胸部MR在肺癌筛查及肺结节随诊中的研究

江建芹，崔磊，胡春洪，周笑，李真真，徐高峰

CT是目前临床肺癌筛查及肺结节随诊最主要检查方法。其简便、快捷、分辨率高，临床应用越来越普遍。但由此导致辐射带来的癌症风险在增加。文献报道[1]如果对50～70岁吸烟或曾经吸烟的人群每年用LDCT进行筛查，医学辐射诱发恶性肿瘤的比率将达到筛查人群的0.5%～5.5%。此外，增强CT对比剂毒副作用及屏气检查方法使其在对比剂过敏、肾功能不全及儿童、老年等屏气不能配合的患者中应用受限。

MR检查具有良好软组织分辨率且无电离辐射，还可提供组织的功能学信息。以往由于肺组织质子密度低且受气体-肺实质界面高磁敏感效应以及呼吸、心跳等运动伪影影响，胸部MR检查空间分辨率低、检查时间长。近年来，随着磁共振设备升级，呼吸触发、心电门控及并行采集等扫描技术发展，使胸部MR临床应用越来越广泛。MR能否替代CT用于肺癌筛查及肺结节无辐射随诊越来越受关注。越来越多临床研究[2-4]表明胸部MR在肺结节的检出、早期诊断及随诊中存在潜在价值。本文就MR在肺癌筛查及肺结节随诊中的应用和研究进展做一综述。

扫描序列

1.形态学序列

T1WI:3D T1-梯度回波(GRE)序列为肺部磁共振扫描的常规序列。不同的设备序列名称不同。其扫描速度快、层厚较薄、分辨率高，为屏气检查序列。平衡稳态自由进动(balanced steady-state free precession，b-SSFP)也是GRE序列的一种，但其既不属于T1也不属于T2，图像信号强度取决于组织的T2/T1比值，常应用于1.5T MR的冠状位扫描[4]。Star-VIBE序列和超短回波时间(ultrashort echo time，UTE)序列近年来提出的自由呼吸3D-T1成像在MR肺部成像中具有较高的临床应用前景[5]。

T2WI:快速自选回波序列(fast spin echo，FSE)或(turbo spin echo，TSE)为肺部磁共振扫描的基础序列。其成像速度较快、图像对比度高，对磁场的不均匀性不敏感。半傅立叶采集单次激发快速自旋回波(half-Fouriersingle-shot turbo spin-echo，HASTE)序列为FSE的衍生序列，屏气扫描，采集速度更快，对呼吸运动不敏感，但软组织的对比度相对较差。短反转时间反转恢复(short inversion time inversion recovery，STIR)序列为压脂FSE序列，增加了图像组织对比且适用于所有场强，但其信噪比相对较低。螺旋桨技术(periodically rotated overlappingparallel lines with enhanced reconstruction，Propeller，GE公司)和刀锋技术(Blade，西门子公司)是将K空间放射状填充技术与FSE或快速反转恢复序列相结合，能改善运动伪影和磁敏感伪影且对比度好，但增加了扫描时间。

2.功能学序列

磁共振功能学序列主要用于检出肺结节的定性。目前应用最多的序列为磁共振扩散加权成像(diffusion-weighted imaging，DWI)，通过检测病灶内水分子的扩散运动特性来评估其良恶性，无需注射对比剂，临床应用广泛。近年来提出的DWI的双指数模型即体素内不相干运动模型，不使用外源性对比剂即可获得组织的纯扩散参数D、灌注相关参数(D*)和灌注分数(f)，更具前景性，但其扫描时间偏长且需行图像后处理，广泛运用受限。其它用于肺结节评估的功能学序列，包括扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)、动态增强MRI(dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI)等，虽在肺结节诊断方面表现出了潜在价值，但均存在扫描时间较长，图像后处理较复杂，DCE-MRI还需注射对比剂等缺点，在肺结节的筛查中及随访中应用受限，目前也鲜有报道。

