3.0T DCE-MRI联合DWI成像在实性孤立性肺结节中的应用研究

余景火，杨华林，宋铁军，储蕾，朱娟*

（1.安徽医科大学附属安庆医院磁共振室，安徽 安庆 246003；2.呼吸内科）

孤立性肺结节 （solitary pulmonary nodules，SPNs）是指发生于肺内边界清晰、影像不透明、直径小于或者等于3.0 cm单发病变，周围为含气肺组织包绕，通常无肺不张、淋巴结肿大或肺内其它异常病变，包括肺癌、感染、转移瘤和良性肿瘤等。肺癌已成为全球范围内恶性肿瘤致死的首要原因，我国恶性肿瘤前三位病死率排名依次是肺癌、肝癌和胃癌，并有逐年上升的趋势［1］。良性肺结节与早期肺癌的常规形态影像学表现较难区分，而临床干预措施截然不同，如果不能有效鉴别则容易造成误诊，使患者失去最佳治疗时机或者过度治疗造成心理及经济上的负担，中晚期肺癌通常预后不佳，因此，肺癌的早期准确诊断是决定患者生存率的关键，但同时也是一个难点与挑战。近年来，3.0T磁共振动态对比增强（DCE-MRI）技术发展迅速，它可准确反映出活体组织微血管生成与通透性等血流动力学状况，目前临床实际工作中，DCE-MRI在垂体、乳腺及前列腺等良恶性病灶的诊断价值已得到广泛认可，有学者已将其应用于肺部结节的诊断及鉴别，但与活动性炎症鉴别存在困难［2-3］。本研究旨在探讨3.0T DCE-MRI技术联合DWI功能成像诊断实性孤立性肺结节的价值，进一步提高诊断准确率，为临床决策提供更客观的影像学支持。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选择2017年1月至2019年2月安徽医科大学附属安庆医院收治的影像学诊断为实性孤立性肺结节患者41例，其中男28例，女13例，年龄38～77岁，平均年龄 （65±5.3） 岁。纳入标准：（1）影像学 （X线或CT）诊断为实性孤立性肺结节； （2）MRI扫描前未经任何治疗；（3）图像质量满足诊断需要。排除标准：（1）磨玻璃结节； （2）有MRI检查禁忌证和钆剂过敏者。其中良性结节14例 （结核球8例，炎性肉芽肿4例，错构瘤1例，硬化性血管瘤1例），肺癌27例 （肺腺癌14例，鳞癌12例，小细胞肺癌1例），所有患者的诊断均经病理或临床随访证实。依据临床诊疗方案不同分为良性组和恶性组，良性组包括良性肿瘤、结核球及炎性病变，临床处理原则为抗感染或定期随访无需手术，预后良好；恶性组包括肺腺癌、鳞癌及小细胞肺癌，需要早期进行外科手术切除。

1.2 方法 使用SIEMENS 3.0T超导磁共振机（Siemens MAGNETOM Skyra 3.0T），选用相控阵体部线圈，腹带置于胸廓下缘呼吸运动幅度最大使用呼吸门控，外周心电门控指脉置于右手中指。

所以患者均进行胸部常规横轴位T1加权成像（T1WI）、T2加权成像 （T2WI）、扩散加权成像（DWI）及磁共振动态增强扫描 （DCE）。常规MRI扫描：（1）轴位心电门控自旋回波T1加权成像 （SE-T1WI）： 重复时间 （TR） 1 800 ms， 回波时间 （TE）2.4 ms，层厚5 mm，层间距 1 mm，扫描视野 （FOV）360 mm，激励次数1，扫描时间约73 s。（2）快速自旋回波T2加权成像 （TSE-T2WI）： TR 3 000 ms， TE 83 ms， 层厚5 mm， 层间距1 mm，FOV 360 mm，激励次数1，扫描时间约195 s。 （3） DWI： TR 5 000ms ， TE 68.0 ms，层厚5 mm，层间距1 mm，FOV 380 mm，激励次数 4，扫描时间约197 s，b值为 500、800、1 000 s/mm2。 （4） DCE-MRI： 采用肝脏快速容积采集技术 （VIBE）：TR 3.49 ms，TE 1.34 ms，翻转角12°，层厚3 mm，FOV 400 mm。扫描遵循原则：尽可能包全原发病灶及纵隔的前提下缩短扫描时间，单次扫描时间控制在10～15 s以内，要求患者呼气后屏气。首先经行蒙片扫描，注射对比剂后13 s左右开始扫描，每期时间保持在10～15 s以内，连续扫描8期，扫描时间约8 min。患者右肘前静脉置入18G留置针，选取钆双胺 （GDDTPA）为增强对比剂，所用剂量约0.1 mmol/kg，流速设定为2.5 ml/s，同时以相同速率注入0.9%的生理盐水。

