自由呼吸Star-VIBE序列动态增强MRI联合DWI在孤立性肺结节诊断中的应用

冯会，时高峰，刘辉，匡婕

孤立性肺结节(solitary pulmonary nodules，SPN)的诊断和鉴别诊断一直是影像学关注的重要内容，临床中常应用CT形态学和强化特点进行鉴别，但某些病变的影像表现往往存在异病同影。近年来，随着MRI技术和后处理软件的不断更新和发展，肺部MRI的应用越来越广泛[1-2]，动态增强(dynamic contrast-enhanced，DCE)MRI通过评估病变血供和间质的特点，可以为良恶性鉴别提供有价值的信息，但是会受到心脏及呼吸伪影的影响。容积内插屏气检查(volumetric interpolated breath-hold examination，VIBE)成像时间短，信噪比和空间分辨力高，已经应用于多个部位的扫描。Star-VIBE序列是三维梯度序列，运动伪影低，在自由呼吸下进行扫描[3-5]。本研究旨在应用Star-VIBE DCE-MRI联合DWI序列分析SPN内部的血流动力学、水分子扩散运动情况，探讨其在结节良恶性鉴别及肺癌分型中的应用价值。

材料与方法

1.临床资料

搜集2017年7月-2018年10月CT检查发现的肺内实性SPN患者56例，男32例，女24例，年龄20～75岁，平均53±11.25岁。入组标准：①实性SPN，直径范围1～3 cm；②结节内无坏死、钙化、空洞；③检查前未接受过放化疗及穿刺检查。排除标准：①体内有金属置入物；②图像质量差，存在较重的伪影，影响数据测量。所有病例均经手术或穿刺活检确诊，MRI检查与手术间隔时间不超过1周。本组中恶性病变32例，良性病变24例，其中39例经手术证实，17例经穿刺活检证实。

2.MRI检查方法

使用Siemens MAGNETOM Skyra 3.0T磁共振扫描仪，18通道相控阵体线圈。患者检查前禁食4～6 h。嘱患者仰卧，头先进，双手置于身体两侧。线圈中心对准胸骨下缘水平，外加呼吸门控。扫描前训练患者呼吸。常规序列参数：横轴面T2-BLADE序列：TR 4000 ms，TE 79 ms，层厚3 mm，FOV 380 mm；横轴面T1-VIBE序列：TR 6.65 ms，TE 3.17 ms，层厚3 mm，FOV 420 mm；轴位T2-HASTE序列：TR 1600 ms，TE 96 ms，层厚4 mm，FOV 380 mm；DWI序列，b值选取800 s/mm2。DCE-MRI采用Star-VIBE序列，患者平静呼吸下完成，先采集2个翻转角横轴面图像，TR 6.65 ms，TE 3.17 ms，层厚2 mm，FOV 420 mm，翻转角为3°和15°，注射对比剂后进行无间隔重复扫描，共36期，扫描时间共250 s。对比剂注射流率3 mL/s，剂量0.1 mmol/kg，再以相同流率注射0.9%的生理盐水20 mL。

3.图像后处理及参数分析

平扫信号值测定：选择结节最大层面测量信号强度值，同时测量同层面胸背部肌肉信号值作为参考值，计算结节与肌肉信号比值。

ADC值测量：将DWI序列图像数据传输至后处理工作站，在ADC图像上参照DWI及T2WI图像选取病灶最大层面，沿病灶的轮廓勾划兴趣区(region of interest，ROI)。测量ADC值，3次测量取平均值。

DCE-MRI定量参数测定：采用Siemens syngo MultiModality Workplace后处理工作平台上进行，将动态增强图像导入Tissues 4D软件内，首先对图像进行运动校正，选取药代动力学双室模型(Tofts模型)；选取病变的最大层面，沿病灶轮廓手动勾划病灶ROI，通过模型计算得到反映肿瘤内部灌注特性的定量参数：容积转移常数(volume transfer coefficient，Ktrans),血管外间隙容积比(exravascular space volume fraction, Ve),速率常数(rate constant，Kep)。ROI选取强化明显的区域，避开坏死囊变、血管区域，测量3次取平均值。

