰卧位，头先进，于呼气末进行扫描。轴位序列扫描范围从肺尖到膈顶。扫描序列：(1)屏气扰相梯度回波(breath-hold spoiled gradient recalled，BH SPGR)轴位T1WI序列：TR 200.0 ms，TE 3.0 ms，层厚 4.0 mm，层间隔0.4 mm，NEX为0.75，FOV 40 cm×40 cm，矩阵280×192；(2)呼吸门控的快速自旋回波(fast spin-echo，FSE)脂肪抑制的IDEAL T2WI序列：TR 6000.0～9000.0 ms，TE 86.0 ms，层厚4.0 mm，层间隔0.4 mm，NEX为2，FOV 40 cm×40 cm，矩阵288×224；(3)扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)：采用单次激发平面回波成像(echo planar imaging，EPI)采集，TR 4400.0 ms，TE 63.0 ms，层厚4.0 mm，层间距0.4 mm，NEX为4，FOV 38 cm×38 cm，矩阵128×128，扩散敏感梯度b=0、700 s/mm2，扩散方向3。(4)动态增强扫描：采用屏气T1WI肝脏容积快速采集(1iver acquisition with volume acceleration，LAVA)扫描序列，TR 2.6 ms，TE 1.2 ms，层厚4.0 mm，层间隔 2.0 mm，反转角12°，FOV 40 cm×40 cm，矩阵170×272；采用高压注射器经肘静脉注射对比剂钆喷酸葡胺(马根维显，Magenevist，拜耳医药公司，产地中国广州) 0.1 mmol/kg体重，注射流率2.5 ml/s，后以同样流率注射生理盐水20 ml。注入对比剂前先扫描一次获得蒙片，注入对比剂之后12 s开始连续扫描2个动脉期，扫描时间15 s，50 s后连续扫描2个门脉期，90、150 s分别再扫描1期，加上蒙片共获得7期动态增强图像，每次扫描时间7～8 s，根据患者体型不同，通常为44层或者48层图像。

1.3 图像分析

由2名有10年以上工作经验的放射诊断医师采取双盲法对CT及MRI各序列的图像进行分析，以2名医师意见一致为准，意见不一致时由第三名高年资医师进一步判定，其中DWI选取b=700 s/mm2的图像。在CT及MRI各序列上测量肿瘤最大径。采取5分制对CT平扫+增强、T1WI、T2WI、T2WI+DWI、MRI动态增强、T2WI+DWI+MRI动态增强区别肿瘤及其阻塞性肺改变的能力进行评分[8]：1分为完全不可区分，2分为可能无法区分，3分为不确定是否可区分，4分为可能可以区分，5分为完全可以区分；其中1～3分判定为不可区别，4～5分判定为可区别。区别率=(4分+5分)例数/患者总例数×100%。其中联合序列T2WI+DWI、T2WI+DWI+MRI动态增强由2名医师结合相应序列进行总体评分。

将所有病例的MR图像导入后处理工作站，在b=700 s/mm2的DWI图像上选取肿瘤与阻塞性肺改变并存或邻近的2个相邻层面，采用圆形或椭圆形感兴趣区(region of interest，ROI)尽量避开血管结构或伪影，测量肿瘤与阻塞性肺改变的信号强度，以DWI为参照测量同一个层面及区域内ADC值，计算平均值。

1.4 统计学分析

采用SPSS 20.0软件进行统计分析。符合正态分布的计量资料用表示。计数资料用频数或率表示。采用单因素方差分析比较CT及MRI各序列上肿瘤最大径的差异。采用配对样本t检验比较DWI图像上肿瘤与阻塞性肺改变信号强度及ADC值的差异。采用Kappa一致性检验评价2名放射诊断医师评分之间的一致性。采用χ2检验比较CT、MRI各序列及序列组合之间对肿瘤及其阻塞性肺改变区别能力的差异，当P＜0.05时进行组内两两四格表资料χ2检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两名医师间评分结果的一致性

2名医师对CT平扫+增强、T1WI、T2WI、T2WI+DWI、MRI动态增强、T2WI+DWI+MRI动态增强区别肿瘤及其阻塞性肺改变能力评分的一致性较好，Kappa值分别为0.791、0.450、0.660、0.725、0.664、0.739，P值均为0.000。

