3.0 T磁共振IVIM成像在鉴别原发性肺部良恶性占位性病变的价值研究

李斌，李凤，王军大

1.重庆市垫江县中医院 放射科，重庆 408300；2.重庆市中医院 放射科，重庆 400021

引言

肺癌是全球癌症死亡的主要原因，因此，早期诊断和治疗有助于提高肺癌的生存率[1]。常规CT是检查肺癌常用的影像学方法，多以病灶的形态学特征作为诊断依据，但是部分肺部良性病变与肺癌的影像征象相似，往往缺乏特异性，需活检确诊[2]。而其他成像方法包括计算机断层扫描灌注、正电子发射计算机断层扫描和动态对比增强磁共振成像（Dynamic Contrast Enhanced Magnetic Resonance Imaging，DCE-MRI）等技术虽然在肺部病变中也具有自身的优势，但它们都需要注入造影剂，对患者本身有一定程度的副作用。扩散加权磁共振成像（Diffusion Weighted Magnetic Resonance Imaging，DWI）是一种无辐射和无对比剂的功能成像技术，可定量评估组织内水分子的运动。据报道，表观扩散系数（Apparent Diffusion Coefficient，ADC）的定量参数具有区分肺部良性和恶性病变的潜力[3-4]，但是ADC受扩散和灌注效应的影响较大。如今，磁共振体素内不相干运动（Intravoxel Incoherent Motion Diffusion-Weighted Imaging，IVIM-DWI）也在一些器官的肿瘤成像中有所应用[5-7]，并且优于传统ADC[8-9]。IVIMDWI可以使用具有多个b值的图像进行双指数拟合分别对毛细血管中的分子扩散和微循环进行区分[10]，既能无创地反映肿瘤组织的血管生成情况，又能有效地去除灌注因素的影响，真实反映组织内水分子扩散的情况[11]。IVIM能够提供更多且更加准确的关于病变特征的信息。目前，IVIM-DWI在原发性肺部占位性病变中少有报道，因此，本研究主要探讨IVIM-DWI成像在原发性肺部占位性病变中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2019年3—12月本院CT检查发现肺部占位性病变的患者40例，其中男性27例，女性13例，年龄37～72岁，平均（56±13.51）岁。所有患者病灶均经病理证实，其中良性病变12例（主要包括5例硬化性血管瘤，2例肺脓肿，4例炎性肉芽肿，1例错构瘤），恶性病变28例（主要包括鳞状细胞癌11例，腺癌15例，小细胞癌2例），术前均接受胸部MR检查。病例纳入标准为：① 患者行胸部MR检查前未行放化疗或抗炎治疗；② 病灶直径>1 cm；③ 患者无MRI禁忌症；④ 患者无其他肿瘤病史。排除标准：① 患者病灶未经病理证实者； ② 患者存在MR检查禁忌症；③ 患者存在其他肿瘤或转移者。所有患者行MR检查前均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

采用美国 GE Discovery MR 750 3.0 T磁共振扫描仪。患者仰卧位，双手上举，嘱患者检查时勿摆动身体。检查前对患者进行呼吸训练，打开呼吸和心电监控，采用呼气末和R波触发。采用32通道体部相控阵线圈联合并行采集技术。扫描序列主要为T2WI/FSE、T1W1和IVIM-DWI序列。扩散敏感梯度脉冲在空间3个方向上应用，每个方向上选择8个b值，分别为0、100、200、400、600、800、1000、1500 s/mm2。各扫描序列参数如表1所示。

表1 IVIM-DWI各扫描序列参数

1.3 图像分析

将IVIM-DWI所得图像数据传输到GE AW 4.6后处理工作站，点击FuncTool软件包的MADC图像后处理软件。采用的IVIM模型方程[12]为：

其中，D表示扩散系数，其意义为感兴趣区内（Region of Interest，ROI）水分子真实扩散效应；D*表示伪扩散系数，其意义为局部ROI内由于微循环的灌注所致的扩散效应，又称为灌注相关扩散系数；ƒ表示灌注分数，其意义为ROI内局部微循环灌注效应占总体的扩散效应的比率。

由两名经验丰富的放射科医师对IVIM-DWI图像进行处理，根据病变在常规序列和DWI图像上的位置，手动选取ROI。在DWI图像上选取实性部分较大的层面和上下相邻两层放置相同大小的ROI，尽量避开明显的血管及肉眼可辨的坏死、囊变及钙化区，每人测量三次，取平均值作为病变最终测量值。记录标准表观扩散系数（standard Apparent Diffusion Coefficient，sADC）、扩散系数D、灌注相关扩散系数D*、灌注分数ƒ。

