多b值及ADC阈值对肺结节的鉴别诊断价值

杨雪 孟庆军 宋翔 时高峰 于淑靖

肺癌是临床上目前常见恶性肿瘤疾病之一，该病发病率逐年上升，致死率很高，对人类的生命健康构成严重的威胁[1]。尤其是对于中老年人，以往发现肺癌时往往已经是晚期，生存率很低，预后不良，近年来中老年人体检的意识越来越高，体检时发现肺里孤立性结节，及早的诊断与治疗可有效改善患者的预后。正确的影像学诊断在避免不必要的手术和针吸活检中起着重要的作用。目前， 胸部CT扫描为诊断肺癌的影像学主要技术。但如果要获得更为全面、 有效的诊断信息，MRI 的应用是不可或缺的[2]。扩散加权成像(DWI)序列是最近开展的MRI扫描新技术，它是评估体内水分子的弥散运动状态与成像的惟一方式。在国内外，用DWI序列来评估肺结节的性质的文献比较少，而且是主要作为表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)定量分析病变的初阶研究。但是各个b值所对应的ADC值对良恶性结节诊断的阈值未见统一标准，本研究目的是确定鉴别良恶性结节的最佳b值及ADC阈值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集我院2018年1～12月临床诊断为周围型单发肺结节病例33例，对其执行了MRI常规扫描及DWI序列扫描，这些病例均经手术或经活检或经临床诊断其良恶性。组内有男17例,女16例;年龄60～79岁，平均年龄(67.25±3.39)岁。其中，良性结节组7例(结核3例，血管瘤2例，炎性假瘤2例)，肺癌组26例(腺癌17例，小细胞癌2例，大细胞内分泌癌1例，淋巴上皮癌1例，小细胞分化伴部分低分化鳞癌1例，其余4例因发现远处转移临床诊断为癌，无具体病理类型)。

1.2 检查方法设备 美国GE公司HD Hispeed 1.5T超导磁共振扫描仪。应用颈部及腹部相控阵线圈。

1.3 数据采集 患者仰卧位，TR / TE:6 800/70 ms,层厚3 mm,层间距1～2 mm,扫描前训练患者平静均匀呼吸，以求尽最大可能减轻呼吸运动伪影。先进行横断面压脂T1WI、T2WI序列扫描，然后运用MRI复制软件功能将DWI层面与T1WI、T2WI图像层面保证一致，进行DWI扫描.使用单次激发平面回波成像(SE-echo-planar imaging，SE-EPI)技术进行DWI序列横轴位扫描， 600 s/mm2、0、800 s/mm2、1 000 s/mm2作为各组扩散敏感系数(b值)取值。

1.4 观察指标 (1)先观察压脂T1WI及T2WI图像，确定结节最大层面，将ROI(感兴趣区)放在DWI图像中结节的最大层面中病变的软组织部分，使得各组图像中所选取部分尽量保证位置相同，测量选取部分保证病变信号相对均匀，尽最大可能避免病变边沿和肉眼可见的坏死区，测量三次数值，并取其平均值。(2)纪录每个结节在DWI图像上的信号强度，计算ADC值，最终ADC值为计算得出值的平均值。根据Stejiskal-Tanner公式：ADC=In(S0/S1)/(b1-b0)，计算ADC值，其中，结节在较小b值的DWI图像上的信号强度作为S0，较小b值是b0，结节在相对大b值的DWI图像上的信号强度作为S1，相对大b值是b1，由DWI图像上直接测量得到。分别计算0与600、0与800、0与1 000、600与1 000 s/mm2的ADC值。根据公式SNR=S病变/SD噪声[10]来计算SNR,结节在DWI图像上所得的信号强度是S病变，SD噪声是背景噪声标准差，根据DWI图像直接测量得出。纪录每个结节在不同b值得DWI图像上的信号强度和ADC值以及图像背景噪声(用标准差表示)[7]，最后采用数值为各个数值的平均值。

