王雪元，邢偉，胡春洪，丁玖樂，陳杰，孫軍

1.蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院影像科，蘇州 215000

2.蘇州大學(xué)附屬第三醫(yī)院 (常州市第一人民醫(yī)院) 影像科，常州 213003

腎癌是最常見的腎臟占位性的惡性腫瘤，有時與乏脂性錯構(gòu)瘤鑒別診斷困難。目前很多學(xué)者報道了擴(kuò)散成像技術(shù)(diffusion weighted imaging，DWI)在腎臟病變方面的應(yīng)用[1-2]。但是都是基于組織信號的衰減呈單指數(shù)模型。據(jù)報道，很多腹部器官或組織的多b值衰減信號受到微灌注的影響，隨著b值的增大呈非單指數(shù)函數(shù)衰減[3]。雙指數(shù)函數(shù)分析屬于最多見的一種。雖然有學(xué)者報道其在腎臟占位性病變和慢性腎病病變中的應(yīng)用[3-4]，但均未有學(xué)者從統(tǒng)計學(xué)的角度比較說明：是否雙指數(shù)函數(shù)更適合描述腎實質(zhì)和腎占位性病變的DWI信號隨b值的變化？因此，筆者回顧性分析腎透明細(xì)胞癌(clear cell renal cell carcinoma，CCRCC)患者的多b值DWI，比較腎實質(zhì)和CCRCC的單指數(shù)和雙指數(shù)函數(shù)擬合度，探討更適合描述腎實質(zhì)和CCRCC的DWI信號隨b值變化的數(shù)學(xué)函數(shù)模型。

1 材料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2011年7月至2012年4月在我院行MRI檢查并經(jīng)病理證實的腎透明細(xì)胞癌患者32例，其中男23例，女9例，中位年齡58歲。所有患者的多b值DWI成像資料，經(jīng)過仔細(xì)對比未見明顯呼吸運動偽影。

1.2 MR掃描方法

采用Siemens Verio 3.0 T超導(dǎo)型成像儀。所有的患者在取仰臥位，采用腹部相控線圈采集信號。MR掃描方法包括用于定位的常規(guī)序列和多b值DWI，最后行增強(qiáng)橫斷面T1WI掃描。常規(guī)序列包括：冠狀面和橫斷面的T2WI(采用半傅立葉采集單次激發(fā)快速自旋回波序列：TR 700 ms，TE 96 ms，層厚6.0 mm，層間距0.6 mm)；橫斷面的T1WI (快速擾相梯度回波：TR 161.0 ms，TE 2.5 ms，層厚6.0 mm，層間距0.6 mm)。7個b值 的橫斷面EPI-DWI，采用了局部斜位多層面技術(shù)實現(xiàn)小視野(field of view，F(xiàn)OV)成像，b值分別為0、200、400、600、800、1000、1200 s/mm2，TR 3100 ms，TE 76 ms，采集帶寬1158 Hz/Px，F(xiàn)OV 280 mm× 86 mm，矩陣216×40，回波鏈40，層數(shù)12，層厚6.0 mm，層間距0.6 mm，RF激勵類型 Low SAR，自由呼吸狀態(tài)下掃描。增強(qiáng)序列[2D-T1WI增強(qiáng)序列，掃描參數(shù)同上；對比劑使用Gd-DTPA(廣州康臣藥業(yè)有限公司生產(chǎn))，用量0.2 ml/kg，注射流率為2 ml/s)。

圖1 男，70歲，右腎CCRCC。參照常規(guī)序列：等T1、等T2信號、明顯強(qiáng)化區(qū)(箭)，在多b= 0 s/mm2的DWI中選擇CCRCC實質(zhì)區(qū)的ROI，然后復(fù)制到其他b值的DWI中Fig.1 A 70 years old man with right CCRCC.The local focus of mass manifest as isointensity on T1WI and T2WI and marked enhanced (arrow).A ROI was spotted on the diffusion images at b=0 s/mm2, and was copped to others at the same plane but with different b values.

