逐层匀场技术弥散加权成像评价膀胱癌

许春苗，黎海亮，张孝先，郑冰洁，夏威利，袁军辉，姚 琦，陈学军

(河南省肿瘤医院放射科，河南 郑州 450008)

膀胱癌是泌尿系统最常见恶性肿瘤之一，发病率及死亡率逐年上升[1]，其临床治疗方案与肿瘤分期及病理分级密切相关。相比传统弥散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)，采用逐层匀场(integrated slice-by-slice shimming, iShim)的DWI(iShim-DWI)能降低扩散平面回波序列图像中伪影，使质量更佳[2]。本研究对比iShim-DWI与常规DWI的图像质量，评估iShim-DWI对于膀胱癌的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性收集2017年1月—2018年12月70例于河南省肿瘤医院经病理确诊的膀胱癌患者，男50例，女20例，年龄39～84岁，中位年龄54岁； 62例肿瘤单发、8例多发，病灶直径6.11～76.11 mm，中位直径25.20 mm；依据TNM分期分为肌层浸润性膀胱癌(muscle invasive bladder cancer, MIBC)(T2～T4)组(n=34，均为T2期)和非肌层浸润性膀胱癌(non muscle invasive bladder cancer, NMIBC)组(n=36，其中Ta期、T1期各18例)；其中34例接受膀胱全切+回肠/结肠代膀胱术，36例接受膀胱电切术(切除组织包括部分肌层)，根据术后病理分级分为低(n=32)、高级别尿路上皮癌组(n=38)。排除标准：①检查前接受抗肿瘤治疗或穿刺活检；②MR检查禁忌证；③经临床多学科会诊无法进行手术；④病变最大径≤5 mm；⑤图像质量差。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Skyra 3.0T MR仪，配备体部相控阵线圈。嘱患者检查前6 h禁食，适度充盈膀胱并仰卧于检查床，头先进，行盆腔扫描。参数：传统DWI，采用单次平面回波成像技术，TR 5 200 ms，TE 71 ms，层厚5 mm，层间距0.5 mm，NEX 1，FOV 380 mm×380 mm，矩阵128×128，根据文献[3]，b值取0、800 s/mm2，扫描时间1 min 15 s；iShim-DWI，TR 3 700 ms，TE 60 ms，层厚5 mm，层间距0.5 mm，NEX 6，FOV 260 mm×260 mm，矩阵128×128，b值为0、800 s/mm2，扫描时间1 min 18 s；T2W，TR 4 480 ms，TE 114 ms，层厚3 mm，层间距0.3 mm，NEX 3，FOV 240 mm×240 mm，矩阵384×384。

1.3 图像分析

1.3.1 主观评分 由具有5年工作经验的副主任医师及主治医师各1名(甲和乙)观察iShim-DWI及传统DWI(b=800 s/mm2)图像伪影、病灶边缘及变形情况，并采用5分法评估图像质量[4]：1分，图像伪影多，变形严重，无法检出病灶；2分，图像伪影较多，有变形，可辨认部分病灶；3分，图像质量尚可，存在少许伪影及轻度变形，对诊断影响较轻；4分，图像质量好，少许伪影，不影响诊断；5分，图像质量非常好。

1.3.2 测量参数及分析病灶 对iShim-DWI(b=800 s/mm2)图像进行后处理，获得相应表观弥散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)图， 由上述2名医师于肿瘤最大层面上避开出血及坏死区域放置椭圆形ROI，测量病灶ADC，存在多发病灶时选择最大病灶进行分析[5]；于T2WI上测量肿瘤最大径，对各参数均测量3次，取平均值为最后结果。根据T2WI或DWI表现评估膀胱癌侵及肌层(T2WI见低信号膀胱肌层连续性中断、中等信号或稍高信号膀胱肿瘤组织深入肌层；DWI见高信号膀胱肿瘤延伸至膀胱肌层或膀胱肌层中等信号中断[6])与否。

