磁共振多b值扩散加权成像在肺占位性病变精准穿刺中的临床应用

王倩茹，王大勇，赵森，刘双锋，王志学

目前肺癌的发病率逐年上升，其死亡率居所有恶性肿瘤之首，对人类生命健康构成巨大威胁[1-2]。随着影像技术的飞速发展，磁共振成像在肺部的应用越来越广泛，成为CT 检查的一个重要补充。扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)是分子在媒介中的一种随机热运动(布朗运动)，已经广泛应用于脑、乳腺、前列腺等部位的检查和诊断[3-4]。本研究通过肺部占位性病变的DWI，分析肿瘤活性成分与瘤周非肿瘤成分(阻塞性慢性炎症、肺不张及纤维增生等)DWI 信号强度以及ADC 值差异，探讨不同b 值下ADC 值在鉴别肿瘤活性成分与瘤周非肿瘤成分的诊断效能，从而进一步指导临床精准穿刺。

1 材料与方法

1.1 临床资料

收集2019 年10 月至2020 年2 月来我院首诊发现肺占位性病变(pulmonary space occupying lesions，PSOL)并且临床初诊为肺癌患者56 例。其中男性31 例，女性25 例，年龄40～80 (63±3)岁，癌肿直径大小约(5.4±2.3) cm。以病理学结果为诊断参考标准，其中47 例确诊为肺癌(18 例小细胞肺癌，11 例鳞状细胞癌，8 例高分化腺癌，10 例低分化腺癌)，9 例确诊为慢性炎症。病例入组标准：①CT 诊断肺占位性病变的最大径＞3.0 cm；②临床初诊为肺癌；③气管镜检查阴性，肺泡液灌洗及痰培养阴性；④无MRI 检查禁忌证；⑤MRI检查前未行手术、放化疗、介入等相关治疗。本研究属于前瞻性研究，并经过本单位医学伦理委员会批准(批文编号：No.2019075)，受试者均已签署知情同意书。

1.2 检查方法

所有患者MRI 检查均在GE 3.0 T Discovery MR 750 超导型成像仪上完成，选用8通道相控阵线圈。所有患者采用呼吸门控技术，均进行肺部常规斜矢状面、冠状面及横轴位的高分辨率T2WI扫描、压脂T2WI冠状位扫描、横轴位T1WI扫描、压脂横轴位T1WI 扫描，而后行横轴位单次激发平面回波成像多b 值的IVIM-DWI 序列扫描。扫描序列包括常规T1WI 扫描，扫描参数为TR=3.7 ms，TE=1.2 ms；FOV=400 mm×320 mm；矩阵=256×200；翻转角12°；Frequency Direction：R/L；层厚：4.6 mm，层数：48。常规T2WI 扫描，扫描参数为TR=6667 ms，TE=65 ms；FOV=420 mm×420 mm；矩阵=320×256；翻转角110°；NEX=2；层厚7 mm，层间隔1 mm。DWI 轴位扫描，扩散系数b 值分别取300、600、900、1200、1500 s/mm2；扫描参数为TR=6315 ms，TE=65.5 ms；FOV=420 mm×336 mm；矩阵=96×128；Frequency Direction：R/L；层厚7 mm，层间隔1 mm。

1.3 穿刺过程的实施和图像分析

所有入组患者完成MRI 检查后，由两名影像科副主任医师独立读片，根据影像学表现初步确定肺部占位性病变内的肿瘤活性成分ROI 范围(使用GE 公司AW 4.5 后处理平台)，行磁共振CT 融合，分别靶向穿刺肺癌肿瘤活性成分和瘤周非肿瘤成分；如未确定肿瘤活性成分，行单纯系统穿刺。所有的穿刺组织分别放入预先标记好的标本瓶中，均进行病理学检查。然后在GE 后处理工作站自动生成的ADC 图像上测量不同b 值下肺癌肿瘤活性成分和瘤周非肿瘤成分ADC值(测量方法是在病灶的相同层面选取相同部位的相同面积测量，选取病变的实性成分尽可能大的层面，测量3 次，将3 次测量结果的平均ADC值作为最终ADC值)。将ADC值与最终病理结果相对照，分析肺癌肿瘤活性成分和瘤周非肿瘤成分在不同b值下的ADC值差异，并利用ROC曲线分析确定该b值下鉴别肺癌肿瘤活性成分和瘤周非肿瘤成分的ADC 值界值及其鉴别诊断的特异度和敏感度。