2 结果

2.1 肺癌组不同b值下ADC值比较 600与1 000 s/mm2ADC值低于0与600、0与800、0与1 000 s/mm2组，0与1 000 s/mm2组ADC值低于0与600 s/mm2组，差异有统计学意义(P<0.05)。见图1，表1。

(1)b=600 s/mm2(2)b=800 s/mm2(3)b=1 000 s/mm2

图1 不同b值所对应早期肺癌的DWI图像

2.2 ROC曲线下面积以评估ADC值对于肺内结节的鉴别诊断性能 因各组数据的ROC曲线下面积均>0.5，所以不同b值获得的ADC值均有诊断意义。 初步确定鉴别诊断性能最高的为b值取值为0与600 s/mm2，因为其曲线下面积最大(Az=0.709)。初步确定鉴别诊断性能最高的b值取值为0与600 s/mm2，但是他的特异度为57.1%，比较低，而b值取值为0与800 s/mm2时其曲线下面积仅次于前者(曲线面积为0.665)，其特异度为80.8%，较前者大幅度提高，灵敏度也比较高，所以选取此组ADC值作为最佳ADC阈值，为 1.366×10-3mm2/s。见图2，表2。

表1肺癌组不同b值下ADC值

b值组(s/mm2)结节数ADC值0与600 261.284±0.16320与800 261.208±0.19460与1 000 261.155±0.1906∗600与1 000260.902±0.1989∗#△

注:与0与600 s/mm2比较，*P<0.05；与0与800 s/mm2比较，#P<0.05；与0与1 000 s/mm2比较，△P<0.05

图2 不同b值所对应的ADC值的ROC 曲线图

表2 不同b值组区分良恶性结节的ADC阈值及ROC曲线下面积分析

2.3 不同b值下DWI图像SNR值比较 SNR值随着b值得升高而逐渐降低，但各组b值所得SNR值都﹥5。当SNR的平均值﹥5时，认为图像质量比较好[6，7]，因此可认为每组影像质量都很好。见表3。

表3 不同b值下DWI图像SNR值的相比

注：与0与600 s/mm2比较，*P<0.05；与0与800 s/mm2比较，#P<0.05；与0与1 000 s/mm2比较，△P<0.05

3 讨论

MR功能成像有很多技术，DWI为其中的一种新技术，是当前惟一可以无创性检测水分子在活体组织内弥散运动的方法[3]。DWI 通过检测人体不同组织中水分子的弥散方向和程度,从而间接体现组织超微结构和功能状况的变化，并在分子水平上为病变的确诊和鉴别诊断提供信息[4]。随着MRI快速成像方法的应用和不断改善，尤其是EPI序列，呼吸运动和心脏跳动引起的伪影大幅度减少，DWI序列在临床实践中得到越来越普及的应用，已经从中枢神经系统扩展到了其他系统。目前，DWI并未广泛应用于肺内[4-6]，主要是由于肺内含有气体、较低H质子密度和大的磁敏感伪影；最近的研究表明可以缩短DWI扫描时间、减少各种运动伪影以及提高ADC值测量的准确度的技术有敏感编码(SENSE)技术和触发脉冲技术[7，8]。螺旋桨(PARAPELL)扩散加权成像的应用可以克服磁敏感伪影的影响且不受运动的影响，但有报道说明需要更长的成像时间[9]。

根据DWI技术所得影像，主观因素占主导地位，因为对于病变信号高度评判没有一定标准，而只能被观察为高或者等信号，但是ADC值可用于客观评估信号的强度，从而使得诊断更精确，更可重复。ADC是形容病变中水分子扩散能力的定量指标,如果病变含有轻微囊变或钙化或出血，会影响到ADC值[10,11]。DWI序列的主要参数之一是b值,图像质量、扫描时间和ADC值均会被b值大小所影响。

