DWI和DCE-MRI定量参数鉴别良恶性软组织肿瘤的价值

宋伟，张禹，张茜，王肖，谭德力，骆祥伟

MRI组织分辨率高，是软组织肿瘤的首选检查方法。但软组织肿瘤种类繁多、成分复杂且信号多样，在常规MRI上影像特征存在重叠，术前定性诊断困难。近年来，磁共振DWI和DCE-MRI在软组织肿瘤诊断中得到了较广泛的应用[1-3]，尤其是DCE-MRI虽已广泛用于肿瘤性病变的诊断研究中[4-6]，但关于DCE-MRI联合DWI对软组织肿瘤进行定性诊断的文献报道并不多。本研究主要通过对DWI的表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)值和DCE-MRI各参数值进行分析并建立联合诊断模型，旨在探讨其在良恶性软组织肿瘤鉴别诊断中的价值，进一步提高对软组织肿瘤的影像诊断准确性。

材料与方法

1.临床资料

回顾性分析2011年3月-2020年2月在本院就诊且经病理证实的46例软组织肿瘤患者的病例资料。其中，男22例，女24例，年龄14～82，平均(46.72±17.05)岁。所有患者经穿刺活检(n=5)或手术(n=41)病理证实，参照2020年版WHO骨与软组织肿瘤分类标准明确诊断。良性组25例，包括神经鞘瘤(n=14)、神经纤维瘤(n=6)、骨化性肌炎(n=2)、弹力纤维瘤(n=2)和平滑肌瘤(n=1)；恶性组21例，包括平滑肌肉瘤(n=5)、滑膜肉瘤(n=1)、黏液样脂肪肉瘤(n=1)、纤维肉瘤(n=3)、黏液性纤维肉瘤(n=1)、梭形细胞肉瘤(n=1)、胚胎性横纹肌肉瘤(n=1)、骨外骨肉瘤(n=2)、恶性周围神经鞘膜瘤(n=2)、骨外尤文肉瘤(n=3)和骨外黏液样软骨肉瘤(n=1)。

纳入标准：①MRI检查发现有软组织肿块；②MRI检查前未接受穿刺活检、放化疗及手术治疗；③术前行DWI和DCE-MRI扫描且图像质量良好；④MRI检查后1～2周进行手术或穿刺活检术，有明确的病理检查结果；⑤签署了知情同意书。排除标准：①根据MRI表现即能明确诊断为良性病灶，如病灶富含脂肪组织(如脂肪瘤)、有丰富的流空血管信号且实性成分不明显(如血管瘤)；②病灶主体为T2WI高信号且不强化的囊性病灶(如囊肿)[7]。

2.检查方法

使用Siemens Verio 3.0T磁共振仪。常规MRI扫描序列包括横轴面T1WI(TR 500 ms、TE 17 ms)、压脂横轴面T2WI(TR 3800 ms、TE 92 ms)和冠状面T2WI(TR 3200 ms、TE 90 ms)。DWI采用SE-EPI序列，扫描参数：TR 5500 ms、TE 100 ms，反转角15°，层厚5.0 mm，层间距1.0 mm，b值取0和800 s/mm2，视野20 cm×20 cm ～40 cm×40 cm，矩阵192×192，激励次数3。平扫后行DCE-MRI扫描，DCE-MRI采用三维容积内插体部检查(volumetric interpolated body examination,VIBE)序列行冠状面扫描，扫描参数：TR 2.9 ms、TE 1.07 ms，反转角25°，矩阵320×320，层厚4.0 mm，视野40 cm×40 cm。首个时相后立即使用高压注射器经肘前静脉以4mL/s的流率团注Gd-DTPA注射液，剂量0.1 mmol/kg，然后以同样流率注入生理盐水20 mL，无间隙扫描，共扫描50个时相，总扫描时间约4 min。DCE-MRI扫描结束后再行常规横轴面、冠状面及矢状面T1WI增强扫描。

