优化选择高和超高b值直肠癌弥散加权成像

陆志华，蒋 恒，翁晓燕，姚鸿欢，曹 燕，陆文俊，胡 芳，季立标

(苏州大学附属常熟医院 常熟市第一人民医院影像科，江苏 常熟 215500)

弥散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)在检出直肠癌及其术前分期中扮演着重要角色[1]，要求图像背景抑制好、伪影少，显示病变轮廓清晰。扩散敏感系数b值是影响DWI图像质量和病变检出的重要参数，已有研究[2]显示超高b值(>1 500 s/mm2)DWI检出病变的效能更高。本研究对比观察高和超高b值DWI图像质量和显示直肠癌病灶的效果，以优化选择b值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2018年1月—2019年8月常熟市第一人民医院收治的58例直肠腺癌患者，男40例，女18例，年龄42～77岁，平均(60.0±10.0)岁。纳入标准：①经手术或活检病理证实诊断；②接受多参数直肠MR扫描，包括高分辨率T2WI及多b值DWI。排除标准：①DWI图像伪影较多，致病变区严重变形；②特殊病理类型，如黏液腺癌。

1.2 仪器与方法 检查前30 min以开塞露清洁肠道，扫描前10 min肌内注射盐酸山莨菪碱10 mg。采用Philips Achieva TX 3.0T超导MR扫描仪，16通道体部相控阵线圈，扫描序列及参数见表1。保持DWI扫描定位与轴位T2WI一致，均垂直于矢状位所示病变段肠壁。采用单次激发自旋回波-平面回波成像(single-shot spin echo-echo planar imaging, SSSE-EPI)行多b值DWI序列扫描，所选取和超高b值分别为高[800(DWI800)、1 000(DWI1 000)、1 500(DWI1 500)]和超高[2 000(DWI2 000)s/mm2]。

1.3 图像分析 由2名影像科医师(主治医师和副主任医师)参照HAUSMANN等[3]方法(表2)独立评价DWI800、DWI1 000、DWI1 500和DWI2 000图像质量，意见不同时经协商达成一致；之后参照DELLI等[4]方法(表3)对3～5分DWI图像所示直肠癌病灶信号强度类型进行分类。在工作站测量3～5分DWI图像所示肿瘤、臀大肌和背景区域信号强度，计算肿瘤信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)、肿瘤与臀大肌的对比度噪声比(contrast-to-noise ratio, CNR)和肿瘤信号强度比(signal intensity ratio, SIR)[5]。计算公式：

SIR=S肿瘤/S组织

S肿瘤和S组织分别代表肿瘤和臀大肌的信号强度，SD背景、SD肿瘤、SD组织分别代表背景区域、肿瘤和臀大肌信号强度的标准差。

1.4 统计学分析 采用SPSS 19.0统计分析软件。采用Kappa一致性分析评价2名观察者图像质量评分和病变信号强度分类结果的一致性，Kappa≤0.20为一致性较差，0.20

2 结果

2.1 不同b值DWI图像质量评分和病变信号强度分类比较 58例中，7例DWI图像质量评分1～2分，51例3～5分(图1、2)。DWI800、DWI1 000、DWI1 500及DWI2 000图像质量评分差异均有统计学意义(P<0.001)，见表4，且DWI800、DWI1 000、DWI1 500图像质量评分呈升高趋势，DWI1 000与DWI1 500间差异有统计学意义(P<0.001)。2名观察者间图像质量评分一致性均强：DWI800，Kappa=0.818；DWI1 000，Kappa=0.883；DWI1 500，Kappa=0.865；DWI2 000，Kappa=0.879。

DWI800、DWI1 000、DWI1 500图像中Ⅰ型信号逐渐增多、Ⅱ型逐渐减少(P均<0.001)，见表4，DWI1 500图像中无Ⅲ型信号；DWI2 000图像中Ⅰ型信号略少于DWI1 500，但差异无统计学意义(P=0.096)。2名观察者评价信号强度类型的一致性均强：DWI800，Kappa=0.860；DWI1 000，Kappa=0.889；DWI1 500，Kappa=0.947；DWI2 000，Kappa=0.912。

表1 MR检查直肠癌扫描序列及参数

图1 患者男，72岁，直肠上段腺癌 A.T2WI示肠壁增厚(箭)； B.DWI800示少量伪影，肠管壁及远端肠腔(箭)呈高信号，肿块信号强度为Ⅱ型，病变边界部分显示，图像质量3分； C.DWI1 000示背景抑制较DWI800稍好，病变边界清楚，但部分肠壁仍呈高信号，肿块呈Ⅱ型信号强度，图像质量4分； D.DWI1 500示背景抑制较充分，肿块信号强度为Ⅰ型，病变轮廓清楚，图像质量5分； E.DWI2 000示背景抑制充分，与DWI1 500相比肿块信号强度稍降低，呈Ⅰ型，病变轮廓清楚，图像质量评分5分

