单b值磁共振DWI对肺部良恶性病变的诊断价值

周舒畅， 夏黎明， 吴维， 王玉锦



·胸部影像学·

单b值磁共振DWI对肺部良恶性病变的诊断价值

周舒畅， 夏黎明， 吴维， 王玉锦

目的：探讨单b值MR扩散加权成像对肺部良恶性病变的诊断意义。方法：56例肺结节患者(≥6 mm)行常规MRI及EPI-DWI(b=0、500 s/mm2)检查，所有病灶经病理证实，其中恶性40例，良性16例。以脊髓为参照物，将病灶在DWI图像上的信号强度(SI)分为5个等级：依次为明显低于脊髓、稍低于脊髓、 与脊髓信号相同、稍高于脊髓和明显高于脊髓。同时测量病灶、脊髓和肌肉的SI和ADC值，计算SI病灶/SI脊髓(LSRSI)、SI病灶/SI肌肉(LMRSI)、ADC病灶/ADC脊髓(LSRADC)和ADC病灶/ADC肌肉(LMRADC)。采用Mann-Whitney U检验评价良恶性病灶SI评分、ADC值、LSRSI、LMRSI、LSRADC和LMRADC的差异，采用Kruskal-Wallis H检验分析肺癌不同病理类型之间各参数的差异，采用ROC曲线评估上述各参数对肺部良恶病变的鉴别诊断效能。结果：①SI评分：恶性肿瘤SI评分均明显高于良性病变(P=0.005)，以≥3.0分为阈值，SI评分诊断良恶性病变的的敏感度、特异度及符合率分别为67.5%、68.8%和67.9%；小细胞肺癌的SI评分明显高于非小细胞肺癌，而鳞癌、腺癌和其它类型恶性肿瘤之间SI评分的差异无统计学意义。②ADC、LSRSI、LMRSI、LSRADC和LMRADC值：良性病变依次为(1.91±0.70)×10-3mm2/s、0.67±0.42、1.27±0.80、0.83±0.27、1.13±0.41，恶性病变依次为(1.42±0.46)×10-3mm2/s、0.90±0.34、1.85±0.92、0.69±0.29和0.82±0.29，恶性病变的ADC、LSRADC和LMRADC值明显低于良性病变 (P值分别为0.003、0.034和0.002)，LSRSI、LMRSI明显高于良性病变(P值分别为0.022和 0.025)。③ADC值取1.6×10-3mm2/s时鉴别良恶性病变的诊断效能最优(诊断敏感度、特异度和符合率分别为80.0%、75.0%和78.6%)。④小细胞肺癌的LSRSI、LMRSI明显高于非小细胞肺癌(P<0.05)，腺癌与鳞癌之间各参数的差异无统计学意义(P>0.05)。结论：DWI (b=500s/mm2)定量参数测量能够有效鉴别肺部良恶性病变，ADC值对鉴别肺部良恶性病变的敏感性、特异性和准确性最高，但对不同病理类型肺癌的诊断鉴别诊断价值较小，信号强度评分、相对信号强度值对小细胞与非小细胞肺癌的鉴别诊断有一定价值。

肺肿瘤； 磁共振成像； 扩散加权成像； 表观扩散系数； 病理分型

肺癌是世界范围内发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一，中国预防医学科学院公布，在未来30年中，肺癌将成为我国居民的主要死因[1]。CT通常是诊断肺癌的首选检查方法，用于评估肺部结节的形态特征、大小、部分和结构。MRI由于其优良的软组织及可反映组织代谢或功能信息等优势，在临床上的应用范围越来越广泛[2]。扩散加权成像(diffusion-Weighted Imaging，DWI)序列目前是唯一无创的在分子水平反映组织细胞结构的影像学手段[3]。早期的DWI存在图像质量欠佳，ADC值定量测量的可重复性不高等缺点。而目前由于高强度梯度场、平行图像采集和相控阵线圈等技术的应用，使得之前的技术限制得以克服。已有许多研究报道MRI可以应用于肺实质成像[4-6]，虽然MRI在空间分辨率上逊于CT，但已有大量研究表明MRI能够检出各种肺部异常病变，MRI对肺部疾病的检出几乎可以达到与CT类似的效果[7]。近年来，国内外对于DWI在肺部结节的诊断方面的研究较少，本研究旨在探讨DWI在肺部良恶性病变鉴别诊断方面的意义。