3.图像后处理及数据分析

由2位MRI诊断主治医师共同进行图像后处理及参数测量。(1)ADC值的测量：将DWI原始图像传至后处理工作站，参照常规对比增强横轴面T1WI上瘤体强化最明显区域，在b=800 s/mm2的图像上，在相应位置手工勾画ROI，面积5～10 mm2，尽量避开肿瘤内出血、钙化和液化坏死区，每个ROI测量3次，取平均值(ADCmean)为最终测量结果。(2)DCE-MRI定量参数的测量：利用Siemens Tissue 4D后处理软件对DCE-MRI数据进行后处理，选择Tofts两室药代动力学模型，选择最邻近瘤体的动脉血管作为动脉输入函数(arterial input function,AIF)，获得容量转移常数(Ktrans)、回流速率常数(Kep)和血管外细胞外间隙容积分数(Ve)这3个定量参数的伪彩图。在DEC-MRI冠状面图像上，根据肿瘤内强化的实性部分的形态手工勾画ROI，尽量避开肿瘤内出血、囊变和液化坏死区，然后将ROI复制到相应的3个定量参数图像上，获得ROI的 Ktrans、Kep和Ve值，每个病灶测量3次，取平均值。

4.统计学分析

使用SPSS 21.0统计分析软件进行数据分析。本组中计量资料均符合正态分布，采用均数±标准差表示，采用单因素方差分析比较良、恶性软组织肿瘤之间ADCmean值和DCE-MRI定量参数值的差异。采用ROC曲线分析评估有统计学意义的定量参数的诊断效能，计算曲线下面积(AUC)，利用约登指数得到最佳阈值及相应的敏感度、特异度、符合率、PPV和NPV。将Ktrans和ADCmean多参数联合进行logistic回归分析。以P<0.05为差异具有统计学意义。

结 果

1.定量参数的比较

良性组与恶性组之间定量参数测量值和组间比较结果见表1。良性组的ADCmean和Ve值高于恶性组，Ktrans和Kep值明显低于恶性组(图1～4)，差异均有统计学意义(P<0.05)。

表1 两组间定量参数的比较

图1 女，51岁，恶性周围神经鞘膜瘤。a)压脂增强冠状面T1WI，示右下肢软组织内肿瘤呈椭圆形，瘤体有明显强化(箭)；b)DCE-MRI定量参数伪彩图示病灶呈较高灌注表现(黄色为主)，在瘤体强化实性部分勾画ROI来测量各项定量参数值，Ktrans值为0.131min-1，Kep值为0.271 min-1，Ve值为0.513；c)横轴面ADC图，示病灶呈低信号(箭)，ADCmean值为0.684×10-3mm2/s；d)病理片镜下示恶性梭形细胞具有明显的多形性和束状结构(×100，HE)。 图2 男，47岁，成年型纤维肉瘤。a)压脂增强冠状面T1WI，示右下肢胫骨旁较大软组织肿瘤，瘤体有明显强化(箭)；b)DCE-MRI定量参数伪彩图示病灶呈高、低混杂灌注表现(以黄色和蓝色为主)，在瘤体强化实性部分勾画ROI来测量各项定量参数值，Ktrans值为0.134min-1，Kep值为0.484min-1，Ve值为0.406；c)横轴面ADC图，示病灶呈低信号(箭)，ADCmean值为0.666×10-3mm2/s；d)病理片镜下示梭形细胞呈席纹状排列，细胞核深染，可见不同程度核分裂像(×100，HE)。

图3 女，22岁，神经纤维瘤。a)压脂增强冠状面T1WI，示左下肢腓骨旁较大软组织肿瘤(箭)，瘤体呈明显强化；b)DCE-MRI定量参数伪彩图示病灶呈低灌注表现(以淡蓝色为主)，沿瘤体内有明显强化的实性部分勾画ROI(绿线)来测量各项定量参数值，Ktrans值为0.073min-1，Kep值为0.104min-1，Ve值为0.702；c)横轴面ADC图，示病灶略低信号(箭)，ADCmean值为1.421×10-3mm2/s；d)病理片镜下示肿瘤由长形的、波浪状的梭形细胞组成，细胞异形性不明显(×100，HE)。 图4 男，61岁，神经鞘瘤。a)压脂增强冠状面T1WI，示左下肢较大软组织肿瘤(箭)，瘤体呈明显不均匀强化；b) DCE-MRI定量参数伪彩图示病灶呈低灌注表现(蓝色为主)，在瘤体强化实性部分勾画ROI(绿线)来测量各项定量参数值，Ktrans值为0.031min-1，Kep值为0.535min-1，Ve值为0.208；c)横轴面ADC图，示病灶呈稍高信号(箭)，ADCmean值为1.999×10-3mm2/s；d)病理片镜下示肿瘤由细胞丰富、排列有序的Antoni A区和细胞疏松、黏液样的Antoni B区组成(×100，HE)。

