不同b值DWI-ADC对肺癌与阻塞性肺病变的鉴别效能

杨 波，康 铮，付金凤，周士波，沈文荣，吴梦婕，史 丹，尹 娜

0 引 言

中央型肺癌易伴发阻塞性肺炎及肺不张[1]。CT是目前肺部病变最常用的检查手段之一；但在部分病例中，CT图像难以区分阻塞性肺炎肺不张与肺癌。临床上，CT也是目前肺癌放射治疗、热消融等局部治疗最主要放疗靶区勾画及影像定位引导方式之一。部分肺癌合并阻塞性肺病变，即阻塞性肺炎和(或)肺不张患者在CT引导下进行局部治疗时，CT难以将病灶和周围阻塞性肺病变进行准确区分，从而导致治疗过度，并对患者带来一定的损伤或治疗不彻底，导致病变残留等情况发生。目前，PET-CT和MRI扩散加权成像序列(diffusion weighted imaging,DWI)已被证实在区分肺癌和阻塞性肺病变方面具有较高的敏感度[2-3]。但PET-CT检查过程比较复杂，检查时间较长、费用较高，对病变边界显示不够精准，故其临床应用受到一定限制[4]。随着DWI成像技术的不断进步，DWI在肺部病变良恶性鉴别、肺癌与肺不张的区分等方面展现出较高的临床应用价值[5]。本研究对肺癌同时合并阻塞性肺病变患者采用多个b值行DWI成像，探讨不同b值下所得表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)值在鉴别肺癌与阻塞性肺病变中的应用价值，不同b值对DWI图像质量及ADC值测量的影响，进而分析不同b值DWI成像在区分肺癌及阻塞性肺病变的临床诊断效能，进一步辅助肺癌合并阻塞性肺病变患者合理进行局部治疗。

1 资料与方法

1.1 研究对象回顾性分析2019年1月至2020年12月收治肺癌合并阻塞性肺病变患者59例。其中，6例患者无法配合完成阻塞性肺病变部位穿刺活检、4例DWI图像质量差而被排除。最终纳入研究患者49例。其中，男33例(67.35%)、女16例(32.65%)，年龄32～82岁，平均(59.96±10.92)岁。所有患者均经穿刺活检获得病理诊断，其中鳞癌26例(53.06%)、腺癌18例(36.74%)、腺鳞癌2例(4.08%)、小细胞癌2例(4.08%)、神经内分泌癌1例(2.04%)。纳入标准：①经穿刺活检病理诊断为肺癌患者，且经CT平扫+增强扫描显示存在阻塞性肺病变患者；②肿瘤实体短径≥1.0 cm以便MRI扫描明确显示肿瘤组织。排除标准：①基础条件不佳及神志不清等导致无法配合者；②对造影剂过敏者；③带有心脏起搏器等磁共振检查绝对禁忌证患者；④DWI图像质量差。

1.2检查方法所有患者均使用飞利浦公司Ingenia 3.0T MRI扫描仪进行检查。常规应用TI加权成像(T1 weighted imaging,T1WI)快速场回波(fast field echo,FFE)改良DIXON序列(modified DIXON, mDIXON)、T2加权成像(T2 weighted imaging，T2WI)频率选择预饱和序列(spectral presaturaton with inversion recovery，SPIR)平扫、多b值DWI及增强扫描序列进行图像采集。MRI检查完成后，所有患者均在增强CT引导下对相应ADC图可疑病灶区域及肺不张测量感兴趣区分别进行穿刺活检，活检部位均与ADC图所显示的可疑病灶区域及肺不张测量感兴趣区保持一致。

TIWI-FFEmDIXON序列：TR 3.6 ms、TE 1.31 ms、视野(FOV)380 mm×300 mm，层厚5.0 mm，矩阵240×174,层数50；T2WI-SPIR序列：TR 2500 ms、TE 78 ms、FOV 320 mm×320 mm，层厚5.0 mm，矩阵236×236,层数32；DWI序列：TR 3140 ms、TE 73 ms、FOV 300 mm×324 mm，层厚5.0 mm，矩阵100×107,层数32。b值选择200、500、800、1000、1200 s/mm2。增强扫描选用轴位T1高分辨率各向同性容积激发序列：TR 3.5 ms、TE 1.69 ms、FOV 300 mm×450 mm，层厚5.0 mm。造影剂应用钆喷酸葡胺注射液，注射流率2.0 mL/s，剂量0.2 mmol/kg。