材料与方法

1.研究对象

以2013年7月-2015年5月在本院放射科行肺部CT检查发现肺部结节或肿块者为研究对象，每例患者均签署了知情同意书。病例准入标准：①结节直径≥6 mm；②混杂密度病灶，其内钙化或空洞面积小于50%；③磨玻璃结节灶，磨玻璃成分不超过50%；④无MRI检查禁忌证；⑤患者扫描前未行放化疗。最终共56例患者纳入研究，男41例，女15例，年龄26～68岁，平均52.6岁。病灶直径0.6～5.4 cm，平均3.4 cm。恶性结节40例，良性病变16例。见表1。所有患者均经病理证实，其中10例行纤维支气管镜活检，1例行支气管内超声引导针吸活检术，1例行经皮穿刺肺活检术，2例行淋巴结穿刺活检术，余42例行肺叶或肺段手术切除术。所有患者在进行活检或手术治疗之前2周内完成MRI扫描。

2.MRI检查方法

使用GE Signa HDxt 1.5T磁共振扫描仪和8通道相控阵心脏线圈。所有患者行MRI平扫及DWI扫描。成像序列和扫描参数如下。①横轴面SE T1WI：心电门控(R波激发)，TR 800 ms TE 8.0 ms，层厚5.0 mm，层间距1.0 mm，激励次数2，视野41 cm×41 cm，矩阵320×160，带宽62.5 kHz，扫描时间6 min；②横轴面压脂FRFSE T2WI：呼吸触发，TR 7100～9236 ms，TE 90～110 ms，层厚5.0 mm，层间距1.0 mm，激励次数2，视野41 cm×41 cm，回波链长度18，矩阵320×224，扫描时间3.6 min；③冠状面SSFSE T2WI：屏气采集，TR 823 ms，TE 70～75 ms，采集次数2，层厚5.0 mm，层间距1.0 mm，视野41 cm×41 cm，扫描时间21 s；④横轴面SE-EPI DWI：呼吸触发，层厚5.0 mm，层间距1.0 mm，视野41 cm×41 cm，矩阵256×128，全部扩散方向，b值取0和500 s/mm2，同时在X、Y、Z轴三个方向上施加扩散敏感梯度，扫描时间2 min 16 s。

3.图像后处理及数据测量

由两位分别有7年和8年磁共振诊断经验的放射科医师采用单盲法在后处理工作站上独立阅片，有分歧者经两人商讨后达成一致。在DWI上选取病灶中心层面实性信号均匀的区域对病灶的信号强度(signal intensity，SI)进行评分，采用5级评分法[8]：1分，病灶的SI明显较脊髓低；2分，病灶的SI较脊髓稍低；3分，病灶SI基本与脊髓相等；4分，病灶的SI较脊髓稍高；5分，病灶的SI明显较脊髓高(图1)。

使用GE AW4.4工作站Function tool软件包中的ADC软件对图像和数据进行处理，ADC图像由相应b值的DWI图像通过后处理工作站自动拟合而成。参考同层面T2WI，手工勾画感兴趣区(region of interest，ROI)，测量病变的ADC值和SI。所选ROI包括病灶层面最大径线60%以上，尽可能包括最大信号强度中心区域，避开病变边缘和肉眼可辨的坏死和空洞区。所有病灶的ADC和SI值均测量3次，取其平均值。同时在病灶同层面的脊髓和胸壁肌肉内手工勾画ROI，测量其SI和ADC值。计算病灶与脊髓的SI比值(SI ratio of lesion-to-spinal cord，LSRSI)和ADC比值(LSRADC)，以及病灶与肌肉的SI比值(SI ratio of lesion-to-muscle，LMRSI)和ADC比值(LMRADC)。

4.统计学处理所有的统计分析均在SPSS 16.0统计分析软件上完成。采用Mann-Whitney U 检验比较良恶性病变组、小细胞癌与非小细胞癌组的SI评分、ADC、LSRSI、LMRSI、LSRADC和LMRADC值。对于肺癌不同病理类型间各参数的比较，采用Kruskal-Wallis H检验。采用受试者工作特征(ROC)曲线评估各参数对良恶性病变的诊断效能，约登指数最大点对应的值设为阈值，计算各参数鉴别良恶性病变的敏感度、特异度和符合率。P<0.05为差异有统计学意义。

结　果

1.肺部良恶性病变各DWI参数值的比较

肺结节良恶性组间SI评分的比较见表1。

表1　不同类型肺部病变的SI评分　(例)