1.4 统计学分析

利用SPSS 25.0 软件进行统计学分析，计量资料以平均值±标准差表示。对于不同b 值下的ADC 值的两两比较进行两组独立样本t检验。应用ROC曲线分析不同b值下的ADC值对肺癌肿瘤活性成分与周围非肿瘤成分(阻塞性慢性炎症、肺不张及纤维增生)的鉴别诊断效能。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同b 值下肺癌肿瘤活性成分和瘤周非肿瘤成分的ADC值比较

47例肺癌病例按照病理结果分别划分肺癌肿瘤活性成分和周围非肿瘤成分两组，在DWI 图像上，b 值分别为300、600、900、1200 s/mm2时，进行两组独立样本t检验(表1)。统计结果表明，在4 组不同的b 值下，肺癌肿瘤活性成分与周围非肿瘤成分组间差异性皆有统计学意义，肺癌肿瘤活性成分的ADC值均低于周围非肿瘤成分的ADC值。b值越高，肺癌肿瘤活性成分与周围非肿瘤成分的ADC 值越低。肺癌肿瘤活性成分与周围非肿瘤成分的ADC值差异有统计学意义(P＜0.05)。

表1 不同b值时肺癌肿瘤活性成分与周围非肿瘤成分的ADC值(×10-3mm2/s)

2.2 ADC值对肺癌肿瘤活性成分进行精准穿刺的指导效能

应用ROC曲线分析不同b值(分别为300、600、900、1200 s/mm2)下的ADC 值对肺癌肿瘤活性成分和瘤周非肿瘤成分的鉴别诊断效能。由b 值分别为300、600、900、1200 s/mm2的ROC 曲线(见图1～4)可知，肺癌肿瘤活性成分和瘤周非肿瘤成分ADC值对应的AUC 分别为0.7459±0.0075、0.8632±0.0068、0.8926±0.0062、0.8669±0.0084，AUC 均大于0.5，故认为4 组不同b 值下所取得的ADC 值均具有诊断学意义。其中以b 值取900 s/mm2时ROC 曲线下面积最大，此b 值下以1.15×10-3mm2/s 作为鉴别肺癌肿瘤活性成分和瘤周非肿瘤成分的最佳ADC 值界值，敏感度及特异度均较好，分别为74.4%和75.3%。由此可见，当b=900 s/mm2时，ADC 值对肺癌肿瘤活性成分和瘤周非肿瘤成分的鉴别诊断效能最高，对于临床精准穿刺的指导效能最高。见图5。

图1 b=300 s/mm2时，肺癌肿瘤活性成分与周围非肿瘤成分(阻塞性慢性炎症、肺不张及纤维增生)ADC 值对应的ROC 曲线 图2 b=600 s/mm2时，肺癌肿瘤活性成分与周围非肿瘤成分(阻塞性慢性炎症、肺不张及纤维增生)ADC值对应的ROC曲线 图3 b=900 s/mm2时，肺癌肿瘤活性成分与周围非肿瘤成分(阻塞性慢性炎症、肺不张及纤维增生)ADC值对应的ROC曲线 图4 b=1200 s/mm2时，肺癌肿瘤活性成分与周围非肿瘤成分(阻塞性慢性炎症、肺不张及纤维增生)ADC值对应的ROC曲线 图5 男，57岁，左肺小细胞肺癌并侵犯左下肺动、静脉，伴左肺下叶炎症及肺不张，可见左侧胸腔积液，影像可见左肺下叶团状影，T2 混杂高信号。A：b 值取600 s/mm2时DWI图像；B：b 值取600 s/mm2时ADC 图像；C：b 值取900 s/mm2时DWI图像；D：b 值取900 s/mm2时ADC 图像；E：b值取1200 s/mm2时DWI图像；F：b值取1200 s/mm2时ADC图像；G：HE染色光镜图片(×4)；H：免疫组化染色光镜图片(×4)

