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扩散加权成像在鉴别低、高风险胸腺瘤和胸腺囊肿中的应用

时间:2024-07-28

杨晶,高艳*,李琼阁,单艺,赵澄,卢洁

1.首都医科大学宣武医院放射与核医学科,北京 100053;2.磁共振成像脑信息学北京市重点实验室,北京 100053;*通信作者 高艳 wsggy518@sina.com

胸腺囊肿和胸腺瘤均是位于前纵隔的胸腺肿物,当胸腺囊肿合并出血感染时,其CT值升高,难以与胸腺瘤鉴别。传统MRI能够很好地观察纵隔的解剖细节(位置、边缘和轮廓等),其中化学位移成像可以区分胸腺增生和正常胸腺,及其他位于前纵隔且轮廓较明显的软组织肿物[1]。近年来扩散加权成像(DWI)越来越多地应用于胸腺肿物的观察[2-7],可通过比较不同b值图像信号强度高低和表观扩散系数(ADC)值的大小,对纵隔肿物的良恶性进行区分[8-10]。WHO将胸腺瘤分为A、AB、B1、B2、B3和C型,C型即胸腺癌。临床上将A、AB、B1和无侵袭性表现的B2型胸归为低风险胸腺瘤,有侵袭性表现的B2和B3型归为高风险胸腺瘤,而目前DWI研究多将胸腺瘤归入纵隔恶性肿瘤,从而降低区分良、恶性肿瘤的阈值[11]。DWI的参数较多,且多数研究未采用最优扫描参数。本研究采用3个b值,探讨在高磁场强度下,优化扫描参数后的DWI对于低、高风险胸腺瘤和胸腺囊肿的区分能力,并与传统MRI图像比较,为临床制订治疗方案提供可靠的诊断意见。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性收集2017年1月—2020年1月首都医科大学宣武医院42例胸腺肿物的影像资料,男30例,女12例,年龄35~72岁,平均(53.60±10.26)岁,患者均通过CT检查初步确定为胸腺肿物占位,3 d内进行胸部MRI。手术切除后经病理证实为胸腺瘤34例[B3型5例,有侵袭性(纵隔胸膜和心外膜转移)表现的B2型3例,A、AB、B1和无侵袭性表现B2型26例],胸腺囊肿8例。本研究经本院伦理委员会批准,患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 胸部MRI和强化CT间隔1 d。采用3.0T(TRIO;Siemens)MRI扫描仪。T2加权成像采用快速自旋回波序列,抑脂,TR 4 460 ms,TE 89 ms,两期屏气扫描,轴位。T1成像采用3D DIXON双回波化学位移成像,TR 5.47 ms,TE 2.45 ms,FOV 380 mm×285 mm,屏气扫描方式,轴位。DWI采用单激发自旋回波平面回波采集方式,TR 1 000 ms,TE 62 ms,FOV 400 mm×300 mm,采集带宽度为2 790 Hz/pixel,浅呼吸不屏气,b值选用0、150和900 mm2/s,噪声指数15,轴位成像,范围从胸廓入口到膈肌。层厚、层间距均为5 mm。

1.3 图像重建 选取3个b值的DWI图像,分别重建ADCb0-900和ADCb150-900图像,计算公式如下:

ADCb0-900=[ln(SIb0/SIb900)]/(b900-b0)

ADCb150-900=[ln(SIb150/SIb900)]/(b900-b150)

其中,ln为自然对数,SIb0为b=0 mm2/s时DWI图像上的信号强度,SIb150为b=150 mm2/s时DWI图像上的信号强度,SIb900为b=900 mm2/s时DWI图像上的信号强度。

1.4 图像评价 MRI图像的调阅、判读和测量均由2位有10年胸部诊断经验的副主任医师在Siemens Leonardo工作站进行。首先在未知病理、CT检查结果和ADC值的情况下,测量T2抑脂轴位图像上胸腺占位组织的最大直径,参考T2抑脂和T1正反相位轴位图像,对占位组织的位置(前纵隔、前中纵隔),边缘(光整、不规则)和坏死(可见、不可见)情况进行主观评价,测量T1正反向相位图像上占位的信号强度,计算占位的信号强度指数(signal intensity index,SII)[12],计算公式如下:

SII=[(tSIin-tSIop)/(tSIin)]×100%

其中,tSIin为占位组织在正向位信号的强度,tSIop为占位组织在反向位信号的强度。

对42例患者T2抑脂、T1正反相位图像和3个b值的DWI图像占位组织特点进行观察和评价,主观评价意见不一致时由2位医师讨论达成一致。

再测量所有占位组织在ADCb0-900和ADCb150-900图像上的ADC值。感兴趣区选取占位组织最长直径所在层面,选取范围避开实性肿物囊性改变的坏死、炎症、钙化以及囊性肿物外侧包膜的钙化[13],并保证所有占位的感兴趣区在2个不同b值的ADC图像上位于同层面、同位置和同大小,感兴趣区内取平均值。计算ADC减低率,并计算42例患者胸腺占位ADCb0-900、ADCb150-900和ADC减低率的平均值和标准差。ADC减低率=(ADCb0-900-ADCb150-900)/ADCb0-900。

