隋昕，宋偉，徐曉莉，劉巍，王士闐，江波，王曉，宋蘭，金征宇

3.0 T磁共振動(dòng)態(tài)增強(qiáng)定量分析鑒別肺部良惡性病變的初步研究

隋昕，宋偉*，徐曉莉，劉巍，王士闐，江波，王曉，宋蘭，金征宇

目的探討動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI)定量分析對(duì)鑒別肺部良、惡性病變的診斷價(jià)值。材料與方法搜集30例胸部CT發(fā)現(xiàn)肺部實(shí)性結(jié)節(jié)或腫塊并行DCE-MRI的患者，男13例，女17例，年齡35～70歲。采用并行采集(CAIPIRINHA)、水脂分離Dixon方法及隨機(jī)軌跡時(shí)間分辨成像(time-resolved imaging with stochastic trajectories，TWIST)技術(shù)的容積內(nèi)插值法屏氣檢查(CAIPIRINHA-Dixon-TWIST volume-interpolated breath-hold examination，CDT-VIBE)序列，應(yīng)用Tofts模型測(cè)量病變區(qū)的微血管轉(zhuǎn)運(yùn)常數(shù)(Ktrans)、反流速率常數(shù)(Kep)、血管外細(xì)胞外容積分?jǐn)?shù)(Ve)和注射對(duì)比劑后60 s內(nèi)對(duì)比劑濃度-時(shí)間曲線下面積(iAUC)。結(jié)果30例患者中，肺部病變?yōu)榱夹哉?7例，惡性13例，病變大小在1.1～5.3 cm。惡性病變組Ktrans、Kep、iAUC值高于良性病變組(P＜0.05)。Ktrans、Kep、iAUC的ROC曲線下面積分別為0.988、0.765、0.806。結(jié)論DCE-MRI的參數(shù)Ktrans、Kep、iAUC對(duì)肺部良、惡性病變的鑒別診斷具有較高的診斷效能。

肺腫瘤；肺疾病；磁共振成像；動(dòng)態(tài)增強(qiáng)

在我國(guó)，肺癌的發(fā)病率和死亡率均居于榜首[1]，明顯高于其他腫瘤，其5年生存率低[2]，嚴(yán)重危害我國(guó)人民的健康。早期診斷、及時(shí)治療可以降低肺癌的死亡率，改善患者預(yù)后。盡管肺內(nèi)直徑大于1 cm的實(shí)性結(jié)節(jié)或腫塊，肺癌的發(fā)生率高，但是仍有部分病變?yōu)榱夹圆∽?，如炎性假瘤、結(jié)核等，肺內(nèi)實(shí)性結(jié)節(jié)或腫塊的鑒別主要依靠CT檢查，對(duì)病變形態(tài)進(jìn)行分析，并結(jié)合臨床病史[3-4]，但是診斷準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步提高。以往由于磁共振成像速度慢、空間分辨率低，在肺部病變?cè)\斷中的應(yīng)用存在一定限制。近年來(lái)，隨著MRI技術(shù)的不斷進(jìn)步革新，人們對(duì)CT輻射劑量的關(guān)注，肺部MRI檢查越來(lái)越受到重視。動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI (dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI)是一種無(wú)創(chuàng)的影像學(xué)手段，可監(jiān)測(cè)病變組織血流動(dòng)力學(xué)、血管滲透性等生理變化，良、惡性病變?cè)诿?xì)血管通透性、血流動(dòng)力學(xué)等方面均存在一定差異，DCE-MRI量化分析包括半定量分析和全定量分析。目前肺部良、惡性病變鑒別診斷中DCE-MRI全定量分析相關(guān)文獻(xiàn)較少，有待進(jìn)一步研究。本研究中筆者旨在探討3.0 T DCE-MRI全定量分析鑒別肺部良、惡性病變的可行性。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

