MR扩散加权成像在肝脏占位性病变中的应用

1、    MR扩散加权成像在肝脏占位性病变中的应用作者：王嵩张世界李琼赵秋枫张建军马国骏【摘要】 目的筛选肝脏扩散加权成像(DWI)较合适的b值, 并探讨DWI对鉴别肝脏良恶性病变的价值。方法测定129例314个肝脏病变在b分别取50、500、800 s/mm2 时的信号强度、背景噪声, 比较不同b值时同一病变信号强度、质量指数及信噪比的差异; 同一b值时不同肝脏病变平均ADC的差异。结果1. 肝癌DWI图像各b值时信号强度、信噪比、质量指数均不同, 随b值增加而降低, 各b值差异显著(F值分别为103.77、93.06、118.19, P值均<0.

2、01), 而噪声则与b值无关(F=2.19, P>0.05)。2. 肝脏病变分为肝癌、肝转移癌、肝囊肿、肝血管瘤, b=500 s/mm2时的平均ADC值分别为(1.04±0.08)×10-3mm2/s、(1.09±0.1)×10-3mm2/s、(2.77±0.11)×10-3mm2/s、(1.84 ±0.12)×10-3mm2/s, 各组之间两两比较, 除肝癌与肝转移癌P=0.13, 差别无统计学意义外, 余P值均<0.05; 肝癌实质区与坏死区平均ADC值分别为(1.04±0.08)

3、15;10-3mm2/s, (1.55±0.05)×10-3mm2/s, 二者比较P<0.05。结论本研究认为b=500s/mm2为较适合的肝脏扩散加权成像b值, DWI及ADC值可以鉴别肝脏良恶性病变, 鉴别肝癌的实质区和坏死区。【关键词】 肝脏病变; 磁共振; 扩散成像; 表观扩散系数Application of MR diffusion weighted imaging in the diagnosis of focal space-occupying lesions in liverWANG Song, ZHANG Shi-jie, LI Qiong, ZHA

4、NG Jian-jun, MA Guo-jun(Radiology Department, Long Hua Hospital, Shang Hai TCM University, 200032, China)【Abstract】 Objective To discuss the value of DWI with different b-value for identification the benign and malignant hepatic lesions. Methods 314 hepatic lesions from 129 cases were investigated.

5、Signal intensity, quality index and background noise were measured when the b-value was 50、500、800s/mm2 respectively, comparing the differences of mean ADC-value and signal intensity with the same b-value, different hepatic lesion, or with the different b-value but the same kind of hepatic lesion. R

6、esults 1. Signal intensity and signal-to-noise rate of DWI image of hepatoma was different with different b-value, it was decreasing with the increase of b-value. The difference was significant between groups with different b-value(F=103.77、93.06、118.19, P<0.01), but background noise had no relat

7、ionship with b-value (F=2.19, P>0.05). 2.Hepatic lesion was classified as hepatoma, hepatic metastatic cancer, hepatic cyst and hepatic hemangioma. The mean ADC-value were(1.04±0.08)×10-3mm2/s、(1.09±0.1)×10-3mm2/s、(2.77±0.11)×10-3mm2/s、(1.84±0.12)×10-3mm2/s

8、 respectively. Except that the difference between hepatoma and hepatic metastatic cancer had no statistical significance(P=0.13), the pairwise comparison showed that difference had statistical significance(P<0.05); mean ADC-value of solid area and necrosis area of hepatoma were(1.04±0.08)

9、15;10-3mm2/s, (1.55±0.05)×10-3mm2/s respectively, comparison of them showed significant different P<0.05. Conclusion The DWI image with b-value of 500 s/mm2 can be used to identify benign and malignant hepatic lesions, and solid area and necrosis area of hepatoma.【Key words】Hepatic lesi

10、ons; MRI; DWI; Apparent diffusion coefficient扩散加权成像是磁共振的功能成像技术之一, 反映水分子的扩散特性,是目前唯一无创性反映活体组织功能状态并将宏观流动相位位移成像原理应用于显微水平的检查技术。最初主要应用于早期脑缺血的诊断中1, 2, 近年来, 随着成像技术的发展, 扩散加权成像也逐渐应用于肝脏, 其在肝脏占位性病变的检出和鉴别诊断中可能起的作用, 越来越受到人们的关注。本部分主要探讨肝癌在不同b值时的信号强度、信噪比及质量指数, 确定较适合的肝脏检查b值; 不同病变相同b值时表观扩散系数(Apparent Diffusion Coeffic

11、ien值, ADC值)鉴别肝脏良恶性病变的可能性。1材料与方法1.1病例情况肝脏占位病变129例, 男性86例, 女性43例, 年龄2985岁, 平均为61.1岁, 共发现314个病灶。其中原发性肝癌25例, 转移癌36例(单发病灶12例, 23例为多发转移病灶), 肝囊肿52例, 肝脏血管瘤16例。病例选择 : (1)所有肝细胞癌病例均结合甲胎球蛋白、临床资料、超声或/和CT、MRI影像资料, 并经手术或穿刺证实; (2)肝转移瘤病例均有明确原发病灶; (3)所有肝囊肿和血管瘤病例均根据临床资料, 超声或/和CT、MRI综合诊断, 并结合随访观察。1.2MRI扫描参数所有患者均使用德国西门子

