刘爱连DWI不同指数模型在肝细胞癌及肝血

来源：磁共振成像传媒

韩铮,刘爱连,刘泽群,陈丽华,汪禾青,孙美玉,宋清伟.DWI不同指数模型在肝细胞癌及肝血管瘤鉴别诊断中的应用价值.磁共振成像,,8(7):-.

刘爱连，医学博士，教授，大连医科大学硕士/博士生导师，大连医科大学医学影像学院院长、大连医院放射教研室主任/科主任

教育背景：博士研究生年毕业于中国医科大学

专业特长：擅长消化、泌尿及生殖系统疾病的CT/MR诊断，注重CT/MR新技术的临床应用。

研究方向：双能量CT能谱成像在腹部应用，包括能谱成像临床化及双低规范化推广；肝脏纤维化、肝硬化、小肝癌及肝癌的MR功能影像及基础研究；男女生殖系统病变的MR诊断，尤其是MR新技术的应用。

获得奖励或荣誉称号：“CT能谱成像综合分析的临床应用”获年辽宁医学奖、年大连市科技进步三等奖；主编《能谱CT临床应用图谱》获年大连市科学著作奖一等奖。

社会兼职：中华医学会放射分会第十五届委员会全国委员；中国医师协会放射分会第四届委员会全国委员；中国医师协会住院医师规范化培训放射专业委员会委员；中国女医师协会影像分会第二届委员会秘书长；中国医学装备协会磁共振成像装备与技术专业委员会常委；中国非公立医疗机构协会放射专业委员会常委；中国康复技术转化及发展促进会分级诊疗系统系统工程专业委员会委员；中华医学会辽宁省分子影像分会第一届委员会副主任委员；辽宁省医学影像学会第六届理事会副理事长；辽宁省医学影像质量控制中心副主任委员；辽宁省细胞生物学学会功能影像学专业委员会副主任委员；第一届辽宁省普通高等学校专业教学指导委员会委员；中华医学会大连放射分会主任委员；大连市医学影像质量控制中心主任委员。《中华放射学杂志》、《临床放射学杂志》、《中国医学影像杂志》、《中国临床医学影像杂志》、《中国CT和MR杂志》等多篇杂志常务编委/编委、《Radiology》特邀审稿专家。

肝血管瘤(hepatichemangioma，HH)及肝细胞癌(hepatocellularcarcinoma，HCC)分别为肝脏最常见的良、恶性肿瘤。肝癌是肿瘤相关疾病中死亡的主要原因之一，发病隐匿，转移率较高[1]；HH是肝脏最常见的良性肿瘤[2]，患者常无明显体征，因而早期检出及鉴别常依赖于影像学检查。对于HCC及HH的典型病变，一般结合临床病史及影像可作出诊断，其中增强扫描对于两者鉴别诊断至关重要，然而部分患者因对比剂过敏或某些肾病等无法行CT及MRI增强扫描，这给影像诊断增加了很大难度。既往研究发现肝良恶性病变ADC存在明显差异，然而两者之间存在一定重叠，本研究旨在探讨弥散加权成像不同指数模型在HCC及HH鉴别诊断中的应用价值，旨在为今后无法行CT及MRI增强扫描的患者提供一定的鉴别依据。