ADC图及DCE-MRI图像中ROI区域的选择由两名有5年以上影像诊断经验的高年资医师参考T1WI、T2WI及DWI序列图像分别测量，以两名医生测量值的平均值作为最终的参数值。

4.统计学分析

采用SPSS 22.0软件进行统计分析。计量资料采用均数±标准差表示，P<0.05为差异有统计学意义。计数资料采用卡方检验。计量资料采用Mann-WhitneyU检验和Kruskal-WallisH检验。比较DCE-MRI各测量指标、ADC值在良恶性两组间及肺癌不同病理类型间的差异。采用ROC曲线比较各测量指标的诊断效能。通过计算组内相关性系数(intraclass correlation coeffieient，ICC)评价两名医师测量参数的一致性。

结 果

1.手术及病理结果

56例SPN患者中：24例良性，其中错构瘤6例，结核瘤6例(图1)，增生性炎症8例，硬化性肺泡细胞瘤2例，肉芽肿性炎2例；32例恶性，其中鳞癌9例，腺癌18例(图2)，小细胞癌5例。结节大小1.2～3 cm，平均直径(2.4±0.6)cm。

图1 男，69岁，肺结核。a)T1-VIBE序列示左肺下叶后基底段结节呈等低信号；b)T2-HASTE序列示病灶呈稍高信号，大小约2.5cm；c)T2-BLADE序列示病灶呈稍高信号；d)DWI序列示病灶呈稍高信号；e)ADC图(b=800s/mm2)示病灶呈稍低信号，ADC值1.3×10-3mm2/s；f)灌注图测量Ktrans、Kep及Ve值分别为0.113/min、0.341/min及0.372。 图2 男，67岁，肺腺癌。a)T1-VIBE序列示左肺上叶尖后段结节呈等低信号，大小约1.5cm；b)T2-HASTE序列示病灶呈稍高信号；c)T2-BLADE序列示病灶呈稍高信号；d)DWI序列示病灶呈稍高信号；e)ADC图(b=800s/mm2)示病灶呈稍低信号，ADC值0.87×10-3mm2/s；f)灌注图测量Ktrans、Kep及Ve值分别为0.504/min、0.762/min及0.681。

2.MRI常规平扫信号比较

良恶性两组T1WI、T2WI病灶信号值差异无统计学意义(表1)。

表1 良恶性两组病变常规平扫信号比较

3.DCE-MRI定量参数及ADC值比较

恶性组Ktrans、Kep值高于良性组，两组间差异有统计学意义(P<0.05)。Ve值两组间差异无统计学意义(P>0.05)。恶性组ADC值低于良性组，两组间差异有统计学意义(P<0.05，表2、3)。

表2 良恶性两组病变DCE-MRI定量参数及ADC值比较

表3 不同病理类型肺癌DCE-MRI定量参数及ADC值比较

肺鳞癌、肺腺癌、肺小细胞癌定量参数及ADC值比较，Ktrans值在三组间两两比较差异有统计学意义(P<0.05)，Ve值在非小细胞肺癌和肺小细胞癌间差异有统计学意义(P<0.05)。Kep值和ADC值在三组间差异无统计学意义。

4.各定量参数诊断效能比较

ADC值取1.12×10-3mm2/s时，AUC为0.903，诊断结节良恶性的敏感度和特异度分别为83.3%和84.4%。联合应用ADC值和Ktrans值，敏感度和特异度分别为93%和84%(表4)。

表4 各定量参数区分良恶性诊断效能比较

Ktrans和Ve分别取0.12/min和0.25时，AUC为0.830和0.867，区分非小细胞肺癌和小细胞肺癌的敏感度分别为88.9%和80%，特异度分别为78.7%和80%。

5.图像质量及参考指标一致性检验

两名医师对Ktrans、Kep、Ve、ADC值测量的一致性较好，ICC分别为0.938、0.923、0.912、0.940(P<0.05)。

讨 论

SPN的诊断临床上主要通过CT形态学和强化特点进行鉴别，对于表现不典型的结节往往会导致误诊。近年来MRI技术在胸部疾病的应用不断发展，特别是功能成像方面，可以提供形态学以外的定量测量指标，在肺结节的鉴别诊断方面显示出潜在的应用价值[6]。

