IVIM-DWI多模型参数在鉴别单发转移瘤和肝癌中的联合应用

王海霞 邰兆琴* 许亚春 李 宏 刘向东 杨孺牛

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)是诊断肝脏占位性病变的重要影像学方法之一[1-2]。肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)是肝脏最常见的原发性肿瘤，其发病率和病死率高[3-4]。肝脏因其血供丰富，是全身多种肿瘤的好发转移部位之一，在多发转移灶时诊断较为明确，然而单发转移瘤(metastatic tumor，MT)和HCC常规MRI表现常有重叠，较难以明确区分。多b值采集的体素内不相干运动(intra voxel incoherent motion，IVIM)-DWI序列，不仅能获得水分子的真性扩散信息，还能够分离提取微循环灌注形成的假性扩散，因此该技术可同时定量的获得组织扩散和灌注信息[5-6]。IVIM-DWI已被用于全身多个器官多种疾病的研究之中[5-10]。在肝脏中主要应用于实质性占位良恶性的鉴别诊断研究[6，10-11]。本研究通过IVIM-DWI单、双指数模型多个参数的联合，探讨其在鉴别单发MT和HCC中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾分析2016年1月至2018年12月间南通大学附属海安医院就诊的经术后病理或穿刺活检确诊的45例单发肝细胞癌(HCC)和单发转移瘤(MT)患者，分别将其纳入HCC组(27例)和MT组(18例)，HCC组中男性19例，女性8例；年龄35～74岁，平均年龄(57.56±12.66)岁。MT组中男性11例，女性7例；年龄42～79岁，平均年龄(60.08±11.66)岁。分析两组患者的MRI图像和IVIM-DWI参数图。两组患者一般资料差异均无统计学意义，具有可比性。本研究获医院伦理委员会批准，并获得所有患者的知情同意。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①病灶为单发，直径≥1.0 cm；②MRI检查前诊断不明，且未经药物或介入治疗；③MRI检查后，均有病理或穿刺活检明确诊断；④患者或授权家属签署知情同意书。

(2)排除标准：①患者配合不佳；②图像伪影重。

1.3 仪器设备

采用Discovery 750型3.0T MRI扫描仪(美国GE公司)。

1.4 检查方法

所有患者均使用Discovery 750型3.0 T的MRI扫描仪，8通道腹部线圈和呼吸门控技术。检查前患者均禁食时间＞6 h；扫描前对患者进行呼吸配合训练，取仰卧体位，扫描范围包括全部肝脏组织。MRI平扫包括：①横断位：T2加权成像(T2weighted image，T2WI)压脂重复时间(repetition time，TR)为4000 ms，回波时间(echo time，TE)为72 ms，横断位T1WI的TR为128 ms，TE为5 ms；②冠状位：T2WI的TR为2800 ms，TE为80.1 ms。IVIM-DWI采用呼吸触发横断位扫描，扫描参数10个b值分别为0、20 s/mm2、50 s/mm2、100 s/mm2、150 s/mm2、200 s/mm2、400 s/mm2、600 s/mm2、800 s/mm2和1200 s/mm2，TR为3158 ms，TE为61.3 ms，矩阵128×128，视野380 mm×380 mm，层厚为5 mm，层间距为1 mm，扫描时间650 s。

1.5 图像处理

所有数据图像均导入MRI自带后处理工作站(GE AW4.6版本)。IVIM-DWI序列采用工作站Functool软件包中的MADC软件后处理，以单指数模型重建表观弥散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)参数图，以双指数模型重建真实弥散系数(D值)、灌注相关弥散系数(D*值)(也称为假弥散系数)和灌注分数(f值)参数图。在肿瘤病灶最大层面手动选取感兴趣区(region of interest，ROI)，各参数图ROI自动复制保持大小、形状不变，测量病灶ADC值、D值、D*值和f值。复制ROI于同一层面背景肝实质，测量背景肝实质的各参数值(ADC0值、D0值、D*0值和f0值)，以此计算各参数相对值(rADC值、rD值、rD*值和rf值)。rADC=ADC÷ADC0，rD=D÷D0，rD*=D*÷D*0，rf=f÷f0。

1.6 评价指标

由医院2位影像科主治医师分别完成对图像处理工作。ROI选取大小约50～450 mm2，同时应尽量避免囊变坏死区、血管及伪影区域，两位阅片医师分别测量后取两者平均值。

使用受试者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线结合二项logistic回归分析ADC值、D值、rADC值、rD值以及两者联合(ADC+D值、rADC+rD值)在组间的诊断效能，并使用MedCalc软件对ROC曲线下面积(area under the curve，AUC)进行统计学比较。

1.7 统计学方法

使用SPSS20.0软件和MedCalc18.2软件进行数据分析，对计量数据进行正态分布检验，本组数据均符合正态分布，以均数±标准差()表示。两组性别构成比采用x2检验，两组患者年龄、病灶各参数组间差异比较，采用独立样本t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

表1 两组间各重建参数比较

2 结果

2.1 两组间各重建参数比较

(1)两组患者IVIM-DWI图像的重建参数，HCC组病灶ADC值、D值、rADC值和rD值均低于MT组，差异具有统计学意义(t=-2.903，t=-2.957，t=-3.447，t=-4.717；P＜0.05)；HCC和MT两组病灶D*值、f值、rD*值和rf值差异均无统计学意义(t=1.973，t=-1.286，t=1.180，t=-1.632；P＞0.05)，见表1。

