体素内不一致运动成像序列在贲门癌中的初步应用

2015-09-26邵楠楠王立峰韩帅张宏凯庄兢李保东张忠宪黎海亮曲金荣

磁共振成像 2015年11期

邵楠楠，王立峰，韩帅，张宏凯，庄兢，李保东，张忠宪，黎海亮，曲金荣*

邵楠楠1，王立峰1，韩帅1，张宏凯1，庄兢2，李保东2，张忠宪3，黎海亮1，曲金荣1*

目的分析贲门癌体素内不一致运动(introvoxel incoherent motion，IVIM) MR成像的特点及其与正常贲门间IVIM各参数的差异。材料与方法回顾性分析20例贲门癌患者与贲门正常患者MRI资料，所有患者均行MR常规扫描和双指数模型IVIM扫描，并测量两组患者的IVIM得到的标准ADC、D、D*和f值，进行两组独立样本t检验分析。结果贲门癌组标准ADC、D、D*和f分别为(1.18±0.35)×10-3mm2/s、(0.63±0.67)×10-3mm2/s、(21.29±18.83)×10-3mm2/s、0.37±0.37，贲门正常患者标准ADC、D、D*和f值分别为(1.56±0.38)×10-3mm2/s、(1.32±1.06)×10-3mm2/s、(8.59±3.98)×10-3mm2/s、0.70±0.22，贲门癌组标准ADC、D、f值均低于正常组，D*值高于正常组，差异有统计学意义(t值分别为2.920、2.473、2.325、2.923；P=0.006、0.027、0.019、0.006) 。贲门癌组、正常组标准ADC与D值差异均无统计学意义(t值分别为3.073、0.868；P=0.543、0.326)。结论贲门癌组标准ADC和D值较低、D*较高，具有一定特征性，有助于贲门癌的诊断。

胃肿瘤；贲门；磁共振成像

随着MRI成像设备及成像技术的更新、发展，功能MRI成像技术在腹部疾病的诊断中应用越来越广泛，特别在胃肠道等空腔脏器的疾病的诊断中起到越来越重要的作用。

体素内不一致运动 (introvoxel incoherent motion，IVIM)是基于IVIM的多b值DWI成像，由Le Bihan等[1-2]在1986年提出，与传统DWI技术相比，它分别量化水分子扩散与血流灌注两种运动成分，不但可以提供定量脑组织中水分子运动的参数，还可以反映脑组织灌注的情况，更真实反应活体组织的微观运动状态。近期，对于IVIM序列在中枢神经系统、肝脏、鼻咽、宫颈等有了一定研究[3-6]，但在贲门癌中的应用尚未见报道，因此，笔者通过探讨贲门癌患者与正常贲门间IVIM各序列参数的差异，初步测量分析贲门癌与正常贲门IVIM序列各参数特征，为进一步研究该技术在贲门癌T分期及侵犯范围、深度等的应用奠定基础。

1　材料与方法

1.1临床资料

回顾性分析2013年1月至2014年4 月因上腹部不适及临床怀疑胃癌等原因在我院行上腹部MRI平扫及动态增强扫描病例共120例，所有病例均行IVIM序列扫描。排除因图像质量差、病变范围过大、食管胃底静脉曲张、非胃癌的胃肠肿瘤性病变及经胃镜证实炎性病变外，共40例患者入组。其中经胃镜及手术病理证实为贲门癌病例共20例，且均经手术病理证实为腺癌T2期，其中9例为低分化，8例为中-低分化，3例为高分化，患者年龄44～79岁，平均年龄(62±11)岁。另外20例经胃镜证实贲门正常者为对照组，其中肝囊肿5例，肝血管瘤3例，肝癌4例，宫颈癌2例，乳腺癌4例，肝脓肿1例，肝转移1例，患者年龄42～74岁，平均年龄(58±8)岁。

所有病例在行MRI检查前均未行任何治疗及胃镜检查。本研究经我院伦理委员会讨论通过，无需签署知情同意书。

1.2MR扫描方法

所有患者及正常对照组均行上腹部MRI常规平扫及动态增强扫描，其中平扫包括IVIM序列扫描。采用美国GE Heahhcare Signa HDXT 3.0T MR扫描仪，Torso线圈。患者取仰卧位，足先进。

