体素内不相干运动在甲状腺良恶性结节鉴别诊断中的价值

艾昭东，侯静，李飞平，卢强，张志元，陈杰，于小平*

甲状腺结节近年来的发病率明显增高，19%～67%的随机选择人群有甲状腺结节，甲状腺癌在甲状腺结节中的占比为5%～10%[1-2]。甲状腺良恶性结节的治疗方案明显不同，因此对结节良恶性的鉴别非常重要。目前，甲状腺疾病的首选影像学检查方法是超声检查，但是由于设备、技术及检查者经验水平等因素影响，超声的术前诊断准确率差异较大[3-5]。磁共振扩散加权成像(diffusion-weighted imaging，DWI)可检测活体组织中水分子的扩散运动，并可通过表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)值的测量对其进行定量检测，既往研究显示DWI在甲状腺结节良恶性的鉴别诊断中体现出一定的价值[6-7]。既往研究者使用的是单指数模型，忽略了局部微循环灌注对磁共振信号的影响。体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion，IVIM)模型即双指数模型，可以分离出组织内水分子真实的扩散信息和微循环灌注信息，为诊断提供更多信息及依据。IVIM在甲状腺良恶性结节中的鉴别诊断价值是否优于DWI，目前少有研究报道。本研究小组运用IVIM-DWI对甲状腺结节进行初步研究，以探寻其在甲状腺结节良恶性鉴别诊断中的价值。

1 材料与方法

1.1 研究对象

2016年1月至2016年8月湖南省肿瘤医院收治的、行甲状腺结节切除术的部分患者32例，行前瞻性研究，术前行超声、CT及MRI检查，MRI检查前已行超声或超声和CT检查，经手术病理证实的甲状腺结节共44个，结节短径＞8 mm，其中良性结节23个(结节性甲状腺肿20个，桥本氏甲状腺炎2个，腺瘤1个)，恶性结节21个(乳头状癌19个，未分化癌1个，转移癌1个)。32例患者中，男3例，女29例；年龄18～65岁。良性结节组平均年龄为(37.65±15.19)岁，恶性结节组平均年龄(46.64±11.31)岁，组间差异有统计学意义(P=0.029)。另有7例因图像质量差、或结节短径过小予以剔除。本研究经本院医学伦理委员会批准，患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

术前行颈部常规MRI扫描及IVIM-DWI序列扫描。采用GE 1.5 T超导型MR扫描仪(Optima MR360)，头颈联合线圈。患者仰卧位，平静均匀呼吸，避免运动及吞咽动作。常规序列包括轴位T1WI，扫描参数TR/TE 499/8.5 ms，NEX=3；脂肪抑制T2WI、扫描参数TR/TE 3296/84 ms，NEX=4；采集矩阵288×192，视野24 cm×19.2 cm，层厚3 mm，层间隔1 mm。常规序列扫描范围自舌骨至胸骨柄上缘水平，根据常规序列扫描所显示病变大小及位置确定IVIM扫描范围。IVIM成像采用单次激发自旋回波(echo planar imaging，EPI)序列，取12个b值(0 s/mm2、10 s/mm2、20 s/mm2、30 s/mm2、50 s/mm2、80 s/mm2、100 s/mm2、150 s/mm2、200 s/mm2、400 s/mm2、600 s/mm2、800 s/mm2)，扫描参数：TR 4072 ms，TE取minimun，采集矩阵128×128，FOV 22 cm×18 cm，层厚3 mm，层间隔l mm，NEX=2或4。

1.3 图像后处理

由2名高年资影像医师阅片，将IVIM-DWI扫描所得序列数据传至AW 4.6工作站并用Functool-MADC软件处理，获得ADCstandard、ADCslow、ADCfast、f值伪彩图像及对应值。结合MRI常规平扫及CT扫描选择感兴趣区(regions of interest，ROI)，通常选取病灶显示最大层面或较大层面，将ROI置于病灶实质部分并避开囊变、出血、坏死、钙化区。为减少误差，所有病例ROI设置由同一医师执行，测量面积为28～355 mm2，连续测量3次取平均值。记录ADCstandard、ADCslow、ADCfast、f值，观察各参数值及伪彩图。