1.4 统计学分析 采用SPSS 17.0统计分析软件。分别以组内相关系数(intra-class correlation coefficient, ICC)分析2名医师测量参数、Kappa检验分析2名医师评估图像质量的一致性。采用配对Wilcoxon's秩和检验比较iShim-DWI与传统DWI图像质量主观评分差异。以±s表示符合正态分布的计量资料，否则以中位数(上下四分位数)表示，行秩和检验。采用SAS 9.4软件绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线，评估肿瘤ADC及最大径鉴别膀胱癌是否侵及肌层及高、低级别膀胱癌和2名医师基于T2WI、传统DWI及iShim-DWI诊断膀胱癌肌层浸润的效能，计算曲线下面积(area under curve, AUC)，行χ2检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 iShim-DWI与传统DWI图像质量比较 2名医师评价iShim-DWI及常规DWI图像质量主观评分一致性的Kappa值分别为0.81、0.87；iShim-DWI图像主观评分均高于传统DWI(P均<0.01)，见表1。

表1 2名医师评价iShim-DWI与常规DWI图像质量结果比较(例)

2.2 NMIBC组与MIBC组间ADC及最大径比较 2名医师测量病灶ADC及最大径一致性的ICC分别为0.88及0.84(P均<0.05)。NMIBC组ADC[1.12(1.06，1.18)×10-3mm2/s，95%CI(1.08，1.16)×10-3mm2/s]大于MIBC组[0.81(0.75，0.83)×10-3mm2/s，95%CI(0.77，0.85)×10-3mm2/s，Z=-6.79，P<0.01]，而病灶最大径[17.37(11.14，20.05)mm，95%CI(14.20，17.99)mm]小于MIBC组[29.12(25.55，40.21)mm，95%CI(30.26，41.49)mm，Z=-6.24，P<0.01]，见图1、2。ADC鉴别NMIBC与MIBC的AUC为0.97，阈值为0.97×10-3mm2/s时，其诊断敏感度为89.90%，特异度为88.20%(图3)；病灶最大径鉴别NMIBC与MIBC的AUC为0.93，阈值为23.00 mm时，诊断敏感度为88.20%，特异度为94.40%。

图1 患者男，80岁，膀胱癌(T1期，低级别尿路上皮癌) A、B.矢状位(A)及轴位(B)T2WI示膀胱左后壁结节呈等或略高信号，最大径14.53 mm，边界尚清，膀胱壁肌层连续性尚可； C、D.常规DWI(C)及iShim-DWI(D)示病灶呈高信号，膀胱壁肌层连续性无中断，ADC为0.90×10-3 mm2/s

图2 患者男，65岁，膀胱癌(T2期，高级别尿路上皮癌) A、B.矢状位(A)及轴位(B)T2WI示膀胱右侧壁肿块呈等或略高信号，最大径68.76 mm，部分边界欠清，侵及膀胱壁，膀胱肌层连续性欠佳，局部信号增高； C、D.常规DWI(C)及iShim-DWI(D)示病灶呈高信号，膀胱肌层连续性中断，局部信号增高，ADC为0.75×10-3 mm2/s

2.3 高、低级别尿路上皮癌组间ADC及最大径比较 2名医师测量病灶ADC一致性的ICC为0.88、0.84(P均<0.05)。低级别尿路上皮癌组ADC[1.13(1.06，1.17)×10-3mm2/s，95%CI(1.10，1.16)×10-3mm2/s]大于高级别尿路上皮癌组[0.80(0.74，0.82)×10-3mm2/s，95%CI(0.76，0.82)×10-3mm2/s，Z=-6.79，P<0.01],其病灶最大径[16.31(10.94，20.63)mm，95%CI(14.12，19.58)mm]小于高级别尿路上皮癌组[35.36(25.13，39.88) mm，95%CI(29.00,39.35)mm，Z=-5.20，P<0.01]。ADC鉴别高、低级别尿路上皮癌的AUC为0.99，阈值为1.03×10-3mm2/s时，诊断敏感度为86.80%，特异度为96.90%(图4)；病灶最大径鉴别高低级别尿路上皮癌的AUC为0.86，阈值为25.75 mm时，诊断敏感度为75.00%，特异度为86.80%。