3 讨论

3.1 磁共振扩散加权成像原理及应用现状

磁共振扩散加权是通过检测生物组织内的水分子布朗运动为基础进行成像[4]。水分子在组织内部不停进行跨膜扩散运动，具体的运动范围受细胞结构和内环境影响，比如，典型的应用场景就是神经系统的扩散加权成像，水分子主要沿白质纤维进行扩散运动。恶性肿瘤组织细胞核大、细胞基质丰富、细胞数量增多，因此恶性肿瘤细胞的密度增高。同时恶性肿瘤细胞增殖能力增强，细胞生物膜对水分子的吸附作用也增强，以上因素综合作用阻止了恶性肿瘤细胞内水分子的有效运动，导致水分子的自由扩散受到限制[5]。相对地，良性病变如炎症、感染等，由于增生细胞同质程度高、存在水肿及坏死等原因，水分子的扩散程度更高[6]。ADC 值直接描述了组织内水分子的扩散受限程度，为良恶性病变的定性诊断提供了很大的帮助。在进行DWI 时，有一个很重要的参数b 值，即扩散敏感系数，DWI 是在某一个b 值下测定得到的信号强度成像[7]。随着b 值增加，图像的扩散权重加大，组织间的对比度增加，图像检测敏感性增强，但是由于回波时间增加，信号衰减，图像的信噪比降低。DWI以及ADC值在各类系统病变的检测、肿瘤的良恶性鉴别方面取得了良好的应用效果，并且随着技术的革新，DWI开始能够应用于肺部病变的诊断并得到临床认可[8-9]。研究表明，肺实质及心脏等在DWI上均呈现低信号，而病变信号均呈较高信号，并且其大小、形态以及与周围组织结构的关系较常规T1、T2加权图像更易观察和区分[10-11]。

3.2 扩散加权成像在活性肿瘤成分与瘤周组织鉴别中的应用

肺部肿瘤易阻塞相邻支气管，常常伴发慢性肺炎、阻塞性肺不张、纤维组织增生等继发性改变[12]。在胸部X 线和CT 检查中，肿瘤本身与瘤周继发改变都表现为大片状阴影，分界不清[13]。临床上，准确地判定肿瘤的大小及范围对肺癌治疗方案的选择至关重要。区分肺癌肿瘤活性成分和瘤周非肿瘤成分，对临床精准穿刺、放疗靶区选择、疗效的评价非常重要[14]。因此，MRI 图像和其他模态的图像如PET、CT 等相互融合后形成优势互补，共同应用于临床诊断与治疗[15-17]。

本研究针对的恶性肿瘤细胞分化程度低，增殖速度快，组织密度高，水分子扩散受限。而瘤周组织，如炎症等良性病变其水分子扩散运动更加活跃，这就使得利用DWI 鉴别活性肿瘤成分与瘤周成分具有可行性[18-19]。既往研究表明，肿瘤组织与良性病变在DWI图像信号上存在差异，且肿瘤的ADC值明显偏低。Doskaliyev 等[20]研究认为，淋巴瘤与恶性胶质瘤的ADC值差异明显，通过测量ADC值可以鉴别淋巴瘤及恶性胶质瘤。Hao 等[21]研究结果显示，恶性甲状腺结节的ADC 值低于良性甲状腺结节。叶靖等[22]研究认为，在超高b值下得到的前列腺中央腺体癌、腺体增生为主结节和间质增生为主结节的ADC值定量测定能够准确鉴别前列腺中央腺体癌和前列腺增生结节。Caraiani 等[23]研究显示，良性肝肿瘤的ADC 值高于肝细胞肝癌的ADC 值。在肺部肿瘤方面，Liu 等[24]研究显示，肺部良性病变的ADC 值明显高于肺部恶性病变，且小细胞肺癌的ADC值明显低于非小细胞肺癌，两者的ADC值差异具有统计学意义。中央型肺癌瘤体平均ADC值低于肺不张平均ADC值，且ADC 值和肿瘤细胞密度的负性相关。以上研究结果均与本研究结果相一致。

