磁共振弥散加权成像在肝脏肿瘤性疾病中的应用进展

陈唐欣汐

磁共振弥散加权成像在肝脏肿瘤性疾病中的应用进展

陈唐欣汐

（桂林市人民医院，广西 桂林 541002）

磁共振弥散加权成像（DWI）主要是通过检测组织的水分子自由扩散运动来反映人体组织的实际情况，检测出的水分子扩散运动系数被称为扩散表观系数（ADC）。目前，DWI已经被广泛应用于临床的神经系统疾病诊断中。随着DWI技术的快速发展，现如今DWI也逐渐被应用于肝脏肿瘤的疾病诊断中，尤其在肝细胞癌的鉴别诊断上，准确率较高。有医学研究表明，DWI和磁共振成像（MRI）联合诊断的准确率较高，但DWI在临床疾病的诊断仍有较多不足。因此，文章就DWI的成像原理和测定、在肝脏肿瘤性疾病中的临床诊断、不足做综述。

磁共振弥散加权成像；肝脏肿瘤疾病；扩散表观系数

引言

目前医学上用于鉴别各类疾病的、应用范围较广的成像方式是磁共振成像（MRI），MRI可以通过提供不同原理成像排列的方式提高空间的分辨率。但就肝脏肿瘤性疾病的诊断而言，人体的肝脏病理性占位会受信号强度、大小、形态等多方面的影响，导致其呈现出来的影像学表现也有明显差异，所以近年来MRI在鉴别诊断肝脏肿瘤性疾病的准确率也受到了一定的影响。随着现代医学成像扫描技术的不断发展，磁共振弥散加权成像（DWI）开始逐渐被应用于多种临床疾病的鉴别诊断中，诊断效果较好[1,2]。DWI主要是在分子水平的基础上，对人体出现病变的组织结构和组织成分进行无创性的成像扫描，而T1WI和T2WI的成像信号高低则与人体组织中的水分子氢质子浓度在射频脉冲（RF）后的信号衰减速度有较为紧密的联系。文章就DWI在肝脏肿瘤性疾病中的诊断进行综述。

1　DWI的成像原理和测定

1.1　DWI的成像原理

人体组织中的分子进行的不规则运动被称为弥散，而分析从高浓度区运动到低浓度去的运动则被临床称为布朗运动。弥散运动在成像扫描中的排列是较为分散、广泛的，分子间的干扰性较强，无法形成完整的图像，但弥散运动是DWI的物理基础。DWI排列中的水分子运动敏感度会随着梯度信号、梯度时间和梯度间隔发生改变，因此，DWI可以通过设计成像排列的方式，充分弥散运动的成像作用，利用宏观流动相位位移的成像原理将组织内的水分子弥散运动呈现出来[3]。弥散运动主要留存在人体的细胞内外和血管内，所以水分子的扩散与人体组织细胞的特性、密度和环境均有非常密切的联系。当人体细胞内外的空间体积因受到某种因素影响而出现改变时，水分子的弥散运动也会受到一定的影响。例如，恶性肿瘤的DWI成像显示患者体内的细胞呈恶性繁殖的趋势，且细胞密切增加，细胞外的间隙和体积随之减少，水分子的扩散运动相对减弱，与此同时，还会伴随着脓肿、细胞性水肿等情况，而在囊肿和已经坏死的细胞组织中，DWI成像显示患者体内的细胞密度较低，或细胞膜已经破裂，且水分子的扩散运动自由度较高。

1.2　DWI的测定方法

根据物理学原理，水分子弥散运动的位移距离会随着位移时间的延长而增加，二者之间呈明显的正比关系。DWI的成像过程会受到两方面的影响，一方面是患者在检查期间做出的任何运动，例如肢体运动、组织颤动、呼吸循环等，都会对DWI的信号造成一定的影响，因此产生的弥散效应会增加患者机体的D值，导致最终呈现的DWI成像内容包括了一些与患者病症没有关系的运动图像，影响最终的临床诊断[4]；另一方面是患者自身的细胞壁、身体温度等因素，也会对DWI的最终成像造成一定的影响。因此，在目前的临床应用中，常使用弥散系数（ADC）来描述患者DWI成像的病症特点。有医学研究表明，通过测量患者的ADC数值也能有效诊断其肝病灶的病变情况[5]。在实际的ADC数值检测过程中，其数值会随着患者的心跳、脉搏、呼吸等因素出现一定的假象，因此，需要使用平面回波成像（EPI）克服外界外界因素对DWI成像造成的不良影响。

