3.0 T磁共振动态增强定量分析鉴别肺部良恶性病变的初步研究

隋昕，宋伟，徐晓莉，刘巍，王士阗，江波，王晓，宋兰，金征宇

3.0 T磁共振动态增强定量分析鉴别肺部良恶性病变的初步研究

隋昕，宋伟*，徐晓莉，刘巍，王士阗，江波，王晓，宋兰，金征宇

目的探讨动态增强磁共振(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI)定量分析对鉴别肺部良、恶性病变的诊断价值。材料与方法搜集30例胸部CT发现肺部实性结节或肿块并行DCE-MRI的患者，男13例，女17例，年龄35～70岁。采用并行采集(CAIPIRINHA)、水脂分离Dixon方法及随机轨迹时间分辨成像(time-resolved imaging with stochastic trajectories，TWIST)技术的容积内插值法屏气检查(CAIPIRINHA-Dixon-TWIST volume-interpolated breath-hold examination，CDT-VIBE)序列，应用Tofts模型测量病变区的微血管转运常数(Ktrans)、反流速率常数(Kep)、血管外细胞外容积分数(Ve)和注射对比剂后60 s内对比剂浓度-时间曲线下面积(iAUC)。结果30例患者中，肺部病变为良性者17例，恶性13例，病变大小在1.1～5.3 cm。恶性病变组Ktrans、Kep、iAUC值高于良性病变组(P＜0.05)。Ktrans、Kep、iAUC的ROC曲线下面积分别为0.988、0.765、0.806。结论DCE-MRI的参数Ktrans、Kep、iAUC对肺部良、恶性病变的鉴别诊断具有较高的诊断效能。

肺肿瘤；肺疾病；磁共振成像；动态增强

在我国，肺癌的发病率和死亡率均居于榜首[1]，明显高于其他肿瘤，其5年生存率低[2]，严重危害我国人民的健康。早期诊断、及时治疗可以降低肺癌的死亡率，改善患者预后。尽管肺内直径大于1 cm的实性结节或肿块，肺癌的发生率高，但是仍有部分病变为良性病变，如炎性假瘤、结核等，肺内实性结节或肿块的鉴别主要依靠CT检查，对病变形态进行分析，并结合临床病史[3-4]，但是诊断准确性有待进一步提高。以往由于磁共振成像速度慢、空间分辨率低，在肺部病变诊断中的应用存在一定限制。近年来，随着MRI技术的不断进步革新，人们对CT辐射剂量的关注，肺部MRI检查越来越受到重视。动态增强MRI (dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI)是一种无创的影像学手段，可监测病变组织血流动力学、血管渗透性等生理变化，良、恶性病变在毛细血管通透性、血流动力学等方面均存在一定差异，DCE-MRI量化分析包括半定量分析和全定量分析。目前肺部良、恶性病变鉴别诊断中DCE-MRI全定量分析相关文献较少，有待进一步研究。本研究中笔者旨在探讨3.0 T DCE-MRI全定量分析鉴别肺部良、恶性病变的可行性。

1 材料与方法

1.1 研究对象

入组标准：胸部CT发现肺部实性结节或肿块，且病变大于1 cm，规律抗炎治疗2周后，结节的大小和形态没有变化。排除标准：(1)肺部病变直径小于1 cm；(2)纯磨玻璃样结节；(3)部分实性结节，但实性成分小于1 cm。所有患者在MRI检查前，均签署知情同意书。MRI检查后行手术治疗或CT引导下穿刺活检获得病理证实，或经过多次随诊观察病变变化。

2016年10月至2017年4月共搜集30例患者(男13例，女17例，年龄35～70岁)，其中良性病变17例(包括机化性肺炎5例，结核6例，支气管炎症并肺不张5例，孤立性纤维瘤1例)，恶性病变13例(包括腺癌11例，鳞癌2例)。其中，13例恶性病变，均经手术或穿刺病理证实；17例良性病变中，10例经手术病理证实，7例经临床治疗观察及随访证实。