2.4 不同MR序列组合诊断膀胱癌肌层浸润的效能 2名医师基于T2WI+常规DWI和T2WI+iShim-DWI诊断膀胱癌肌层浸润一致性的Kappa值分别为0.87、0.85(P均<0.05)；基于T2WI+常规DWI的AUC均低于T2WI+iShim-DWI(χ2=13.87、4.67，P<0.01、P=0.03)，医师间基于T2WI+iShim-DWI(χ2=1.14，P=0.29)及基于T2WI+常规DWI(χ2=3.06，P=0.08)诊断的AUC差异均无统计学意义。见表2及图5。

表2 2名医师基于不同MR序列组合诊断膀胱癌肌层浸润的效能

图3 ADC鉴别膀胱癌有无肌层浸润的ROC曲线 图4 ADC鉴别高、低级别尿路上皮癌的ROC曲线 图5 2名医师基于不同MR序列评估膀胱癌肌层浸润的ROC曲线

3 讨论

常规DWI易受胃肠道空气伪影、周围组织不同磁化率及胃肠道、膀胱蠕动伪影等影响，导致磁场不均匀、图像分辨率较低且变形严重，增加检测较小病灶及测量参数的难度。iShim技术能在传统平面回波序列基础上改善主磁场均匀性，减少失相位，降低局部磁敏感伪影，从根本上解决图像变形问题。采用连续脂肪抑制技术并对脂肪脉冲进行改进，可在整个呼吸周期内均施加脂肪抑制脉冲，梯度选择反转脂肪抑制技术使脂肪抑制更为彻底。利用窗口技术可针对图像采集区内的特定靶区进行匀场后计算窗口内局部中心频率和参数值。采用呼吸触发扫描方式可尽量降低呼吸运动伪影对图像质量的影响[3,7]；缩小FOV可提高图像的空间分辨率，更好地显示病灶细节，避免磁场不均所致脂肪抑制不均[8-9]、图像信噪比下降及伪影增加。另外，适当增加激励次数，可降低噪声对图像的影响。本研究结果显示，iShim-DWI图像质量优于常规DWI，有助于检出及诊断膀胱癌灶。

既往研究[10-12]表明，肿瘤ADC随恶性程度增高而降低，ADC能反映膀胱癌侵袭和增殖潜能[13]；但常规DWI图像伪影较重，且图像存在变形，ADC测量易受周围组织干扰而准确率较差。本研究基于iShim-DWI图像测量ADC，结果显示高级别尿路上皮癌ADC及最大径与低级别尿路上皮癌差异有统计学意义，前者ADC明显低于后者[14-15]；NMIBC组与MIBC组ADC及最大径差异均有统计学意义，前者ADC明显高于后者[16]。相比高级别尿路上皮癌，低级别尿路上皮癌组织内细胞排列较为整齐，密度相对较低，细胞外间隙较大，水分子扩散受限程度较轻，故其ADC下降较不明显。T分期可在一定程度上反映膀胱癌的侵袭性，随着分期增高，膀胱癌浸润趋于明显，恶性程度增高而ADC降低，与既往研究[12]结果基本一致。

既往研究[17-18]基于T2WI+常规DWI诊断膀胱癌肌层浸润的准确率为68%～88%。本研究结果与之基本一致，且T2WI+iShim-DWI的诊断效能高于T2WI+常规DWI。但本研究仅针对单b值DWI进行观察，且受肠管蠕动及气体干扰，可能导致过度评估肌层浸润，有待进一步优化扫描参数以获得更高质量图像。

总之，iShim-DWI有助于膀胱癌病理分级及判断肌层浸润，且图像质量优于常规DWI。