1.4 统计学方法

采用SPSS 19.0软件，IVIM各参数值以均数±标准差表示，组间采用Mann-Whitney U检验。绘制受试者操作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线，获得最佳诊断阈值，并通过曲线下面积比较各参数值的诊断效能，P＜0.05表示差异有统计学意义。IVIM不同指标间ROC曲线下面积比较采用Z检验(软件MedCalc 17.6)。

2 结果

2.1 常规MRI表现

常规MRI序列图像清晰显示44个病灶，病灶短径大于8 mm (图lA、图2A)。

2.2 甲状腺良恶性结节组IVIM参数值

甲状腺恶性结节组ADCstandard、ADCslow、f值低于良性结节组，而ADCfast值高于良性结节组，ADCstandard、ADCslow值差异均有统计学意义(P＜0.05)，ADCfast、f值组间差异无统计学意义。见表1。IVIM序列各参数伪彩图上，两组间存在色差(图1B～1E、图2B～2E)。ADCstandard、ADCslow值ROC曲线下面积比较，差异无统计学意义(P=0.6183)。

2.3 IVIM参数诊断甲状腺良恶性结节效能

ADCstandard最佳诊断阈值为1.57×10-3mm2/s，ADCslow最佳诊断阈值为0.851×10-3mm2/s。ADCstandard、ADCslow、ADCfast、f值的ROC曲线下面积分别为0.759、0.808、0.488、0.607(表2)。ADCstandard值的Youden指数为0.418，诊断敏感性为80.95%，特异性为60.87%。ADCslow值的Youden指数为0.584，诊断敏感性为71.43%，特异性为86.98。ADCslow值诊断的敏感性较ADCstandard值稍低，但特异性明显高于ADC值；ROC曲线下面积ADCslow值较ADCstandard值增高。见图3。

3 讨论

3.1 概述

DWI作为一种检查方法已经被广泛应用，DWI对甲状腺结节良恶性鉴别诊断具有一定的价值，Chen等[8]、谭慧等[9]进行文献Meta分析亦得出类似结果。既往研究主要为单指数模型，以ADC值为定量指标。有学者提出IVIM理论并进行了系列研究[10-13]，DWI图像信号强度与所用b值之间的关系为Sb/S0=(1-f)×exp (-b×ADCslow)+f×exp [-b×(ADCfast+ADCslow)]。其中S0和Sb分别是b值为0和不为0时的图像信号强度，ADCfast代表快成分的弥散系数(即伪弥散系数或者灌注弥散系数)，ADCslow代表慢成分的弥散系数(即真实弥散系数)，f代表灌注因素在弥散信号中占的比例。传统DWI所计算出的表观弥散系数，采用的是单指数模型，其计算公式为Sb/S0=exp(-b×ADCstandard)。根据IVIM理论，将人体内水分为血管内水及血管外水，ADCslow反映组织内水分子的缓慢移动，更接近组织的真实扩散系数；ADCfast反映血管内水分子的快速移动，称假弥散，即灌注相关的弥散；f为灌注分数，代表感兴趣区内灌注效应所致弥散占总体弥散效应的百分比。目前IVIM在颅脑、鼻咽、腹部及乳腺等肿瘤[14-20]的研究及应用迅速增多。有研究显示IVIM鉴别肿瘤良恶性优于单纯DWI检查。

