MR弥散加权成像用于胸部疾病进展

2021-03-28赵志莲

中国医学影像技术 2021年7期

杨晶，卢洁*，赵志莲，高艳，张苗，孙峥

(1.首都医科大学宣武医院放射与核医学科，北京 100053；2.磁共振成像脑信息学北京市重点实验室，北京 100053)

胸部CT为胸部疾病影像学检查的首选，但部分胸部实性肿物CT增强无强化，而一些囊性肿物因内部出血和感染而囊腔内CT值增高，易致误诊。随着设备、扫描及后处理技术的发展，MRI越来越多地用于胸部疾病。胸部常规MR检查序列包括T2W及其脂肪抑制序列和T1W及其化学位移成像DIXON序列，可显示纵隔及肺部肿物与周围结构，包括位置、大小、形态、瘤肺界面和轮廓等，如化学位移成像可区分胸腺增生与正常胸腺及其他位于前纵隔且轮廓较明显的软组织肿物[1]；但常规MRI不能区分良恶性肺结节[2-3]。弥散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)可反映组织水分子布朗运动。由于组织结构不同，水分子并非随机运动，因与组织内细胞及其疏水膜和细胞内大分子物质发生碰撞而受限。DWI技术可敏感检出细胞层面水分子扩散改变[4-5]。近年DWI成像参数日趋规范，图像质量明显提高，对于鉴别胸部良恶性结节、评估纵隔淋巴结转移、放射及化学治疗(简称放化疗)对肺癌的疗效具有重要价值。本文就DWI在胸部疾病中的应用进展进行综述。

1 胸部DWI扫描参数优化

优化胸部DWI扫描参数对提高图像质量、利于定性和定量评价病变非常重要。DWI对呼吸运动和血管搏动非常敏感[6]，目前推荐采用单激发自旋回波平面回波采集，以减少涡流和几何失真的影响[7]；而增加重复时间[(repetition time， TR)2 500～5 000 ms]、缩短回波时间[(echo time, TE)50～65 ms][7-8]、采用并行采集方式、水激励或频谱绝热反转恢复脉冲脂肪抑制方式等均可增加图像信噪比和减少图像伪影[8]。选择最短TE可避免低估表观弥散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)。既往研究[9]发现，其他条件相同前提下，TE为92 ms时，ADC比TE 52 ms时约低估29%。临床多采用自由呼吸和呼吸导航门控方式进行扫描，但应用呼吸导航门控方式并不能提高DWI图像质量[10]。

DWI信号主要由细胞内外和血管内外的水分子运动信息构成。成像参数中的b值影响图像显示水分子扩散的敏感性[9]。b=0 s/mm2时，图像不仅反映扩散信息，亦含有T2信息；b=500～1 000 s/mm2时，图像更多显示扩散信息；b>1 000 s/mm2虽能更好地抑制扩散以外的信息，但图像信噪比严重降低，不推荐用于临床胸部检查[11]。采用不同b值组合，DWI和相应ADC亦不同。多数研究[12-18]采用双b值，如b=0 s/mm2和b=500～1 000 s/mm2；但b<100～150 s/mm2时，血液流动和灌注信号大幅衰减，会高估组织扩散表现，进而高估ADC[11]。b值与组织信号衰减呈多指数模型，甚至去除血流灌注信息后仍呈多指数衰减，因此，应至少采用3个b值进行DWI扫描[11]。推荐采用b=0 s/mm2、b=100～150 s/mm2和b=700～1 000 s/mm2行胸部DWI，以去除组织血管灌注信息并反映真正的组织扩散信息[19]。

2 鉴别诊断胸部良恶性肿瘤

与正常组织相比，恶性肿瘤的主要病理学特点是细胞密度升高、更高的核质比、更丰富的分子蛋白和更少的细胞外空间，导致水分子扩散受限、ADC减低。应结合高、低b值DWI、ADC图和相应结构图像，包括T2WI、T1WI及其脂肪抑制图像进行分析。文献[20]报道，肿瘤合并脓肿和感染时，常规MRI可出现假阳性结果；而肿瘤伴囊性病变、坏死及分化程度较高时，常规MRI易出现假阴性结果[21]。T2穿透效应可致正常组织在高b值DWI图像中呈高信号而被误诊为扩散受限的肿瘤，此时应参考ADC图，如为高ADC，提示扩散无受限，有利于避免误诊[6]。

既往研究[3]比较原发性肺癌、肺部转移瘤与良性肿瘤的ADC，发现原发性肺癌[(4.87±1.36)×10-4mm2/s]与肺部转移瘤[(3.60±0.35)×10-4mm2/s]ADC差异有统计学意义(P<0.05)，据此鉴别二者的受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线下面积(area under the curve, AUC)为0.80；恶性肿瘤(包括原发性肺癌和食管癌)ADC[(4.53±1.41)×10-4mm2/s]高于良性肿瘤[(2.97±0.36)×10-4mm2/s，P<0.01]，据此鉴别二者的AUC为0.97。中心型支气管肺癌常伴肺部感染和肺不张。有学者[13]对38例肺癌伴肺不张患者采集胸部DWI，发现肺癌平均ADC[(1.83±0.58)×10-3mm2/s]，明显低于肺不张[(2.90±0.26)×10-3mm2/s，P<0.000 1]，ADC有助于鉴别中心性肺癌与伴发的肺不张。