1.3 圖像分析

所有的影像學(xué)資料由1名高年資醫(yī)師在不知研究背景的前提下分析圖像。分別在兩種組織中勾畫感興趣區(qū)(region of interesting，ROI)，分別為：(1)腫瘤實質(zhì)；診斷標(biāo)準(zhǔn)：參照常規(guī)T1WI和T2WI呈等或低信號，增強(qiáng)后明顯強(qiáng)化(圖1)；(2)腎臟實質(zhì)。人類腎臟具有分葉結(jié)構(gòu)，分葉間可見腎柱，為了避免干擾，此研究采用腎臟皮質(zhì)代表腎臟實質(zhì)。根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，在DWI (b=0 s/mm2)的圖像中勾畫ROI約0.35 cm×0.35 cm～0.45 cm×0.45 cm，然后復(fù)制到同層的其他b值圖像中，分別依次記錄不同b值的DWI信號強(qiáng)度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

由于正常腎實質(zhì)的DWI信號強(qiáng)度在高b值時更容易出現(xiàn)信噪比不足的可能，根據(jù)以往的圖像處理經(jīng)驗，將兩種組織的各b值(≤800 s/mm2，即5個b值)的DWI信號強(qiáng)度依次錄入到GraphPad Prism軟件包(http://www.graphpad.com)，分別采用單指數(shù)(公式1)、雙指數(shù)擬合(公式2)，得到各兩種擬合方法的擬合度定量參數(shù)R2[5]。

公式中，Sb為相應(yīng)b值時的DWI信號強(qiáng)度，S0為b=0 s/mm2時的DWI信號強(qiáng)度，b為擴(kuò)散因子，單位是s/mm2；Dfast、Dslow分別是快慢兩種成分的擴(kuò)散系數(shù)；F分別為快慢兩種成分中快的成分所占的百分比；exp為指數(shù)函數(shù)運算。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

各參數(shù)采用采用中位數(shù)(四分位區(qū)間)表示，同一種組織兩種擬合方法間R2的比較采用Wilcoxon檢驗；同一種擬合方法兩種組織間的R2比較采用Mann-Whitney檢驗。數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用SPSS 13.0軟件分析，當(dāng)P＜0.05時，認(rèn)為有統(tǒng)計學(xué)差異。

2 結(jié)果

圖2表明，腎臟CCRCC和腎實質(zhì)的DWI信號強(qiáng)度均隨著b值的增大而減小。經(jīng)過單指數(shù)擬合，兩種組織在各b值區(qū)的DWI信號變化均不能與擬合曲線重疊。但是經(jīng)過雙指數(shù)擬合后，兩種組織的DWI信號變化基本與擬合曲線重疊。

32例腫瘤實質(zhì)區(qū)的多b值DWI信號衰減的單、雙指數(shù)擬合度參數(shù)R2的中位數(shù)(75%區(qū)間)分別為0.97 (0.96，1.00)和1.00 (1.00，1.00)，組間存在統(tǒng)計學(xué)差異(W=－253，P=0.00)；腎臟實質(zhì)的多b值DWI信號衰減的單、雙指數(shù)擬合度參數(shù)R2的中位數(shù)(75%區(qū)間)分別為0.98 (0.98，0.99)和1.00(1.00，1.00)，組間存在統(tǒng)計學(xué)差異(W=－528，P=0.00)。單指數(shù)函數(shù)擬合在兩種組織間的R2無統(tǒng)計學(xué)差異(U=301.5，P=0.26)，雙指數(shù)函數(shù)擬合在兩種組織間的R2也無統(tǒng)計學(xué)差異(U=253.0，P=0.05)。

3 討論

腎癌是最常見的腎臟惡性腫瘤。據(jù)報道，DWI在腎癌的分型[1]，甚至是在透明細(xì)胞癌的分級中都有重要意義[6]。但是以上的研究成果都是在2個或3個b值的基礎(chǔ)上，按照組織的DWI呈單指數(shù)函數(shù)衰減的理論計算定量參數(shù)表觀擴(kuò)散系數(shù)。其前提是這種組織的DWI信號隨b值的衰減呈現(xiàn)單指數(shù)函數(shù)關(guān)系[7]，但近幾年的研究發(fā)現(xiàn)：胸部、腹腔實質(zhì)器官的DWI信號隨著b值的增加呈非單指數(shù)函數(shù)變化，其中以采用雙指數(shù)函數(shù)的分析的最為多見[8-10]。因此，本研究以腎臟透明細(xì)胞癌患者的多b值DWI資料為研究材料，在統(tǒng)計學(xué)層面上定量分析是否雙指數(shù)函數(shù)變化特征比單指數(shù)函數(shù)更適合描述腹部活體組織的DWI信號變化特征，為DWI間接地反映組織學(xué)本質(zhì)特征奠定基礎(chǔ)。