表2 MR常规序列对肺结节检出的结果

MR检出肺结节的能力:MR用于肺癌筛查的首要任务就是检出肺结节。正常的肺实质为低信号，肺结节T1WI呈等或低信号，T2WI呈高或稍高信号。研究[6-11]结果显示MR形态学序列对4～6 mm实性肺结节的检出敏感度60%～75%，对6～8 mm的实性肺结节检出敏感度80%～99%，而对于直径>8 mm的实性肺结节检出敏感性达100%。据Lung-RADS[12]，≥6 mm的实性结节属于3级及以上，是需要短期随诊或进一步临床处理的，而<6 mm的实性肺结节属于1～2级，恶性概率<1%，只需继续年度低剂量CT筛查。MRI对≥6 mm的实性肺结节即Lung-RADS分级3级及以上结节表现出了良好的敏感度和特异度[9]。因此，有学者[2,9,13]认为MRI具有与CT相当的敏感性和较低的假阳性率，是一种潜在、有效的肺癌筛查工具。

4～6 mm被认为是MR检测肺结节的阈值，MR常规序列对<6 mm的肺结节检出率较低，总体检出率30%～70%，不同的研究纳入的结节大小不一样，结果存在差异[6,11,14,15]。其原因可能为结节越小，可用于成像的氢质子含量越少，再加上MR常规序列的层厚较厚(约3～6 mm)，因此对<6 mm的肺结节显示率较低。亚实性结节由于实性成分偏少，而且磁场不均匀，其信号强度明显低于实性结节，MR对亚实性结节的检出率低于实性肺结节。文献报道[7,8]对于≥6 mm的亚实性结节的检出敏感度在73%～88%。因此，有研究[6,11]认为MR目前尚不能替代CT用于肺结节的筛查，但是可选择性用于肺结节的无辐射随诊中，特别是儿童、年轻人及孕妇等。

计算机辅助检测系统(computer-aideddetection，CAD)已被推荐用于肺结节筛查中[16]。基于MR的CAD筛查试验尚未进行。但是健康肺实质的低信号背景有助于高信号结节的检出，阅读MR可能比CT更快、更高效，因此，有学者认为CAD在MR中的运用并不是非常必要的[2]。

用于检出肺结节MR序列:目前，不同的序列对肺结节的检出率不同，文献报道结果也存在差异。有研究[6,11]认为3D T1W GRE(VIBE、THRIVE)对结节检出率较高，有研究[3,7,9,13,17]认为T2-STIR或T2-HASTE的结节检出率较高。目前研究结果不一致的原因可能为不同的研究采用了不同的扫描设备及参数且纳入了不同的肺结节样本。3D T1W GRE为屏气序列，屏气配合好时，呼吸伪影小，因此图像质量较好，信噪比高。而认为T2-STIR或T2-HASTE检出率较高的研究则大多包含了转移结节或磨玻璃结节[3,7,9,17]。转移瘤在T2WI通常表现为低信号的肺实质背景中明显高信号的结节，因此在T2WI检出率较高[9]。磨玻璃结节在T2WI的显示也优于T1WI，检出率也较高[3,7,17]。此外，钙化结节由于钙化在MR多表现为低信号而较难发现，但其中T1-VIBE序列对钙化结节的敏感性最高，且多数表现为低信号或中间低信号，周围稍高信号，而T2WI对钙化结节的显示率较低[7,9,14]。因此，在基于MRI的肺癌筛查项目中应推荐使用多序列MR成像，以尽量减少假阴性的产生。研究[2,4]建议应至少包含1个3D T1-GRE序列以及T2FSE序列。

图1 右肺下叶约11mm的实性肺结节(箭)。结节在所有MR序列上均显示清晰。a)CT; b)T1 VIBE；c)T1反相；d)T2 TSE；e)T2 HASTE；f)T2 SPIR；g)T2 STIR[6]。