1.2 检查方法

所有患者仰卧位，采用德国西门子公司3.0 T Skyra MR仪，应用具有一体化线圈技术(total image matrix，TIM)的18通道体线圈和32通道脊柱线圈，行MR常规序列、DWI、动态增强检查。训练患者呼吸配合，嘱咐患者尽量保持平静呼吸，在屏气训练中，训练患者尽量憋住气。扫描范围自胸廓入口至肺下界。行常规T1WI、T2WI、DWI及DCE-MRI扫描，扫描参数：(1)冠状面屏气T2-HASTE序列：TR 971 ms，TE 83 ms，矩阵320×256，层厚8 mm；(2)横轴面T1-VIBE序列：TR 4.00 ms，TE 1.85 ms，矩阵384×288，层厚3 mm，一次屏气完成扫描；(3)横轴面呼吸触发T2-BLADE序列：TR 2190 ms，TE 105 ms，矩阵256×213，层厚6 mm；(4)轴面DWI序列：选择三个b值(0、500、800 s/mm2)，TR 3600 ms，TE 53 ms，矩阵128×128。(5)动态增强检查采用CDT-VIBE序列：TR 4.05 ms，TE1 1.23 ms，TE2 2.46，矩阵224×156，层厚 3 mm。对比剂采用钆喷酸葡胺注射液(Gd-DTPA，北陆药业，规格15 ml：7.04 g)，剂量为0.2 mmol/kg，以2.0 ml/s的速率快速团注。注射对比剂前，先扫描蒙片，如果蒙片扫描正常，再进行增强扫描，扫描2帧后高压注射器开始注入药物，连续扫描51期，每期4 s，前45期，每摒气3期，休息9 s，45期后自由呼吸150 s，第46～51期，每摒气3期，休息9 s，扫描总时间约8 min。

1.3 图像分析及后处理

将全部数据传入西门子图像处理软件(Tissue 4D，Siemens)，应用软件首先进行运动矫正及图像匹配后，利用多反转角技术，在增强前通过小反转角图与大反转角的蒙片图拟合，计算机自动算出增强前定量的T1基线值，参考T2WI及DWI图像，在病灶横截面最大层面病灶实性部分手动勾画感兴趣区(region of interest，ROI)，避开囊变坏死区和出血区，利用Tofts两室血流动力学模型测量ROI区微血管转运常数(Ktrans)、反流速率常数(Kep)、血管外细胞外容积分数(Ve)和注射对比剂后60 s内对比剂浓度-时间曲线下面积(iAUC)，所有ROI区均测量三次取平均值。

1.4 统计学分析

采用SPSS 20.0软件，采用Komogorov-Smirnov进行正态分布检验，如果符合正态分布且方差齐性，采用t检验比较良性病变组和恶性病变组Ktrans、Kep、Ve、iAUC值，如果不符合正态分布，采用Mann-Whitney检验法，比较良性病变组和恶性病变组Ktrans、Kep、Ve、iAUC值。采用受试者工作特征曲线 (receiver operating characteristic curve，ROC)分析Ktrans、Kep、Ve、iAUC值对肺部良性病变和恶性病变的诊断效能，P＜0.05表示差异有统计学意义。

表1 良性病变组与恶性病变组DCE-MRI定量参数比较Tab. 1 Parameters of DCE-MR of benign and malignant group

图1 A：女，60岁，右肺中叶腺癌，动态增强的参数：Ktrans=0.314，Kep=0.726，Ve=0.433，iAUC=31.11；B：男，46，右肺下叶机化性肺炎，动态增强的参数：Ktrans=0.07，Kep=0.31，Ve=0.227，iAUC=8.438Fig. 1 A: A 60-year-old female with adenocarcinoma in right middle lobe, Ktrans=0.314, Kep=0.726,Ve=0.433, iAUC=31.11. B: A-46-year-old male with organized pneumonia in left upper lobe,Ktrans=0.07, Kep=0.31, Ve=0.227, iAUC=8.438.

图2 DCE-MRI定量参数Ktrans、Kep、iAUC的ROC曲线Fig. 2 ROC curves for Ktrans, Kep and iAUC from DCE-MRI.