肺结节的强化程度和方式与其血流灌注、血流量、毛细血管表面积、血管通透性和血管外间隙等因素有关[7-9]。与良性结节相比，恶性结节新生毛细血管网丰富，血流量大，渗透性高，毛细血管表面积大，DCE-MRI的血流动力学参数(包括Ktrans、Kep、Ve等)可以反映这些血流动力学的改变[10-11]。Ktrans值与单位体积内的血流量、渗透性和血管面积有关[12]，恶性肿瘤的血供丰富，不成熟血管多，内皮细胞往往不完整，造成Ktrans值的增高[13]。Kep主要反映对比剂从血管外细胞外间隙回到血浆的速率，新生血管的细胞外间隙增大，会导致Kep值增高。Chen等[14]应用自由呼吸下DCE-MRI评估结节的结果显示，恶性结节的Ktran和Kep值均高于良性结节，差异具有统计学意义(P<0.05)。本研究结果显示肺癌的Ktrans和Kep值高于良性病灶，Ktrans及Kep值在良、恶性两组间差异有统计学意义(P<0.05)，与以往的研究结果一致[15-16]。ROC曲线分析结果显示Ktrans和Kep分别取0.33/min和0.52/min时，AUC分别为0.836和0.860。Ve反映血管外细胞外间隙占整体体素的容积百分比，在良恶性两组中差异无统计学意义。

肺癌的DCE-MRI增强模式反映了肿瘤血管生成的程度，Ktrans值与微血管密度(MVD)积分呈正相关[17]，可以反映不同病理类型肺癌间微血管灌注和渗透性的差异，以往的研究表明腺癌的MVD多高于鳞癌[18]。Ve和组织细胞坏死程度呈正相关，反映了血管外-细胞外间隙容积和肿瘤细胞排列构成的差异[19]。腺癌多沿肺泡壁替代式生长，鳞癌多为压缩式增殖生长，小细胞癌多为小圆形细胞构成，细胞密集，导致细胞外间隙狭小。库雷志等[20]研究显示Krans，Kep，Ve值在小细胞肺癌和非小细胞肺癌间差异有统计学意义(P<0.05)，非小细胞癌高于小细胞癌，腺癌的Ktrans，Kep，Ve值高于鳞癌。本研究结果显示，Ktrans及Ve值在小细胞癌和非小细胞癌间差异有统计学意义，非小细胞肺癌高于小细胞肺癌，Ktran值在腺癌及鳞癌间差异有统计学意义(P<0.05)，腺癌高于鳞癌。ROC曲线分析显示，当Ktrans及Ve分别取0.12/min和0.25时，Ktrans的诊断效能高于Ve。

DWI可以组织中微观结构和细胞内外水分子的扩散运动，ADC值的高低与细胞密度和构成，细胞通透性，血流灌注的程度相关。本研究结果显示，良恶性两组间ADC值差异有统计学意义，ADC取1.12×10-3mm2/s时，AUC为0.903，诊断良恶性的敏感度和特异度分别为83.3%和84.4%，说明恶性结节肿瘤细胞排列紧密，扩散受限明显，与以往93%和84%。不同类型肺癌三组间比较差异无统计学意义，可能与病例数较少有关。

Star-VIBE序列在三维K空间填充采用放射状中心重叠方式，K空间中心的过采样对运动信息有很好的平均效应，提高图像的信噪比和对比度[23]。李武超等[4]研究结果显示Star-VIBE序列对于不同屏气能力患者均可获得较好的图像质量。应用Star-VIBE序列DCE-MRI分析在一定程度上减少了由于患者心跳和呼吸所造成的伪影对数据不稳定的影响，保证定量分析结果的准确性和稳定性，因此本序列适用于呼吸配合不佳的患者。本研究结果显示DCE-MRI定量参数观察者间的一致性较好，研究结果可靠性更高。

本研究仍存在一些不足，患者样本数量较少，可能需要增加病例数进一步证实，另外DWI序列在肺尖部存在伪影会影响部分病灶显示和测量。

综上所述，Star-VIBE序列DCE-MRI动态增强扫描联合ADC值可以更全面评估孤立性肺结节的影像特点，提高良恶性病变及肺癌病理类型的诊断和鉴别诊断的准确性，有较高的临床应用价值。