2.各参数的诊断效能

各定量参数的诊断效能指标值见表2。ROC曲线分析结果显示，以Ktrans的AUC最大(0.907)、鉴别诊断效能最优，Ve的AUC最小(0.460)。诊断效能最优Ktrans联合DWI，采用logistic回归分析建立的回归方程中，纳入了ADCmean和Ktrans两个参数，回归方程为：Y=1.315-2.379Ktrans+0.001ADCmean。此联合诊断模型的AUC为0.952，敏感度为95%，特异度88%，符合率为92%，诊断效能优于单一参数。

表2 各定量参数鉴别良、恶性软组织肿瘤的效能指标

讨 论

软组织肿瘤有着复杂的病理类型，良恶性鉴别诊断困难。两者生物学行为、治疗方式及预后均不相同，术前准确定性是治疗软组织肿瘤的首要步骤。既往常规MRI主要根据解剖形态学表现来评估软组织肿瘤的良、恶性，无法定量分析肿瘤的特征，诊断准确性有待提高。本研究采用DWI的表观扩散系数(ADC)值和DCE-MRI定量参数对软组织肿瘤良恶性进行鉴别诊断，旨在提高术前诊断准确性。

DWI反映水分子扩散快慢，ADC值是DWI的定量指标，能在一定程度上反映活体组织的细胞密度。ADC值的准确测量与扩散敏感系数b值有关。王兰菁等[8]认为b值取800 s/mm2时，DWI对肺内良、恶性结节的鉴别诊断效能最高。满育平等[9]取b值为800 s/mm2进行DWI来鉴别腮腺混合瘤与腺淋巴瘤，图像具有较好的信噪比。但目前对软组织肿瘤DWI检查中最优b值的选择尚无统一意见，在本研究中b值采用800 s/mm2，发现能兼顾图像质量和提高病灶检出率。

本组结果显示：恶性组的ADCmean值低于良性组，差异具有统计学意义(P<0.05)，与文献报道的结果相符[10-12]。这可能是由于恶性肿瘤细胞分化差，增殖能力强，细胞密度高且排列紧密[4,6,10,12]，导致肿瘤组织内水分子扩散受限。已有较多研究证实DWI单指数模型获得的ADC值对鉴别良、恶性骨骼肌软组织肿瘤是可靠和有价值的[10-13]。本研究中ROC曲线分析结果显示以ADCmean=1.1185×10-3mm2/s作为鉴别阈值，AUC为0.867，相应的敏感度、特异度和符合率分别为86%、88%和87%，显示出较高的诊断效能。陈东等[10]以ADC=1.28×10-3mm2/s作为鉴别良、恶性软组织肿瘤的阈值，AUC为0.783，敏感度为92.00%，特异度为65.91%。但也有研究结果显示良、恶性软组织肿瘤的ADC值存在重叠[14-15]，分析原因目前多认为是由于软组织肿瘤的异质性所致。Nagata等[15]报道黏液类软组织肿瘤的ADCmean值大于非黏液类；良、恶性黏液类软组织肿瘤的ADCmean值的差异无统计学意义；而在非黏液类软组织肿瘤中ADCmean值的差异有统计学意义，且表现为良性组的ADCmean值大于恶性组。