2 结果

2.1 影像学表现

30个肺部病变直径大小范围为1.1～5.3 cm。恶性病变直径大小范围为1.2～5.3 cm，良性病变大小范围为1.1～5.0 cm，二者差异无统计学意义(P＞0.05)。

2.2 DCE-MRI定量测量

恶性病变组和良性病变组Ktrans、Kep、iAUC值差异具有统计学意义(P＜0.05)，恶性病变组和良性病变组Ve值差异不具有统计学意义(表1)。恶性病变组Ktrans、Kep、iAUC均显著高于良性病变组(图1)。

2.3 DCE-MRI定量测量鉴别肺部良性病变和恶性病变的诊断效能

绘制Ktrans、Kep、Ve、iAUC参数的ROC曲线，并计算相关参数曲线下面积(area under curve，AUC)，通过计算最大约登指数为最佳诊断阈值，得到不同定量参数判断肺部良性病变和恶性病变的敏感度与特异度，各动态增强参数ROC曲线结果见图2。不同定量参数值均具有一定的诊断效能，Ktrans、Kep、iAUC的AUC分别为0.988、0.765、0.806，当Ktrans值为0.109/min时，诊断敏感度为90%，特异度为88.2%；当Kep值为0.773/min时，诊断敏感度为80.0%，特异度为70.6%；当iAUC值为3.45时，诊断敏感度为70%，特异度为82.4%。

3 讨论

3.1 病变大小鉴别肺部良、恶性病变的作用

以往研究认为肺部病变的良、恶性鉴别诊断主要依据形态学特征，如大小、分叶征、毛刺征、空泡征等常提示恶性病变，其中病变大小是一重要鉴别依据，直径小于5 mm肺部结节，恶性率小于1%，大于20 mm肺部结节，恶性率为82%[5]，随着肺部病变增大，恶性病变发病率增高。但与肺部良性病变存在一定交叉，给鉴别诊断带来较大困难，容易导致误诊[3-4]。本研究结果显示，肺部病变大小在良性病变组和恶性病变组差异不具有统计学意义，考虑本研究入组病变直径均大于1 cm，无法单纯依靠病变大小鉴别良、恶性。

3.2 DCE-MRI定量参数鉴别肺部良、恶性病变的作用

DCE-MRI是小分子顺磁性对比剂团注后引起组织T1弛豫时间缩短，通过动态监测病变组织不同时相的图像数据，观察对比剂到达前后，组织T1弛豫时间的变化规律，获得病变组织血流动力学信息[6]，以往DCE-MRI在肺部结节鉴别诊断的应用研究多采用半定量的参数分析[7]。半定量的分析易受主观因素和检查条件、设备的影响。本研究采用Tofts双室模型定量计算血流动力学参数。DCE- MRI结合药代动力学模型的定量参数能够准确反映在体血流灌注、血管通透性等信息，有助于判断病变的性质[8]。以往由于扫描时间长，单个动态扫描的时间分辨率往往达到20 s甚至30 s[9]；由于动态扫描序列时间分辨率对测量准确性的决定性作用[10]，肺部呼吸运动的影响等诸多因素，所以DCE-MRI在肺部的定量研究较少。本研究应用随机轨迹时间分辨成像技术的容积内插值法屏气检查(CAIPIRINHA-Dixon-TWIST volume-interpolated breath-hold examination，CDT-VIBE)序列显著提高容积内插值法屏气检查序列扫描速度，并保证图像较高的空间分辨率及均匀的脂肪抑制[11]，将时间分辨率提高至4 s，减少了呼吸运动伪影的影响，有利于观察不同时间分辨率的肺部良、恶性病变定量参数的变化。