Star-VIBE是使用放射状填充k空间，在自由呼吸状态下获得薄层、高分辨率的各向同性图像。研究[15,18]显示Star-VIBE序列对肺结节检出率(94%)显著高于常规3D-VIBE序列(64.3%)，对FDG摄取结节的敏感度(80.0%)明显高于无摄取结节(29.2%)。超短回波时间(UTE)序列体素更小，回波时间更短，可在无任何呼吸触发措施、完全自由呼吸状态下清晰地显示支气管及肺实质病变并进行定量分析[5]。研究[19,20]显示UTE对4～8 mm肺结节的显示率显著升高，且明显提高了FDG无摄取结节的显示率，明显优于3D-GRE序列，并且和CT的检测能力相当。此外，研究还发现UTE还可以准确分辨出亚实性结节，敏感度95%，特异度70%[20,21]。因此，Star-VIBE序列和UTE序列有望成为今后肺部MR成像的新方式。

恶性肺结节具有高灌注及明显强化的特点。理论上静脉注射对比剂可进一步提高肺结节的对比度，有助于病灶的显示。Heye等[11]研究证实增强T1可将≥5 mm结节的检测率从59%提升至65%，并且建议在疑似恶性肺结节的扫描方案中加入增强序列。但在一项基于11000名志愿者的MR筛查试验中尽管增强后T1检出了更多的肺结节，但对恶性肺结节的检出率无明显变化[22]。而且静脉注射对比剂潜在增加了患者、社会负担及钆剂残留的可能性，因此，增强检查在MRI肺结节筛查中的应用有待商榷。

图2 右肺上叶11mm大小的部分实性结节。a)CT软组织窗；b)CT肺窗；c)T2-STIR; d)T2; e)bSSFP；f)T1-GRE。结节在3D T1-GRE上显示不清，bSSFP仅显示为稍高信号，但T2-STIR、T2显示较清楚[7]。

3.MR测量病灶大小的准确性

肺结节恶性的可能性和肺结节的大小密切相关，准确测量肺结节的大小有助于临床选择正确的治疗方式，也是MR能否成为肺癌筛查和肺结节随访可替代检查方法的关键。目前大多数研究[6,7,11,23]认为MR测量肺结节大小获得了很好的可重复性，且和CT保持了很好的一致性。文献报道MR和CT测量肺结节最大径的误差范围在1～4 mm之间，但这种差异是没有统计学意义的[6,11,23]。其中，不同的序列测量误差略有不同，T1-VIBE及增强T1-VIBE的测量误差小于T2WI序列[11]。但张宁等[17](T1-VIBE、StarVIBE及T2-TSE)、Burris等[19](UTE)及Mark等[21](UTE)研究中发现和CT相比MR会低估病灶的大小约1～2 mm且差异具有统计学意义，认为可能是MR的部分容积效应、呼吸运动伪影及磁场不均匀性导致的结节边缘模糊以及亚实性结节周围的磨玻璃成分显示为低信号造成的。但Zhang等[23]研究也提出CT及MR测量肺结节均存在着重复测量的变异，所以两者之间的实际测量差异要更小。总之，MR在评估肺结节大小方面已表现出一定临床价值，提示MR有可能成为评估肺结节倍增时间、区分肺结节良恶性的无辐射、可替代随诊方法。未来有待大样本多中心研究，并结合病理进一步评估，以准确测量病灶的大小并对其进行风险分级。

4.MR对CT所示肺癌形态学征象的显示能力

肺结节的形态学特征和良恶性密切相关，CT空间分辨率高，是最常用的影像学检查方法。MR由于空间分辨率低于CT，观察肺结节形态学征象存在一定的局限性，因此研究较少。研究[24]报道MR对肺癌内部结构的显示与CT相当，而对边缘特征如分叶征、毛刺征、晕征的显示不如CT的显示不如CT。Star-VIBE序列薄层扫描可达到与CT相同的层厚且可以3D重建，在显示肺结节形态学方面具有一定优势[25,26]。Yan等[14]对肺结核及肺癌的研究中发现联合Star-VIBE及T2-fBLADE在显示实变、非钙化结节(≥5 mm)、树芽征、空洞等征象与CT相当，在显示液化坏死、空腔、淋巴结增大及少量胸腔积液等方面比CT更具优势。UTE可实现肺部的高分辨率扫描，研究[21]显示UTE在显示病灶边缘特征(分叶、毛刺、胸膜牵拉)以及内部特征(空泡、空洞)方面具有高敏感度(60%～87%)、特异度(均>90%)。因此，MR多序列扫描在评估肺病灶的形态学征象方面有望成为CT的有效补充。