本研究在勾画ROI时，避开了瘤体内囊变、坏死和黏液变等区域，这可能造成与既往研究结果[14-15]的不同，有待未来扩大样本量对黏液类肿瘤亚组进一步进行分析和探讨。笔者认为对于软组织肿瘤的异质性，应选取合适的ROI来优化评估结果，选取瘤体强化最明显的实性区域的ADC值，能更准确地反映瘤体实性成分内水分子扩散受限的真实情况。另外DWI检查中易产生化学位移伪影，使得其对较小的病灶定位困难，故单独使用具有局限性。

因此，我们进一步研究了DCE-MRI对良、恶性软组织肿瘤的诊断价值。DCE-MRI作为一种新型功能成像技术，既能观察肿瘤的形态，又能获得血流动力学参数[12,16-18]，且稳定性更佳。本研究结果显示恶性组的Ktrans和Kep值均明显高于良性组(P<0.05)，与既往文献报道一致[1,12,17,23]。分析原因可能在于恶性肿瘤能诱导血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)表达增加，促进微血管生成，由于新生血管的管壁不成熟、基底膜不完整，导致血管微循环灌注和渗透性增高，导致Ktrans和Kep值大于良性肿瘤。本组ROC曲线分析结果显示Ktrans的AUC为0.907，诊断效能最优，当Ktrans阈值为0.1285/min时，敏感度为82%、特异度为88%。刘雅怡等[1]报道Ktrans的AUC为0.859，取Ktrans值0.169/min为阈值，敏感度为84.6%、特异度为85.8%，并指出Ktrans和Kep与Ki-67标记指数及微血管密度呈正相关，能够反映肿瘤的生物学行为，且随着软组织肿瘤恶性程度的增加，Ktrans和Kep值也随之升高。DCE-MRI在评估软组织肿瘤良恶性、评价药物疗效和指导活检等方面具有临床应用价值[12,19-22]。Li等[22]利用Ktrans和Kep对软组织肉瘤进行术前分级，为临床治疗提供更多有价值的信息。

Ve代表血管外细胞外间隙容积分数。本研究中恶性组的Ve值小于良性组，差异具有统计学意义(P<0.05)，与Lee等[17]研究结果一致。然而张晶等[16]研究结果显示恶性肿瘤的Ve值高于良性肿瘤(P<0.05)，刘雅怡等[1]和张雨等[23]报道，恶性肿瘤的Ve值高于良性肿瘤，但差异无统计学意义(P>0.05)。分析原因可能与Ve受细胞密度、细胞膜、微血管渗透性、细胞外基质等多种因素的影响有关[1,22,23]。本研究中ROC曲线分析结果显示Ve的曲线下面积为0.460，提示其诊断价值较低。因此，Ve用于鉴别软组织肿瘤良、恶性的价值仍需要进一步探讨。

综上所述，本研究结果显示ADCmean、Ktrans和Kep在鉴别软组织肿瘤良恶性中诊断效能都较高，以Ktrans最优。ADCmean与Ktrans鉴别诊断的敏感度、特异度、符合率比较接近。因此作者认为DWI具有无需注射对比剂、成像时间快等优势，对肾功能不全高风险体质患者，或可避免对比剂暴露，但其单独使用具有局限性。联合ADCmean和Ktrans进行分析，获得的敏感度为95%，特异度为88%，符合率可达92%，表明多参数联合诊断模型具有较高的应用价值。这可能是因为ADC值与DCE-MRI定量参数联合，既能评价肿瘤的微循环状态，又能反映组织微血管生成和血流灌注情况，从分子功能水平为鉴别诊断提供有力依据。

本研究的局限性：第一，本研究为回顾性研究，样本数量和病变类型有限；第二，单b值选择缺乏统一标准，ROI选择受主观因素影响较大；第三，本研究仅探讨良、恶性软组织肿瘤各定量参数的差异，未探讨软组织炎性病变、交界性肿瘤与良、恶性软组织肿瘤的差异性，有待扩大样本量进一步研究。

综上所述，基于DWI序列的ADC值和DCE-MRI定量参数能为软组织肿瘤良恶性的鉴别提供参考，尤其是Ktrans具有最优诊断效能，多参数联合可进一步提高鉴别诊断效能。