1.5 统计学分析 采用SPSS 20.0软件。2名医师测量数据的一致性采用组内相关系数(ICC)分析。最大直径平均值、低、高风险胸腺瘤和胸腺囊肿T1正反相位图像的SII值以M(Qr)表示,组间比较采用Kruskal-WallisH检验。对占位组织(位置、边缘和坏死)情况的主观评价采用Fisher精确检验。ADCb0-900、ADCb150-900和ADC减低率以±s表示,低、高风险胸腺瘤和胸腺囊肿比较采用ANOVA 检验,两两比较采用Bonferroni检验,并进行受试者工作特征(ROC)曲线分析。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 传统MRI评价结果 2名医师测得直径和SII值均具有一致性,ICC分别为0.987(95%CI0.970~0.994)、0.857(95%CI0.801~0.938)。采用2名医师所测直径和SII值的平均值进行统计学分析。

2.1.1 传统图像主观评价结果 根据病理结果将42例胸腺肿物分成3组:低风险胸腺瘤26例,高风险胸腺瘤8例(B2型3例、B3型5例),胸腺囊肿8例。3组在传统T2抑脂图像上的形态特点见表1。

表1 胸腺囊肿与低、高风险胸腺瘤在传统MRI上的形态特点比较

低、高风险胸腺瘤和胸腺囊肿在T2抑脂图像上均为高信号(图1)。三者在T1正向位图像上均为低到中等的信号强度,其中低、高风险胸腺瘤在T1反向位图像上均有部分信号缺失,胸腺囊肿受出血、炎症和蛋白质渗出影响,信号缺失程度不等(图2),三者间信号缺失程度肉眼难以比较。

图1 低、高风险胸腺瘤和胸腺囊肿T2抑脂轴位图像。A.男,63岁,低风险胸腺瘤。肿物为不均匀高信号(箭);B.男,58岁,高风险胸腺瘤。肿物为不均匀中等偏高信号(箭);C.男,54岁,胸腺囊肿。肿物为高信号(箭)

图2 低、高风险胸腺瘤和胸腺囊肿T1正(A~C)、反(D~F)相位图像。A、D.男,63岁,低风险胸腺瘤,占位信号明显缺失(箭);B、E.男,58岁,高风险胸腺瘤,占位信号明显缺失(箭);C、F.男,54岁,胸腺囊肿,占位信号部分缺失(箭)

2.1.2 传统图像T1正反相位SII值分析 低、高风险胸腺瘤和胸腺囊肿在T1正反相位图像上占位组织的SII值分别为3.15(-19.26,19.03)%、6.33(-12.94,18.57)%和-6.9(-63.61,69.57)%,差异无统计学意义(H=0.89,P=0.643)。

2.2 3个b值的DWI图像信号特点 低、高风险胸腺瘤和胸腺囊肿在b=0 mm2/s上均为高信号,在b=150 mm2/s上可见不同程度信号减低,胸腺囊肿信号减低程度大于低风险胸腺瘤,更大于高风险胸腺瘤;在b=900 mm2/s上低、高风险胸腺瘤和胸腺囊肿信号强度进一步减低,胸腺囊肿信号未可见,低风险胸腺瘤信号略可见,高风险胸腺瘤信号部分可见,见图3。

图3 低、高风险胸腺瘤和胸腺囊肿的不同b值DWI图像信号衰减变化。A~C.男,63岁,低风险胸腺瘤(箭),b=0 mm2/s为高信号,随着b值升高,信号强度逐渐减低,b=900 mm2/s信号略可见;D~F.男,58岁,高风险胸腺瘤(箭),b=0 mm2/s为高信号,随着b值升高,信号强度轻度减低,b=900 mm2/s信号可见;G~I.男,54岁,胸腺囊肿(箭),b=0 mm2/s为高信号,随着b值升高,信号强度明显减低,b=900 mm2/s信号未可见;A、D、G为b=0 mm2/s;B、E、H为b=150 mm2/s;C、F、I为b=900 mm2/s

2.3 ADC 值分析 2 名医师测得的ADCb0-900和ADCb150-900数据具有一致性,ICC分别为0.856(95%CI0.798~0.912)、0.931(95%CI0.889~0.964)。采用两者所测数据的平均值进行分析。

2.3.1 ADC平均值 低、高风险胸腺瘤和胸腺囊肿的ADCb0-900、ADCb150-900、ADC值减低率见表2。3组ADCb0-900和ADCb150-900比较,差异有统计学意义(P均<0.001),3组中ADCb150-900均较ADCb0-900减低,但3组ADC值减低率比较,差异无统计学意义(P=0.492)。