5.MR对检出肺结节的诊断价值

MR对恶性肺结节的敏感度明显高于良性肺结节，恶性肺结节在T2WI上的信号强度比值明显高于良性肺结节[3,13]。研究[3,17]还认为浸润性肺腺癌的T2信号强度高于浸润前病变。其原因可能是由于癌细胞代谢旺盛，导致病灶内微坏死增加，造成T2弛豫时间延长。但由于常规T1WI、T2WI序列对肺结节形态学征象的显示有限且无法量化，使用形态学征象来鉴别肺结节良恶性的研究不多。目前大多数研究[27]选择的是功能学成像来鉴别肺结节良恶性，最常用的为单、双指数DWI。Mata分析[28]已证实DWI在良恶性肺结节鉴别诊断中的价值。恶性肺结节的表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)、纯扩散参数D值显著低于良性肺结节，而IVIM灌注参数D*及f值对肺结节的诊断价值尚存在争议，其中，ADC值的诊断界值1.0～1.52×10-3mm2/s，D值的界值0.8～1.4×10-3mm2/s[28-30]。但由于受到运动伪影及磁敏感伪影的影响，DWI对小肺结节的敏感性较低、可重复性较差，故一般研究纳入病灶的最大径是>1 cm或1.5 cm[27,30,31]。因此，对于<1 cm肺结节，DWI的必要性是值得怀疑的，而对于>1 cm的肺结节，则有必要将DWI加入到扫描方案中。

纵向弛豫时间成像(T1-mapping)是一种新型MR成像技术，可直接测量组织的纵向弛豫时间(T1)，是肺部疾病潜在的影像学生物标志物。不同病变或同一病变在不同阶段由于含水量的不同，T1弛豫时间也不同。Yang等[32]研究纳入了一组1～7.8 cm大小的病例，结果显示恶性肺病灶的T1值显著低于良性非结核病变。可能的原因是良性病变如炎症，病灶内含水量增加，T1弛豫时间延长。此外，在肾脏[33]中的研究结果显示增强前后T1值的变化可以反映病灶内的微循环，也可作为病变诊断的重要生物学标志物之一。

影像组学是于2012年提出，将影像学数据转化为高分辨率的可挖掘数据空间，是目前影像领域的研究热点之一[34]。肺肿瘤影像组学的研究主要集中在CT。MR仅见于Wang等[35]研究报道了MRI的影像组学特征在肺部良恶性病变的鉴别诊断价值，为今后MR评估肺结节提供了新方向。

总 结

MR在肺结节检出、随诊及诊断方面已显示出其潜在临床价值，但MR能否替代CT还尚无定论。基于目前的研究结果，肺部MRI具有和CT相当的敏感性和较低的假阳性率，是一种潜在、有效的筛查工具。但基于MR对<6 mm、亚实性及钙化的肺结节敏感性较低，不建议对高风险人群进行仅MR的首轮筛查。而对于需要长期随访的患者，尤其是儿童、年轻女性和孕妇等，无辐射MRI是一种理想的可替代检查方法。扫描方案建议采用多序列MR成像即一个T1-GRE或UTE序列与一个压脂T2-FSE序列组合而成[2,4]；Star-VIBE及UTE有望替代传统3D-GRE成为肺结节扫描的常规扫描序列；对于>1 cm的肺结节，应加入DWI序列。且最新的基于CT与MR的筛查试验[36]证实MRI提供了和低剂量CT相似的成本效益和预期寿命。未来有待优化及规范扫描序列，缩短检查时间，使MR成为CT的无辐射替代成为可能。