1.4 统计学方法

采用SPSS 21.0统计分析软件。所有计量资料均进行正态分布检验，方差齐性检验，符合正态分布的变量采用（±s）表示，两组间比较采用两独立样本t检验。绘制受试者工作特征（Receiver Operating Characteritisc，ROC）曲线，通过ROC下面积（AUC）来评估其诊断效能，并计算出相应的敏感度和特异度。P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 良性组与恶性组之间IVIM-DWI的各参数比较

本研究肺部占位性病变中，良性组12例，恶性组28例。良性组与恶性组的sADC值分别为 (1.65±0.55)×10-3mm2/s、(1.29±0.41)×10-3mm2/s；D值分别为（1.17±0.47）×10-3mm2/s、（0.86±0.32）×10-3mm2/s；D*值分别为（26.34±30.10）×10-3mm2/s、（50.67±47.21）×10-3mm2/s；ƒ值分别为（42.50±24.78）%、（33.96±15.64）%。两组之间比较，sADC值、D值、D*值差异具有统计学意义（P<0.05），而ƒ值差异无统计学意义（P>0.05），见表2。

表2 良性组与恶性组之间IVIM-DWI各参数比较（±s）

表2 良性组与恶性组之间IVIM-DWI各参数比较（±s）

注：*表示P<0.05差异具有统计学意义。

参数 良性组(n=12)恶性组(n=28) t值 P值sADC (×10-3mm2/s) 1.65±0.55 1.29±0.41 3.67 0.009*D (×10-3mm2/s) 1.17±0.47 0.86±0.32 3.41 0.004*D* (×10-3mm2/s) 26.34±30.10 50.67±47.21 1.46 0.017*ƒ/% 42.50±24.78 33.96±15.64 5.76 0.091

2.2 IVIM-DWI各参数诊断恶性病变的诊断效能

通过以上结果，我们选取sADC值、D值、D*值在良性组与恶性组之间差异有统计学意义的参数进行恶性病变的诊断效能分析。sADC值、D值、D*值的AUC分别为0.79、0.81、0.70，敏感度分别为89.3%、91.8%、77.6%，特异度分别为58.1%、60.3%、67.2%。统计结果如表3所示。

表3 IVIM-DWI各参数诊断恶性病变的诊断效能

2.3 原发性肺部良恶性占位性病变IVIM成像的典型图片

本研究过程中发现，对于直径小于1 cm的原发性肺部占位性病变的IVIM图像，往往不能测量出其参数值，因此本研究主要探讨直径大于1 cm的原发性肺部占位性病变。如图1为左肺下叶良性占位性病变的体素内不相干运动扩散加权成像图；图2为右肺下叶恶性占位性病变的体素内不相干运动扩散加权成像图。

图1 左肺下叶良性占位性病变的体素内不相干运动扩散加权成像图

图2 右肺下叶恶性占位性病变的体素内不相干运动扩散加权成像图

3 讨论

目前，随着MRI技术的不断进步与发展，MRI及功能MRI（如DWI、IVIM-MRI、DCE-MRI等）在肺部占位性病变的应用中显示出极大的前景[13]。然而，研究过程中发现，对于病灶之间小于1 cm的原发性肺部良恶性占位性病变的IVIM图像，往往无法测量出其参数值。因此，本文主要讨论病灶直径大于1 cm的原发性肺部良恶性占位性病变的IVIM图像。