入組標(biāo)準(zhǔn)：胸部CT發(fā)現(xiàn)肺部實(shí)性結(jié)節(jié)或腫塊，且病變大于1 cm，規(guī)律抗炎治療2周后，結(jié)節(jié)的大小和形態(tài)沒(méi)有變化。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)肺部病變直徑小于1 cm；(2)純磨玻璃樣結(jié)節(jié)；(3)部分實(shí)性結(jié)節(jié)，但實(shí)性成分小于1 cm。所有患者在MRI檢查前，均簽署知情同意書(shū)。MRI檢查后行手術(shù)治療或CT引導(dǎo)下穿刺活檢獲得病理證實(shí)，或經(jīng)過(guò)多次隨診觀察病變變化。

2016年10月至2017年4月共搜集30例患者(男13例，女17例，年齡35～70歲)，其中良性病變17例(包括機(jī)化性肺炎5例，結(jié)核6例，支氣管炎癥并肺不張5例，孤立性纖維瘤1例)，惡性病變13例(包括腺癌11例，鱗癌2例)。其中，13例惡性病變，均經(jīng)手術(shù)或穿刺病理證實(shí)；17例良性病變中，10例經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)，7例經(jīng)臨床治療觀察及隨訪證實(shí)。

1.2 檢查方法

所有患者仰臥位，采用德國(guó)西門子公司3.0 T Skyra MR儀，應(yīng)用具有一體化線圈技術(shù)(total image matrix，TIM)的18通道體線圈和32通道脊柱線圈，行MR常規(guī)序列、DWI、動(dòng)態(tài)增強(qiáng)檢查。訓(xùn)練患者呼吸配合，囑咐患者盡量保持平靜呼吸，在屏氣訓(xùn)練中，訓(xùn)練患者盡量憋住氣。掃描范圍自胸廓入口至肺下界。行常規(guī)T1WI、T2WI、DWI及DCE-MRI掃描，掃描參數(shù)：(1)冠狀面屏氣T2-HASTE序列：TR 971 ms，TE 83 ms，矩陣320×256，層厚8 mm；(2)橫軸面T1-VIBE序列：TR 4.00 ms，TE 1.85 ms，矩陣384×288，層厚3 mm，一次屏氣完成掃描；(3)橫軸面呼吸觸發(fā)T2-BLADE序列：TR 2190 ms，TE 105 ms，矩陣256×213，層厚6 mm；(4)軸面DWI序列：選擇三個(gè)b值(0、500、800 s/mm2)，TR 3600 ms，TE 53 ms，矩陣128×128。(5)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)檢查采用CDT-VIBE序列：TR 4.05 ms，TE1 1.23 ms，TE2 2.46，矩陣224×156，層厚 3 mm。對(duì)比劑采用釓噴酸葡胺注射液(Gd-DTPA，北陸藥業(yè)，規(guī)格15 ml：7.04 g)，劑量為0.2 mmol/kg，以2.0 ml/s的速率快速團(tuán)注。注射對(duì)比劑前，先掃描蒙片，如果蒙片掃描正常，再進(jìn)行增強(qiáng)掃描，掃描2幀后高壓注射器開(kāi)始注入藥物，連續(xù)掃描51期，每期4 s，前45期，每摒氣3期，休息9 s，45期后自由呼吸150 s，第46～51期，每摒氣3期，休息9 s，掃描總時(shí)間約8 min。