表2 胸腺囊肿、低、高风险胸腺瘤的ADCb0-900和ADCb150-900和ADC值减低率比较

2.3.2 ADC值ROC曲线效能 低、高风险胸腺瘤的ADCb0-900和ADCb150-900的ROC 曲线分析见表3。ADCb150-900比ADCb0-900的Cutoff值更低,AUC更大,特异度和准确度更高。低风险胸腺瘤和胸腺囊肿的ADCb0-900和ADCb150-900的ROC曲线分析见表4,ADCb150-900比ADCb0-900的Cutoff值更低,两者AUC、敏感度、特异度和准确度相同。

表3 低、高风险胸腺瘤的ADCb0-900和ADCb150-900ROC曲线分析

表4 低风险胸腺瘤和胸腺囊肿的ADCb0-900和ADCb150-900ROC曲线分析

3 讨论

3.1 传统MRI鉴别胸腺肿物的局限性 本研究发现通过传统MRI图像较难鉴别低、高风险胸腺瘤和胸腺囊肿。SⅡ值在低、高风险胸腺瘤和胸腺囊肿间无差异,因胸腺囊肿几乎不含脂肪成分,理论上胸腺瘤在正反相位上的SⅡ值应明显大于胸腺囊肿,但临床上胸腺囊肿多合并出血、炎症和蛋白液渗出,造成其SII值变化差异很大。该结果与Calandriello等[14]的研究一致。

3.2 DWI参数优化的意义 本研究胸部DWI采用3个b值,TE采用最短的62 ms,优化了扫描参数。胸部DWI参数较多,临床并无统一标准。有体膜研究[15]发现当其他条件相同时,TE 92 ms比52 ms可使ADC值被低估多达29%,选择最短TE可避免低估ADC值;胸部组织T2值均较低,最短TE值才能更多地显示胸部组织特点,本研究采用3T MRI最短TE值(62 ms),低于之前3T胸部MRI研究(86~96 ms)[16]。成像参数中的b值控制着图像对扩散的敏感性,有研究[17-18]证实b<200 s/mm2时更多表现为灌注信息,当b>200 s/mm2时表现为扩散信息。临床研究多采用双b值,但有研究证实扩散信息是多指数衰减[18],至少采用3个b值才能去除组织血管的灌注信息,从而反映真实扩散信息,而最高b值采用800~1 000 s/mm2时,才能获得高质量的扩散成像图像。当b>1 000 s/mm2时会明显延长TE,严重降低图像信噪比,影响图像质量,不适用于临床[19]。

3.3 低、高风险胸腺瘤分组的意义 有研究[16]把不同级别胸腺瘤全部划分为恶性肿物,其恶性肿物ADCb150-800值为1.24×10-3mm2/s,本研究发现低风险胸腺瘤ADCb150-900值为1.59×10-3mm2/s,高风险胸腺瘤的ADCb150-900值为0.82×10-3mm2/s,表明将高风险胸腺瘤划分为恶性肿物的研究方式会降低恶性肿物的ADC值,而将低风险胸腺瘤划分为恶性肿物的方式会提高恶性肿物的ADC值,提示将低、高风险胸腺瘤分组研究的必要性。

3.4 ADCb150-900鉴别诊断优势 本研究发现ADCb0-900和ADCb150-900鉴别低、高风险胸腺瘤和胸腺囊肿的差异有统计学意义。ADCb150-900比ADCb0-900在鉴别低、高风险胸腺瘤时准确度和特异度更高。本研究中有1例高风险胸腺瘤患者的ADCb0-900=2.26×10-3mm2/s,高于低、高风险胸腺瘤的Cutoff值1.345×10-3mm2/s,但是其ADCb150-900=1.04×10-3mm2/s低于低、高风险胸腺瘤的Cutoff值1.06×10-3mm2/s,ADC减低率为53.98%,其病理为B3型胸腺瘤,进一步证实ADCb150-900比ADCb0-900能更好地去除高风险肿瘤的灌注信息,显示扩散信息,鉴别低、高风险胸腺瘤。既往研究[20]发现鉴别良、恶性胸部占位时,ADCb150-800比ADCb0-800降低,并且恶性组比良性组降低更多(22.39%比5.3%);本研究中ADC减低率在低、高风险胸腺瘤和胸腺囊肿间无差异,可能是由于本文采用3.0T磁场,比1.5T有更强的射频强度,磁场更均匀,造成扩散数据误差较小。

3.5 本研究的局限性 高风险胸腺瘤和胸腺囊肿的病例数明显少于低风险胸腺瘤,主要由于临床中恶性胸腺瘤和胸腺囊肿患者较少,未来会收集更多的相关病例,做出更有价值的研究。

总之,相比传统MRI,优化扫描参数后的DWI可为临床低、高风险胸腺瘤和胸腺囊肿的鉴别诊断提供更明确的依据。

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