恶性肺结节中SI评分≥3的有27例(67.5%)，其中小细胞肺癌的评分均≥3；SI评分<3的良性肺结节有10例(66.7%)，其中结核灶的评分分布变异较大。良性病变的SI评分、LSRSI及LMRSI均明显低于恶性病变(P值分别为0.036、0.025和0.022)，而良性病变的ADC、LSRADC和LMRADC值均明显高于恶性病变(P值分别为0.003、0.034和0.002)，详见表2、图3～4。各指标参数鉴别良恶性病变的敏感度、特异度和符合率见表3，各指标ROC曲线见图2。

表2　肺部良恶性病变各DWI参数值的比较

注：*单位为×10-3mm2/s。

注：*单位为×10-3mm2/s。

2．不同病理亚型肺癌的DWI参数比较

小细胞肺癌与非小细胞肺癌各参数值的测量结果及比较见表4。小细胞肺癌的SI评分和LSRSI明显高于非小细胞肺癌，差异有统计学意义(P<0.01)；但两组间LMRSI及ADC相关参数值(ADC、LSRADC及LMRADC)的差异无统计学意义(P>0.05)。

注：*ADC值单位为 ×10-3mm2/s。

对鳞癌10例、腺癌16例、小细胞癌7例和其它恶性肿瘤(类癌、肉瘤样癌、大细胞癌、绒毛膜癌肺转移)7例的DWI各参数进行两两对比(表5)，结果显示仅小细胞肺癌与腺癌间SI评分和LSRSI的差异有统计学意义(P<0.05)，而其它各组间各参数的差异均无统计学意义(P>0.05)。

表5　不同病理类型肺癌各参数的比较

注：*表示两组间DWI参数值的差异有统计学意义(P<0.05)；#ADC值的单位为×10-3mm2/s。

讨　论

1.肺结节DWI信号特点和b值选取

DWI是以人体水分子扩散运动为基础，可在任意常规序列基础上实现，其中，自旋回波序列、稳态自由进动序列、Turbo-FLASH序列和EPI序列等应用较多，SE-EPI是目前临床应用最为广泛的DWI序列[9-10]。

本研究结果显示，从评分表看，以结节/肿块相应层面的胸髓作为参照物，大多数肺部恶性肿瘤在DWI上呈等、高信号，在鳞癌与腺癌中评分的范围较大，而在小细胞癌中SI评分变异小，本研究中7例小细胞癌均呈等～高信号；而在良性病变组中，除1例结核病灶在DWI上呈高信号外，其它良性病变均呈等～低信号或者明显低信号。即肺癌的SI评分明显高于肺部良性病变，以3分作为诊断阈值，鉴别良恶性肺结节的敏感度、特异度和符合率分别为67.5%、68.8%和67.9%。

Satoh等[8]的研究结果显示，在b=1000s/mm2时，肺部恶性结节的SI评分明显高于肺良性结节，他们认为病灶在DWI上的SI评分有助于肺部良恶性病变的鉴别。Uto等[11]在DWI图像上测量病灶与脊髓的SI比值，发现恶性结节的LSRSI值明显高于良性病灶，LSRSI取1.135为阈值，诊断肺癌的阳性预测率、阴性预测率和符合率分别为86.7%、90.0%和85.7%，LSR对鉴别诊断肺部良恶性病变有意义，而在b=1000s/mm2时ADC值在良恶性病变之间的差异无统计学意义。本研究中，在DWI SI评分的基础上，发现DWI信号强度相关参数(SI评分、LSRSI和LMRSI)对于肺部良恶性病变的鉴别均具有重要意义，LSRSI和LMRSI阈值分别取0.669和1.313时，鉴别肺部结节良恶性的敏感度、特异度和符合率分别为72.5%、68.8%、71.4%和70.0%、62.5%、67.9%。此外，本研究中发现小细胞癌的DWI信号强度相关参数(SI评分、LSRSI)明显高于非小细胞癌；而在肺癌不同病理类型的比较中，小细胞肺癌的SI评分及LSRSI较高于腺癌，差异有统计学意义，而各亚组间其它参数的差异则无统计学意义，提示DWI上信号强度相关参数，尤其是SI评分和LSRSI，有助于区分小细胞肺癌和非小细胞肺癌。