1.3图像分析及ADC值测量由2位具有10年以上MRI读片经验的放射诊断医师对患者图像进行分析。以T2WI及增强扫描图像为标准，判断DWI图像质量。剔除不合格图像后，分别于不同b值条件下经软件计算并获得不同b值下ADC图；然后分别测量肺癌及肺不张区域各自的ADC值，各部位测量3次后取平均值。ADC值测量时均参照T2WI及增强图像避开出血及液化坏死区域。

2 结 果

49例肺癌合并阻塞性肺病变者多b值ADC测量结果显示，随b值增加，肺癌病灶和阻塞性肺病变ADC值均呈递减趋势，各b值状态下肺癌病灶与阻塞性肺病变ADC值之间差异均有统计学意义(P<0.05)，见表1。不同b值ADC测量均可较好地分辨肺癌与合并的阻塞性肺病变。

表1 各b值肺癌病灶与阻塞性肺病变ADC值比较

肺癌病灶b值与ADC值呈负相关(r=-0.59)；阻塞性肺病变b值与ADC值呈负相关(r=-0.51)。2类病灶ADC值在b=200 s/mm2时均为最高。随着b值增加ADC值总体趋于降低。在b=200 s/mm2时ADC值分布不均衡；随着b值增加ADC值分布趋于均衡、稳定。

b值分别设定为200、500、800、1000、1200 s/mm2时，ADC值诊断肺癌与阻塞性肺病变的ROC曲线下面积，即AUC依次为0.841 1、0.90、0.943 1、0.944 4、0.929 0，其中b=200 s/mm2组与其他各组差异有统计学意义(P=0.02)；其余各组间差异无统计学意义(P>0.05)。见图1。

图1 不同b值DWI-ADC鉴别肺癌-阻塞性肺病变ROC曲线

3 讨 论

目前，MRI快速成像序列的开发及呼吸门控等技术的应用使MRI信号采集时间大大缩短，图像信噪比明显提高，MRI在肺癌的诊断、分期等方面表现出巨大优势及广阔的应用前景[6]。文献报道DWI序列能够很好地区别中央型肺癌与肺不张，为肺癌患者的临床分期、放疗靶区勾画及疗效评价等提供更多的有用信息[5]。CT作为目前肺癌放射治疗及热消融等局部治疗的最主要放疗靶区勾画和影像定位引导方式却很难完全将肺癌与之合并的阻塞性肺病变准确区分开来。因此，临床上需要更多能够将两者区分开来的辅助检查手段以提高局部治疗效果。

DWI是以活体组织细胞内外水分子随机扩散运动为基础，间接反映水分子所处的细胞结构等微环境状态。ADC值是临床上最常用来描述水分子扩散运动的速率和范围的量化指标，间接反映了水分子扩散受限的程度。肺癌组织细胞排列紧密、细胞外间隙小，癌细胞核浆比大，细胞内水分子运动空间亦相对狭小，自由扩散阻力较大，因此扩散受限明显，ADC值降低。肺癌合并的阻塞性肺病变是萎缩实变的肺组织或不同程度的阻塞性炎症，均为正常肺组织细胞或炎性细胞，细胞间排列相对疏松，细胞核浆比正常，细胞内外水分子自由扩散空间正常，水分子扩散受限程度轻或不受限，ADC值较高[7]。因此，ADC值可以从微观水平反应不同的组织结构特点以及组织的病理生理状态，间接反映肿瘤细胞密度、核浆比、细胞外间隙大小以及细胞膜完整性等细胞水平的信息，对辨别肿瘤组织与正常肺组织有较大价值[8-10]。本研究应用不同b值DWI序列测量肺癌及其合并的阻塞性肺病变的ADC值发现，当b值自200～1200s/mm2取值时，所测ADC值在肺癌组与阻塞性肺病变组均存在统计学差异，说明b值为200～1200s/mm2间的DWI序列在鉴别肺癌与阻塞性肺病变中均具有一定的应用价值。该结论与乔香梅等[11]研究结论相一致。因此，可以通过ADC值测量将肺癌与伴随的阻塞性肺病变进行区分。

