定量动态增强MRI在甲状腺乳头状癌与非乳头状癌鉴别诊断中的应用

1.徐州医科大学影像学院(江苏 徐州 221004)

2.江苏省徐州市肿瘤医院放射科(江苏 徐州 221005)

3.江苏省徐州市肿瘤医院头颈外科(江苏 徐州 221005)

4.GE Healthcare (上海 201203)

李晓峰1,2徐 凯1武江芬4

徐 潇4王 刚2徐淑芠3石 岩2

定量动态增强MRI在甲状腺乳头状癌与非乳头状癌鉴别诊断中的应用

1.徐州医科大学影像学院(江苏 徐州 221004)

2.江苏省徐州市肿瘤医院放射科(江苏 徐州 221005)

3.江苏省徐州市肿瘤医院头颈外科(江苏 徐州 221005)

4.GE Healthcare (上海 201203)

李晓峰1,2徐 凯1武江芬4

徐 潇4王 刚2徐淑芠3石 岩2

目的探讨定量动态增强MRI在甲状腺乳头状癌与非乳头状癌鉴别诊断中的应用价值。方法 对临床拟诊为甲状腺疾病的患者及健康对照人群行动态增强MRI检查。通过Tofts双室血流动力学模型分析获得感兴趣区微血管渗透性定量参数结果，包括容量转移常数(Ktrans)、速率常数(Kep)及血管外细胞外间隙容积比(Ve)，以病理结果为“金标准”比较定量参数值在不同组间的差异；其次构建受试者工作特征曲线，分别评估三组定量参数值及其联合诊断在甲状腺乳头状癌与非乳头状癌鉴别诊断中的诊断效能，并确定诊断临界值。结果在乳头状癌组、非乳头状癌组及对照组中，Ktrans、Kep及Ve在非乳头状癌组与乳头状癌组间的差异均具有统计学意义(P＜0.001,0.003,＜0.001)；非乳头状癌组与乳头状癌组的Ktrans，Kep和Ve均与对照组间不同程度地具有显著性差异。非乳头状癌组和乳头状癌组的ROC结果显示：Ktrans、Kep及Ve三者P＜0.001;以最大约登指数为最佳诊断切入点，则三者诊断临界值分别为0.436,0.871,0.369。三者联合分析的敏感度和特异性分别为79.5%,73.3%，曲线下面积为0.793。结论利用Ktrans、Kep及Ve三种指标对甲状腺乳头状癌进行术前鉴别诊断均表现出较高的诊断效能。

定量分析；DCE-MRI；甲状腺乳头状癌

近几年，甲状腺癌的发病率逐年上升[1]。当前，超声检查作为诊断甲状腺疾病最常用的影像学手段，却仍存在难以准确判断病变性质及类型的情况。随着动态增强MRI(dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI)成像技术的快速发展，DCE-MRI对于描述肿瘤新生血管形成及管腔通透性的信息已获得认可，通过观察对比剂在微循环中的交换过程进而反映血流动力学特点，因此成为当前的研究热点[2]，但鲜有将其定量参数用于鉴别甲状腺良恶性病变的报道。本研究利用DCE-MRI对甲状腺良恶性病变进行定量分析，旨在探讨定量DCE-MRI在鉴别甲状腺良恶性病变中的应用价值。

1 材料与方法

1.1 材料 选取我院2015.4～2016.2期间临床拟诊为甲状腺疾病的75例患者(患病组，其中男14例，女61例，共92个病灶)及21例健康对照人群作为对照组进行DCE-MRI检查。患者年龄25～64岁，平均54.2岁，平均体重67.9kg；对照组年龄28～53岁，平均42.5岁，平均体重71.0kg。病变组纳入标准：(1)非乳头状癌病变包括腺瘤、结节性甲状腺肿、桥本氏病；乳头状癌组须为单发结节。(2)未经手术、放疗、化疗及靶向治疗者。(3)图像无明显运动及吞咽伪影。排除标准：(1)年龄在25岁以下或大于64岁的患者。(2)怀孕、哺乳期妇女。(3)患有严重心、肝、肾等器质性病变。(4)MR检查禁忌症。所有患者均于检查后2天内手术。手术切除病变标本后，按照DCE-MRI横断位扫描层面进行切片，经中性福尔马林固定，石蜡包埋、HE染色。经病理会诊后得到病理诊断结论。本研究已通过我院伦理委员会审查，所有患者检查前均已签署知情同意书。