主要检查序列包括：(1)屏气双回波正反相位，正相位TR 41 ms，TE 2.4 ms，反相位TR 41 ms，TE 1.2 ms，采集矩阵180×260，FOV 38 cm×38 cm；(2)呼吸门控脂肪抑制FSET2WI，TR 11250 ms，TE 118.4 ms，采集矩阵224×288，FOV 38 cm×38 cm，层厚5 mm，层间隔0.5 mm；(3)多层面回波平面成像(multislice echo-planarImaging，EPI) DWI序列，b值700 s/mm2，TR 2400.0 ms，TE 64.7 ms，采集矩阵128×128，FOV 38 cm×38 cm，层厚5.0 mm，层间隔0.5 mm；(4) EPI IVIM序列：b值0、50、100、200、400、600、800、1200、1600 s/mm2，TR 2000.0 ms，TE 87.0 ms，采集矩阵128×128，FOV 38 cm×38 cm，层厚5.0 mm，层间隔0.5 mm。

检查前12 h禁食、禁水并训练患者配合呼气屏气；检查前1 h饮800～1000 ml的温开水，充盈胃腔；无禁忌证者，检查前5～10 min肌注盐酸山莨菪碱(654-2) 10 mg抑制胃肠道蠕动。

1.3图像分析与后理

由2名具有5年以上影像诊断经验的主治医师共同阅片和测量数据，测量数据取平均值。肿瘤分期以美国癌症联合会(AJCC)胃癌TNM分期(第7版)为标准[7]。

以下分期标准适用于T2WI和DWI: 胃壁内层的局部增厚认为是T1期；胃壁增厚，但外层光滑，认为是T2期; 侵犯胃周脂肪组织被认为是T3期；侵犯周围脏器被认为是T4期；正常贲门标准：贲门壁不厚，黏膜连续，厚度<5 mm。感兴趣区(region of interest，ROI)选取标准：联合D、D*、f值的伪彩图像，参考 b=700 s/mm2的DWI和轴面T2WI观察病变大小、范围和边界，采用相同扫描层面的轴面压脂T2WI作为背景参考图像，在IVIM图像中选取ROI，自动在各参数伪彩图上相同部位生成ROI，并得到相应参数数值。选取标准：ROI选取圆形，面积一般为3～5 mm2，大小尽量一致。贲门癌组患者取病变中心实质部分，在避开边缘部分和中心囊变坏死区同时尽可能包括全病变组织；贲门正常组选择贲门最大层面进行测量。

为避免误差，所有ROI由2名具有5年以上腹部诊断工作经验的医师共同完成，当意见有分歧时，由第3名副主任医师进行评定。同一病例病变范围选取面积及形态尽量保持一致，并测量两次，取平均值。测量并记录标准ADC、D、D*、f值各参数的值，重点观察两组间各参数伪彩图颜色差别，并对照分析两组各参数值间的差异。

图1，2 肝脏多发转移瘤患者。轴面压脂T2WI示正常贲门壁呈等信号(图1)。DWI (b=700 s/mm2) 呈中等信号(图2) 图3，4 贲门癌患者。贲门壁增厚，T2WI呈稍高信号 (图3)， DWI (b=700 s/mm2)呈高信号(图4) 图5～8 与图1、2为相同患者。IVIM序列标准ADC、D、D*和f 参数伪彩图，正常贲门各参数依次呈浅蓝色、浅蓝色、蓝色、红色区域图9～12 与图3、4为相同患者。IVIM序列标准ADC、D、D*和f 参数伪彩图，贲门癌各参数依次呈深蓝色、深蓝色、绿色、绿色区域。红色、绿色、浅蓝色、深蓝色代表数值由高到低Fig. 1, 2 Metastasis in liver. Fig.1 was a AX-FS-T2WI map,The normal gastric wall was intermediate signal. Fig.2 was DWI map,The normal gastric wall was intermediate signal. Fig. 3, 4 Gastric cancer. Fig.3 was a AX-FS-T2WI map, gastic cancer wall wasThickening and high signal. Fig.4 was DWI map,The gastric cancer wall presented a high signal. Fig. 5—8 Metastasis in liver.They were standard ADC, D, D*and f map,They showed light bule, light bule, bule, red. Fig. 9—12 Gastric cancer.They were standard ADC, D, D*and f map,They showed deep bule, deep bule, green, green.The red presentedThe highst value,The deep bule presentedThe lowest value,The green and light bule presentedThe mediated value.

