江蘇省常州市武進(jìn)人民醫(yī)院放射科

(江蘇 常州 213002)

許建興 劉良卿 王開香 梅 莉 鄭建剛 沈 燁 趙衛(wèi)忠

磁共振ADC全容積直方圖區(qū)分肺癌常見病理類型的價(jià)值

江蘇省常州市武進(jìn)人民醫(yī)院放射科

(江蘇 常州 213002)

許建興 劉良卿 王開香 梅 莉 鄭建剛 沈 燁 趙衛(wèi)忠

目的探討磁共振彌散加權(quán)成像(DWI)的表觀彌散系數(shù)(ADC)全容積直方圖對肺癌常見病理類型的鑒別診斷價(jià)值。方法回顧性分析經(jīng)病理證實(shí)的肺癌35例，在磁共振工作站ADC圖上繪制整個(gè)腫瘤病灶的感興趣區(qū)，用軟件得出整個(gè)腫瘤的全容積ADC直方圖，獲得整個(gè)腫瘤的平均ADC值(ADCmean)，分別對常見肺癌病理類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)比較。結(jié)果經(jīng)ADC全容積直方圖分析，肺小細(xì)胞癌的ADCmean明顯小于非小細(xì)胞癌，差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.001)；鱗狀細(xì)胞癌的ADCmean低于腺癌，差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。結(jié)論ADC全容積直方圖分析可以客觀地提供腫瘤的整體信息，能區(qū)別肺癌常見病理類型之間的差異，對肺癌的診斷有潛在優(yōu)勢。

肺癌；彌散加權(quán)成像；表觀彌散系數(shù)；直方圖

目前肺癌是最常見的惡性腫瘤之一，死亡率高。肺癌也仍是低診斷率的癌癥之一，尤其是對于不同的組織學(xué)類型診斷更加困難，需通過支氣管鏡、穿刺活檢或手術(shù)后病理來確診。隨著磁共振多通道線圈、并行采集技術(shù)和運(yùn)動偽影抑制等技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)在胸部的應(yīng)用越來越廣泛[1-2]。DWI是能夠在活體檢測水分子微觀運(yùn)動的功能成像技術(shù)，水分子的微觀運(yùn)動會引起質(zhì)子自旋的相位彌散，從而導(dǎo)致信號衰減，此信號衰減可通過計(jì)算表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)來量化；既往大多數(shù)研究是在腫瘤單一層面手工繪制感興趣區(qū)(region of interest，ROI)來獲得腫瘤的平均ADC值[3-5]，未能利用整個(gè)腫瘤的ADC信息。ADC全容積直方圖分析是用來描述整個(gè)腫瘤同樣信號強(qiáng)度的像素?cái)?shù)，描述腫瘤彌散異質(zhì)性的方法，在腫瘤定性、分級或療效評估中已顯示出其優(yōu)越性[6-13]。本文旨在用ADC全容積直方圖來分析肺癌常見病例類型的ADC值差異，為臨床治療和預(yù)后提供更多有價(jià)值的信息。

1 材料與方法

1.1 臨床資料2015年5月至2016年7月，35名病理組織學(xué)(手術(shù)、支氣管鏡活檢或穿刺活檢)證實(shí)為肺癌的患者行常規(guī)MRI和DWI檢查，檢查前未接受任何放療和化療。患者平均年齡67歲(45～83歲)。其中腺癌16例，鱗狀細(xì)胞癌l1例，小細(xì)胞癌8例。

1.2 磁共振成像采用西門子Avanto 1.5T(Magnetom Avanto，Siemens AG，Erlangen，Germany)超導(dǎo)磁共振成像系統(tǒng)和體部表面線圈，患者采取仰臥位頭先進(jìn)，進(jìn)行常規(guī)磁共振和DWI序列掃描。DWI序列采用單次激發(fā)自旋回波-平面回波成像序列(spin echo-echo planar imaging，SE-EPI)，在自由呼吸狀態(tài)下采集圖像，b值分別取50s/mm2、800s/mm2，同時(shí)在X、Y、Z軸三個(gè)方向上施加敏感梯度脈沖。DWI數(shù)據(jù)通過相對應(yīng)的ADC圖進(jìn)行定量評價(jià)，有豐富MRI診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)生在未知病理結(jié)果的情況下，獨(dú)立測量完成。運(yùn)用第三方軟件，在ADC圖上沿腫瘤邊界在每一層面勾畫感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，最終生成三維感興趣區(qū)(3D VOIs)，再用軟件對VOIs進(jìn)行分析，生成整個(gè)腫瘤的ADC全容積直方圖，為簡化計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，我們以整個(gè)腫瘤全容積直方圖的平均ADC值(ADCmean)來比較肺癌常見病理類型的ADC值差異。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析使用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析不同組織類型肺癌ADC值的差異，將P＜0.05定義為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié) 果