众所周知，传统的DWI是一种通过活体组织中水分子的随机微观运动进行成像的技术，可用于各种肺部疾病的评估[14]。这种基于单指数模型计算得出的ADC值可以较好的显示出病变组织中水分子的扩散情况，一定程度上从分子水平对肿瘤进行检测，可以评价疾病的病理生理过程[15]。然而，该模型忽略了组织中血液微循环灌注对ADC值的影响，从而无法准确反映实际扩散系数[16]。近年来，IVIM-DWI在传统DWI基础上，采用了单指数、双指数和拉伸指数多参数模型运算方式，可以同时反映组织的扩散和灌注信息，更精确地模拟显示病变组织的微观结构和病理特性[17]。IVIM-DWI模型运用多b值扫描技术，对得到的不同b值图像中相应体素内的测量值进行拟合计算，从而可以得到sADC值、D值、D*值以及ƒ值，其中sADC值是单指数模型计算得出的标准ADC值；D值、D*值以及ƒ值是通过双指数模型拟合计算得出，而且IVIM-DWI模型的这些参数能更好地反映肿瘤的生物学特点，对肿瘤的诊断、疗效评估和预后预测有重要的应用价值[18]。另外，国外有学者[19]认为，肺部病变的ADC值受微循环灌注的影响较大，选取超过1000 s/mm2的高b值时，可尽可能的排除微循环灌注的影响，较真实地反映组织扩散的信息，所得ADC值较准确。因此，本研究仅对IVIMDWI模型中高b值的标准表观扩散系数（sADC）进行探讨。本研究结果表明，sADC值在良性组[（1.65±0.55）×10-3mm2/s]显著高于恶性组[（1.29±0.41）×10-3mm2/s]，且两组之间差异有统计学意义（t=3.67，P<0.05）。所以，IVIM-DWI模型中的sADC值可在一定程度上反映组织扩散的信息，从而有助于区别肺部良性病变和恶性病变。本研究结果中，代表病变组织中水分子真实扩散系数的D值在良性组[（1.17±0.47）×10-3mm2/s]显著高于恶性组[（0.86±0.32）×10-3mm2/s]，且差异有统计学意义（t=3.41，P<0.05）；代表感兴趣区内微循环灌注所产生的扩散效应的D*值在良性组[（26.34±30.10）×10-3mm2/s]显著低于恶性组[（50.67±47.21）×10-3mm2/s]，且差异有统计学意义（t=1.46，P<0.05）。这是由于恶性病变的肿瘤细胞异常增殖，细胞的数量呈几何倍数增长，相互之间排列致密，从而导致细胞外间隙缩小，阻碍周围质子的随机运动，使细胞外质子运动受限[20-21]。而且，恶性病变中肿瘤细胞的生长往往伴随着新生血管的形成，但这种血管的基底膜往往不完整，其微血管通透性高[22]。这些差别也为IVIM-DWI成像特点提供了基础，既能从分子扩散水平，也能从微灌注水平反映肿瘤的生物学信息。然而，本研究中的ƒ值为反映微循环灌注形成的假性扩散在IVIM中所占的比例，在良性组 [（42.50±24.78）%]与恶性组 [（33.96±15.6）%]之间差异无统计学意义（t=5.76，P>0.05），这与之前的文献报道相一致[23-24]，可能是由于良性组与恶性组中病理类型的不同，良性病变中血管过度增多，例如炎性肉芽肿和硬化性血管瘤，以丰富的血管结构为特征，包括血流量增加，毛细血管通透性增加和血管舒张，从而导致本研究良性组中ƒ值偏高。

从理论上讲，D值在反映水分子在肿瘤中的扩散方面比sADC更准确，本研究在IVIM-DWI模型各参数诊断恶性病变的诊断效能分析中发现，sADC值、D值、D*值的AUC分别为0.79、0.81、0.70，敏感度分别为89.3%、91.8%、77.6%，特异度分别为58.1%、60.3%、67.2%。其中D值的AUC最大，其诊断效能最佳。研究结果与既往文献[24-25]的研究结果相一致，即D值在肺癌中具有更大的诊断价值。然而，Wan等[26]认为与传统ADC值相比，D值具有类似的诊断能力。因此，本研究中D值在原发性肺部占位性病变的诊断效能优于sADC值仍需在今后的研究进一步扩大样本量进行探讨。

不足与展望：本研究样本量较少，主要原因是IVIMDWI成像过程时间较长，部分患者无法坚持，或者出现运动伪影，导致图像质量欠佳；同时也有部分患者肺部占位性病变直径少于1 cm，采用IVIM-DWI成像之后，往往无法测量相应参数值。在今后的研究中将进一步扩大样本量，完善统计学分析。当然，IVIM-DWI模型在肺部病变的应用还有很多，后续可以进一步探究IVIM-DWI模型在鉴别肺部恶性病变不同病理类型的价值。

综上所述，3.0 T磁共振IVIM成像在鉴别原发性肺部良恶性占位性病变中具有一定指导意义，既能反映组织的扩散信息，也能反映其灌注信息。

4 小结

IVIM-DWI模型作为一种新发展的MRI成像技术，相较于传统的DWI成像具有更多的优势，其中D值和sADC值可以更加真实地反映病变组织中水分子真实扩散情况，D*值反映病灶内微循环灌注所产生的扩散效应，在鉴别直径大于1 cm的原发性肺部良恶性占位性病变中具有一定价值，可进一步为临床的早期诊断与治疗提供影像学方面的证据。