Tofts双室模型DCE-MRI定量评估参数包括Ktrans、Kep、Ve，Ktrans主要受血管长度、血管表面积、血管密度和分布以及血流速度等影响[12]。三个参数之间存在如下关系：Kep=Ktrans/Ve。Ktrans值越高，微血管灌注和渗透性越高，反之亦然。本研究结果显示恶性病变组Ktrans、Kep、iAUC值均高于良性病变组，其原因考虑为恶性病变细胞生长旺盛，肿瘤新生血管增多，微血管密度增加，血管通透性增加[13]。本研究中，恶性病变组和良性病变组的Ve值差异没有统计学意义。Ve反映病变组织坏死及组织细胞化程度，Ve值增高，提示病变区域坏死程度高。尽管恶性病变因引流静脉和淋巴管受累，导致回流受阻，但是部分炎症也可因纤维组织增生，引起回流受阻，导致对比剂在血管内滞留[14]。因此在肺部良、恶性病变中Ve值存在一定交叉。本研究中ROC曲线评估Ktrans、Kep、iAUC在肺部良性和恶性病变鉴别中的诊断效能，显示Ktrans判断肺部病变良、恶性的敏感度、特异度、准确度最高。以往DCE-MRI定量研究多应用于腹盆部病变的鉴别诊断[11，14]，肺部有关DCEMRI的研究多为半定量研究[15]，与之不同，本研究中笔者应用CDT-VIBE序列，把时间分辨率显著地提高至4 s；将DCE-MRI定量分析技术应用于肺部，而有助于鉴别肺部良、恶性病变。

3.3 本研究不足

本研究存在一些不足：(1)样本量较少，有待进一步扩大样本量研究；(2) DCE-MRI扫描容易受到呼吸运动的影响。本研究MRI检查前，均对患者进行呼吸训练，在一定程度上可减少呼吸运动的影响。

综上所述，DCE-MRI的参数Ktrans、Kep、iAUC对肺部良、恶性病变的鉴别诊断具有较高的诊断效能，应用定量分析可减少扫描参数设置的影响，反映组织病理学信息，有待临床进一步推广研究。

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The quantitative study of dynamic contrast enhanced magnetic resonance in differentiating malignant and benign pulmonary lesions

SUI Xin, SONG Wei, XU Xiao-li, LIU Wei, WANG Shi-tian, JIANG Bo, WANG Xiao,SONG Lan, JIN Zheng-yu
Department of Radiology, Peking Union Medical College Hospital, Beijing 100730,China

Objective:To estimate the diagnostic accuracy of dynamic contrast enhanced magnetic resonance (DCE-MR) images in the differential diagnosis between malignant and benign lung lesions.Materials and Methods:A total of thirty patients(male 13, female 17) with the presence of a newly detected solitary pulmonary lesion on CT, which was a solid nodule and needed further evaluation were included. All subjects were examined and underwent DCE-MR with CDT-VIBE. Ktrans、Kep、Veand iAUC were calculated using the modified Tofts model.Results:In this study, 17 benign pulmonary lesions and 13 malignancies were found. The longest transverse diameter measured ranged from 1.1 to 5.3 cm. Malignancies had significantly higher Ktrans, Kep, iAUC than the benign lesions (P＜0.05). The results of the ROC analysis showed AUC values for Ktrans(0.988), Kep(0.756), iAUC (0.806).Conclusions:Dynamic MR imaging reveals significant Ktrans, Kep, iAUC differences in perfusion between malignant and benign pulmonary lesions.

Lung neoplasms; Lung diseases; Magnetic resonance imaging; Dynamic contrast enhancement

公益性行业科研专项基金(编号：201402013)

中国医学科学院北京协和医院放射科，北京，100730

宋伟，E-mail：cjr.songwei@vip.163.com

2017-05-31

接受日期：2017-06-23

R445.2；R734.2

A

10.12015/issn.1674-8034.2017.07.006

隋昕, 宋伟, 徐晓莉, 等. 3.0 T磁共振动态增强定量分析鉴别肺部良恶性病变的初步研究. 磁共振成像, 2017, 8(7):509-513.*Correspondence to: Song W, E-mail: cjr.songwei@vip.163.com

Received 31 May 2017, Accepted 23 June 2017

ACKNOWLEDGMENTSThis project is supported by public welfare special fund for Industry Research (No. 201402013).