2.2 CT、MRI各序列及序列组合区别肿瘤及其阻塞性肺改变的能力

CT、T1WI、T2WI、DWI、MRI动态增强上肿瘤最大径分别为(65.6±18.2)、(67.1±12.4)、(66.9±17.8)、(55.4±14.9)、(64.9±18.5) mm，差异无统计学意义(F=1.516，P=0.291)，具可比性。CT、MRI各序列及序列组合区别肿瘤及其阻塞性肺改变能力的差异有统计学意义，具体见表1。两两比较的结果显示，CT平扫+增强与T1WI、T2WI+DWI、MRI动态增强、T2WI+DWI+MRI动态增强间的差异有统计学意义(χ2值分别为8.250、10.493、10.493、27.207，P均＜0.05)；T1WI与T2WI、T2WI+DWI、MRI动态增强、T2WI+DWI+MRI动态增强间的差异有统计学意义(χ2值分别为13.410、33.570、33.570、55.942，P均＜0.05)；T2WI与T2WI+DWI、MRI动态增强、T2WI+DWI+MRI动态增强间的差异有统计学意义(χ2值分别为5.867、5.867、20.170，P均＜0.05)；T2WI+DWI与T2WI+DWI+MRI动态增强间的差异有统计学意义(χ2=5.436，P＜0.05)；MRI动态增强与T2WI+DWI+MRI动态增强间的差异有统计学意义(χ2=5.436，P＜0.05)。CT平扫+增强可区别18例肿瘤及其阻塞性肺改变。增强CT扫描上40例肿瘤强化程度低于周围阻塞性肺改变(图1A)；1例肿瘤强化程度高于阻塞性肺不张；3例肿瘤与阻塞性肺改变强化混杂不均，完全不可区分。T1WI序列可区别6例，其中1例肺组织因支气管阻塞性黏液嵌塞呈相对高信号，与肿瘤界线可完全勾勒，5例肿瘤信号高于阻塞性肺改变。T1WI序列上26例(59%，26/44)的肿瘤边界完全无法勾勒，完全不可区分(图1B)。T2WI序列可区别22例，其中7例可完全清晰勾勒肿瘤边界。T2WI序列上19例肿瘤信号低于阻塞性肺改变(图1C)，其中6例阻塞性改变内部见分支状液性高信号，与肿瘤界限明显；2例肿瘤信号高于阻塞性肺改变。T2WI+DWI可区别33例，5分率25.0%(11/44)。11例单独在T2WI上因肿瘤与阻塞性肺改变信号差异较小不可区别，但在DWI序列中肿瘤呈明显高信号，有助于勾勒肿瘤边界(图1D)，得以区别。6例DWI序列成像效果较差，有明显磁敏感伪影或失真变形。MRI动态增强可区别33例，5分率36.4% (16/44)。MRI动态增强上42例(95.5%，42/44)肿瘤强化程度低于阻塞性肺改变(图1E)，后者表现为明显持续强化，两者差异于增强晚期较明显；1例肿瘤强化程度高于阻塞性肺改变；1例肿块与阻塞性肺改变强化程度相似。MRI动态增强+T2WI+DWI序列可区别41例，5分率65.9%(29/44)。其中8例在单独MRI动态增强不可区别，联合T2WI及DWI共同观察得以区别(图2)；8例在T2WI联合DWI不可区别，联合MRI动态增强，结合阻塞性肺改变明显强化时的“勾边效应”得以区别(图3)。

2.3 DWI图像上肿瘤与阻塞性肺改变的信号强度及ADC值比较

6例DWI图像有明显伪影或变形，影响图像分析，其余38例可用于分析。DWI上肿瘤与阻塞性肺改变的平均信号强度分别为141.37±49.52、83.18±39.56，差异有统计学意义(t=9.410，P＜0.05)；肿瘤与阻塞性肺改变的平均ADC值分别为(1.45±0.61)×10-3s/mm2、(3.01±0.75)×10-3s/mm2，差异有统计学意义(t=8.715，P＜0.05)。

表1 CT、MRI各序列及序列组合区别肿瘤及其阻塞性肺改变能力的比较(44例)Tab.1 CT and MRI sequences for differentiating postobstructive pneumonitis and atelectasis from centrally located lung carcinomas (n=44)

