磁共振体素内不相干运动扩散加权成像检查对肾透明细胞癌的术前分级诊断效能

刘妍，卢强，谢宇，孙艳，于小平

(湖南省肿瘤医院/中南大学湘雅医学院附属肿瘤医院，长沙410013)

磁共振体素内不相干运动扩散加权成像检查对肾透明细胞癌的术前分级诊断效能

刘妍，卢强，谢宇，孙艳，于小平

(湖南省肿瘤医院/中南大学湘雅医学院附属肿瘤医院，长沙410013)

目的 探讨磁共振体素内不相干运动扩散加权成像(IVIM-DWI) 检查对肾透明细胞癌(CCRCC) 的术前分级诊断效能。方法 经手术病理检查证实的CCRCC患者42例，依据Fuhrman核分级法将其分为低级别组(21例) 和高级别组(21例)。对两组患者的术前磁共振检查结果进行分析，比较两组表观扩散系数(ADC) 、真实扩散系数(D) 、灌注相关扩散系数(D*) 和灌注分数(f) ，采用受试者工作特性(ROC)曲线分析上述各参数对CCRCC的分级诊断效能。结果 低级别组的ADC、D、D*、f值分别为(1.62±0.24) ×10-3mm2/s、(1.73±0.18) ×10-3mm2/s、(72.18±90.28) ×10-3mm2/s、0.27±0.08，高级别组分别为(1.10±0.58) ×10-3mm2/s、(1.40±0.20) ×10-3mm2/s、(109.46±129.07) ×10-3mm2/s、0.15±0.09；两组的ADC、D、f值相比，P均<0.05；两组的D*值相比，P>0.05。ADC、D、f值鉴别高低级别CCRCC的ROC曲线下面积分别为0.768、0.931、0.830，相应的最佳诊断阈值分别为1.14×10-3mm2/s、1.59×10-3mm2/s、0.18。结论 术前磁共振IVIM-DWI检查有助于CCRCC的分级诊断，其中D值具有较高的诊断效能。

磁共振成像；体素内不相干运动；扩散加权成像；肾透明细胞癌；肾癌

肾细胞癌(RCC)是最常见的泌尿系统原发恶性肿瘤，占成人肾脏恶性肿瘤的80%～90%[1～3]。其中肾透明细胞癌(CCRCC)最多见，约占RCC的85%。有研究[4～11]结果显示，磁共振扩散加权成像(DWI)检查有助于肾脏良恶性病变的鉴别诊断、CCRCC与非CCRCC的鉴别诊断以及CCRCC的术前Fuhrman核分级。但这些研究都是基于对传统的单指数模型DWI表观扩散系数(ADC)值的分析，且结果不一致。由于ADC值同时受扩散和灌注的双重影响，不能完全体现组织特点。依据体素内不相干运动(IVIM)理论的多b值双指数模型DWI检查，能区分活体组织内水分子扩散与微循环灌注，已被用于CCRCC术前Fuhrman核分级判断，但相关研究报道较少。本研究探讨了磁共振IVIM-DWI检查对CCRCC的术前分级诊断效能。现将结果报告如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 2014年5月～2016年2月湖南省肿瘤医院收治的经手术病理检查诊断为CCRCC的患者42例，男31例、女11例，年龄43～76岁。根据病理检查Fuhrman核分级法[12]的分级标准(Ⅰ级：细胞核呈均匀一致的圆形，直径<10 μm，核仁小或不明显；Ⅱ级：细胞核增大，略显不规则，直径约15 μm，核仁明显；Ⅲ级：细胞核中重度不规则，直径达20 μm，可见大核仁；Ⅳ级：细胞核形状怪异，直径达20 μm或更大，可见大核仁，易见梭形癌细胞，核染色质呈凝块状)，将48例患者分为低级别组21例(Ⅰ级9例、Ⅱ级12例)和高级别组21例(Ⅲ级16例、Ⅳ级5例)。42例患者术前均接受磁共振IVIM- DWI检查[采用GE MR360 1.5T超导型MR成像仪。用8通道体部相控阵线圈采集信号，依次行双肾轴位常规MRI、IVIM-DWI及MRI增强检查。IVIM-DWI 采用自旋回波扩散加权平面回波成像(SE-DWI-EPI)序列，取11个b值(0、20、30、50、80、100、150、200、400、600、800、1 000 s/mm2)，TR 6 000 ms，TE minimum，层厚4 mm，层距1 mm，FOV 380 mm×380 mm，激励次数为4次]。42例患者临床资料完整、影像学检查的图像质量满意。

1.2 IVIM-DWI数据分析 由两名经验丰富的高年资MRI医师采用双盲法进行IVIM -DWI数据分析。将IVIM-DWI数据传至GE Advantage Windows Workstation(4.6版本)，采用 Functool工具包中的MADC软件，由软件自动生成ADC、真实扩散系数(D)、灌注相关扩散系数(D*)和灌注分数(f)的参数图。结合轴位T2WI+脂肪抑制图像，在轴位肾脏增强扫描图像上手动绘制感兴趣区(ROI)：选取病灶最大层面，将ROI置于病灶的实性部分，尽量避开含脂肪、坏死、囊变或出血的区域，每个肿瘤灶由两名高年资MRI医师分别取3个ROI进行测量，共得到6组数据，取其平均值作为病灶最终的参数值。