1.3 圖像分析及后處理

將全部數(shù)據(jù)傳入西門子圖像處理軟件(Tissue 4D，Siemens)，應(yīng)用軟件首先進(jìn)行運(yùn)動(dòng)矯正及圖像匹配后，利用多反轉(zhuǎn)角技術(shù)，在增強(qiáng)前通過(guò)小反轉(zhuǎn)角圖與大反轉(zhuǎn)角的蒙片圖擬合，計(jì)算機(jī)自動(dòng)算出增強(qiáng)前定量的T1基線值，參考T2WI及DWI圖像，在病灶橫截面最大層面病灶實(shí)性部分手動(dòng)勾畫(huà)感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，避開(kāi)囊變壞死區(qū)和出血區(qū)，利用Tofts兩室血流動(dòng)力學(xué)模型測(cè)量ROI區(qū)微血管轉(zhuǎn)運(yùn)常數(shù)(Ktrans)、反流速率常數(shù)(Kep)、血管外細(xì)胞外容積分?jǐn)?shù)(Ve)和注射對(duì)比劑后60 s內(nèi)對(duì)比劑濃度-時(shí)間曲線下面積(iAUC)，所有ROI區(qū)均測(cè)量三次取平均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 20.0軟件，采用Komogorov-Smirnov進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，如果符合正態(tài)分布且方差齊性，采用t檢驗(yàn)比較良性病變組和惡性病變組Ktrans、Kep、Ve、iAUC值，如果不符合正態(tài)分布，采用Mann-Whitney檢驗(yàn)法，比較良性病變組和惡性病變組Ktrans、Kep、Ve、iAUC值。采用受試者工作特征曲線 (receiver operating characteristic curve，ROC)分析Ktrans、Kep、Ve、iAUC值對(duì)肺部良性病變和惡性病變的診斷效能，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 良性病變組與惡性病變組DCE-MRI定量參數(shù)比較Tab. 1 Parameters of DCE-MR of benign and malignant group

圖1 A：女，60歲，右肺中葉腺癌，動(dòng)態(tài)增強(qiáng)的參數(shù)：Ktrans=0.314，Kep=0.726，Ve=0.433，iAUC=31.11；B：男，46，右肺下葉機(jī)化性肺炎，動(dòng)態(tài)增強(qiáng)的參數(shù)：Ktrans=0.07，Kep=0.31，Ve=0.227，iAUC=8.438Fig. 1 A: A 60-year-old female with adenocarcinoma in right middle lobe, Ktrans=0.314, Kep=0.726,Ve=0.433, iAUC=31.11. B: A-46-year-old male with organized pneumonia in left upper lobe,Ktrans=0.07, Kep=0.31, Ve=0.227, iAUC=8.438.

圖2 DCE-MRI定量參數(shù)Ktrans、Kep、iAUC的ROC曲線Fig. 2 ROC curves for Ktrans, Kep and iAUC from DCE-MRI.

2 結(jié)果

2.1 影像學(xué)表現(xiàn)

30個(gè)肺部病變直徑大小范圍為1.1～5.3 cm。惡性病變直徑大小范圍為1.2～5.3 cm，良性病變大小范圍為1.1～5.0 cm，二者差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。

2.2 DCE-MRI定量測(cè)量

惡性病變組和良性病變組Ktrans、Kep、iAUC值差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，惡性病變組和良性病變組Ve值差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。惡性病變組Ktrans、Kep、iAUC均顯著高于良性病變組(圖1)。

2.3 DCE-MRI定量測(cè)量鑒別肺部良性病變和惡性病變的診斷效能

繪制Ktrans、Kep、Ve、iAUC參數(shù)的ROC曲線，并計(jì)算相關(guān)參數(shù)曲線下面積(area under curve，AUC)，通過(guò)計(jì)算最大約登指數(shù)為最佳診斷閾值，得到不同定量參數(shù)判斷肺部良性病變和惡性病變的敏感度與特異度，各動(dòng)態(tài)增強(qiáng)參數(shù)ROC曲線結(jié)果見(jiàn)圖2。不同定量參數(shù)值均具有一定的診斷效能，Ktrans、Kep、iAUC的AUC分別為0.988、0.765、0.806，當(dāng)Ktrans值為0.109/min時(shí)，診斷敏感度為90%，特異度為88.2%；當(dāng)Kep值為0.773/min時(shí)，診斷敏感度為80.0%，特異度為70.6%；當(dāng)iAUC值為3.45時(shí)，診斷敏感度為70%，特異度為82.4%。