1材料与方法

1.1一般资料

本研究经我院伦理委员会审批。回顾性分析本院年8月至年4月行肝脏MRI平扫、增强及DWI、eDWI、HBDWI检查者资料。入组患者共66例，均经过手术病理和(或)临床诊断。其中HCC患者29例(30个病灶)，男22例，女7例，年龄35～79岁，平均(57.9±9.9)岁；HH患者37例(38个病灶)，男14例，女23例，年龄范围29～77岁，平均年龄(50.5±11.5)岁。本组HCC的临床诊断标准：同时满足以下条件中的(1)+(2)①两项或(1)+(2)②+(3)三项时，可以确定HCC的临床诊断：(1)具有肝硬化以及乙型肝炎病毒(hepatitisBvirus，HBV)和(或)丙型肝炎病毒(hepatitisCvirus，HCV)感染[HBV和(或)HCV抗原阳性]的证据。(2)具有典型的HCC影像学特征，同期多排CT和(或)动态对比增强MRI检查显示肝脏占位在动脉期快速不均质血管强化(arterialhypervascularity)，而静脉期或延迟期快速洗脱；①如果肝脏占位直径≥2cm，CT和MRI两项影像学检查中有一项显示肝脏占位具有上述肝癌的特征，即可诊断HCC；②如果肝脏占位直径为1～2cm，则需要CT和MRI两项影像学检查都显示肝脏占位具有上述肝癌的特征，方可诊断HCC，以加强诊断的特异性。(3)血清甲胎蛋白(alpha-fetoprotein，AFP)≥ug/L持续1个月或≥ug/L持续2个月，并能排除其他原因引起的AFP升高，包括妊娠、生殖系胚胎源性肿瘤、活动性肝病及继发性肝癌等[3]。本组HH的诊断标准：经两项以上影像学检查(超声、MRI、多期螺旋CT)有典型表现者即可诊断。典型超声表现为圆形或类圆形高回声，境界清晰，可见边缘裂开征、血管进入或血管贯通征，后方回声增强；典型CT影像表现为平扫为肝实质内境界清楚圆形或类圆形低密度影，增强扫描动脉期肿瘤边缘出现散在斑状、结节状明显强化灶，门静脉期散在的强化灶互相融合，同时向肿瘤中央扩展，延迟扫描整个肿瘤均匀强化，呈早出晚归征；典型MRI影像表现为T1WI显示病灶为边界清晰的类圆形低信号，偶为等信号；T2WI显示病灶呈明显高信号，即特征性的亮灯征；增强扫描自瘤体周边向中心逐渐增加的高信号，可形成环形、结节状或半环状高信号区；延迟扫描强化区逐渐填满病灶[4]。

1.2扫描方法

采用GE1.5TSignaHDXT磁共振仪，配体部8通道相控阵线圈。常规T1WI、T2WI抑脂扫描、DWI、eDWI、HBDWI(超高b值)序列扫描，然后进行LAVA增强扫描。DWI序列参数：TRms，TE68ms，b值为0和s/mm2，层厚6.0mm，层间隔1.5mm，矩阵×，FOV40cm×40cm，激励次数(NEX)为4，扫描时间约为2min；eDWI序列：选用10个b值，分别为0、20、50、、、、、、1、0、s/mm2，TR2ms，TEms，矩阵×，FOV40cm×40cm，NEX为2.0，层厚6mm，层间距1.5mm，扫描时间约为2min30s；HBDWI序列：选用4个b值，分别为0、0、0、、0s/mm2，TR2ms，TEms，矩阵×，FOV40cm×40cm，NEX为3.0，层厚6mm，层间距1.5mm，扫描时间约为2.5min。

1.3数据处理

图像传至ADW4.4工作站，应用GEFunctool后处理软件对图像进行重建，扫描图像均由笔者及1名具有5年腹部影像诊断工作的影像科医师在未告知临床信息情况下，进行独立阅片分析和测量。选取病灶信号较均匀最大层面，在病灶内画取感兴趣区(regionofinterest，ROI)(图1，2)，ROI大小覆盖病变区实质部分，ROI面积大于病灶实质1/3，根据T1WI、T2WI、LAVA图像，尽量避开出血、坏死处，每个病灶均测量三次，取其平均值用作统计分析。测量并记录三组扫描序列DWI单指数模型ADC值、eDWI序列单指数模型StandardADC值，双阶单指数纯扩散系数值(D-mono)、灌注系数值(D*-mono)、灌注分数(fmono)，双阶双指数模型纯扩散系数值(D-Bi)、灌注系数值(D*-Bi)、灌注分数(fBi)，拉伸指数模型分布扩散系数值(distributeddiffusioncoefficient，DDC)、拉伸指数值(theheterogeneityofintravoxeldiffusion，α)。

1.4统计方法

采用SPSS17.0统计学软件。应用组内相关系数检验(ICC)对2名测量观察者的测量结果行一致性检验；比较HCC和HH两组病灶的单b值DWI序列ADC值、eDWI序列StandardADC值、双指数模型参数(D-mono、D*-mono、fmono、D-Bi、D*-Bi、fBi)、拉伸指数模型参数(HBDDC、α)，统计分析前对数据进行正态性检验及方差齐性检验，其中符合正态分布的数据，采用两独立样本t检验，不符合正态分布数据，采用Mann-Whitney秩和检验，P＜0.05认为有统计学意义。对有差异的参数，绘制相应的ROC曲线，对其诊断效能及阈值进行分析。