1.4统计学方法

采用SPSS 19.0软件包进行统计学分析。通过Kappa检验评价2名测量者的一致性，Kappa值<0.40为一致性差；0.41～0.75为一致性好，>0.75为一致性非常好。Kolomogorov-Smirnov法检验正态性，Levene法检验方差齐性。当数据呈正态分布，采用两组独立样本t检验比较两组间IVIM序列参数值的差异；当数据不符合正态分布或方差不齐时，采用Mann-Whitney检验和Kruskal-Wallis检验及Nemenyi检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1常规MRI表现

正常贲门表现为黏膜光滑、连续，贲门壁T1WI呈稍低或等信号，T2WI呈等信号(图1)，DWI (b=700 s/mm2)呈中等信号(图2)。贲门癌表现为贲门壁增厚、僵硬，黏膜连续性中断，T1WI呈等信号，T2WI呈稍高信号，均未侵出外膜(图3)，DWI (b=700 s/mm2)上肿瘤呈高信号(图4)。

2.2IVIM参数结果及统计结果

2名阅片者测量结果的Kappa值为0.703，一致性好。贲门癌组标准ADC、D值和f值均低于正常组，D*值高于正常组，且差异均有统计学意义(表1)。贲门癌组标准ADC值与正常组标准ADC值差异有统计学意义，贲门癌组标准ADC低于正常组。贲门癌组、正常组标准ADC与D值差异无统计学意义(表2)。IVIM序列各参数伪彩图上，红色、黄色、绿色、蓝色代表参数值由高到低(图5～12)。

表1　不同组别患者IVIM各参数值结果比较(±s)Tab. 1　The comparison of parameter in gastic cancer wall and normal gastic wall (±s)

Groups　Case　Standard ADC (×10-3mm2/s)D (×10-3mm2/s)D*(×10-3mm2/s)　F value Gastric cancer wall　20　1.18±0.35　0.63±0.67　21.29±18.83　0.37±0.37 Normal gastric wall　20　1.56±0.38　1.32±1.06　8.59±3.98　0.70±0.22T value　2.920　2.473　2.325　2.923 P value　0.006　0.027　0.019　0.006

表2　同一组别患者标准ADC与D值比较(±s)Tab. 2　The comparison of standard ADC and D value in gastic cancer wall or normal gastic wall(±s)

Groups　Case　Standard ADC (×10-3mm2/s)D (×10-3mm2/s)　t value　P value Gastric cancer wall　20　1.18±0.35　0.63±0.67　3.073　0.543 Normal gastric wall　20　1.56±0.38　1.32±1.06　0.868　0.326

3　讨论

贲门癌是腹部常见的恶性肿瘤之一，发病率高，预后差，早期诊断及分期对患者的预后至关重要。癌组织中有大量血管内皮生长因子，可以促进肿瘤血管生成，使肿瘤呈现为血容量的高灌注和高血流量状态。扩散加权成像(diffuse weighted image，DWI)是利用水分子扩散运动的原理，检测人体组织细胞内外水分子的运动受限的程度和方向，反应人体病理状态的一种技术，通过表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)的测量进行量化分析，该技术目前被广泛应用于胃癌诊断及治疗疗效判定，但研究表明[2]，尽管DWI技术可以微观反应水分子的扩散运动，但易受到多种因素的影响，尤其在低b值区域，由于受到毛细血管网血流灌注效应的影响，与微循环灌注相关的扩散对信号衰减作用影响较大[8]，ADC不能真实反应体内水分子扩散运动。IVIM序列不同于传统的DWI，是一种双指数模型，在DWI序列中增加了“扩散梯度”脉冲，使用多个b值进行扩散信号的采集，采用双指数拟合分析，精确描述DWI组织信号衰减与b值间的关系，从而区分组织的扩散和微循环相关的扩散[5，9]。IVIM技术可以获得的参数包括真扩散系数D、假扩散系数D*，以及灌注分数f。真扩散系数D可以相对较为真实的反映组织血管外的自旋和细胞间液的运动，即可以真实的反应组织内水分子的扩散；假扩散系数D*反映微循环相关的扩散，代表血管中血液在血液循环网络中的随机分布，也就是可以反映组织灌注信息，同时还可计算出灌注分数f，f是指在体素中毛细血管容积占整个组织容积的比值，大小介于0到1之间。

本研究通过测量贲门癌患者病变标准ADC平均值为(1.18±0.35)×10-3mm2/s，小于正常贲门壁的标准ADC值(1.56±0.38)×10-3mm2/s，差异具有统计学意义，这和既往研究相符合[10]。本研究中贲门癌D值低于正常组贲门癌D值[(0.63±0.67)× 10-3mm2/s, (1.32±1.06)×10-3mm2/s]，差异具有统计学意义。D值与传统ADC值相比，能够较为真实反映组织水分子扩散运动。与正常贲门结果相比，贲门癌组织中，肿瘤细胞分布密集，核浆比升高，细胞间隙缩小，水分子扩散受限，因此D值降低。