(2)HCC典型的MRI和IVIM-DWI参数图如图1所示。

2.2 ROC曲线分析诊断效能

ADC值、D值、rADC值和rD值鉴别两组病灶的最佳阈值、AUC及对应的敏感性、特异性和约登指数，鉴别HCC和MT，ADC值、D值、rADC值和rD值的最佳阈值分别为1.305×10-3mm2/s、1.080×10-3mm2/s、0.635和0.735；正确指数(约登指数)最高的两个参数是rADC值联合rD(rADC+rD)和rD值，最低的两个参数是ADC值和rADC值；AUC最大的是rADC+rD值，最小的是ADC值，见表2和图2。

表2 肝肿瘤患者各参数组间诊断效能

图2 鉴别HCC和MT的ROC曲线分析图

2.3 各参数鉴别诊断AUC比较

ADC值、D值以及两者联合鉴别HCC和MT的AUC分别表示为AUCADC、AUCD和AUCADC+D，两两比较差异均无统计学意义(P＞0.05)。rADC、rD以及两者联合鉴别HCC和MT的AUC分别表示为AUCrADC、AUCrD和AUCrADC+rD，其中AUCrD与AUCrADC+rD两者差异无统计学意义(P＞0.05)，而AUCrADC则明显小于AUCrD和AUCrADC+rD，差异均有统计学意义(Z=2.561，Z=2.992；P＜0.05)。虽然AUCrADC、AUCrD和AUCrADC+rD均大于AUCADC、AUCD和AUCADC+D，然而仅AUCrD与AUCD相比，AUCrADC+rD与AUCADC+D相比，差异有统计学意义(Z=2.776，Z=3.712；P＜0.05)。

3 讨论

HCC和MT是肝脏常见的恶性肿瘤，当MT表现为单发病灶时，常规MRI从形态学上对两者鉴别诊断存在一定的困难。DWI序列的ADC值是一种功能成像技术，可定量组织内弥散受限程度，通常恶性病变因其细胞增殖速度快，导致细胞密度高、间隙窄，水分子运动受限更重，引起ADC值减低[12]。IVIM-DWI技术，在常规DWI基础之上，采用多b值扫描，可使用双指数模型后处理拟合出代表真实组织间水分子弥散的D值参数图，代表微循环灌注相关弥散效应的D*值参数图，此外还有灌注分数f值参数图，用来反映组织内毛细血管的丰富程度[6-11]。

本组研究病例中，HCC组病灶ADC值、D值均低于MT组，可见HCC病灶内细胞的排列紧密程度要高于MT，D*值和f值在两者间无差异，更表明两者病灶内微循环灌注引起的弥散信号并未影响到两者真实的组织间水分子弥散受限情况的比较。然而，考虑到大多数HCC患者均具有不同程度肝硬化背景，而MT患者则无。因此，为了避免肿瘤背景肝实质本身的弥散信号差异导致对病灶各参数的影响，从而本研究进一步对背景肝实质的ADC值、D值、D*值和f值进行了测量，并计算了病灶的相对参数值。排除了背景的干扰，发现HCC病灶rADC、rD值同样低于MT组。

为进一步探讨组间有差异的参数ADC值、D值、rADC值和rD值在组间的鉴别诊断效能高低，以及为尽可能简化临床工作，而寻找最合理的参数使用方案，本研究使用ROC曲线结合二项Logistic回归分析ADC值、D值、rADC值和rD值以及两者联合(ADC+D值、rADC+rD值)的组间诊断效能，其结果发现，鉴别HCC和MT，rADC+rD值和rD值具有最高的约登指数，ADC值和rADC值的约登指数最低；rADC+rD具有最大的AUC，ADC值的AUC最小。对各参数AUC进一步统计分析发现，AUCrD、AUCrADC+rD分别大于AUCD和AUCADC+D，AUCADC和AUCrADC无统计学差异。可见rD和rADC+rD在鉴别HCC和MT的效能要高于D和ADC+D。以上结果更加表明本研究所采取的避免背景肝实质信号影响而计算相对参数值的科学性和重要性。

本研究结果显示，AUCrADC明显小于AUCrD和AUCrADC+rD，AUCrD和AUCrADC+rD两者无统计学差异。结合上述结果表明，测量ADC值在两组病灶的鉴别中作用最小，测量rD值可以达到rADC+rD类似的诊断效能，为简化临床工作流程，可仅通过双指数模型重建D参数图对HCC和MT进行鉴别诊断。

本研究不足之处：①病例总数相对较少，易受个体化因素干扰，已通过加入背景肝实质参数值的测量计算病灶相对参数值予以最大程度的避免个体化差异影响，且正在进一步扩大搜集病例资料，以期在后续论文中进一步深入研究；②ROI选取因其不可避免的主观性，导致对数据结果有可能形成影响，本研究已通过采取两位影像科医师分别在不受干预的情况下放置ROI，最终数据采用两者平均值，以尽可能减小误差。

4 结论

IVIM-DWI可用于临床单发MT和HCC的鉴别诊断，病灶rADC值联合rD值鉴别诊断效能最高，且rD值可代替rADC值和rD值的联合，有效鉴别两组病灶，从而简化临床工作。