图2 患者男，68岁，直肠中段腺癌 A.T2WI示肠壁增厚(箭)并凸向腔内； B.DWI800示膀胱区少许稍高信号伪影，左侧精囊腺(箭)呈稍高信号，肿块信号强度为Ⅱ型，病变境界清楚，图像质量4分； C.DWI1 000示背景抑制较DWI800好，左侧精囊腺区仍见少许稍高信号，病变境界清楚，肿块信号强度为Ⅰ型，图像质量5分； D.DWI1 500示背景抑制充分，肿块呈Ⅰ型信号强度，图像质量5分； E.DWI2 000示背景抑制充分，肿块信号较DWI1 500明显降低，呈Ⅱ型信号强度，病变轮廓清楚，图像质量5分

2.2 不同b值DWI图像SNR、CNR及SIR比较结果 对51例图像质量3～5分者测量病变SNR、CNR、SIR。随b值升高，SNR、CNR和SIR均逐渐降低(P均>0.001)。DWI1 500与DWI2 000之间SIR差异无统计学意义(P>0.05)，其余b值DWI间SNR、CNR及SIR差异均有统计学意义(P均<0.001)。见表5。

3 讨论

b值是影响DWI检出病变的重要因素，b值相对较低时(500～800 s/mm2)，由于“T2穿透效应”[6]，许多正常组织亦呈高信号，病变可能被掩盖。b值越高(>800 s/mm2)，背景抑制越好，越能突出病变，但病变信号衰减越明显，磁敏感伪影加重，且图像SNR明显降低。目前直肠DWI常规采用b=1 000 s/mm2[7-8]，但仍有部分正常组织(小肠、前列腺、精囊腺和子宫内膜)呈高信号[6-7]。中国结直肠癌诊疗规范[9]和欧洲胃肠和腹部放射学会共识会议[10]均推荐采用DWI观察直肠癌，但未对b值选取提出建议。既往针对前列腺癌的研究[2]结果显示，超高b值(>1 500 s/mm2)DWI能提高肿瘤与周围组织的对比度，利于检出病变。

表2 DWI图像质量评分标准

表3 DWI图像中直肠癌信号强度类型

表4 不同b值DWI图像质量评分和病变信号强度分类比较

表5 不同b值DWI图像SNR、CNR、SIR的比较结果(±s，n=51)

表5 不同b值DWI图像SNR、CNR、SIR的比较结果(±s，n=51)

DWISNRCNRSIRDWI80066.36±21.345.80±2.214.68±1.28DWI1 00056.89±19.155.44±2.234.45±1.24DWI1 50048.52±15.644.72±1.994.17±1.11DWI2 00043.69±14.314.32±1.874.15±1.12F值151.824141.51899.141P值<0.001<0.001<0.001

本研究中DWI1 500图像质量最优，原因是随b值增高，背景抑制更充分，病变与周围组织的对比度更高，病变轮廓勾勒更清楚；DWI2 000图像在背景受到抑制的同时，病变信号亦明显衰减，部分病变与周围组织的对比度低于DWI1 500。体现在病变信号强度类型上，表现为随b值增高，背景抑制更充分，病变信号强度逐渐增高，DWI1 500图像中Ⅰ型信号最多，表明DWI2 000图像虽然背景抑制充分，但肿瘤组织信号衰减对视觉评分影响更大，与MORIBATA等[11]研究结果相符。

理论上，随b值升高，MR回波时间延长，图像SNR降低[12]；同时水分子扩散能力提高，SNR进一步降低[12]。本研究发现DWI2 000图像SNR、CNR和SIR显著降低，与既往研究[4,12]结果相符；但其SIR与DWI1 500差异无统计学意义，原因可能为DWI高信号不仅反映水分子扩散受限，还存在“T2穿透效应”[13]。b>1 500 s/mm2后，“T2穿透效应”对信号强度的影响逐渐减小，此时的信号强度主要反映病变内水分子扩散受限程度。另外，超高b值使得病变信号衰减程度减小[14]。BICKEL等[15]则发现随b值增高，乳腺癌SIR明显升高。结果存在差异的原因可能在于BICKEL等[15]研究所用多b值图像为软件计算合成，而非实际扫描图像。

本研究的不足：①未纳入良性病例；②高和超高b值选取数目相对较少；③仅行SSSE-EPI序列DWI扫描，而不同序列DWI图像可能产生不同视觉效果而导致结果偏倚。

综上所述，在b值为800、1 000、1 500、2 000 s/mm2的DWI图像中，b=1 500 s/mm2时图像质量最优，显示直肠癌病灶最佳。