EPI是目前医学上最快的MR成像方法，可以在10毫秒内完成患者单幅图像的采集，并且基本“冻结”心跳、脉搏等生理活动，这样能有效减轻上述因素对DWI成像和ADC数值的影响，进而提高临床诊断的准确率。相关的医学研究结果显示，单次激发脉冲序列可以提高ADC数值的准确率，尽管患者采用的是非屏气采集序列，也可以减少对DWI成像质量的影响，且避免运动引起的信号丧失情况，使用不同的弥散敏感系数分别扫描1次，则可以详细检测ADC的数值。由此可知，常用单次激发反转恢复自旋平面回波序列可以有效降低化学位移对DWI成像造成的影响。

2　DWI在肝脏肿瘤性疾病中的临床诊断

2.1　DWI在肝细胞癌中的诊断

目前，医学上使用计算机断层扫描（CT）检测肝细胞癌（HCC）的依据是患者的血管中出现了增长速度较快的细胞组织，导致患者的动脉期迅速增强，门静脉快速洗脱；而MRI则是联合患者的肝特异性造影提供可靠的影响特征对比，能有效检测患者的肝部阴影情况。因此，在肝癌和肝硬化结节的检测和诊断中，MRI的效果更为明显，且MRI被临床医学认为是目前HCC极为必要的非入侵式成像方法。近年来，有临床案例显示，MRI在检测小HCC的病变过程中，容易将其与其他非恶性的结节诊断混淆。分析原因为，大HCC的病变具有明显的动脉期增强、门静脉脱落的特征，但小HCC的病变并未体现出明显典型特征，因此MRI在鉴别诊断HCC与其他肝脏非典型结节中的准确率仍有待提高。有学者根据大鼠的HCC类型和肝脏结节类型进行分类，将其分为进展性HCC、良性结节和中度恶性肿瘤，使用DWI对三种类型进行鉴别诊断，研究结果显示，进展性HCC的ADC数值明显下降，而中度恶性肿瘤的ADC数值则明显上升，因此，学者认为DWI能有效鉴别HCC与与其他肝脏非典型结节，且鉴别诊断的准确率较高[6]。

例如，图1为某患者的DWI成像表现，根据图像可以看到，患者的T1WI信号较低，T2WI信号较高，计算其ADC数值明显低于正常水平，因此可确诊为HCC。患者经超声消融术治疗后，其DWI成像特征如图2所示。

图1　某患者确诊HCC的DWI成像表现

图2　某患者超声消融术后的复查图像

2.2　DWI在肝脏疾病转移中的诊断

根据国内外的医学研究结果，DWI可以用于诊断患者的肝脏疾病转移情况，且临床效果较好。有学者为进一步确认不同B值对MRI和DWI的敏感性和特异性，以及对肝脏疾病转移的临床诊断效果，选取了35名出现肝转移的患者给其提供DWI扫描。扫描结果显示，当B值分别为600、1000和2000时，均能有效鉴别患者的肝转移情况[7]。当患者的病灶直径超过10 mm时，MRI的敏感性为0.45，特异性为0.62，而DWI的敏感性为0.88，特异性为0.91；当患者的病灶转移直径在10 mm内时，MRI与DWI的敏感性差异更显著。分析原因为，MRI的成像结果容易受患者体内病灶大小、肝脏对比度和肝内血管的干扰，导致最终的信号出现明显偏差，而DWI的排序能有效鉴别患者病灶的病理特征，不受病灶大小、肝脏情况等因素的影响，进而提高病灶检查结果，提高对各类肝脏疾病转移的确诊率。图3为肝转移瘤患者动脉期、延迟期的同相位和反相位的DWI成像。