本研究中甲状腺恶性结节组ADCstandard、ADCslow低于良性结节组，组间差异有统计学意义，且ADCslow值ROC曲线下面积高于ADCstandard。虽然本研究中ADCstandard、ADCslow值ROC曲线下面积比较差异无统计学意义，但笔者仍认为ADCslow值鉴别甲状腺良恶性结节的价值稍优于ADCstandard。根据IVIM理论，ADCslow代表慢成分弥散系数，更加接近组织的真实弥散系数。Iima等[14]、车树楠等[18]在乳腺良恶性肿瘤的研究中得到类似结果，且ADCslow值ROC曲线下面积高于ADCstandard。在肝脏肿瘤[15]的研究中亦有类似结果。刘妍等[19]在肾脏的良恶性肿瘤鉴别中得到ADCslow值ROC曲线下面积高于ADCstandard的结果。恶性结节ADCstandard、ADCslow低于良性结节组，且ADCslow值ROC曲线下面积高于ADCstandard，与谭慧等[9]的研究结果相同。考虑恶性肿瘤细胞密度更高、细胞外间隙更窄、癌组织内自由水减少、恶性肿瘤细胞核浆比增高等原因导致水分子扩散受限所致。ADCslow较ADCstandard能更好地反映恶性肿瘤组织的水分子扩散受限。本研究中ADCstandard、ADCslow值ROC曲线下面积比较差异无统计学意义，有待大样本进一步研究。

表1 甲状腺良恶性结节IVIM各参数Tab.1 IVIM parameters of benign and malignant thyroid nodules

表2 IVIM各参数诊断甲状腺良恶性结节效能Tab.2 Diagnostic performance of each IVIM parameter with the benign thyroid nodules

图3 IVIM (ADCstandard、ADCslow)参数诊断甲状腺良性结节ROC曲线及曲线下面积Fig.3 ROC curve of ADCstandard and ADCslow in the diagnosis of thyroid benign nodules

本研究中恶性结节f值稍低于良性结节，ADCfast值稍高于良性结节组，组间差异无统计学意义，与谭慧等[9]的研究结果不同。ADCfast及f值是与灌注相关的指标，f、ADCfast分别反映毛细血管的血容量和微血管的平均血流速度[11]。Ben-David[21]研究甲状腺良恶性结节间的MRI灌注，发现良恶性结节组间灌注定量及半定量参数差异无统计学意义。冯琴等[22]进行甲状腺结节的MRI灌注与血管生成对照研究，发现甲状腺良恶性结节间灌注参数差异无统计学意义。上述两位作者的研究支持本研究中良恶性结节f、ADCfast组间差异无统计学意义。本研究中良性结节f 值稍高于恶性结节、ADCfast稍低于恶性结节，提示良性结节血容量稍高于恶性结节，良性结节血流速度稍低于恶性结节，而总的血流量差异不大。考虑甲状腺恶性结节细胞密度高，细胞外间隙窄，微血管受压、微血管面积变小，恶性肿瘤处于乏氧状态，通过较快的血流速度获取更多的营养物质；甲状腺良性结节细胞及组织异型性小，细胞外间隙接近正常，微血管管径及面积接近正常组织或稍高于正常，以接近正常的血流速度即可以获取代谢所需营养物质。这与超声多普勒检查中甲状腺恶性结节多表现为高速高阻血流、良性结节多表现为低速低阻血流一致。甲状腺结节灌注研究也存在一些不同的结论，李小鹏等[23]、顾继英等[24]进行甲状腺结节超声灌注与病理微血管密度的相关研究发现，甲状腺癌的血供较甲状腺良性结节少，血流量较良性结节低，血管内皮标记物CD34、CD31免疫组化染色显示甲状腺癌微血管密度较良性结节少、分布不均。甲状腺为富血供器官，甲状腺恶性结节血流灌注与良性结节血流灌注无明显差异或少于良性结节，可以一定程度上解释临床上分化型甲状腺癌(占甲状腺癌90%以上)为什么表现为惰性癌。为什么ADCfast及f值组间无差异及ADCfast、f值与灌注参数间的相关性，有待进一步研究。

本研究有一定的局限性：①样本量较小；②由于较小的结节容易受部分容积效应干扰，影响各参数值的精确测量，故本研究剔除短径＜8 mm的结节；③病灶感兴趣区为手动勾画，测量误差难以避免。

总之，IVIM-DWI技术可以无创、有效地观察甲状腺良恶性结节组织内水分子扩散和灌注情况，对于鉴别甲状腺结节良恶性，ADCslow稍优于ADCstandard。

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