体素内不相干运动扩散加权成像对小细胞肺癌与非小细胞肺癌的鉴别诊断

党珊，郭炎兵，马光明，于楠,2，于勇,2，王少彧，段海峰

1.陕西中医药大学附属医院医学影像科，陕西咸阳 712000；2.陕西中医药大学，陕西咸阳 712046；3.西门子医疗系统有限公司中国区西安分公司影像诊断集团磁共振科研市场部，陕西西安 710077； *通讯作者 段海峰 dhf98@163.com

肺癌的发病率及病死率居恶性肿瘤首位[1]。2015 WHO 分类将肺癌分为小细胞肺癌（small cell lung carcinoma，SCLC）与非小细胞肺癌（non-small cell lung carcinoma，NSCLC）[2]。SCLC 占肺癌的13%～15%[3]，尽管发病率低，但恶性程度较NSCLC 更高，侵袭性更强，早期更易发生远处转移，预后极差[4]。因此，早期鉴别SCLC 与NSCLC 对临床制订治疗策略至关重要。

既往多采用多层螺旋CT 鉴别SCLC 与NSCLC，但CT 仅能提供病灶大小及形态学信息，无法提供肿瘤内部功能信息，有电离辐射，且部分患者有对比剂过敏的风险。MRI 无辐射，软组织分辨率高，可多序列、多参数成像，近年在肺部的应用逐渐广泛[5]。

体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM）扩散加权成像可反映肿瘤内部功能信息，包括IVIM 及扩散加权成像（DWI）；IVIM及DWI参数包括表观扩散系数（ADC）、扩散系数（diffusion coefficient，D）、假扩散系数（pseudo-diffusion coefficient，D*）及灌注分数（perfusion fraction，f）值。IVIM 可以无创地反映并量化肿瘤组织的血流灌注及水分子扩散情况，可为肿瘤的内部特征及疗效评估提供帮助[6-8]。DWI 不仅可以鉴别肺部肿瘤的良、恶性[9-10]，而且可以预测肿瘤的病理分级[11]。本研究拟采用IVIM 及DWI 观察SCLC 与NSCLC 组间各参数的差异，为使用IVIM 鉴别SCLC 与NSCLC 提供影像学依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象 本研究经陕西中医药大学附属医院伦理委员会批准（伦理委员会编号：SZFYIEC-YJ-2019年第[19]号），所有受试者在检查前均被告知研究内容并签订知情同意书。收集2016年11月—2019年1月在我院肿瘤科就诊的肺癌患者，均经外科手术或CT 引导下穿刺活检或支气管镜检查获得病理结果。纳入标准：患者均未行任何治疗，在穿刺前24 h 内行MRI检查，MRI 图像质量良好；排除标准：有MRI 扫描禁忌证，图像质量差（由2 名放射科医师对图像质量进行评判）。最终纳入98 例肺癌患者，其中男66 例，女32 例；年龄29～89 岁，平均（62.07±9.94）岁；病理类型：SCLC 18 例；NSCLC 80 例，其中腺癌54 例，鳞癌24 例，腺鳞癌2 例；病灶大小（4.46±3.09）cm。所有患者于治疗前均使用3.0T MR 扫描仪行IVIM 及DWI 序列检查。

1.2 MR-IVIM 检查 使用Siemens MAGNETOM skyra 3.0T MR 仪，18 通道体线圈，患者取仰卧位，扫描序列：轴位T1WI（radial volume interpolated body examination，radial VIBE）、T2WI（BLADE）、DWI 及IVIM 序列，DWI 与IVIM 为自由呼吸状态扫描；采用ishim DWI 序列行轴位扫描，扫描参数：TR 7425 ms，TE 60 ms，视野（FOV）400 mm×400 mm，矩阵104×128，b=50、800 s/mm2，层厚5 mm，层间距1 mm，扫描层数45 层，平均扫描时间约3 min 14 s；IVIM 扫描参数：TR 6000 ms，TE 58 ms，FOV 380 mm×380 mm，矩阵108×134，b=0、50、100、150、200、400、600、800 s/mm2，层厚5 mm，层间距1 mm，扫描层数35 层，平均扫描时间约6 min 13 s。2 名有经验的放射科医师采用双盲法使用体部弥散后处理工具包软件（Siemens HealthCare）测量ADC 值、D 值、f 值及D*值，感兴趣区选取DWI 序列病灶信号强度最高的层面及其上、下2 个层面共3 个层面，每个病灶测量3 次取平均值。

1.3 统计学方法 使用SPSS 24.0 软件，采用组内相关系数（ICC）计算2 位观察者对各参数测量的一致性；1 表示完全一致，0 表示不一致，ICC 值>0.75 表示有非常高的可靠性。使用Shapiro-Wilk 对IVIM 及DWI 各参数进行正态性检验，符合正态分布者使用独立样本t检验，不符合正态分布者使用Mann-WhitneyU检验；使用受试者工作特征（ROC）曲线评价ADC值、D 值、f 值及D*值对SCLC 与NSCLC 的诊断价值。以P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组肺癌患者IVIM 及DWI 参数比较 2 名放射科医师对ADC 值、D 值、D*值和f 值测量的一致性较好（ICC=0.976、0.796、0.974、0.782）。SCLC组ADC 值及D 值低于NSCLC 组，差异有统计学意义（P<0.001，表1）。