图3　某肝转移瘤患者的DWI成像

2.3　DWI在原发性肝癌和继发性肝癌中的鉴别诊断

目前医学上常通过比较患者化疗前后的肿瘤大小变化来评价最终的化疗治疗效果，但就目前的CT成像和MRI成像而言，二者在测量化疗前后肿瘤大小变化的敏感性较低，而DWI对化疗后肿瘤的微小变化具有较强的敏感性，能测量出患者化疗前后的肿瘤大小变化，充分体现最终的化疗治疗结果。目前医学上关于DWI对原发性肝癌诊断的研究结果表明，患者治疗前的ADC数值和肿瘤缩小的百分比之间呈反比关系，且化疗过程中，患者的ADC数值增加与其化疗过程中的不良反应有极为密切的关系。有学者为进一步研究DWI在原发性肝癌化疗结果中的价值，选取了96例肝转移患者进行研究。研究结果发现，针对原发性肝癌患者，有疗效的ADC数值要明显低于无疗效的患者；针对肝转移的患者，有疗效的ADC数值要明显高于无疗效的患者。因此，学者认为肿瘤缩小的百分比与患者治疗前的ADC数值之间没有明显的相关性，在坏死组织和丧失完整性的细胞膜中才能观察到ADC数值的变化[8]。除此之外，还有学者使用DWI来评估索拉菲尼对肝细胞癌的治疗效果，但研究结果显示，治疗后患者实际的ADC数值下降[9]。学者认为，这并不能证明索拉菲尼对肝细胞癌患者没有治疗效果，可能是因为患者自身的病灶缺血导致的，因此可证明，索拉菲尼具有明显的抑制血管作用。图4为某位原发性肝癌患者腹部的成像表现，A图为MRI的成像结果，患者的肝右叶软组织出现肿块影，疑似为原发性肝癌；B图为增强扫描的成像结果，可明显看到患者的肿块中度加强，边缘的环形增强；C图为DWI的成像结果，能清晰看到患者病变部位内的大部分区域均呈现出均匀的高信号，因此可以确诊为肝细胞癌。

图4　某位原发性肝癌患者的腹部成像表现

2.4　DWI在肝占位性病灶中的良性、恶性诊断

目前关于DWI的研究结果表明[10,12]，DWI既能通过图像的方式反映人体的细胞组织、器官的功能情况，又能通过检测扩散系数的方式反映人体组织的分化情况和空间结构，准确量化人体的组织功能和组织状态，给临床上鉴别肝占位性病灶提供了一种新型的无创性诊断方法。有学者使用单次激发的EPI序列检测肝局部病灶的ADC数值，结果显示，使用大的B值和B值差时，良性的肝占位病灶的ADC数值与恶性的肝占位病灶ADC数值之间有明显差异[13]。其中，肝囊肿的ADC数值较高，其次是肝血管瘤，最后是肝癌。临床医学认为，肝囊肿和肝血管瘤的组成成分为液体，其分子运动比较自由，所以患者的ADC数值会比实体肿块的ADC数值要高；而肝血管瘤中常伴随着纤维间隔、疤痕和出血的情况，血窦里的血液粘稠度比肝囊肿的高，因此肝血管瘤的ADC数值要低于肝脓肿的ADC数值；肝癌实际是肝部的恶性实体肿块，主要有细胞组织构成，其血液黏稠高度明显高于肝囊肿和肝血管瘤，受纤维间隔、出血、坏死等情况的限制更多，因此肝癌患者的ADC数值较低[14,15]。图5为某位肝血管瘤患者的成像表现，A图为患者的MRI扫描结果，可以看到患者肝左叶区域出现源性的低密度肿块；B图为增强扫描结果，可以看到患者的病灶呈不均增强，主要以边缘区域的增加为主，C图为DWI成像结果，可以看到患者的瘤体信号较为均匀，呈现出“灯泡征”形态，因此可确诊为肝血管瘤。

图5　某位肝血管瘤患者的成像表现

2.5　DWI在肝脓肿与发生囊变、坏死肝癌中的鉴别诊断

肝脓肿与发生囊变、坏死肝癌的鉴别诊断，是目前医学上的重要难题之一。虽然肝脓肿与发生囊变、坏死肝癌在MRI的扫描和成像上的表现较为相似，但在DWI的成像表现中，二者的信号强度具有明显的差异性。临床分别使用大B值，即200 s/mm2、600 s/mm2和1000 s/mm2对二者进行检测，结果显示，所有肝脓肿患者的内腔呈现为高信号，腔外为等信号；而肝肿瘤病灶中出现囊肿、坏死情况的患者，其整体表现为低信号，边缘区域和肿瘤壁呈现为高信号。除此之外，所有肝脓肿患者腔内的ADC数值均明显低于肿瘤中出现坏死、囊变的患者，肝肿瘤患者边缘区域和肿瘤壁的ADC数值也比肝脓肿患者低[16,17]。分析原因发现，肝脓肿中的脓液是由炎性细胞、坏死组织和高黏性蛋白组成的，黏性较高、流动性较差，因此肝脓肿患者的ADC数值较低；而坏死肝癌中坏死的液化部分黏性较低，流动性较强，因此坏死肝癌患者的ADC数值较高。图6为某肝腺瘤患者在动脉期、门静脉期、延迟期和肝胆期的DWI成像。