1.3 图像后处理与分析 将磁共振扫描数据传至工作站，为减少呼吸及心脏搏动造成的运动伪影，所用数据均由2名工作年限超过3年的高年资医师独立手动测量病灶9期相中的信号强度及ADC值，结合T1WI及T2WI避开病灶囊变、坏死区及血管区，尽可能选择病灶最佳实性层面，在每一期对应相同层面用工具沿病灶边缘勾勒成感兴趣区 （ROI），尽可能减少病灶血流动力学的不均质性，ROI应尽可能包全病灶，2名医师独立对同一病灶先后重复测量3次，然后取平均值作为最终信号值，将所得数据绘制成时间-信号曲线 （time-signal intensity curves， T-SI曲线）。

1.4 观察指标 （1）未注射对比剂前信号强度SI0和强化高峰信号强度SImax；（2）最大强化增强比 （MER）， MER＝ （SImax-SI0） /SI0； （3） 达峰时间Tmax，即对比剂达到峰值信号的时间； （4）平均强化斜率 （slope of enhancement，SLE），SLE＝MER/Tmax； （5） 最大上升斜率 （steepest slope，SS）， SS＝ ［ （SIend-SIprior） /SI0］ ×100%/（Tend-Tprior），SIend、SIprior为曲线上升阶段最大线性斜率两端的 SI， Tend、 Tprior； 分别为对应的时间点；（6） 廓清率 （washout）， washout＝ （SImax-SIend） /SImax，SIend为扫描终末点病灶的 SI； （7） 平均强化值 （mean enhancement value，ME），即增强后各期相信号的平均增加值； （8）测量不同b值下ROI区DWI相对信号强度及ADC值。

1.5 统计学方法 应用SPSS 22.0软件进行统计学分析，计量资料用均数±标准差表示，采用方差齐性检验和校正t检验，方差不齐采用秩和检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 MRI影像学特征 常规 MRI平扫 （T1WI、T2WI）对孤立性肺结节诊断价值有限，病灶基本上均呈长T1长T2信号改变，合并脂肪可呈短T1长T2信号，钙化呈长T1短T2信号。

2.2 T-SI曲线形态类型 以动态增强扫描时间为横坐标，病灶信号强度为纵坐标，曲线形态特点表现为以下四类：Ⅰ型曲线-速升缓降型，早期明显上升 （SI1%＞30%），达峰后逐渐下降 （washout＞0.05）；Ⅱ型曲线-平台型，早期明显上升（SI1%＞30%）， 达峰后保持水平 （washout＜0.05）；Ⅲ型曲线-缓慢渐进性上升 （SI1%＜30%，MER＞10%）；Ⅳ型曲线-平直型，病灶无明显强化。研究结果显示，良、恶性病例组T-SI曲线类型无明显统计学意义 （Z＝-1.883，P＞0.05）。见表1。

表1 2组患者T-SI曲线类型表现

2.3 DCE-MRI血流动力学参数 2组患者MER、Tmax、SLE、SS及 ME比较，差异有统计学意义（P＜0.01） （表 2）。 恶性组 Tmax时间为 （60.53±1.86）s，活动性炎症达峰时间则更短，而良性肺肿瘤Tmax时间最长 （409.46±41.10） s（图1、 图2）。

表2 2组患者DCE-MRI血流动力学参数比较

2.4 DWI信号强度及ADC值 以胸部同层面肌肉组织信号为参照，恶性组患者在高b值DWI图像上表现为明显高信号，良性组患者则呈等低信号，2组患者DWI相对信号强度比较差异有统计学意义 （表 3）；恶性组患者 ADC值为 （0.76±0.13） ×10-3mm2/s， 明显低于良性组 ［ （1.84±0.14） ×10-3mm2/s］， 差异有统计学意义 （P＜0.05）。

表3 2组患者不同b值 （s/mm2）DWI相对信号强度比较

3 讨论

3.0 T超高场强磁共振可使肺部图像信噪比和空间、时间分辨率得到显著提高，同时减少运动伪影，在评估肿瘤性质、疗效及预后等方面具有广阔前景［3-5］。

DCE-MRI是基于血液流动效应的功能成像技术，经静脉高压注射造影剂后，对患者肺部感兴趣区进行连续重复扫描，受血管渗透性及造影剂外渗影响，组织间造影剂代谢有快有慢，因此不同时间节点病灶内造影剂浓度 （即信号强度）不同，生成T-SI曲线，曲线前段反映肿瘤微血管生成情况，后段反映肿瘤间质成分及通透性信息［6］。