图1 患者男，68岁，右肺上叶中央型肺癌伴周围阻塞性肺炎及肺不张。A：CT增强扫描示肿瘤强化程度略低于阻塞性肺改变，瘤-肺界线欠清晰；B：横轴面T1WI示肿瘤与阻塞性肺改变均呈等信号，瘤-肺界线模糊，完全不可区分；C：横轴面T2WI示肿瘤信号略低于阻塞性肺改变，但信号强度差异较小；D：横轴面DWI示肿瘤信号强度明显高于阻塞性肺改变，有助于勾勒肿瘤边界；E：MRI动态增强横轴面图像示肿瘤强化程度低于阻塞性肺改变，瘤-肺界线清晰 图2 患者男，70岁，左肺上叶中央型肺癌伴周围阻塞性肺炎及肺不张。A：MRI动态增强横轴面图像示肿瘤强化程度略低于阻塞性肺改变，瘤-肺界线欠清晰；B：横轴面T2WI示肿瘤信号略低于阻塞性肺改变，瘤-肺界线较清晰；C：横轴面DWI示肿瘤信号强度高于阻塞性肺改变，有助于勾勒肿瘤边界 图3 患者男，75岁，右肺下叶中央型肺癌伴周围阻塞性肺炎及肺不张。A：横轴面T2WI示肿瘤信号略低于阻塞性肺改变，瘤-肺界线欠清晰；B：横轴面DWI示肿瘤部分信号强度高于阻塞性肺改变，但瘤-肺界线欠清晰；C：MRI动态增强横轴面图像示肿瘤强化程度低于阻塞性肺改变，瘤-肺界线清晰Fig.1 68-year-old man, right upper lobe centrally located lung carcer with postobstructive pneumonitis and atelectasis.A: On CT imaging, the enhancement level of the tumor is slightly lighter than postobstructive pneumonitis and atelectasis, and the boundaryline is unsharp.B: On T1-weighted imaging, the tumor and postobstructive lung changes both show isointensity, and the boundaryline is obscure.C: On T2-weighted imaging, the intensity of the tumor is slightly lighter than the surrounding postobstructive lung changes.D: On high-b-value diffusion-weighted imaging, the tumor shows obvious hyperintensity, and the boundaryline is clear.E: On gadoxetic acid-enhanced arterial phase image, the enhancement level of the tumor is lighter than surrounding postobstructive pneumonitis and atelectasis, and the boundaryline is clear.Fig.2 70-year-old man, left upper lobe centrally located lung carcer with postobstructive pneumonitis and atelectasis.A: On gadoxetic acid-enhanced arterial phase image, the enhancement level of the tumor is slightly lighter than surrounding postobstructive pneumonitis and atelectasis, and the boundaryline is not clear enough.B: On T2-weighted imaging, the intensity of the tumor is slightly lighter than the surrounding postobstructive lung changes, and the boundaryline is clear.C: On high-b-value diffusion-weighted imaging, the tumor shows obvious hyperintensity, and the boundaryline is clear.Fig.3 75-year-old man, right lower lobe centrally located lung carcer with postobstructive pneumonitis and atelectasis.A: On T2-weighted imaging, the intensity of the tumor is slightly lighter than the surrounding postobstructive lung changes, and the boundaryline is not clear enough.B: On high-b-value diffusion-weighted imaging, the tumor shows obvious hyperintensity, but boundaryline is not clear enough.C: On gadoxetic acid-enhanced arterial phase image, the enhancement level of the tumor is lighter than surrounding postobstructive pneumonitis and atelectasis, and the boundaryline is clear.

3 讨论

3.1 MRI在区别中央型肺癌及阻塞性肺改变中的优势

肺癌侵犯支气管时常继发阻塞性肺炎及肺不张，确定肿块与其继发性阻塞性病变的边界对放疗野的范围确认、放化疗疗效的判定以及外科术前计划等有重要意义。近年来随着在高场强梯度场、快速成像,并行采集和相控阵线圈等技术的不断发展，MRI在肺癌的诊断、分期等方面表现出巨大优势及广阔前景[9]。有文献报道，动态增强MRI鉴别良恶性肺结节的敏感度、特异度和准确性已经达到100%、100%和96%[10]，其对肺部病变性质的诊断与病理学的符合率为88.1%，较CT和PET/CT的符合率更高[11]。