图6　某位肝腺瘤患者的DWI成像

2.6　DWI在肝脏恶性实体肿瘤血液供应中的鉴别诊断

ADC数值与患者自身的血液灌注有较为紧密的联系，根据CT和MRI的成像结果显示，可以把肝脏恶性实体肿瘤的血液供应情况分为富血供和乏血供两种，其中，大多数的肝细胞癌属于富血供类型的肿瘤，肝转移癌则属于乏血供类型的肿瘤。相关的临床研究结果显示，当DWI的成像上使用不同B值，如1.6 mm2/s、16 mm2/s、和55 mm2/s时，肝脏良性、恶性病变的ADC数值会受到其细胞组织和病变区域血流灌注的影响[18]。其中，海绵状血管瘤的平均ADC数值为5.39×10-3mm2/s，肝细胞癌的平均ADC数值为3.84×10-3mm2/s，肝转移癌的平均ADC数值为2.85×10-3mm2/s，但肝囊肿的ADC数值不受B值大小的影响。除此之外，部分患者病灶内的血液供应不足时，富血供区域的信号会比乏血供区域的信号低。由此可知，DWI中的ADC数值差异与患者机体的细胞组织血液灌注情况有密切关系，与组织内部的弥散运动关系不大。图7为某位患者因黄疸原因待查入院后的DWI成像，根据图像可以看到，患者的癌胚抗原轻度升高，最后可确诊为肝内胆管细胞癌。

图7　某位肝内胆管细胞癌的DWI成像

3　DWI成像在临床诊断中的不足

DWI的成像排列主要包括EPI、自旋回波、快速自旋回波和梯度回波，其中，EPI是DWI成像排列的基本标准，但DWI在临床的鉴别诊断中仍有较多不足。首先，EPI的固有排列容易导致DWI呈现出现伪影。EPI受梯度切换速度的影响，会出现奇偶数的回波编码出现错乱，进而导致DWI成像出现双影、鬼影等情况；EPI对磁场的敏感性较弱，会受到肝脏膈顶区域和肝脏相邻肠道气体的影响，导致解剖结构的最终呈现出现扭曲、变形等情况；EPI的采集速度较快，当患者腹壁的脂肪与肝脏重叠时，连续采用低幅度的梯度场进行编码，会出现明显的位移情况，进而遮挡住患者真正出现病变的区域，导致漏诊、误诊等不良情况的出现[19]。其次，DWI对肝脏局部的占位性病变存在明显的局限性[20]。受测量软件和计算条件的限制，当患者的病灶直径未超过1cm，甚至是小于0.5 cm的时候，通过DWI虽然可以发现病变的区域，但并不能精准测量患者病灶的大小，这对患者后续的化疗方案存在一定影响。因此，虽然良性病灶与恶性病灶之间的ADC数值有明显差异，但肝血管瘤、出现囊变的转移癌、良性的肝细胞性病灶与肝细胞癌之间仍有部分的ADC数值会出现重叠，所以仅测量患者的ADC数值无法准确、有效鉴别上述病症。

4　结束语

DWI在诊断肝细胞癌、肝脏疾病转移、肝占位性病灶、肝脓肿等肝脏肿瘤性疾病中取得了较为理想的效果，但DWI对伪影的敏感性较强，医学上常将其MRI联合使用，以降低DWI在临床诊断中的局限性。为更精准地了解DWI对肝脏肿瘤性疾病的诊断价值，需在往后的医学研究中就DWI在肝脏病中的定性进行标准化、前瞻性的临床试验，才能得出更准确的临床鉴别诊断标准。

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Application Progress of Diffusion Weighted Magnetic Resonance Imaging in Liver Neoplastic Diseases

Magnetic resonance diffusion weighted imaging (DWI) mainly reflects the actual situation of human tissue by detecting the free diffusion movement of water molecules in tissue. The detected diffusion movement coefficient of water molecules is called diffusion apparent coefficient (ADC). At present, DWI has been widely used in clinical diagnosis of nervous system diseases. With the rapid development of DWI technology, now DWI is gradually applied to the diagnosis of liver tumors, especially in the differential diagnosis of hepatocellular carcinoma, with high accuracy. Some medical studies have shown that the accuracy of combined diagnosis of DWI and magnetic resonance imaging (MRI) is high, but there are still many deficiencies in the diagnosis of clinical diseases. Therefore, this paper reviews the imaging principle and measurement of DWI, clinical diagnosis and deficiency in liver neoplastic diseases.

magnetic resonance diffusion weighted imaging; liver tumor disease; diffusion apparent coefficient

R445

A

1008-1151(2022)06-0141-04

2022-03-09

陈唐欣汐（1983－），女，广西桂林人，桂林市人民医院主治医师，从事放射科影像诊断方面相关工作。