在活体组织内，水分子扩散与组织细胞的细胞膜、基底膜等膜结构分布、核质比、细胞浆内大分子蛋白的分布等因素有关，在恶性肿瘤中，细胞密度增高、细胞数量增多、细胞外液变少，细胞内水分子扩散受限，导致病变信号在DWI上明显增高，而良性病变由于组织细胞结构仍接近正常组织而无此特点。组织结构在DWI上的信号除与细胞结构有关外，也与成像时选择的b值相关，随着b值增大，病灶信号衰减增加，病灶ADC值亦会减小，高b值可降低毛细血管灌注效应，使测得的ADC值更接近真实扩散系数，然而，随着b值增高，图像信噪比下降，从而导致部分信号丢失，信号强度的测量反而欠准确。刘海东等[12]指出使用1.5T MR机在b=500s/mm2时DWI图像质量最优，且具有最大诊断效能。koyama等[13]分别采用b=500和1000s/mm2DWI对肺部良恶性病变进行鉴别诊断，发现b值的选择对肺结节的鉴别诊断效能影响不大，b=500s/mm2时，LSR鉴别诊断的敏感度和符合率均高于b=1000s/mm2。因而，本研究中使用b值500s/mm2进行DWI扫描，兼顾图像质量和ADC测量准确性。

另外，在本研究中发现鳞癌和腺癌的SI评分范围较大，1～5分均有病例分布，推测可能与肿瘤不同分化程度及病理学上不同亚类间细胞结构差异较大等因素有关。良性病变中，6例结核患者，3例的SI评分分布在3～5分，与其病理结果及T2WI对比，发现此3例病灶内均为干酪样坏死改变，在T2WI上呈低信号，对于结核干酪样坏死病灶所表现的这一现象，原因未明，尚需较大样本进一步研究。

2.ADC值对肺部良恶性结节/肿块和肺癌不同病理类型的鉴别诊断价值

本研究结果显示，肺部良性病变的ADC相关参数(ADC值、LSRADC、LMRADC)均明显高于肺部恶性病变，而小细胞癌与非小细胞癌、非小细胞癌不同病理类型之间上述参数的差异无统计学意义，表明ADC值及ADC比值对于肺部良恶性病变的鉴别具有重要意义，然而，对于肺癌的不同病理分类，ADC值的鉴别诊断能力尚有限。这与部分研究结论相符合，如Kanauchi等[14]的研究中同样发现DWI定量参数中ADC值在侵袭性及非侵袭性肺癌间无明显差异，他们也认为ADC值不能作为不同肺癌病理类型之间鉴别诊断的定量标准。

分析小细胞癌组织病理学特点，小细胞肺癌由形态为小圆形或卵圆形的癌细胞(类似淋巴细胞)组成，细胞外间隙小，细胞密度更高，理论上其ADC值应该较鳞癌和腺癌低。Liu等[15]、Razek等[16]的研究也表明小细胞肺癌与非小细胞肺癌间ADC值的差异有统计学意义。但是，目前对于小细胞肺癌ADC值的研究结果并不一致。Matoba等[17]的研究结果显示，小细胞癌的ADC值高于鳞癌和大细胞癌，而李菲等[18]的研究中小细胞癌的ADC值低于非小细胞肺癌。本研究中对7例小细胞肺癌的研究结果显示，小细胞肺癌的ADC值与非小细胞肺癌之间无明显统计学差异，而从其ADC值分布来看，小细胞癌的ADC值从高值到低值均有分布，变异较大，包括了鳞癌和腺癌的ADC值分布范围，推测其原因，可能如Herneth等[19]研究结果所述，决定组织ADC值的除了组织内细胞密度外，还取决于组织内的坏死成分，细胞坏死和组织结构微观改变可导致ADC值升高，而在组织内细胞密度和T2WI上出现改变之前，ADC值就已经发生了改变。对于小细胞肺癌的ADC值这种变异分布，还需进行大样本量的研究来进一步证实。

3.两种不同参照物时各指标诊断效能的比较

本研究结果显示，在鉴别肺部良恶性病变时，尽管DWI各参数在良恶性组间均有明显差异，但以ADC值和LMRADC两个指标的诊断效能最佳，其诊断敏感度、特异度及符合率分别为80.0%、75.0%、78.6%和80.0%、68.8%、76.8%；而在小细胞肺癌与非小细胞肺癌的鉴别方面，DWI信号强度相关参数(SI评分、LSRSI)均有一定价值，以LSRSI的鉴别诊断能力最优。因而，在肺部病变良恶性的鉴别诊断中，评价病灶的DWI信号时我们推荐以脊髓作为参照物。但是需要指出，胸髓体积较小，在DWI上有可能受到脑脊液信号的干扰，尤其是高b值时图像信噪比会下降，且部分信号可能缺失，使其信号强度的测量产生较大误差，而肌肉面积较大，信号强度的测量相对更加准确，因此在高b值或脊髓成像显示较差的DWI图像上，可采用胸部肌肉作为参照。