肺腺癌及各型胸腺瘤良恶性跨度大，ADC均有所重叠。研究[12]表明，高分化肺腺癌的ADC明显高于其他组织分型肺腺癌。PRIOLA等[19]将各型胸腺瘤均归为恶性病变，发现ADC区分胸部良恶性肿瘤的阈值降低，这是因为低风险胸腺瘤(A型和AB型)可能表现出弥散不受限的高ADC(大于2.0×10-3mm2/s)[22]。既往研究[23]采用3个b值(b=0、400和b=800 s/mm2)对胸腺瘤和胸腺癌患者行DWI扫描，结果显示低风险胸腺瘤平均ADC为1.30×10-3mm2/s，高风险胸腺瘤为1.14×10-3mm2/s，胸腺癌为1.06×10-3mm2/s；ADC区分低风险胸腺瘤与高风险胸腺瘤的阈值为1.25×10-3mm2/s，区分胸腺瘤与胸腺癌的阈值为1.22×10-3 mm2/s。

恶性淋巴瘤呈扩散受限，其ADC(0.40～1.27)×10-3mm2/s[8]。MOSAVI等[14]通过全身DWI发现ADC在惰性非霍奇金淋巴瘤、侵袭性非霍奇金淋巴瘤与霍奇金淋巴瘤中各有不同，分别为(597±115)×10-3mm2/s、(822±266)×10-3mm2/s和(1 020±547)×10-3mm2/s，惰性非霍奇金淋巴瘤ADC明显低于其他2组淋巴瘤；且ADC与全部患者长期生存率相关(P=0.006)。以FDG-PET/CT结果为标准，全身DWI诊断小儿霍奇金淋巴瘤的一致性K值为0.86[95%CI(0.78,0.93)]，敏感度和特异度分别为88%和97%；而融合彩色DWI/T2WI诊断结果与其一致性K值为0.92[95%CI(0.87，0.97)]，敏感度和特异度分别为99%和95%[15]。

3 观察纵隔淋巴结转移

纵隔淋巴结转移的数量和位置是评估肺癌预后的重要因素。以病理结果为标准，将CT所示淋巴结直径>1 cm视为转移性淋巴结，其诊断敏感度和特异度仅为60%和81%[24]，主要原因在于转移性淋巴结大小可在正常范围，而良性淋巴结也可有增大表现。近年有研究[10]采用背景抑制弥散加权成像(DWI with background suppression, DWIBS)评价胸部淋巴结，其淋巴结与肌肉信号比率(signal to background, STB)(3.26±1.83)明显高于DWI(0.98±0.44，P<0.000 1)，且脂肪抑制和去伪影效果优于DWI。有学者[25]观察DWIBS区分纵隔良恶性淋巴结的准确性，对比分析ADC和b=800 s/mm2的DWIBS图像所示病灶与肌肉相对对比度(relative contrast ratio, RCR)鉴别淋巴结良恶性的ROC曲线，发现RCR-b800以3.6为阈值区分淋巴结良恶性的敏感度和准确率高于ADC[阈值为(1.29±0.00)×10-3mm2/s]。

体素不相干运动弥散加权成像(intravoxel incoherent motion DMI， IVIM-DWI)亦可鉴别纵隔转移性淋巴结与非转移性淋巴结。采用多个b值的IVIM-DWI可有效区分微血管灌注与水分子扩散，除ADC外，还能提供参数扩散系数(diffusion coefficient, D)、假扩散系数(pseudo-diffusion coefficient, D*)和灌注分数(perfusion fraction, f)等[26]。肺癌转移性淋巴结平均D、ADC和f明显低于良性淋巴结(P均<0.001)，但二者D*差异无统计学意义(P=0.28)[27]。有学者[28]对20只正常兔左、右后肢分别注射VX2肿瘤细胞和卵黄乳液，建立转移淋巴结和炎性淋巴结模型，并观察其不同时间IVIM-DWI参数变化；结果显示，相比炎性淋巴结，转移淋巴结建模后第14天D*降低，建模后第21和28天ADC和D升高；建模后第28天转移性淋巴结f大于炎性淋巴结；病理结果显示， ADC、D和D*随炎性淋巴结和转移性淋巴结发展而变化，提示IVIM-DWI能反映转移性淋巴结的动态发展过程，但f易受血流速度、T2信号、回波时间和b值分布等因素影响。

4 评价疗效

肺癌放化疗后会出现癌细胞凋亡，抗血管内皮细胞生长药物治疗后可出现血管内皮水肿、血流减少及相应形态改变，导致肿瘤体积发生变化。DWI可反映肿瘤细胞变化，及时评价肿瘤对放化疗的反应[8]。LIU等[16]观察75例非小细胞肺癌患者，发现在第一和第二阶段化疗后化疗敏感型肿瘤ADC变化率(23.6%)明显高于化疗抵抗者(5.56%，t=3.236,P=0.002)，提示可根据ADC变化率及早评价化疗敏感与否，以指导临床治疗和改善预后。USUDA等[17]对41例肺癌术后放化疗患者间隔6个月复查胸部DWI和CT，至少重复3次，发现DWI评估肺癌复发对放化疗的反应优于CT，DWI的诊断敏感度、特异度和准确率均为100%，CT分别为100%、100%和83%。OKUMA等[18]对17例(20个病灶)肺癌患者分别于射频消融前后行DWI扫描，非进展型肿瘤射频消融前、后ADC分别为[(1.15±0.31)×10-3mm2/s]和[(1.49±0.24)×10-3mm2/s]，进展型肿瘤分别为[(1.05±0.27)×10-3mm2/s]和[(1.24±0.20)×10-3mm2/s]；射频消融后ADC均升高(P均<0.05)，且射频消融后非进展型肿瘤ADC明显高于进展型肿瘤(P<0.05)。