1.2 扫描方法 使用Siemens MAGNETOM Avanto 1.5T超导磁共振仪，8通道头颈联合表面线圈。患者取仰卧位。检查前固定患者头部，垫高颈部，使甲状腺充分暴露；并嘱患者在整个检查过程中保持平静呼吸，避免吞咽运动产生运动伪影。扫描范围自甲状软骨上缘至颈7椎体水平，视病变情况可酌情调整。DCEMRI扫描序列为3D VIBE，扫描过程包括多翻转角序列Multi-Flip Angle T1 MAPPING和动态增强扫描两个部分。T1 MAPPING扫描包括4个小角度的翻转角(分别为5°/10°/12°/15°)轴位T1WI扫描，具体扫描参数为：层数40，层厚3mm，FOV 380mm，矩阵256*256，TR 4.82ms，TE 2.38ms；动态增强扫描期数为30，时间分辨率为8s一期，翻转角15°，其余参数与T1 MAPPING相同，整个动态增强扫描的时间为3min59s。第3期开始时利用高压注射器(MADRAD，美国)按照0.1mmol/kg剂量、2.0ml/s的注射速率经肘静脉注入造影剂(欧乃影，GE医疗，中国)，之后用等速率、等量的生理盐水冲洗。

1.3 图像分析 由2名MRI诊断医师(不予了解患者的临床症状、生化指标及其他影像结果)共同阅片确定病灶位置。DCEMRI渗透性分析使用血流动力学定量分析软件Omni-Kinetics软件(GE Healthcare，中国)。动脉输入函数(Arterial Input Function, AIF)感兴趣区选取第7颈椎椎体所在层面的左侧颈总动脉。运用Extended Tofts Linear血流动力学定量分析模型(ETL模型)，得到以下定量参数：容量转移常数(volume transfer constant，Ktrans)、速率常数(rate constant，Kep)及血管外细胞外间隙容积比(Ve)。对于多发结节性甲状腺肿病例，选择最大病灶最大径面进行ROI勾划；对于单发结节性甲状腺肿、桥本氏病、腺瘤及乳头状癌病例，病灶ROI的选择为病变实性部分强化最明显区域，选取时须尽量避开血管、坏死、出血、囊变及钙化等非实性部分，每个病变所有渗透性定量参数ROI均相同，同一病变分别勾画测量3次定量参数并取平均值。对照组采用手动选取正常甲状腺腺体作为ROI，选取时尽量避开腺体边缘、血管、脂肪等组织，每个ROI面积不小于1cm2。每例对照组至少随机测量3个层面，且ROI放置在不同位置，取其平均值。

1.4 统计学分析 应用SPSS 16.0统计学软件对数据进行分析。数据描述以频数、行描述。多组间比较采用ANOVA分析。两两比较方差齐性者采用LSD法，方差不齐则采用Dunnett'S T3检验。结合临床实际，采用受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)和Logistics回归分析法，评价Ktrans、Kep、Ve以及联合指标在各组甲状腺结节中的诊断效能。P＜0.05时被视为差异具有统计学意义。

2 结 果

在全部75例患者中，腺瘤及乳头状癌均为单发结节；腺瘤中不典型腺瘤3例，滤泡旁腺瘤6例。结节性甲状腺肿中，单发结节2例，多发结节21例共38个病灶。结节性甲状腺肿伴囊性变12例。按病变发生部位分类：右叶48例，左叶41例，峡部3例；所有患者中不同病理类型、病变数量及性别、年龄情况见表1。