2结果

2.1两名观察者测量数据的一致性

两名观察者对两组病例不同指数模型各参数值测得数据一致性良好，ICC值均大于0.75，结果见表1。

2.2两组病例不同指数模型各参数值比较

两组中fmono、fBi、HBDDC、HBα值符合正态分布的参数采用两独立样本t检验，余不符合正态分布，采用Mann-Whitney秩和检验。其中两组ADC、StandardADC、D-mono、D*-mono、fmono、D-Bi、D*-Bi、fBi、HBDDC值差异均有统计学意义(P＜0.05)；两组HBα值差异无统计学意义(P＞0.05)；结果见表2。

2.3两组不同模型各参数值鉴别HCC及HH的诊断效能

两组不同模型各参数值的ROC曲线见图3，诊断界值见表3；其中，ADC、StandardADC、D-mono、fmono、D-BiROC曲线下面积均大于0.9。D*-mono曲线下面积在0.7～0.9之间，双阶双指数模型D*-Bi、fBi、拉伸指数模型HBDDC值曲线下面积在0.5～0.7之间。DWI不同指数模型部分参数(StandardADC、D-mono、D*-mono、fmono、D-Bi、D*-Bi、f-Bi、HBDDC)与传统单b值DWI在HH及HCC中ROC曲线下面积进行比较分析，其相应z值分别为2.、1.、0.、0.、0.、2.、3.、3.，P值分别为0.、0.、0.，0.，0.89、0.、0.、0.。其中StandardADC值诊断效能优于ADC值(P＜0.05)，D*-Bi、fBi、HBDDC诊断效能明显弱于ADC值(P＜0.05)。

3讨论

MRI对于肝脏肿瘤的检出率较高，且对肿瘤定性诊断具有较高准确性。早期对肝脏良恶性肿瘤MRI研究主要局限性在常规T1WI、T2WI序列，既往有发现T2WI序列与肿瘤血流动力学及组织学分级有显著关联性[5]。临床工作中，T2WI信号对于HH与肝细胞肝癌鉴别有一定诊断价值，然而单纯依靠T2WI信号诊断，对于结果仍有一定偏差，增强扫描对于HH和肝细胞肝癌肿瘤鉴别诊断有着重要的意义，然而部分患者因某些肾病及过敏体质不宜行增强扫描，本研究旨在探讨弥散加权成像不同指数模型在HCC及HH鉴别诊断中的应用价值，为今后无法行增强扫描的患者提供更多的参考依据。

随着磁共振技术的发展，DWI应用日渐增多，DWI通过ADC值可反映人体组织内水分子的弥散程度。随着人们对于DWI认识的不断深入，发现人体中水分子的运动不仅包含单纯的水分子扩散(扩散效应)，还包括微循环灌注(灌注效应)；基于DWI基础上构建的IVIM模型，它可以从微观水平反映细胞的结构变化及生理状态[6]。IVIM常用模型有双指数模型、拉伸指数模型。而在IVIM的各种模型中，最为经典的模型为双指数模型。该模型符合以下公式：S(b)/S0=f?exp[-b(D*+D)]+(1-f)exp(-bD)；其中D值为纯扩散系数，表示感兴趣区内单纯水分子扩散效应；D*值为灌注系数，表示感兴趣区内血流灌注所致扩散效应，反映微循环灌注情况；f值为灌注分数，反映局部微循环的灌注效应占总体扩散效应的容积比率，值在0～1之间。在实际应用中，通过多个b值拟合计算，即可得到感兴趣区D值、D*值及f值[6-7]。而另外有学者指出，IVIM模型提供的组织扩散信息不够全面，比较单一，Bennett等[8]提出拉伸指数模型，其计算公式为：Sb/S0=exp[-(b×DDC)α]；其中，S0为b=0mm2/s时的DWI信号强度，Sb为相应b值的DWI信号强度。这一模型可用来反映体素内异质性影响的扩散相关信号衰减程度，对评价体素内的扩散和灌注状态更加准确和全面，其中DDC代表体素内平均弥散率，代表体素内水分子体积分数连续分布的ADC值，从数学模型角度来说，DDC值与D值密切相关[8]。α则与体素内水分子扩散不均质程度相关，当α=1时，等同于单指数扩散加权信号衰减，此时，体素内扩散是彻底均匀的；相反，当α=0时，表示为非常复杂的多指数信号衰减，代表组织结构复杂程度[8-9]。本研究不同指数模型的弥散加权成像参数值组内相关系数均高于0.75，表明弥散加权成像不同指数模型HCC及HH测量可重复性较好。