3.2 CT、MRI各序列及序列组合区别肿瘤及其阻塞性肺改变的能力

本研究显示，CT平扫+增强区别肿瘤及其阻塞性肺改变的区别率为40.9% (18/44)，与相关文献报道的区别率44%相似[4]；T1WI的区别率为13.6% (6/44)，但59% (26/44)肿瘤与阻塞性肺改变的界线完全无法勾勒，可见T1WI对肺癌及阻塞性肺改变的区别意义不大；T2WI的区别率为50.0% (22/44)，低于相关文献报道[12-13]，原因可能是本研究采用更为精确的5分制评分，对于可区别的肿瘤边界标准要求较高，而T2WI序列中，多数肺癌信号虽高于肺阻塞性改变，但两者信号差异变异较大，且相对于正常肺组织均呈高信号，而肺阻塞性改变内并发分支状黏液嵌塞性支气管扩张时信号会进一步升高，导致肺癌与阻塞性肺改变的界线模糊不可勾勒。

本组采用T2WI联合DWI区别肺癌及阻塞性肺改变，区别率高达75.0% (33/44)，其中11例单独T2WI序列无法区别的病例在DWI上肿瘤信号强度明显高于邻近阻塞性肺改变，有助于勾勒界线，均得以区别，与相关文献的研究结果相似[12]。T2WI良好的解剖细节显示与DWI对肿瘤的突出显示结合起来，对肿瘤与肺不张的鉴别提供了更多的信息。本研究显示在DWI图像上，肿瘤的信号强度明显高于阻塞性肺改变，肿瘤的ADC值低于阻塞性肺改变，与齐丽萍等[12]的研究结果一致。考虑其原因为肺癌增生活跃，癌细胞密度大，细胞内含水较多，水分子弥散受限明显，而阻塞性肺炎和肺不张相对结构疏松，以细胞外水分为主，扩散受限程度轻。

Inan等[14]的研究显示动态增强MRI对于良性及恶性肺肿瘤的鉴别有意义，但没有关于肺癌与阻塞性肺改变区别的研究。本研究的创新性在于采用动态增强MRI区别肺癌与阻塞性肺改变，研究显示，单独采用动态增强MRI区别肺癌及阻塞性肺改变效果较好，区别率为75.0% (33/44)，与T2WI联合DWI序列的区别率一致，但两者在各病例间评分分布并非完全一致，动态增强MRI的5分病例率(36.4%，16/44)高于T2WI联合DWI (25.0%，11/44)。动态增强MRI的突出优势在于可以显示肺动脉、主动脉以及肿瘤血供情况，并区分出肺动脉期、主动脉期、实质期，判断肺癌及阻塞性肺改变的强化特征，有助于捕捉两者信号差最大时相，以勾勒肿瘤边界。本组中42例(95.5%，42/44)动态增强MRI显示肿瘤强化程度明显低于阻塞性肺改变，主要是由于肺癌供血动脉细小、密集，而阻塞性肺改变供血动脉粗大、丰富，且肺组织塌陷时肺动脉局部堆积，引起单位面积肺组织血流量增加，阻塞性肺炎时局部肺循环加快、毛细血管通透性增加，所以阻塞性肺不张及阻塞性肺炎的强化开始时间较早、幅度较大、持续时间较长；1例肿瘤强化程度高于阻塞性肺改变，原因是其合并肺动脉主干栓塞，影响不张肺组织强化程度；1例肿瘤与阻塞性肺改变强化程度相似，原因可能是肿块内液化坏死程度较明显，同时阻塞性肺炎的炎性反应较重。

本研究显示，MRI动态增强联合T2WI及DWI序列区别肺癌及阻塞性肺改变的效果最佳，区别率为93.2%(41/44)，原因是其结合了T2WI对解剖细节的显示优势、DWI对肺癌肿块的显示优势以及MRI动态增强对肺癌与阻塞性肺改变强化差异的显示[12，15]。因此MRI动态增强联合T2WI及DWI可明确勾勒肿瘤边界，对于区别肺癌及阻塞性肺改变可以提供更多有效信息。

3.3 本研究仍存在一些局限性

(1)本研究中CT增强扫描为单期增强，对于肺癌与肺不张的区别能力有限。(2)虽然本研究中MRI检查应用了呼吸门控技术，减少了呼吸运动对图像质量的影响，但MRI参数仍需进一步优化，期待在后续研究中加以完善。

综上所述，MRI动态增强扫描对于中央型肺癌及其阻塞性肺改变的区别能力高于单独行T1WI、T2WI或CT扫描，且其联合T2WI及DWI序列对于区别有较大优势。

利益冲突：无。