表1 甲状腺疾病患者病理类型及对照组分布

表2 不同组别Ktrans、Kep 及Ve 之间的差异性比较

表3 Ktrans、Kep 、Ve 在乳头状癌组与非乳头状癌组的鉴别诊断特异性、敏感度和准确度

表4 Ktrans、Kep 、Ve 作为联合指标鉴别诊断乳头状癌组与非乳头状癌组的特异性、敏感度和准确度

Ktrans、Kep及Ve在乳头状癌与非乳头状癌间均值及差异见表2。(1)Ktrans、Kep及Ve在乳头状癌组与非乳头状癌组的鉴别诊断特异性、敏感度及准确度，见图3。ROC结果显示：Ktrans、Kep及Ve在甲状腺乳头状癌与非乳头状癌诊断中具有显著性差异；三者约登指数分别为0.645，0.711，0.574，见表3。(2)将Ktrans、Kep及Ve作为联合指标鉴别乳头状癌组与非乳头状癌组的特异度、灵敏度和准确度，见表4。

用Logistic产生的概率制作ROC(图4)，联合Ktrans、Kep及Ve三者对鉴别乳头状癌组与非乳头状癌组有统计学意义。此时Logistic约登指数为0.528。

3 讨 论

目前，甲状腺癌术前诊断的“金标准”是细针穿刺抽吸活检，但仍存在3%～5%的假阴性率[3]，且存在并发症的风险。常规超声检查对于诊断甲状腺疾病具有独特的优势，然而其主观性较强，良恶性病变的声像图特征往往存在部分重叠[4]，因而对病灶性质的判断具有一定的局限性。同时，Nakahara[5]等人也曾提出仅根据常规MR图像特点鉴别甲状腺疾病往往不可靠。定量DCE-MRI研究的原理是通过对动态增强图像后处理获得描述对比剂在组织内微循环血流动力学特征的定量参数值，进而反映肿瘤组织血管化程度及毛细血管通透性等状态[6]。现已广泛应用于乳腺癌、前列腺癌[7]等恶性肿瘤的分级[8]、疗效评估及抗肿瘤药物的研发等领域[9-10]。针对DCE-MRI在甲状腺疾病中的研究，闫斌[11]等人曾采用时间-信号强度曲线(Time intensity curve,TIC)类型鉴别良恶性病变，这种半定量研究易受被检者每搏输出量、对比剂注射方案及扫描参数、时相等影响，且只能得到TIC的相关参数，因此可重复性差、不能直接反映组织生理学的实际情况。

本研究中经病理证实为结节性甲状腺肿的患者实行了手术切除，这类患者若能在术前利用DCE-MRI定量分析明确诊断，可避免因手术带来的创伤。本组病例中，Ktrans值在非乳头状癌组与对照组间差异无统计学意义，笔者认为这主要与病理生理基础密切相关，由于甲状腺良性病变及正常腺体组织血管缺乏高通透性，且良性病变中常因腺体滤泡增生致血管外细胞外间隙致密，因而常导致细胞外液及对比剂通过缓慢。另外，由于Ve受病灶组织周围水肿及微环境的影响较大[12]，因而导致Ve值的测量常不稳定，这可能是本研究中Ve值在非乳头状癌组与对照组间无差异的原因之一。在乳头状癌组与对照组及乳头状癌组与非乳头状癌组的比较中，Ktrans与Ve均具有统计学差异，并且在甲状腺乳头状癌中，Ktrans与Ve数值均显著升高，这是由于Ktrans代表单位时间内每单位体积组织中从血液进入血管外细胞外间隙的对比剂量，Ve则代表单位体积组织内血管外细胞外间隙的体积。Ktrans反映了肿瘤血管渗透性的信息，而恶性肿瘤血管内皮上存在的血管囊泡小体[13]决定了恶性肿瘤血管的高通透性。本研究中，对照组的Kep值介于乳头状癌组与非乳头状癌组之间，笔者认为可能与恶性肿瘤细胞生长旺盛，肿瘤新生血管短时间内快速增多且结构紊乱，内皮不完整等诸多因素有关；而良性病变中由于缺乏这种高通透性的肿瘤新生血管，对比剂在血管内及血管外细胞外间隙之间的交换较平稳、缓慢。同时在本组病例中通过构建ROC笔者还发现Ktrans，Kep及Ve三者曲线下面积分别为0.878，0.814，0.930，均表现出较高的诊断效能。三组指标中，Kep表现出更高的甲状腺乳头状癌组及非乳头状癌组间鉴别诊断的特异性及准确度，这与窦瑞雪[14]等在乳腺疾病鉴别诊断中的结果一致。并且，Ktrans、Kep及Ve三者诊断临界值分别为0.436min-1，0.871min-1，0.369。因而利用Ktrans、Kep及Ve定量参数鉴别甲状腺良恶性病变具有重要的参考意义。