3 討論

3.1 病變大小鑒別肺部良、惡性病變的作用

以往研究認(rèn)為肺部病變的良、惡性鑒別診斷主要依據(jù)形態(tài)學(xué)特征，如大小、分葉征、毛刺征、空泡征等常提示惡性病變，其中病變大小是一重要鑒別依據(jù)，直徑小于5 mm肺部結(jié)節(jié)，惡性率小于1%，大于20 mm肺部結(jié)節(jié)，惡性率為82%[5]，隨著肺部病變?cè)龃?，惡性病變發(fā)病率增高。但與肺部良性病變存在一定交叉，給鑒別診斷帶來(lái)較大困難，容易導(dǎo)致誤診[3-4]。本研究結(jié)果顯示，肺部病變大小在良性病變組和惡性病變組差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，考慮本研究入組病變直徑均大于1 cm，無(wú)法單純依靠病變大小鑒別良、惡性。

3.2 DCE-MRI定量參數(shù)鑒別肺部良、惡性病變的作用

DCE-MRI是小分子順磁性對(duì)比劑團(tuán)注后引起組織T1弛豫時(shí)間縮短，通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)病變組織不同時(shí)相的圖像數(shù)據(jù)，觀察對(duì)比劑到達(dá)前后，組織T1弛豫時(shí)間的變化規(guī)律，獲得病變組織血流動(dòng)力學(xué)信息[6]，以往DCE-MRI在肺部結(jié)節(jié)鑒別診斷的應(yīng)用研究多采用半定量的參數(shù)分析[7]。半定量的分析易受主觀因素和檢查條件、設(shè)備的影響。本研究采用Tofts雙室模型定量計(jì)算血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)。DCE- MRI結(jié)合藥代動(dòng)力學(xué)模型的定量參數(shù)能夠準(zhǔn)確反映在體血流灌注、血管通透性等信息，有助于判斷病變的性質(zhì)[8]。以往由于掃描時(shí)間長(zhǎng)，單個(gè)動(dòng)態(tài)掃描的時(shí)間分辨率往往達(dá)到20 s甚至30 s[9]；由于動(dòng)態(tài)掃描序列時(shí)間分辨率對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性的決定性作用[10]，肺部呼吸運(yùn)動(dòng)的影響等諸多因素，所以DCE-MRI在肺部的定量研究較少。本研究應(yīng)用隨機(jī)軌跡時(shí)間分辨成像技術(shù)的容積內(nèi)插值法屏氣檢查(CAIPIRINHA-Dixon-TWIST volume-interpolated breath-hold examination，CDT-VIBE)序列顯著提高容積內(nèi)插值法屏氣檢查序列掃描速度，并保證圖像較高的空間分辨率及均勻的脂肪抑制[11]，將時(shí)間分辨率提高至4 s，減少了呼吸運(yùn)動(dòng)偽影的影響，有利于觀察不同時(shí)間分辨率的肺部良、惡性病變定量參數(shù)的變化。