35例肺癌在T1WI上呈等信號，T2WI呈稍高信號，DWI上呈明顯高信號.ADC圖上呈不同程度低信號。經(jīng)過對整個(gè)腫瘤的全容積直方圖分析，肺腺癌、鱗狀細(xì)胞癌和非小細(xì)胞癌的ADCmean分別為(1.398±0.203)×10-3mm2/s、(1.148±0.254)×10-3mm2/s和(0.814±0.132)×10-3mm2/s。小細(xì)胞癌的ADCmean明顯小于非小細(xì)胞癌，差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.001)；鱗狀細(xì)胞癌的ADCmean低于腺癌，差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

3 討 論

磁共振功能成像中的DWI技術(shù)，能夠在活體檢測水分子微觀運(yùn)動，提供組織病理生理學(xué)信息。DWI目前已成熟應(yīng)用于頭部急性腦缺血、顱內(nèi)腫瘤以及脫髓鞘疾病的診斷，并且隨著MR軟硬件技術(shù)發(fā)展，DWI也已廣泛地應(yīng)用到體部的影像學(xué)檢查中。對于磁共振在肺部成像，雖然與CT比較，呼吸運(yùn)動偽影難以避免，但MRI及其DWI技術(shù)在肺部的應(yīng)用也越來越廣泛。DWI是根據(jù)水分子彌散率的不同而成像，雖然影響水分子彌散的因素很多，但我們是通過選擇不同的b值計(jì)算病變的ADC值差異來提供診斷信息，所以成像的關(guān)鍵是b值的選擇。由于MRI掃描設(shè)備不同，設(shè)置的序列和掃描參數(shù)不同，胸部DWI檢查的最佳b值存在爭論，沒有統(tǒng)一。既往普遍認(rèn)為隨著b值的增加，所得圖像的擴(kuò)散權(quán)重加大，不同組織之間的對比增加，b值差越大的圖像測得的ADC值越準(zhǔn)確，但同時(shí)也會導(dǎo)致圖像信噪比降低。本單位選擇b值為50s/mm2和800s/mm2。

DWI最大優(yōu)點(diǎn)是可以將病變顯示為具有高對比度的高信號，同時(shí)它可以提供一個(gè)量化的生理參數(shù)ADC值，不同的組織結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出不同的ADC值，從而可用ADC值來研究組織類型和組織特征[14-15]。既往文獻(xiàn)[16]認(rèn)為：腺癌的生長方式為代替生長，癌細(xì)胞沿肺泡壁生長替代柱狀上皮細(xì)胞，底層結(jié)構(gòu)保存；鱗狀細(xì)胞癌則為團(tuán)塊狀生長方式，癌細(xì)胞壓縮式增殖和非替代性侵犯；小細(xì)胞癌通常為小圓形或卵圓形細(xì)胞，細(xì)胞密集程度較高，細(xì)胞外空間相對較小。三種病理類型肺癌的生長方式不同導(dǎo)致細(xì)胞構(gòu)成的差異，從而表現(xiàn)為細(xì)胞密度的差異，在DWI上表現(xiàn)為信號差異，最終導(dǎo)致ADC值的不同；小細(xì)胞癌的細(xì)胞密度高于非小細(xì)胞癌，所以ADC值應(yīng)該低于非小細(xì)胞癌；腺癌的細(xì)胞密度低于鱗狀細(xì)胞癌，從而ADC值應(yīng)該高于鱗狀細(xì)胞癌。既往Liu等[17-18]的研究也表明小細(xì)胞癌和非小細(xì)胞癌的ADC值存在差異；趙希彤等[19-20]認(rèn)為腺癌ADC值明顯高于鱗狀細(xì)胞癌。