临床工作中，T-SI曲线已成熟应用于肝脏、乳腺等部位的恶性肿瘤诊断，最典型的表现为“速升速降”［7］。本研究中，肺癌见于所有Ⅰ型曲线及部分Ⅱ型曲线，究其原因是恶性结节的血供丰富、灌注量大，首过效应明显，并伴随微循环的高渗透性和血管外间隙的扩大，更进一步提高了肿瘤的强化幅度；而良性结节的血供较少甚至无明显血供，进入病灶的对比剂量、向细胞外间隙弥散的速度均会明显低于恶性结节，其强化速度及程度都不及恶性结节，表现为Ⅲ型曲线及Ⅳ型曲线。但Ⅱ型曲线在部分良恶性病变中存在重叠干扰，容易误诊造成假阳性率，原因是炎性病变活动期由于局部毛细血管扩张导致血流量增加、血管通透性增加导致血浆蛋白及白细胞渗出并快速聚集，因此肺部恶性肿瘤及炎性病变的血流动力学存在一定相似之处，均可表现为Ⅱ型曲线。因此，直接通过观察T-SI曲线的类型只能初步对肺结节性质进行预判，但其诊断准确率有待提高，需结合T-SI曲线相关参数进行综合分析。

图1 右肺中-低分化腺癌

图2 右上肺炎性结节

T-SI曲线上升区间的参数 （MER、Tmax、SLE、SS）与肿瘤平均微血管密度密切相关，而曲线下降区间的参数廓清率 （washout）则与肿瘤组织内的弹性纤维及胶原蛋白含量有关［8-9］。本研究中良、恶性组曲线上升阶段的相关参数主要反映的是造影剂的流入量及速率，结果提示肺癌较良性肺结节具有更高的强化幅度、更快的达峰时间及更大的强化速率，说明肺癌组织的VEGF及MVD的表达明显高于良性病变；但部分静脉条件不佳的老年患者对比剂的注射速率可对其结果产生影响［10-12］，我们在研究和诊断工作中需要注意避免；其次，良性组中的炎性病变处于活动期时，其MER值可高于肺恶性肿瘤。T-SI曲线下降阶段参数廓清率 （washout）反映的是造影剂廓清的速率，而它与病变血管的生成情况无明显统计学差异 （P＞0.05），这与相关研究结果［12］相符合。平均强化值 （ME）反映病灶在整个动态扫描期间的平均强化程度，恶性肿瘤的血供丰富、血流量多，ME值明显高于良性病变。DCE-MRI血流动力学参数可有效提高诊断准确率，但是在肺癌与活动性炎症鉴别上仍存在一些重叠，需联合肺部DWI成像进一步探讨。

MR扩散加权成像 （diffusion weighted imaging，DWI）属于磁共振功能成像，也是目前临床能在活体上进行水分子扩散测量及成像的唯一方法，可以从微观分子水平反映组织、器官的病理生理情况，间接反映细胞密度及血管结构、自由扩散物质的信息。ADC值反映水分子在组织间的弥散情况，数值越小，说明肿瘤细胞排列越密集，水分子弥散运动受限。近年来DWI成像技术在肺部的应用日趋成熟，特别是肺癌的诊断、阻塞性病变鉴别诊断及疗效评估中应用十分广泛［5，12］。

DWI成像技术的关键点在于b值大小的选择，b值越大，图像的扩散权重增大，即正常组织与病灶间的对比度越明显，敏感性越高，但同时受肺部磁敏感伪影干扰导致图像的信噪比降低产生形变；相反b值越小，因血流灌注及T2WI透射效应影响，DWI信号强度存在失真。目前由于MRI设备厂商不同、扫描序列及参数设定的差异，关于良恶性病变的最佳ADC阈值仍存有争议，部分基于1.5T场强磁共振设备研究的学者认为b值取500 s/mm2时，肺部病灶DWI图像质量较高，ADC值差异具有统计学意义。本研究结果显示病灶DWI信号强度越高，恶性程度越大；b值在800 s/mm2，图像质量较好，笔者认为这是由于本研究应用的是3.0T超导磁共振机，其图像信噪比显著提升，扫描时间进一步缩短、空间分辨率也更高，弥补了1.5T磁共振高b值条件下信号衰减导致的图像质量下降，但b值超过1 000 s/mm2时，图像产生形变、分辨率明显下降，部分体积较小的病灶甚至显示不清而无法精确测量ADC值，因此，我们应权衡利弊选取最佳b值，而ADC阈值的选取还需加大样本含量进一步探讨。最近也有学者认为双指数模型扩散加权成像更能精确反映组织的微观水分子扩散情况［13］，我们将在后期工作中进行探讨。

综上所述，孤立性肺结节的早期明确诊断十分重要，DCE-MRI能够为临床提供有价值的影像学信息，联合DWI成像技术可进一步提高诊断准确率。随着技术的不断创新与发展，我们相信磁共振在肺部结节与肿块的应用中 （如诊断与鉴别诊断、疗效评估等）具有广阔前景。