较大的b值,使得ADC值稳定，可以更精确地体现水分子在组织中的扩散运动,但是容易得到失真、甚至变形的图像；而较小的b值能够改善影像信噪比,影像质量良好,但水分子的扩散敏感性低于前者，并且由于T2透过效应和微循环灌注的影响,测得的ADC 值不够准确且稳定性差[12]。达到共识的是，恶性肿瘤大都由于细胞数目比较多,排列紧密,细胞外空间减小等原因,所以水分子的扩散受到限制,因此ADC值相对较低,即DWI是高信号,而非恶性肿瘤的细胞结构与正常组织细胞结构没有很大差别,因此非恶性肿瘤的ADC值高于恶性肿瘤,DWI信号低。有研究表明，DWI上病变的信号强度和ADC值的差异可用于鉴别良性和恶性病变[13-17]。

因为MRI机器、成像参数和成像序列各不相同，当前关于最佳b值的选择标准没有定论。孙应实等[18]认为b值选择应符合以下三点:(1)可以清楚显示和区分检查中的组织；(2)T2透过效应对弥散图像的影响能够被有效的抑制；(3)为了使被检组织的ADC值更靠近其组织真正弥散值，需要应用较高的b值。

近来有文献表明较高的b值(4 000 s/mm2)可以进一步升高DWI前期评估肿瘤对于放射治疗反应的敏感性[15]。Ichikawa等[19]认为对于诊断胰腺癌有较高的敏感性(96.2%)和特异性(98.6%)的b值应选取0与1 000 s/mm2；但Colagrande等[20]研究表明当b值高于1 000 s/mm2时，图像质量显著下降，空间分辨率明显降低。

本研究中4组b值分别为600 s/mm2与1 000 s/mm2组，0 s/mm2与600 s/mm2组；0 s/mm2与800 s/mm2组； 0 s/mm2与1 000 s/mm2组；因为微血管灌注对b<400 s/mm2时的ADC测量有很大影响[21]，不利于体现组织的真实弥散值,因此本研究中小于600 s/mm2的b值未被使用。

相比之下发现，高b值组肺恶性肿瘤ADC值的平均值低于低b值组， ADC平均值是最小的是600 s/mm2与1 000 s/mm2组，可能跟其b值差值最小有关。随着b值得增加，由于受到血流灌注影响ADC值而逐渐降低，这可以更精确反映水分子在组织中弥散受抑制的影响；同时b值差异越大，测量的ADC值变化越小，相对稳定，而b值的差异越小，测量得ADC值变化越大，ADC值越高，这与文献报道[22-24]相似。

通过ROC曲线下面积分析得出：b值取0 s/mm2与600 s/mm2组鉴别诊断良恶性肺结节性能最高，其余依次分别为0 s/mm2与800 s/mm2组，600 s/mm2与1 000 s/mm2组以及0 s/mm2与1 000 s/mm2组。但是通过观察图像得出，b值为1 000 s/mm2组影像质量较其他几组差，病变的检出率相对较低； b值取值为0 s/mm2与600 s/mm2组、0 s/mm2与800 s/mm2比较合适，然而，考虑到后者具有比前者更好的特异性和灵敏度以及良好的诊断性能和较高的图像质量，所以笔者将鉴别良恶性肺结节的DWI序列中所应用最佳b值确定为0 s/mm2与800 s/mm2，这样既确保了影像效果并得到更真实的组织弥散值，并实现更高的诊断性能；此时通过ROC曲线得出的鉴别良恶性结节的ADC值的最佳阈值为1.366×10-3mm2/s，其敏感度和特异性均较高，分别为71.4%、80.8%，诊断效正确率78.8%。

本研究也有不足之处，主要是病例较少，有待进一步扩展研究。总之，笔者所确定的DWI序列对良恶性肺结节的鉴别诊断所采用的最佳b值为800 s/mm2，其所对应ADC值的最佳阈值为1.366×10-3mm2/s，具有较高的敏感度和特异度，对于肺结节的鉴别诊断具有重要价值。