2.2 各参数对SCLC 与NSCLC 的鉴别诊断效能 以ADC 阈值为1121.3×10-6mm2/s 鉴别SCLC 与NSCLC的ROC 曲线下面积为0.748，敏感度为68.8%，特异度为88.9%；以D 阈值为967.2×10-6mm2/s 鉴别SCLC与NSCLC 的ROC 曲线下面积为0.790，敏感度为72.5%，特异度为83.3%（图1）。典型病例的MRI 图像见图2～4。

图1 ADC 值及D 值诊断SCLC 与NSCLC 的ROC 曲线

表1 两组肺癌患者ADC 值、D 值、D＊值及f 值比较[M（Q1，Q3）]

图2 男，40 岁，右肺下叶小细胞肺癌（箭）。

图3 男，74 岁，左肺下叶鳞癌（箭）。

图4 女，48 岁，右肺上叶腺癌（箭）。

3 讨论

近年来，随着MRI 软硬件技术的进步，肺部MRI的应用越来越广泛；IVIM 及DWI 已广泛应用于全身多部位的研究。DWI 为单指数模型，是利用水分子的随机微观运动对活体组织进行成像的无创方法，它假设水分子的微观运动仅受水分子的影响，ADC 值由该模型计算得出，代表水分子的扩散情况[12]；IVIM-DWI 为双指数模型，于1986年由Le 等[13]提出，该序列为多b 值扫描，D 值、f 值及D*值由该模型计算得出，D 值代表组织单纯水分子的真实扩散情况，D*值代表组织内微循环灌注所致的扩散效应，f 值反映微循环灌注形成的假性扩散在IVIM 中所占的比例。

ADC 值代表水分子的扩散及血流灌注情况，可用于鉴别肺肿块的良恶性[14-16]。彭琴等[17]对105 例肺癌病理亚型的IVIM 研究表明，腺癌ADC 值高于鳞癌及SCLC。恶性肿瘤细胞增殖旺盛，细胞排列紧密，细胞外间隙减小使水分子运动减慢；肿瘤细胞胞核增大、细胞器增多、胞质减少亦可导致细胞内水分子运动减慢[10,18]。本研究中，SCLC 较NSCLC 肿瘤组织ADC 值更低；而SCLC 多较NSCLC 恶性程度更高，侵袭性更强，这可能是本研究中ADC 值可用于鉴别SCLC 与NSCLC 的原因。本研究发现，ADC 值及D 值可用于鉴别SCLC 与NSCLC，且SCLC 的ADC值及D 值均低于NSCLC，两组间ADC 值的差异可能是由D 值的差异所致。

D*值代表微循环灌注所致的扩散效应，主要受微循环灌注中血流速度及毛细血管长度的影响[8]。f 值反映微循环灌注形成的假性扩散所占比例，主要受微循环灌注血流量的影响。雷永霞等[19]研究发现，周围型肺癌的f 值明显低于感染性肉芽肿；Le Bihan 等[13]研究发现，D*值、f 值对肺部良、恶性肿块均无鉴别诊断价值；使用IVIM 模型对前列腺及肾细胞癌中的研究发现，f 值可以直接反映肿瘤组织局部的血流灌注情况。因此，关于f 值及D*值，各项研究结果并不完全一致。另外，f 值及D*值可能同时受微血管解剖、血管通透性及血流动力学等多个生理过程的影响[20]；低b 值时各参数受血管灌注因素影响较大，同时也可能受淋巴液、脑脊液及唾液流动等的影响[21-23]；以上可能是本研究中f 值及D*值不能用于鉴别SCLC 与NSCLC 的原因之一。本研究结果表明，用ADC 值、D 值、f 值及D*值等鉴别SCLC 与NSCLC 时，D 值较ADC 值曲线下面积更大，敏感度高，但特异度低。

本研究发现，IVIM 及DWI 各参数均不能用于鉴别肺腺癌与鳞癌。彭琴等[17]使用IVIM 对105 例肺癌病理亚型研究表明，腺癌的ADC 值、f 值高于鳞癌及NSCLC，与本研究结果不一致，可能与纳入样本有关，在今后的研究中，将进一步纳入更多病例进一步探索。

本研究存在一定的局限性：第一，本研究为回顾性研究，样本的选择可能存在偏倚；第二，ROI 的选取未采用全瘤体积勾画，这可能在一定程度上不能体现肿瘤组织内部的异质性，在今后的研究中将加以改进。

总之，IVIM 及DWI 模型无电离辐射，无需使用对比剂即可提供肿瘤内部功能信息，且可从扩散运动及灌注两个方面对肺癌病灶进行定量分析，对肺癌病理亚型的判断具有一定的临床价值。