综上所述，利用定量DCE-MRI方法研究甲状腺疾病，较目前常用的检查方法，具有客观、准确等特点。利用Ktrans、Kep及Ve三组指标对甲状腺疾病进行术前良恶性鉴别诊断均表现出较高的诊断效能。

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定量动态增强MRI在甲状腺乳头状癌与非乳头状癌鉴别诊断中的应用

图1 女，36岁，病理结果为甲状腺左叶乳头状癌；依次分别为AIF的ROI选取左侧颈总动脉并生成TIC曲线，动态增强图像，Ktrans伪彩图，Kep伪彩图，Ve伪彩图及镜下表现。图2 男，31岁，病理结果为甲状腺左叶不典型腺瘤；依次分别为AIF的ROI选取左侧颈总动脉并生成TIC曲线，动态增强图像，Ktrans伪彩图，Kep伪彩图，Ve伪彩图及镜下表现。图3 Ktrans、Kep、Ve在乳头状癌组与非乳头状癌组的鉴别诊断特异性、敏感度和准确度ROC。图4 将Ktrans、Kep、Ve作为联合指标鉴别诊断乳头状癌组与非乳头状癌组的特异性、敏感度和准确度ROC。

(本文编辑:程琳)

Quantitative Dynamic Contrast-enhanced MRI in Differential Diagnosis between The Yroidpapillary Carcinoma and Non-thyroid Papillary Carcinoma

LI Xiao-feng, XU Kai, WU Jiang-fen,et al., School of Medical Imaging, Xuzhou Medical University, Xuzhou 221004, Jiangsu Province, China

ObjectiveTo investigate the value of quantitative Dynamic Contrast-Enhanced MRIin differential diagnosis between thyroid papillary carcinoma and non-thyroid papillary carcinoma.MethodsThe patients suspected thyroid lesionsand the controls contained healthy peopleunderwent DCE-MRI scanning.The microvesselpermeability quantitative parametersin the ROI includingvolume transfer constant(Ktrans), rate constant(Kep) and extravascular extracellular volumefraction(Ve) obtained by Extended Tofts Linear model. Taking surgical pathologic results as the gold standard. Analyzedthe differences of the quantitative parameters respectively and combined the three quantitative parameters amongthe different groups. Then used the receiver operating characteristic curves. Assessed the diagnosis efficacy of the three quantitative parameters among thyroid papillary carcinoma, non-thyroid papillary carcinoma and the controls respectively, and maked the cut-off values.ResultsIn thyroid papillary carcinomagroup, nonpapillary carcinoma groupand the controls, The difference of Ktrans, Kepand Vewas statistically significantbetween non-papillary carcinoma group and papillary carcinoma group(P＜0.001, 0.003 and 0.001, respectively). Meantime, the difference of Ktrans, Kepand Vewas different degrees ofstatistically significantamongthe three groups. Additionally, Analyse the ROC made of non-papillary carcinoma group and papillary carcinoma group, the results showed:the Pvalue of Ktrans, Kepand Vewas＜0.001 all. If taken the maximum Youden's Index as cut-off. The cut-off vaule was 0.436,0.871and 0.369, respectively. Combined the three quantitative parameters as association index(P=0.001). The sensitivity, and the specificity was 79.50%, 73.3%, respectively, the areas under the ROC curve was 0.793.ConclusionIt shows higher diagnosticefficacy for the preoperative differential diagnosisbetween non-papillary carcinoma group and papillary carcinoma group with the quantitative parameters of Ktrans, Kepand Ve.

Quantitative Analysis; DCE-MRI; Thyroid Papillary Carcinoma

R322.5+1

A

10.3969/j.issn.1672-5131.2017.04.017

2017-03-06

徐 凯