b值是DWI序列最重要的参数，代表弥散加权的权重，当b>100s/mm2时，b值越大，微循环血流灌注对ADC值的影响越小，此时ADC值更能精确反映细胞内外水分子的弥散运动状态。但b值越大信号衰减也越多，信噪比及对比噪声比变低，组织层次模糊，对小病灶的检出有一定影响；b值越小(0～100 s/mm2)时，DWI图像SNR越高，但微循环灌注效应、T2透过效应的影响越大，所测ADC值稳定性越差，不能真实反映水分子的弥散运动状态及组织结构特征。因此，b值的选择需要权衡ADC值的稳定性及图像信噪比等因素而定[12]。有研究表明，高b值能更准确反映扩散状况并利于ADC值的精确测量，b值增加到500～1200 s/mm2时，ADC值变得稳定[13]。本研究肺癌组及阻塞性肺病变组b值与ADC值之间均存在弱的负相关，不管是肺癌组还是阻塞性肺病变组，ADC值在b=200 s/mm2时最高，总体上高于其他各组，随着b值增加ADC值总体趋于降低，在b=200 s/mm2时ADC值分布不稳定，随着b值增加ADC值分布趋于稳定。b值自200 s/mm2增至500 s/mm2时，ADC值变化幅度较大；b值自500 s/mm2增加至1200 s/mm2时，ADC值变化相对平稳。因此，如果想要获得稳定且准确的ADC值，b值宜在500～1200 s/mm2之间选择。

部分研究认为，应用b=1000 s/mm2的高b值可以很好地鉴别肺部结节的良恶性，且其敏感度和特异度接近或高于PET/CT[14-16]。多项研究表明，b=800 s/mm2时DWI对肺良恶性病变的鉴别效能较大且肺癌病灶平均ADC值的变化率比较稳定[17-19]。刘海东等[20]发现，b=500 s/mm2时测得ADC值对肺部良恶性病变具有最大的鉴别诊断效能。上述多数研究认为b值在取值800 s/mm2或500 s/mm2时具有最大的诊断效能，也有部分研究认为b=1000 s/mm2时具有较高的诊断效能；分析认为与不同的设备以及b值选择范围有关。不同的研究所使用的设备不同，成像的具体参数存在一定的差异，因此结论也不可能完全一致。另外，部分研究因为设备相对陈旧，成像速度较慢，限制了更高b值的应用，比如上述大部分研究DWI成像b值未达到1000 s/mm2及以上。本研究应用3.0T磁共振成像设备依次选择200、500、800、1000、1200 s/mm2等5个不同b值进行DWI成像，涵盖了目前DWI序列常规应用的b值范围。不同b值下ADC值的ROC曲线下面积即AUC依次为0.841 1、0.90、0.943 1、0.944 4、0.929 0，其中b=200 s/mm2组与其他各b值组之间存在统计学差异(P=0.02)且其诊断效能最小。当b值选择500、800、1000、1200 s/mm2时，ADC值在肺癌与阻塞性肺病变的鉴别诊断中均具有较高的诊断效能，且各b值组诊断效能间无统计学差异。另外，本研究显示以b=800 s/mm2及1000 s/mm2时诊断效能最高。说明，应用3.0T MRI成像设备对肺部病变进行DWI检查时，b值选择500～1200 s/mm2时均能获得较好的诊断效能，并且以b值在800～1000 s/mm2之间选择时诊断效能最高。

综合各b值组诊断效能、信噪比、ADC值稳定性以及成像时间等诸多因素，推荐肺部3.0T磁共振DWI成像b值宜在800～1000 s/mm2之间选择，此b值范围下DWI/ADC成像均可获得较好的诊断效果、稳定可靠的ADC值及较高的图像质量。