圖2 腎實質(zhì)和CCRCC實質(zhì)區(qū)的多b值DWI信號的單、雙指數(shù)擬合。隨著b值的增大，腎實質(zhì)(腎皮質(zhì))和CCRCC實質(zhì)區(qū)的信號強(qiáng)度逐漸減小。與單指數(shù)擬合相比(左圖)，雙指數(shù)擬合(右圖)的擬合曲線(實線)與中位數(shù)連線(虛線)在各b值區(qū)的相似程度均有改善Fig.2 The fitting curves of monoexponential and biexponentials model used to multi-b DWI of renal parenchyma and CCRCC.The signal intensity of two tissues declined with increased b values.The fi tting curve of biexponential model (right) can overlap nearly the nonlinear trend of DWI with several b factors, and better than that of monoexponential model (left).

腎實質(zhì)和CCRCC實質(zhì)區(qū)的DWI信號隨著b值的增大而減小。在多b值DWI成像的定量分析前，首先面臨的問題是b值選擇。當(dāng)b≤200 s/mm2時，DWI信號減小的更快，多數(shù)學(xué)者將其理解為微血管灌注所致[4，9-12]，而且建議在此b值區(qū)采用較小的b值間隔，但是該研究在此b值區(qū)只有200 s/mm2一個b值。即使在這樣的條件下，雙指數(shù)函數(shù)擬合度R2仍然高于單指數(shù)函數(shù)擬合，可見這種活體組織內(nèi)的微血管灌注對低b值DWI的影響比較明顯。根據(jù)以往腎臟占位的DWI研究，最大b值多選擇在800 s/mm2[3]。在本研究中，當(dāng)b值800 s/mm2時(圖1)，CCRCC實質(zhì)區(qū)和腎實質(zhì)的信號明顯高于背景信號，滿足了圖像分析的基本要求。

單指數(shù)擬合是目前最常用的擴(kuò)散成像定量分析的理論。在一般條件下，2個b值即可完成ADC的計算，不僅成像時間短，而且計算過程簡單。雙指數(shù)函數(shù)分析則對數(shù)據(jù)的要求相對較高。采用GraphPad Prism軟件包進(jìn)行雙指數(shù)擬合，至少需要5個b值對應(yīng)的DWI信號值，所以使用雙指數(shù)函數(shù)分析的DWI的采集時間明顯增加。但是兩種方法都有一個共同點，即采用的b值越多，擬合的精度越高，得到的定量參數(shù)越準(zhǔn)確。本研究中數(shù)據(jù)分析中恰好采用了5個b值，剛好滿足雙指數(shù)函數(shù)分析的。即使在5個b值的條件下，通過配對檢驗，雙指數(shù)擬合的擬合度參數(shù)R2仍然明顯高于單指數(shù)函數(shù)擬合。因此，有理由認(rèn)為：雙指數(shù)函數(shù)的數(shù)學(xué)函數(shù)模型更代表腎實質(zhì)和CCRCC實質(zhì)區(qū)的DWI信號隨b值的變化特征。

腎透明細(xì)胞癌的分化程度存在差異，而且極其容易壞死，所以感興趣內(nèi)可能包含微小的壞死灶。因此推斷：CCRCC的異質(zhì)性比腎臟實質(zhì)明顯，在理論上其擬合精度應(yīng)該低于腎實質(zhì)。但統(tǒng)計結(jié)果證明：雖然CCRCC的雙指數(shù)擬合度略低于腎實質(zhì)，可是尚未達(dá)到統(tǒng)計學(xué)差異。推測其原因：CCRCC實質(zhì)區(qū)的微小壞死灶較少，同時腫瘤的細(xì)胞的分化程度較相似，尚不足以導(dǎo)致明顯差異。