12、(Siemens)Avanto 1.5T 超导型磁共振成像系统进行扫描, 采用体部表面相控阵线圈。所有患者均作常规轴位T1WI、T2WI, 冠状位T2WI和扩散加权成像(DWI)。T2WI主要成像参数: SSFSE, TR/TE 2000/86.1ms, 层厚7mm, 间隔0.5mm, FOV 3540cm, 矩阵256×256, NEX2. DWI主要成像参数: ASSET校正, SE-EPI采集, 扩散系数b值设定50、500、800s/mm2, 方向ALL, TR/TE 1500ms/51.6ms, 层厚7mm, 间隔0.5mm, FOV3540cm, 矩阵256×2

13、56, NEX2, 屏气扫描, 扫描时间24s。定位参数均直接复制T2WI参数, 保证图像的一致性。所有图像传输至后处理工作站。1.3数据测量ADC图像是由相应层面DWI图像通过图像后处理工作站自动拟合而成, 数据测量是在ADC图上利用Siemens公司数据测量软件包直接进行ADC值测量, 分别测量肝癌及转移癌患者b值为50、500、800s/mm2时的信号强度、背景噪声, 计算出相应信噪比与质量指数评价不同参数间图像质量。 扩散加权图像上信号强度值的测量方法是: 在病灶直径最大层面测得信号强度, 每个病灶选用3个圆形感兴趣区(ROI), 为尽量避免测量误差, 应避开血管和伪影, 如有明显坏死

14、则测量病灶周边实质部分, 感兴趣区直径大约1.0cm, 各种测量应在不同序列同一层面的同一位置进行; 若同时有多个病灶, 只测量最典型且符合测量条件的病灶进行测量, 最后取3个感兴趣区所测值的平均值, ADC值的测量方法同前。质量指数引用袁友红3等采用的方法, 是将SNR、图像伪影、图像肝解剖显示分别按5个等级量化后再按相同权重(为便于计算均取1)相加后所得的一个能综合反映图像质量的指标。(1)SNR=SH/SD, SH: 肝实质的平均信号值(肝内3个ROI, 直径1.0com圆形且避开血管与胆管)SD: 相位编码方向的背景噪声的标准差(腹壁前方的扫描野内空白处取3个ROI, 并取平均值)。量

15、化标准: 0分: SNR<5; 1分: 550。(2)图像伪影, 评价标准: 1分: 伪影很重, 不能诊断; 2分: 伪影较重, 严重影响病变显示; 3分: 伪影一般, 对病变显示有一定影响; 4分: 伪影较轻, 对病变影响较小; 5分: 无伪影或几乎没有伪影。(3)图像肝解剖显示, 评价标准: 1分: 图像质量很差, 脏器边界不清, 不能显示肝内血管; 2分: 介于l与3分之间; 3分: 脏器边缘显示一般, 可隐约显示胃肠边缘, 可显示肝内静脉的较大分支; 4分介于3与5分之间; 5分: 脏器边缘锐利, 清楚显示胃肠边缘, 能显示肝内静脉小分支。图像伪影与图像肝解剖显示分别由2位资深主

16、治医师独立评价计分再取平均值。1.4统计学方法所有统计结果以 x±s表示。数据分析采用成组T检验、单向方差分析(one-way ANOVA), 并对有显著性差异者进一步做多重比较, 方差齐者用LSD法(least-significant difference), 方差不齐者用Games-Howell法。所有数据录入和整理在Excel 2003 上进行, 使用SPSS 11.5 统计软件进行统计分析, P<0.05 为显著性水准。2结果2.1肝癌不同b值时的病灶信号强度、信噪比、质量指数及背景比较2.1.1各b值时的病灶信号强度、信噪比、质量指数不同, 并随b值增大, 其值均明显

17、降低。2.1.2背景噪声无b值无关(P=0.21>0.05)。2.1.3肝癌同一病灶的信号强度当b值分别为50、500、800s/mm2 时比较P值<0.01, 差异显著, 下降趋势明显。病灶的信噪比、质量指数在各b值时比较P值亦<0.01; 因各组方差不齐, 用Games-Howell法进一步两两比较, 结果显示信号强度、信噪比、质量指数在不同b值时组内两两比较P值均<0.01, 差异显著。本研究考虑低b=50s/mm2时因受水分子扩散和微循环灌注的双重影响而使所测得的ADC值偏大; b=800s/mm2时, 图像质量下降, 图像伪影明显增加, 影响了疾病诊断, 所以

18、我们认为当b值为500s/mm2时, 既能得到较稳定的ADC值, 又可得到清晰的DWI图像。2.2肝脏各病变在b=500s/mm2时的ADC值比较本研究中肝脏病变分为肝癌、肝转移癌、肝囊肿和肝血管瘤, 各病变平均ADC值(表2), 各病变间平均ADC值比较P<0.01, 差异显著; 由于各病变间方差不齐, 采用Games-Howell法进一步多重比较, 结果显示除肝癌与肝转移癌之间比较P=0.13, 差异无统计学意义, 其余各组比较P均<0.01, 差异显著(表3)。2.3b=500s/mm2时肝癌实质区与肝癌坏死区的ADC值比较若肿瘤增长过快, 向周围浸润性生长, 中心可出现坏死