贲门癌从发病到实体肿瘤的生成以及晚期病变的形成过程中，肿瘤血管生成在其中发挥了重要作用。既往研究表明，胃癌CT灌注成像中，病变血容量与胃癌的分化程度呈正相关[11-13]。本研究结果中，贲门癌D*平均值为(21.29±18.83)×10-3mm2/s，明显高于正常贲门壁(8.59±3.98)×10-3mm2/s，两者差异具有统计学意义。这表明贲门癌病变组织中血流灌注明显高于正常贲门组织，这与既往其他成像技术研究结论相符。

灌注分数即f值，表明体素中毛细血管容积占整个组织容积的比值，随着微循环的增加而增加。本组病例贲门癌组f值的平均值为0.37±0.37，正常对照组f值约为0.70±0.22，病变组低于正常对照组，所得结果与理论相反。f值与理论矛盾的结果在最近也曾出现，Guiu等[14]在非酒精性脂肪肝、Lewin等[6]在进展期肝细胞肝癌的研究中，对此进行了合理的解释，f值与回波时间(echoTime，TE)密切相关，TE越长，低b值时信号衰减越明显，f值就越大，若组织的横向弛豫时间小于血液的横向弛豫时间，f值受TE的影响更为明显，可能贲门癌TE的影响较大，因此出现与理论相反的结果。

本研究的不足之处在于入组病例数量过少，局限在贲门癌T2期，还需进一步扩大样本。此外，IVIM能否准确判断贲门癌病理分级及预测新辅助化疗治疗效果，需要以后在随访研究中进一步探讨。

综上所述，IVIM定量中，贲门癌患者标准ADC、D*、D与正常组贲门壁标准标准ADC、D*、D存在差异，可作为常规序列的有利补充。

［

[1] Le Bihan D, Breton E, Lallemand D, et al. Separation of diffusion and perfusion in intravoxel incoherent motion MR imaging. Radiology, 1988, 168(2): 497-505.

[2] Le Bihan D, Breton E, Lallemand D, et al. MR imaging of intravoxel incoherent motions: applicationTo diffusion and perfusion in neurologic disorders. Radiology, 1986, 161(2): 401-407.

[3] Zhang SX, Jia QJ, Zhang ZP, et al. Intravoxe incoherent motion

diffusion-weighted imaging in differential of primary nasopharyngeal carcinoma and nasopharyngeal hyperplasia. Chin J Radiol, 2013, 47(7): 617-621.

张水兴, 贾乾君, 张忠平, 等. 基于体素内不相干运动的扩散加权成像对鼻咽癌与炎性增生性疾病的鉴别诊断. 中华放射学杂志, 2013, 47(7): 617-621.

[4] Li J, Qu JR, Li HL, et al. Preliminary study of applying introvoxel incoherent motion sequence in cervical cancer. Chin J Radiol, 2013, 47(11): 1019-1022.李靖, 曲金荣, 黎海亮, 等. 宫颈癌患者MR体素内不一致运动序列的成像特征. 中华放射学杂志, 2013, 47(11): 1019-1022.

[5] Lu Y, Jansen JF, Mazaheri Y, et al. Extension ofThe intravoxel incoherent motion modelTo non-gaussian diffusion in head and neck cancer. J Magn Reson Imaging, 2012, 36(5): 1088-1096.

[6] Lewin M, Fartoux L, Vignaud A, et al.The diffusion-weighted imaging perfusion fraction f is a potential marker of sorafenibTreatment in advanced hepatocellular carcinoma: a pilot study. Eur Radiol, 2011, 21(2): 281-290.

[7] Washington K. 7th edition ofThe AJCC cancer staging manual: stomach. Ann Surg Oncol, 2010, 17: 3077-3079.

[8] Dijkstra H, Baron P, Kappert P, et al. Effects of microperfusion in hepatic diffusion weighted imaging. Eur Radiol, 2012, 22(4): 891-899.

[9] Ma C, Liu L, Li YJ, et al. Intravoxel incoherent motion MRI ofThe healthy pancreas: monoexponential and biexponential apparent diffusion parameters ofThe normal head, body andTail. J Magn Reson Imaging, 2015, 41(5): 1236-1241.

[10] LiT, Zhu K, Guo YL, et al.The diagonstic value ofThe 3.0T DWMRI inThe different degrees differentiation of gastric cancer. Chin J Magn Reson Imaging, 2014, 27(3): 193-197.李婷, 朱凯, 郭玉林, 等. 3.0T MR扩散加权成像在不同分化程度胃癌中的诊断价值. 磁共振成像, 2014, 27(3): 193-197.