直方圖分析是用來顯示不同強(qiáng)度信號在腫瘤中的分布，描述腫瘤的異質(zhì)性。直方圖在分析整個(gè)腫瘤時(shí)可消除感興趣區(qū)繪制時(shí)的任意性。既往許多文獻(xiàn)[6-13]認(rèn)為直方圖分析的重復(fù)性更好，腫瘤的異質(zhì)性變化可以通過直方圖來直觀地表示，可獲得腫瘤相關(guān)定量描述性參數(shù)。ADC全容積直方圖是顯示整個(gè)腫瘤所有體素ADC值的頻數(shù)分布柱形圖，直觀顯示ADC值的范圍和分布狀態(tài)，包括最小ADC值，最大ADC值，平均ADC值，各百分位ADC值水平，以及直方圖峰度和偏度等參數(shù)。有研究[22]認(rèn)為腫瘤細(xì)胞增殖最旺盛的部分，細(xì)胞核分裂最活躍，結(jié)構(gòu)最致密，水分子彌散明顯受限，ADC值較低，因而10%ADC值最能反映腫瘤細(xì)胞的病理及分化程度。但本研究認(rèn)為肺癌周圍氣體較多，腫瘤內(nèi)部亦可存在氣體，氣體噪聲、偽影及鄰近結(jié)構(gòu)等極端數(shù)值可能影響10%ADC值的測量結(jié)果(圖1)。所以，本研究選擇受這些極端數(shù)值影響較小的ADCmean來比較肺癌的常見病理類型。直方圖分析結(jié)果表明小細(xì)胞癌的ADCmean值明顯小于非小細(xì)胞癌，鱗狀細(xì)胞癌的ADCmean值則低于腺癌，差別均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與既往文獻(xiàn)[17-22]報(bào)道一致。同時(shí)我們也發(fā)現(xiàn)肺小細(xì)胞癌的直方圖峰值位于非小細(xì)胞癌的左側(cè)，鱗狀細(xì)胞癌的直方圖峰值則位于腺癌的左側(cè)，此表現(xiàn)結(jié)果提示我們可通過直方圖頻數(shù)分布柱形圖來直觀區(qū)分肺癌的病理類型。

圖1-2 男性 66 歲 鱗狀細(xì)胞癌，T2WI(1)，顯示瘤內(nèi)穿刺活檢后的少量氣體（白箭），ADC圖(2)顯示氣體（白箭）可導(dǎo)致極端數(shù)值，影響10%ADC值的結(jié)果。

本研究也有一些局限性：第一，招募病例數(shù)較少，未來將擴(kuò)大病例樣本量來進(jìn)一步證實(shí)不同組織學(xué)類型間ADC值的差異，同時(shí)還可以對組織切片及DWI圖像進(jìn)行微觀精確對照研究。第二，整個(gè)腫瘤病灶的ADC直方圖，可獲得腫瘤各百分比ADC值及直方圖的偏度和峰度，計(jì)算較復(fù)雜，工作量較大，我們將在今后的工作中進(jìn)行研究，并嘗試獲得ADC 直方圖分析時(shí)相關(guān)定量參數(shù)的閾值。第三，我們使用的b值為50s/mm2和800s/mm2，并沒有使用其他的 b值，所以我們不能確定肺癌成像的最佳b值，進(jìn)一步使用DWI其他b值來診斷是必要的。

總之，對于描述肺癌特征，ADC值是一個(gè)重要的參數(shù)，相對于腺癌，小細(xì)胞癌和鱗狀細(xì)胞癌更傾向于擁有較低的ADC值，這在某種程度上提供了一種可以鑒別肺癌病理類型的方法。依靠ADC全容積直方圖來精確估計(jì)病理類型還有些困難，但作為診斷肺癌的輔助手段之一，其對于肺癌的病理類型的評估具有很大的潛力。

[1] Kanauchi N,Oizumi H,Honma T，et a1.Role of diffusionweighted magnetic resonance imaging for predicting of tumor invasiveness for clinical stage IA non-small cell lung cancer [J].Eur J Cardiothorac Surg,2009,35(4):707-711．

[2] Matoba M,Tonami H，Kondou T,et a1.Lung carcinoma：diffusionweighted MR imaging-preliminary evaluation with apparent diffusion coefficient[J].Radiology,2007,243(2):570-577.

[3] Razek AA,Fathy A,Gawad TA.Correlation of apparent diffusion coefficient value with prognostic parameters of lung cancer[J].J Comput Assist Tomogr,2011,35(2):248-252.

[4] Herneth AM,Guccione S,Bednarski M.Apparent Diffusion Coefficient:a quantitative parameter for in vivo tumor characterization[J].European journal of radiology,2003,45(3):208-213.

[5] Koyama H,Ohno Y,Seki S,et al.Value of diffusion-weighted MR imaging using various parameters for assessment and characterization of solitary pulmonary nodules[J].European journal of radiology,2015,84(3):509-515.

[6] Seung Hyun C,Gab Chul K,Yun-Jin J,et al.Locally advanced rectal cancer:postchemoradiotherapy ADC histogram analysis for predicting a complete response[J].Acta Radiologica,2015,56(9):1042-1050.

[7] Se Jin A,Seung Hong C,Young-Jae K,et al.Histogram Analysis of Apparent Diffusion Coefficient Map of Standard and High B-value Diffusion MR Imaging in Head and Neck Squamous Cell Carcinoma:A Correlation Study with Histological Grade[J].Academic Radiology,2012,19(10):1233-1240.