在b=500s/mm2时，DWI上信号强度评分、相对信号强度、ADC值及ADC比值均能够鉴别肺部良恶性病变，ADC值鉴别肺部良恶性病变的敏感性、特异性和准确性最高。 DWI信号强度评分、相对信号强度对小细胞肺癌与非小细胞肺癌具有鉴别诊断意义，以LSRSI诊断效能最佳，而ADC值对不同病理类型肺癌的鉴别诊断价值小。

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Single b-value diffusion weighted imaging in the diagnosis of pulmonary benign and malignant lesions

ZHOU Shu-chang,XIA Li-ming,WU Wei, et al.Department of Radiology,Tongji Hospital,Tongji Medical College,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430030,China

Objective:To investigate the diagnostic value of single b-value DWI (b=500s/mm2) in differentiating benign and malignant pulmonary nodules.Methods：56 cases with pulmonary nodules (>6mm) underwent conventional MRI and DWI (b=0 and 500s/mm2).There were 40 (71.4%) malignant lesions and 16 (28.6%) benign lesions,and all the lesions were confirmed by pathology.On DWI,taking the spinal cord as a reference,the signal intensity (SI) of pulmonary nodules was divided into 5 grades:significantly lower,slightly lower,equal,slightly higher and significantly higher.Meanwhile,ADC value and SI of the lesions, spinal cord and muscles were measured,and the SI ratio of lesion-to-spinal cord (LSRSI) and lesion-to-muscle (LMRSI),and ADC ratio of lesion-to-spinal cord (LSRADC) and lesion-to-muscle (LMRADC) were calculated respectively.Mann-Whitney U test was used to analyze the difference between the quantitative parameters of malignant and benign groups.Kruskal-Wallis H test was used to analyze the difference of the parameters in different pathological sub-types of lung cancer.Diagnostic capabilities of the quantitative parameters were statistically analyzed by receiver operating characteristic curve (ROC).Results：①On DWI，the SI score of malignant lesions was significantly higher than that of benign lesions (P=0.005),when score of 3.0 was considered as the cut-off value,the diagnostic sensitivity,specificity and accuracy were 67.3%,65.0% and 67.9%,respectively.The SI score of small cell lung cancer was significantly higher than that of non-small-cell lung cancer.No differences were found in squamous cell carcinoma,adenocarcinoma and other types of malignancies.②ADC,LSRSI,LMRSI,LSRADCand LMRADC:in benign group,they were (1.91±0.70)×10-3mm2/s,0.67±0.42,1.27±0.80,0.83±0.27,1.13±0.41,respectively;and in malignant group,they were (1.42±0.46)×10-3mm2/s,0.90±0.34,1.85±0.92,0.69±0.29 and 0.82±0.29,respectively.The ADC,LSRSI,LMRSI,LSRADCand LMRADCof benign lesions were significantly higher than those of malignant lesions (P=0.003,0.034 and 0.002,respectively).The LSRSIand LMRSIof malignant lesions were significantly higher than those of benign lesions (P=0.022 and 0.025,respectively).ADC value was superior to the other diffusion parameters with the optimal cut-off value of 1.6×10-3mm2/s for differential diagnosis of benign and malignant lesions (sensitivity,specificity and accuracy were 80.0%,75.0% and 78.6%,respectively).LSRSIand LMRSIin small cell lung cancer were significantly higher than those in non-small-cell lung cancer,and there was no significant difference between the parameters of adenocarcinoma and squamous cell carcinoma.Conclusion:MR DWI examination with quantitative parameters calculating can effectively differentiate benign from malignant pulmonary lesions,ADC value showed the best performance with the highest sensitivity,specificity and accuracy,but ADC value has limited value for differential diagnosis of different pathological types of lung cancer.Signal intensity score and relative-SI can be used to identify non- small-cell and small-cell lung cancer.

Pulmonary neoplasms； Magnetic resonance imaging； Diffusion weighted imaging； Apparent diffusion coefficient； Pathological classification

430030武汉，华中科技大学同济医学院附属同济医院放射科

周舒畅(1983-)，女，湖北孝感人，博士，主治医师，主要从事胸部MRI研究工作。

夏黎明，E-mail：cjr.xialiming@vip.163.com

R445.2； R735.7

A

1000-0313(2016)08-0728-06

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.08.013

2016-03-11

2016-05-08)