2 结果

42例患者的病灶位于左侧肾脏20例、右侧肾脏22例，病灶最大径为26～79 (51.4±15.2)mm。低级别组的ADC、D、D*、f值分别为(1.62±0.24)×10-3mm2/s、(1.73±0.18)×10-3mm2/s、(72.18±90.28)×10-3mm2/s、0.27±0.08，高级别组分别为(1.10±0.58)×10-3mm2/s、(1.40±0.20)×10-3mm2/s、(109.46±129.07)×10-3mm2/s、0.15±0.09；两组的ADC、D、f值相比，P均<0.05；两组的D*值相比，P>0.05。

ADC、D、f值的ROC曲线见图1，其曲线下面积(AUC)分别为0.768、0.931、0.830。依据YI，ADC取阈值1.14×10-3mm2/s时预测低、高级别CCRCC的敏感度和特异度分别为95.2%和66.7%；D取阈值1.59×10-3mm2/s时预测低、高级别CCRCC的敏感度和特异度分别为90.5%和76.2%；f取阈值0.18时预测低、高级别CCRCC的敏感度和特异度分别为85.7%和66.7%。三个参数中D值对低、高级别CCRCC的诊断效能最高。

3 讨论

Fuhrman核分级法通过细胞核的大小、形状、染色像和核仁的显著性四个特征对CCRCC进行分级，突出了核异型性的重要性，是目前公认的CCRCC的分级标准。Fuhrman核分级法是评判CCRCC患者预后的独立指标之一。Tsui等[13]认为不同分级的CCRCC患者5年生存率间差异有统计学意义，因此CCRCC的Fuhrman核分级对患者预后评估具有重要意义。Ghavamian等[14]认为Ⅰ、Ⅱ级CCRCC应行保留肾单位的肾切除术，而Ⅲ、Ⅳ级CCRCC应行肾癌根治术。CCRCC的病理分级与临床手术方案的制定以及患者的预后判断密切相关。术前准确评价CCRCC的级别，将有利于临床手术方式的选择。但是，常规的影像检查方法对CCRCC术前分级诊断价值有限。

图1 IVIM DWI参数诊断高低级别CCRCC的ROC曲线

DWI能够反映活体组织内水分子扩散运动受限的程度，从而可用于评价活体组织的微环境特征。作为一种新兴的无创性磁共振功能成像方法，DWI已经逐步用于肾脏良恶性病变的鉴别、CCRCC与非CCRCC的鉴别以及CCRCC的术前病理分级。Kierans等[11]和Sandrasegaran等[15]研究均发现高低级别CCRCC的ADC值差异无统计学意义。然而Maruyama等[16]认为高低级别CCRCC的ADC值、肿瘤大小、ADC值与肿瘤大小之比差异均有统计学意义，且ADC值的诊断效能较大。上述学者研究结果不一致，可能是因为组织内微循环灌注对ADC值产生了影响。传统单指数模型DWI计算所得的ADC值忽略了组织中毛细血管的微循环灌注对DWI信号衰减的影响，无法真实反映组织扩散的特征。Goyal等[10]研究发现CCRCC高级别组ADC值明显低于低级别组，两者差异有统计学意义。本研究发现，高级别组CCRCC的ADC值明显低于低级别组，组间差异有统计学意义，与Goyal等[10]报道相符。IVIM-DWI是采用双指数衰减模型，将组织内水分子的真性扩散和毛细血管内微循环灌注造成的“假性扩散”分离开来，可以更精确地反映DWI组织信号强度的变化与b值之间的关系，进一步区分活体组织内水分子的D*与D[17]。IVIM-DWI可同时计算得到4个参数，D值反映生物组织真实的水分子扩散，D*值和f值均与微循环灌注有关，ADC值则为表观扩散系数。

IVIM-DWI在肾脏病变诊断中的应用研究尚处于探索阶段，主要集中在CCRCC与正常肾实质的区别、不同亚型肾肿瘤的鉴别诊断方面。Rheinheimer等[18]认为D值有助于对CCRCC与正常肾实质的鉴别，f值对CCRCC与非CCRCC的鉴别诊断也有一定的参考价值。Chandarana等[19]利用8个b值的IVIM-DWI研究了31个肾脏肿瘤，发现在鉴别肾脏强化与非强化病变方面，IVIM-DWI各参数的敏感度和特异度均高于传统DWI的ADC值。俞胜男等[20]认为高级别组CCRCC的f值低于低级别组，D、D*值均高于低级别组，组间差异有统计学意义。