本研究除拉伸指数模型α值外，HCC和HH不同指数模型弥散加权成像各参数值均具有明显差异。Yamada等[10]在分析肝局灶病变时发现，HCC的D值要明显低于肝脏其他病变，且肝脏恶性病变f值要低于HH。本研究HCC的D值、f值低于HH，与其结论基本一致；分析其原因，可能是因为HH主要由纤维间隔及血窦构成，血窦内富含血液，细胞内扩散运动较快，因此反映扩散效应的D值较高，而HCC内物质异型性较大，正常结构消失，使得水分子运动扩散速度较慢，因此D值较低。国外有学者提出f值可能跟血管内血容量CBV(血容量分数)有关[8，11]，而在反映灌注分数的fmono、fBi值中，本研究结果示HCC的fmono、fBi值也低于HH，分析原因可能与肿瘤内血容量有关，因为f值反映微循环的灌注效应，HH富含血窦，血容量较大，而HCC组织结构紊乱，血管壁不完整，通透性增加，血液外渗，因而毛细血管内血容量较少，这可能是HCC的f值较低的原因。国内外学者对肝脏的局灶良恶性病变研究也得到相似结论，即肝脏恶性病变的D、D*值明显低于肝良性病变[12-15]。对于拉伸指数模型，本研究显示HCC的DDC值低于HH，分析其原因可能是HH弥散较快，分子扩散迅速，而HCC结构致密，弥散较慢。至于HCC与HH的α值之间差异不显著，可能与两者水分子扩散均不均匀有关。

本研究发现两组不同模型各参数对于HCC及HH鉴别有较高的临床应用价值，其中StandardADC值诊断效能要高于传统ADC值，这与Yoon等[16]学者研究结果基本一致。表明在HCC及HH诊断上，多b值IVIM双指数模型拟合StandardADC值较传统单b值DWI优越。而D*-Bi、fBi、HBDDC值对于鉴别两种疾病诊断效能不高，其ROC曲线下面积、敏感度、特异度均低于传统单b值，说明双阶双指数模型D*-Bi、fBi、拉伸指数模型HBDDC的定量指标对于HCC及HH诊断效能有限。HCC和HH皆为肝脏富血供肿瘤，两者灌注效应差别可能不大，因而D*-Bi、fBi诊断效能有限，至于拉伸指数模型HBDDC可能与超高b值噪声较大，图像显示较差有关，因而超高b值的稳定性有待进一步研究。

本研究还存在一定局限性。首先本研究样本量较小，结果可能存在一定偏差；其次本组部分病例未经病理证实，因而无法对病变进行更细致的病理分级比较研究。

不同DWI参数模型各参数值对于HCC和HH鉴别诊断具有一定价值，其中多b值单指数模型StandardADC值诊断效能要优于传统单b值单指数模型，对于今后无法行CT及MRI增强患者，多b值单指数模型StandardADC值对于鉴别两者具有广泛临床应用前景。

参考文献[References]

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[3]MinistryofHealthofthePeoplesRepublicofChina.Diagnosis,management,andtreatmentofhepatocellularcarcinoma(V).JClinHepatol,,20(6):-.

中华人民共和国卫生部.原发性肝癌诊疗规范.版.中华肝脏病杂志,,20(6):-.

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罗雁,陆伟,金玉坤.肝血管瘤的诊断与治疗.医学综述,6,12(7):-.

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[9]KevinMB,KathleenMS,RaoqiongB,etal.Characterizationofcontinuouslydistributedcorticalwaterdiffusionrateswithastretched-exponentialmodel.MagnResonMed,3,50(4):-.

[10]YamadaI,AungW,HimenoY,etal.Diffusioncoefficientsinabdominalorgansandhepaticlesions:evaluationwithintravoxelincoherentmotionecho-planarMRimaging.Radiology,,(3):-.

[11]WirestamR,BorgM,BrockstedtS,etal.Perfusion-relatedparametersinintravoxelincoherentmotionMRimaging