Tofts雙室模型DCE-MRI定量評(píng)估參數(shù)包括Ktrans、Kep、Ve，Ktrans主要受血管長(zhǎng)度、血管表面積、血管密度和分布以及血流速度等影響[12]。三個(gè)參數(shù)之間存在如下關(guān)系：Kep=Ktrans/Ve。Ktrans值越高，微血管灌注和滲透性越高，反之亦然。本研究結(jié)果顯示惡性病變組Ktrans、Kep、iAUC值均高于良性病變組，其原因考慮為惡性病變細(xì)胞生長(zhǎng)旺盛，腫瘤新生血管增多，微血管密度增加，血管通透性增加[13]。本研究中，惡性病變組和良性病變組的Ve值差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Ve反映病變組織壞死及組織細(xì)胞化程度，Ve值增高，提示病變區(qū)域壞死程度高。盡管惡性病變因引流靜脈和淋巴管受累，導(dǎo)致回流受阻，但是部分炎癥也可因纖維組織增生，引起回流受阻，導(dǎo)致對(duì)比劑在血管內(nèi)滯留[14]。因此在肺部良、惡性病變中Ve值存在一定交叉。本研究中ROC曲線評(píng)估Ktrans、Kep、iAUC在肺部良性和惡性病變鑒別中的診斷效能，顯示Ktrans判斷肺部病變良、惡性的敏感度、特異度、準(zhǔn)確度最高。以往DCE-MRI定量研究多應(yīng)用于腹盆部病變的鑒別診斷[11，14]，肺部有關(guān)DCEMRI的研究多為半定量研究[15]，與之不同，本研究中筆者應(yīng)用CDT-VIBE序列，把時(shí)間分辨率顯著地提高至4 s；將DCE-MRI定量分析技術(shù)應(yīng)用于肺部，而有助于鑒別肺部良、惡性病變。

3.3 本研究不足

本研究存在一些不足：(1)樣本量較少，有待進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量研究；(2) DCE-MRI掃描容易受到呼吸運(yùn)動(dòng)的影響。本研究MRI檢查前，均對(duì)患者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，在一定程度上可減少呼吸運(yùn)動(dòng)的影響。

綜上所述，DCE-MRI的參數(shù)Ktrans、Kep、iAUC對(duì)肺部良、惡性病變的鑒別診斷具有較高的診斷效能，應(yīng)用定量分析可減少掃描參數(shù)設(shè)置的影響，反映組織病理學(xué)信息，有待臨床進(jìn)一步推廣研究。

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The quantitative study of dynamic contrast enhanced magnetic resonance in differentiating malignant and benign pulmonary lesions

SUI Xin, SONG Wei, XU Xiao-li, LIU Wei, WANG Shi-tian, JIANG Bo, WANG Xiao,SONG Lan, JIN Zheng-yu
Department of Radiology, Peking Union Medical College Hospital, Beijing 100730,China

Objective:To estimate the diagnostic accuracy of dynamic contrast enhanced magnetic resonance (DCE-MR) images in the differential diagnosis between malignant and benign lung lesions.Materials and Methods:A total of thirty patients(male 13, female 17) with the presence of a newly detected solitary pulmonary lesion on CT, which was a solid nodule and needed further evaluation were included. All subjects were examined and underwent DCE-MR with CDT-VIBE. Ktrans、Kep、Veand iAUC were calculated using the modified Tofts model.Results:In this study, 17 benign pulmonary lesions and 13 malignancies were found. The longest transverse diameter measured ranged from 1.1 to 5.3 cm. Malignancies had significantly higher Ktrans, Kep, iAUC than the benign lesions (P＜0.05). The results of the ROC analysis showed AUC values for Ktrans(0.988), Kep(0.756), iAUC (0.806).Conclusions:Dynamic MR imaging reveals significant Ktrans, Kep, iAUC differences in perfusion between malignant and benign pulmonary lesions.

Lung neoplasms; Lung diseases; Magnetic resonance imaging; Dynamic contrast enhancement

公益性行業(yè)科研專項(xiàng)基金(編號(hào)：201402013)

中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院放射科，北京，100730

宋偉，E-mail：cjr.songwei@vip.163.com

2017-05-31

接受日期：2017-06-23

R445.2；R734.2

A

10.12015/issn.1674-8034.2017.07.006

隋昕, 宋偉, 徐曉莉, 等. 3.0 T磁共振動(dòng)態(tài)增強(qiáng)定量分析鑒別肺部良惡性病變的初步研究. 磁共振成像, 2017, 8(7):509-513.*Correspondence to: Song W, E-mail: cjr.songwei@vip.163.com

Received 31 May 2017, Accepted 23 June 2017

ACKNOWLEDGMENTSThis project is supported by public welfare special fund for Industry Research (No. 201402013).