在本研究中，高级别组CCRCC的D值明显低于低级别组。高级别CCRCC的D值低于低级别CCRCC，表示高级别水分子扩散运动受限较低级别组更明显，可能是由于高级别CCRCC的分化程度较差，生长繁殖能力强，细胞增殖活性程度高，细胞较小且紧密排列，细胞核较大，胞质较少，细胞外间隙减少，细胞结构更密集，癌组织内自由水减少，导致组织内水分子扩散运动受限较明显。本研究发现，高级别组CCRCC的 D*值高于低级别组，高级别组的f值低于低级别组。D*值和f值均与微循环灌注有关，D*值主要取决于组织内毛细血管的密度，肿瘤组织的恶性程度越高，其内的毛细血管密度越大，组织微循环灌注也越丰富。高级别组D*值增大，说明组织内毛细血管的密度大于低级别组。f值反映微循环灌注在组织扩散中的比例，主要影响因素为微循环灌注的血流容量。本研究中高级别组的f值低于低级别组，与俞胜男等[20]研究结果一致。因此，我们认为不同级别CCRCC的组织内水分子扩散和微循环灌注状态存在差异。

在本研究中，IVIM- DWI的参数ADC、D、f值在高低级别CCRCC间的差异均有统计学意义，通过应用ROC曲线对各参数诊断效能的对照研究(ADC、D、f 的AUC分别为 0.768、 0.931、 0.830)，得出D值在高低级别CCRCC的鉴别诊断中具有较高的敏感度和特异度，诊断效能较高，最佳诊断D值为1.59×10-3mm2/s。ADC值是由D与D*两种成分构成，灌注相关特征负面影响了ADC值对高低级别CCRCC的鉴别，从而造成ADC值诊断效能不太高；而排除了组织微循环灌注影响后的D值，与ADC值相比能够更好地鉴别不同级别CCRCC，因此D值的诊断效能较高。这说明组织内水分子扩散比微循环灌注能更好地反映组织的生理学特征，水分子扩散特征比灌注相关特征更为重要，D值更有助于区分不同级别CCRCC的微环境特征。

综上所述，磁共振IVIM-DWI检查通过定量参数反映不同级别CCRCC的水分子扩散与微循环灌注特征的差别，其中反映活体组织真实水分子扩散的D值在高低级别CCRCC鉴别诊断方面具有较高的敏感度和特异度。因此，术前磁共振IVIM-DWI检查有助于不同级别CCRCC的鉴别诊断，能为临床提供更丰富的肿瘤微环境的信息，也有助于手术方案的制定。

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Diagnostic value of diffusion-weighted imaging based on intravoxel incoherent motion in preoperative Fuhrman grading of clear-cell renal-cell carcinoma

LIUYan,LUQiang,XIEYu,SUNYan,YUXiaoping

(HunanCancerHospital/TheAffiliatedCancerHospitalofXiangyaMedicalCollegeofCentralSouthUniversity,Changsha410013,China)

Objective To investigate the diagnostic value of intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging (IVIM-DWI) in preoperative Fuhrman grading of clear-cell renal-cell carcinoma (CCRCC). Methods The imaging and pathological materials of 42 cases with pathologically-confirmed CCRCC were retrospectively assessed. According to Fuhrman grading, the patients were divided into the low-grade group (n=21) and high-grade group (n=21). Based on a bi-exponential model, these parameters, including the standard apparent diffusion coefficient (ADC), the true diffusion coefficient (D), perfusion-related diffusion coefficient (D*), and perfusion fraction (f), were compared between these two groups with nonparametric test (Mann-Whitney U). And the receiver operating characteristic (ROC) analysis was used to compare the predictive values in preoperatively Fuhrman grading CCRCC among four parameters.Results The average ADC, D, D*and f values of the low-grade group were (1.62±0.24)×10-3mm2/s, (1.73±0.18)×10-3mm2/s, (72.18±90.28)×10-3mm2/s and 0.27±0.08, respectively. Meanwhile, these values of the high-grade group were (1.10±0.58)×10-3mm2/s, (1.40±0.20)×10-3mm2/s, (109.46±129.07)×10-3mm2/s and 0.15±0.09, respectively. The differences in ADC, D value and f value were statistically significant between these two groups (allP<0.05); but no statistically significant difference was found in D*value between these two groups (P>0.05). The areas under the ROC curve of ADC, D value and f value were 0.768, 0.931 and 0.83 respectively. According to maximum Youden index, the optimal threshold value for diagnosis was 1.14×10-3mm2/s, 1.59×10-3mm2/s, and 0.18, respectively. Conclusion The IVIM-DWI can be helpful in preoperative Fuhrman grading of CCRCC, and D value has the best diagnostic efficacy.

magnetic resonance imaging; intravoxel incoherent motion; diffusion-weighted imaging; clear-cell renal-cell carcinoma; renal carcinoma

湖南省临床重点专科(医学影像) 建设项目(2015/43) ；湖南省卫生计生委科研基金资助项目(B2014-115) 。

刘妍(1980-) ，女，硕士，副主任医师，主要研究方向为肿瘤功能磁共振成像。E-mail: 75933210@qq.com

简介：于小平(1972-) ，男,主任医师,主要研究方向为肿瘤功能磁共振成像。E-mail: yuxiaoping@hnszlyy.com

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.43.009

R373.11

A

1002-266X(2016)43-0030-04

2016-05-09)