[11] King AD, Ahuja AT, Yeung DK, et al. Malignant cervical lymphadenopathy: diagnostic accuracy of diffusion-weighted MR imaging. Radiology, 2007, 245(3): 806-813.

[12] Lai V, Li X, Lee VH, et al. Intravoxel incoherent motion MR imaging:comparison of diffusion and perfusion characteristics between nasopharyngeal carcinoma and post-chemoradiation fibrosis. Eur Radiol, 2013, 23(10): 2793-2801.

[13] Wang ZM, Xu XJ,Tie P, et al. Evaluation ofThe histological and hemodynamic characteristics of advanced gastric carcinoma with 128-slice spiral CT. J Pract Radiol, 2014, 30(2): 246-249.王治民, 徐香玖, 铁萍, 等. 128层螺旋CT对进展期胃癌组织学特性与血流动力学的评价. 实用放射学杂志, 2014, 30(2): 246-249.

[14] Guiu B, Petit JM, Capitan V, et al. Intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging in nonalcoholic fatty liver disease: a 3.0-T MR study. Radiology, 2012, 265(1): 96-103.

Preliminary study of introvoxel incoherent motion MR sequence in carcinoma of gastric cardia

SHAO Nan-nan1, WANG Li-feng1, HAN Shuai1, ZHANG Hong-kai1, ZHUANG Jing2, LI Bao-dong2, ZHANG Zhong-xian3, LI Hai-liang1, QU Jin-rong1*
1Department of Radiology,The Affiliated Cancer Hospital of Zhengzhou University, Henan Cancer Hospital, Zhengzhou 450008, China
2Department of General Surgery,The Affiliated Cancer Hospital of Zhengzhou University, Henan Cancer Hospital, Zhengzhou 450008, China
3Department of Pathology,The Affiliated Cancer Hospital of Zhengzhou University, Henan Cancer Hospital, Zhengzhou 450008, China

*CorrespondenceTo: Qu JR, E-mail: qjryq@126.com

20 May 2015, Accepted 29 July 2015

Objective：To analyze introvoxel incoherent motion (IVIM) MR sequence features andThe difference between carcinoma of gastric cardia and normal cardia. Materials and Methods： MR imaging data of 20 patients with gastric cardia carcinoma and 20 patients of normal cardia were analyzed retrospectively. All patients underwent routine MR scan and biexponential model IVIM sequence.The IVIM parameters (Standard ADC, D, D*and f) of gastric cardia carcinoma and normal cardia were measured and analyzed by usingTTest. Results：The Standard ADC, D, D*and f of gastric cardia carcinoma group were (1.18±0.35)×10-3mm2/s, (0.63±0.67)×10-3mm2/s, (21.29±18.83)×10-3mm2/s, 0.37±0.37, andThose of normal cardia group were (1.56±0.38)×10-3mm2/s, (1.32±1.06)×10-3mm2/s, (8.59±3.98)×10-3mm2/s, 0.70±0.22.The differences ofThese parameters betweenTwo groups were statistically signifcant (t=2.920, 2.473, 2.325, 2.923, P=0.006, 0.027, 0.019, 0.006). No differences showed between standard ADC and D in both gastric cardia and normal groups (t=3.073, 0.868, P=0.543, 0.326). Conclusions：The Standard ADC and D of gastric cardia carcinoma group showed lowerThan normal cardia group,The D*appeared higherThan normal group, which may play a complementary role inThe diagnosis of gastric cardia carcinoma.

Stomach neoplasms; Cardia; Magnetic resonance imaging

河南省科技厅项目(编号：142102310087)；河南省卫生科技创新型人才工程专项经费资助项目(编号：201004057)

作者单位：
1. 郑州大学附属肿瘤医院河南省肿瘤医院放射科，郑州 450008
2. 郑州大学附属肿瘤医院河南省肿瘤医院普外科，郑州 450008
3. 郑州大学附属肿瘤医院河南省肿瘤医院病理科，郑州 450008

曲金荣，E-mail：qjryq@126.com

2015-05-20

R445.2；R735.2

10.3969/j.issn.1674-8034.2015.11.005

接受日期：2015-07-29

邵楠楠, 王立峰, 韩帅, 等. 体素内不一致运动成像序列在贲门癌中的初步应用. 磁共振成像, 2015, 6(11): 824-828.

ACKNOWLEDGMENTS Scientific andTechnological department of Henan province project (No. 142102310087). Henan province health special creativeTalents of science andTechnology project funding for projects (No. 201004057).