19、区, 本研究测量了肿瘤的坏死区与实质区的平均ADC值, 统计结果显示肝癌坏死区ADC值明显高于实质区, 二者比较P 值<0.01, 差异显著, (见下表4)。3讨论肝脏局灶性病变的鉴别诊断一直是各种影像学检查的研究热点、难点, DWI是基于活体内水分子弥散运动的MR功能成像技术, 不仅可以通过图像反映组织器官的病理解剖特点, 还可以提供量化指标ADC值, 可以为肝脏占位性病变的鉴别诊断提供比其它影像学检查方法更多的诊断信息。B值的选择是肝脏DWI技术的关键, 生物组织扩散不仅与水分子布朗运动有关, 还与其他因素如毛细血管网灌注有关。当b值<400s/mm2时, 所得图像由扩散产生的

20、对比较小, 由于受水分子扩散和组织毛细血管微循环灌注双重影响, 所得ADC值偏大。当b值足够大时, 组织毛细血管血流灌注作用产生的影响明显减低, 如此才能较准确的测定ADC值4。但随着b值的增大, 化学位移伪影、磁敏感伪影等各种伪影增多, 图像易变形, 同时, 高b值需要较长的TE值, 而正常肝脏的T2值较短, 约为50ms, 部分肝脏病变的T2值亦较短, 长TE会使信噪比下降, 严重影响图像质量, 无法满足诊断需要5。目前对于肝脏DWI的最适b值尚缺乏一致的认识。但一般认为在保证图像质量的前提下,应该尽量选用高b值。本研究中, 对同一病灶的b值设定为50、500、800s/mm2, 测量病灶

21、信号强度、背景噪声, 并计算出相应的信噪比与质量指数。结果显示: 信号强度、信噪比、质量指数随b值的增加显著下降, 且当b值分别为50、500、800s/mm2组内比较P值均<0.01。考虑低b值时因受水分子扩散和微循环灌注的影响, 而在本研究中, b=800s/mm2时, 图像伪影明显增加, 肝脏解剖显示不清, 图像质量明显下降, 影响了疾病诊断, 所以作者认为当b值为500s/mm2时, 既能得到较稳定的ADC值, 又可得到清晰的DWI图像, 有利于病变的诊断。本研究显示, 肝脏良性肿瘤的ADC值明显高于恶性肿瘤, 从大到小依次为肝囊肿、肝血管瘤、转移癌、原发性肝癌, ADC值分别为

22、(2.77±0.11)×103mm2/s、(1.84 ±0.12)×103mm2/s、(1.09±0.1)×103mm2/s、(1.04±0.08)×103mm2/s, 且两两之间平均ADC值比较, 除肝癌与转移癌之间P=0.13>0.05外, 余均<0.01, 差异显著, DWI对肝脏良恶性有鉴别诊断价值, 但恶性病变之间的比较则需进一步研究。ADC值差异的原因主要与肿瘤含水量不同有关, 单纯肝囊肿内部主要由液体成分构成, 含水量最大, 水分子运动不受限, 故ADC值较大, 肝血管瘤为大小不等的血管腔

23、, 内衬血管上皮, 其内充满的血液, 血管腔隙间填充纤维间隔及基质, 并且存在着瘢痕及出血, 且血窦内所含的血液黏滞度高于囊肿内的囊液, 因而其ADC值低于肝囊肿6, 肝癌富含细胞成分, 细胞核/浆比值高, 结构致密, 含水量较少, 水分子扩散受限明显, 其ADC值较低。DWI也有其局限性, EPI序列易产生各种图像伪影和部分图像信号丢失(signal drop-out), 随 b值增高, 这类伪影会越发严重。其次, 为避免化学位移伪影使用的脂肪抑制脉冲, 进一步损失了图像细节, 直径小于1cm的病灶检出率低7,本研究中, 有5例肝囊肿病例8个直径<0.8cm的较小囊肿, DWI上可以发

24、现病灶但在ADC图像上未发现具体病灶, 难以进行数据测量。对于较小的囊肿和血管瘤, DWI图像和ADC图像能提供鉴别诊断的信息不多。DWI可以提供3种信息: DWI影像、ADC图像和定量指标ADC值。借助DWI图像和ADC图像, 可以在活体检测组织、病变内水分子的微观扩散运动, 进而获得组织、病变分子水平上的信息, 并根据其特征推断组织、病变的生理、病理改变, 虽然肝脏DWI仍然存在一些尚待探索的问题, 但为组织功能判定和各种疾病的诊断和鉴别诊断提供了一条新的途径。【参考文献】1. Cercignani M, Horsfield MA. The physical basis of diffusion weighted MRIJ. Neurol Sci, 2001, 186(1): S11-142. Rovira A, Rovira Gols