[8] Jeongwon L,Seung Hong Choi,Ji-Hoon K,Chul-Ho S,Sooyeul L,Jaeseung Jeong.Glioma grading using apparent diffusion coefficient map:application of histogram analysis based on automatic segmentation[J].NMR Biomed,2014,27(9):1046-1052.

[9] Shi-Teng Suo M,Xiao-Xi Chen M, Yu Fan B,et al.Histogram Analysis of Apparent Diffusion Coefficient at 3.0 T in Urinary Bladder Lesions:Correlation with Pathologic Finding s[J]. Academic Radiology,2014,21(8):1027-1034.

[10]Lu SS,Kim SJ,Kim N,et al.Histogram analysis of apparent diffusion coefficient maps for differentiating primary CNS lymphomas from tumefactive demyelinating lesions[J].AJR Am J Roentgeno,2015,204(4):827-834.

[11]Qing Wang MMa,Hai Li MMb,Xu Yan PDc,et al.Histogram analysis of diffusion kurtosis magnetic resonance imaging in differentiation of pathologic Gleason grade of prostate cancer[J].Urol Oncol,2015;33(8):337(e315-e324).

[12]Zhang YD,Wang Q,Wu CJ,et al.The Histogram Analysis of Diffusion-Weighted Intravoxel Incoherent Motion(IVIM)Imaging for Differentiating the Gleason grade of Prostate Cancer[J]. European Radiology,2015,25(4):994-1004.

[13]Liang HY,Huang YQ,Yang ZX,et al.Potential of MR histogram analyses for prediction of response to chemotherapy in patients with colorectal hepatic metastases[J].Eur Radiol,2016,26(7):2009-2018.

[14]Satoh S,Kitazume Y,Ohdama S,et al.Can malignant and benign pulmonary nodules be differentiated with diffusion weighted MRI[J].Am J Roentgenol,2008,191(2):464-470.

[15]Wu LM,Xu JR,Hua J,et al.Can diffusion-weighted imaging be used as a reliable sequence in the detection of malignant pulmonary nodules and masses?[J].Magnetic resonance imaging,2013,31(2):235-246.

[16]E Brambilla,W．D.Travis,T.V.Colby,et a1.The new World Health Organization classification of lung tumours[J].Eur Respir J,2001,18(6):1059-1068．

[17]Liu H,Liu Y,Yu T,et al.Usefulness of diffusionweighted MR imaging in the evaluation of pulmonary lesions[J].Eur Radiol,2010,20(4):807-815.

[18]Razek A A,Fathy A,Gawad T A,Correlation of apparent diffusion coefficient value with prognostic parameters of lung cancer[J].J Comput Assist Tomogr,2011,35(2):248-252．

[19]趙希彤,么金龍.擴(kuò)散加權(quán)磁共振成像及表觀擴(kuò)散系數(shù)在肺癌組織學(xué)診斷中的作用[J].中國醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2011,40(5):449-451.

[20]Matoba M,Tonami H,Kondou T,et a1.Lung carcinoma：diffusionweighted mrimaging--preliminary evalumion with apparent diffusion coefficient[J].Radiology,2007,243(2):570-577.[21]鄧啟明,邱維加,張培平,等.擴(kuò)散加權(quán)成像鑒別肺部良惡性病變的價(jià)值[J].中國CT和MRI雜志,2012,10(01):35-37.

[2 2]溫淑蓉.直方圖分析法鑒別中央帶前列腺癌與低信號增生結(jié)節(jié)的研究[J].放射學(xué)實(shí)踐,2016,31(11):1076-1079.

(本文編輯: 劉龍平)

The Value of Histogram-based Apparent Diffusion Coefficient in Distinguishing Common Pathological Subtypes of Lung Cancer

XU Jian-xing, LIU Liang-qing, WANG Kai-xiang, et al．, Department of Radiology,Changzhou Wujin People's Hospital, Changzhou 213002, Jiangsu Province, China

ObjectiveTo evaluate whether histogram analysis of apparent diffusion coefficient (ADC) values can be used to differentiate common pathological subtype of lung cancers．MethodsThirty-five lung cancer patients were retrospective1y analyzed．ADC histogram was obtained from the entire tumor volume． ADCmean were obtained in a MR work station through software． ResultsThe ADCmean was significantly lower in small cell carcinomas than that in that non-small cell carcinomas． The ADCmean was significantly lower in squamous cell carcinomas than that in adenocarcinomas．ConclusionHistogram analysis of ADC values in lung cancers has potential for differentiating histologic subtypes,providing information about the entire tumor．

Lung Cancer; Diffusion Weighted Imaging; Apparent Diffusion Coefficient;Histogram

R734.2；R445.2

A

10.3969/j.issn.1672-5131.2017.11.005

趙衛(wèi)忠

2017-09-18