本研究探索了不同b 值在活性肿瘤成分与瘤周成分鉴别中的应用。从DWI 成像原理角度分析，针对选定的ROI 区域，b值越大，扩散程度越大，图像的解剖结构显示就越模糊，DWI信号下降越迅速，就能提供更高的图像对比度，但是同时噪声等对图像的干扰也会增强。钟丽等[25]应用4组b值(b=0、300、600、1000 s/mm2)对肺内良恶性病变进行鉴别，发现b=600 s/mm2时对肺部两位行病变鉴别诊断效能最大。孙明华等[26]应用3 组b 值(b=200、500、8000 s/mm2)对比肺部良恶性病变的ADC 值，发现不同类型的肺癌ADC值存在显著差异，且随b值的升高而降低，且在b=800 s/mm2时高分化腺癌与低分化鳞癌的鉴别诊断效能最高。此外，王萍等[27]应用3种b值对高级别胶质瘤及瘤周组织进行鉴别，发现不同b值下的ADC值均可实现瘤体与瘤周组织的区分，不过在b=3000 s/mm2时鉴别能力最佳。基于此，本研究在现有文献的基础上，选取不同b 值对肺部活性肿瘤成分及瘤周成分进行鉴别，结果显示肺癌肿瘤活性成分的ADC 值均低于周围非肿瘤活性成分的ADC 值，4 组不同b 值(b值分别为300、600、900、1200 s/mm2)时所取得的ADC值均具有诊断学意义。其中以b值取900 s/mm2时ROC曲线下面积最大，鉴别诊断效能最高，对肺占位性病变精准穿刺更具有指导意义。

3.3 磁共振引导穿刺在临床应用中的价值

磁共振成像技术是迄今为止软组织对比分辨率最高的成像技术，对于病灶的鉴别诊断有着重要的临床意义。磁共振引导穿刺技术与其他影像手段导航的引导穿刺技术相比，在原理上具有较明显的优势。与超声相比，磁共振引导可以提供完整的各层面图像，对于不规则、不均匀分布、内向生长的肺部肿瘤，磁共振引导可以提供更精确的影像导航。与CT 相比，磁共振引导具有更好的软组织分辨力，并且其无辐射的优势使得该技术对于医护人员和患者更为友好。与PET 相比，磁共振引导穿刺技术效费比更高，所需时间更短，经济性更强。确实，磁共振技术对患者存在较多禁忌事项，导致其普及面可能小于CT 引导穿刺等技术。但是对于适宜患者，在当下精准医疗、个性化医疗趋势的引领下，磁共振引导穿刺技术在相关领域仍有十分重要的临床研究与应用价值。此外，磁共振引导穿刺可实现影像标记与病理指征的一一对应，这对于进一步挖掘磁共振影像信息，提高无创影像诊断的效能，起到很好的反向助推作用。

3.4 研究的局限性

本研究的不足：本研究的样本量较少，对不同类型肺癌以及不同分期、分级的肺癌样本纳入考虑不足，需要进一步扩大样本量；本研究中部分病例的占位性病变大小未得到外科手术证实，这可能导致在影像上圈定的感兴趣区与实际相比可能存在一定的误差；此外，分析使用的量化指标取的是整体ROI 的平均值，忽略了肿瘤的异质性，可能会对最后的量化计算结果有一定的影响，还需要进一步的研究。

综上所述，多b 值磁共振扩散加权成像在肺占位性病灶的精准穿刺中具有重要的临床应用价值。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。