本研究也存在一定的不足。首先，腎臟透明細(xì)胞癌極其容易壞死，盡管我們盡量避免ROI內(nèi)存在壞死，但是由于是參考常規(guī)T1WI、T2WI及CE-T1WI，仍然不能排除ROI內(nèi)較小的壞死灶；其次，小b值區(qū)(≤200 s/mm2)的b值較少，一定程度上減弱了擬合的精度。

總之，雖然雙指數(shù)函數(shù)的應(yīng)用前景尚不完全明朗[3]，但是雙指數(shù)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型更適合描述腎實質(zhì)和CCRCC實質(zhì)區(qū)的多b值DWI信號變化特征，為進(jìn)一步探討多b值DWI間接反映組織的細(xì)胞學(xué)特征奠定了基礎(chǔ)。

[References]

[1]Tsushima Y, Takahashi-Taketomi A, Endo K.Magnetic resonance(MR) differential diagnosis of breast tumors using apparent diffusion coefficient (ADC) on 1.5 T.J Magn Reson Imaging, 2009, 30(2):249-255.

[2]Sun J, Xing W, Chen J, et al.Correlation between apparent diffusion coefficient value and pathological grading in T1 b clear cell renal cell carcinoma.Chin J Radiol, 2012, 46(8): 682-686.孫軍, 邢偉, 陳杰, 等.T1 b期腎透明細(xì)胞癌ADC值與病理分級相關(guān)性的研究.中華放射學(xué)雜志, 2012, 46(8): 682-686.

[3]Koh DM, Collins DJ, Orton MR.Intravoxel incoherent motion in body diffusion-weighted MRI: reality and challenges.AJR Am J Roentgenol, 2011, 196(6): 1351-1361.

[4]Rheinheimer S, Stieltjes B, Schneider F, et al.Investigation of renal lesions by diffusion-weighted magnetic resonance imaging applying intravoxel incoherent motion-derived parameters: initial experience.Eur J Radiol, 2011, 81(3): e310-e316.

[5]Blondin D, Lanzman RS, Klasen J, et al.Diffusion-attenuated MRI signal of renal allografts: comparison of two different statistical models.AJR Am J Roentgenol, 2011, 196(6): W701-W705.

[6]Yu X, Lin M, Ouyang H, et al.Application of ADC measurement in characterization of renal cell carcinomas with different pathological types and grades by 3.0 T diffusion-weighted MRI.Eur J Radiol, 2012,81(11): 3061-3066.

[7]Zhao Q, Zhou GJ, Qing Y, et al.The application of reduced FOV MR imaging in spinaldiseases.Chin J Magn Reson Imaging, 2012,3(4): 275-277.趙強(qiáng), 周廣金, 清源, 等.小視野擴(kuò)散加權(quán)成像技術(shù)在脊柱及脊髓病變中的應(yīng)用.磁共振成像, 2012, 3(4): 275-277.

[8]Koh DM, Collins DJ.Diffusion-weighted MRI in the body:applications and challenges in oncology.AJR Am J Roentgenol, 2007,188(6): 1622-1635.

[9]Lemke A, Laun FB, Simon D, et al.An in vivo verification of the intravoxel incoherent motion effect in diffusion-weighted imaging of the abdomen.Magn Reson Med, 2010, 64(6): 1580-1585.

[10]Luciani A, Vignaud A, Cavet M, et al.Liver cirrhosis: intravoxel incoherent motion MR imaging--pilot study.Radiology, 2008, 249(3):891-899.

[11]Le Bihan D, Breton E, Lallemand D, et al.Separation of diffusion and perfusion in intravoxel incoherent motion MR imaging.Radiology,1988, 168(2): 497-505.

[12]Chen X, Liang CH, Liu ZY.The application of diffusion-weighted magnetic resonance imaging in liver.Chin J Magn Reson Imaging,2013, 4(1): 76-80.陳鑫, 梁長虹, 劉再毅.MR擴(kuò)散加權(quán)成像在肝臟中的應(yīng)用.磁共振成像, 2013, 4(1): 76-80.