ZOOMit IVIM-DWI与DKI在鉴别肺癌不同病理类型中的应用价值.pdf

医学影像学杂志2024年第34 卷第3 期 J Med Imaging Vol.34 No.3 2024ZOOMit IVIM-DWI 与 DKI 在鉴别肺癌不同病理类型中的应用价值何雨1，2，林祥涛1，3，赵鹏3，张玮1，4，郭文秀3，张琪31.山东大学 山东 济南 250100；2.山东省济南市历下区人民医院影像科 山东 济南 250013；3.山东省立医院医学影像科 山东 济南 250021；4.山东省乐陵市人民医院影像科 山东 德州 253600【摘 要】目的探讨小视野体素内不相干运动扩散成像（ZOOMit IVIM-DWI）与扩散峰度成像（DKI）的定量参数在区分肺癌不同病理类型中的应用价值。方法选取在山东省立医院经病理证实的 95 例肺癌患者为观察对象，按照细胞类型将其分为小细胞肺癌（SCLC）和非小细胞肺癌（NSCLC）两组，NSCLC 组 79 例，包括腺癌 57 例，鳞癌 22 例，SCLC 组 16例。纳入的患者术前均具有完整的影像学资料，经手术或穿刺活检获取病理结果。术前行 ZOOMit IVIM-DWI 及 DKI 序列扫描，人工勾画感兴趣区，比较肺癌不同病理类型的真实扩散系数（D 值）、假扩散系数（D*值）、灌注分数（f 值）、平均扩散峰度（MK 值）、平均扩散系数（MD 值）差异，采用受试者工作特征曲线（ROC）评价各参数的诊断效能。结果NSCLC的 D 值、f 值、MD 值大于 SCLC，MK 值小于 SCLC，差异均有统计学意义（P0.05），各参数鉴别诊断效能曲线下面积大于0.700（P0.05），其中 IVIM-DWI 的 D 值、DKI 的 MD 值分别为 0.903、0.912（P0.05）。IVIM-DWI 的 D*值在肺癌常见病理类型的鉴别中，差异无统计学意义（P0.05）。结论ZOOMit IVIM-DWI 与 DKI 在鉴别肺癌病理类型中有一定应用价值，其中 DKI 的 MD 值与 ZOOMit IVIM-DWI 的 D 值诊断效能高于其它定量参数，并且 DKI 的 MD 值的诊断特异性最高。【关键词】肺癌；病理类型；小视野；磁共振成像中图分类号：R734.2；R445.2 文献标识码：A 文章编号：1006-9011（2024）03-0044-05The value of ZOOMit IVIM-DWI and DKI in identifying different pathologic types of lung cancerHE Yu1，2，LIN Xiangtao1，3，ZHAO Peng3，ZHANG Wei1，4，GUO Wenxiu3，ZHANG Qi31.Shandong University，Jinan 250100，China2.Department of Imaging，Lixia District Peoples Hospital，Jinan 250013，China3.Department of Medical Imaging，Shandong Provincial Hospital，Jinan 250021，China4.Department of Imaging，Leling Peoples Hospital，Dezhou 253600，China【Abstract】ObjectiveTo explore the value of quantitative parameters of small field of view intravoxel incoherent motion diffusion imaging（ZOOMit IVIM-DWI）and diffusion kurtosis imaging（DKI）in differentiating different pathological types of lung cancer.MethodsNinety-five cases of lung cancer hospitalized and pathologically confirmed in Shandong Provincial Hospital were collected as study subjects.According to cell type，the 95 cases of lung cancer were divided into two groups，i.e.，small cell lung cancer（SCLC）and non-small cell lung cancer（NSCLC）.In detail，there were 79 cases of NSCLC，including 57 adenocarcinomas，22 squamous carcinomas，and 16 cases of SCLC.The patients included in the study had completed preoperative imaging，and their pathologic results were obtained by surgery or puncture biopsy.ZOOMit IVIM-DWI and DKI sequential scans were performed before surgery，and the regions of interest were manually outlined as required to compare the differences in true diffusion coefficients（D-values），pseudo-diffusion coefficients（D*-values），perfusion fractions（f-values），mean kurtosis of diffusion（MK-values），and mean diffusion coefficients（MD-values）among different pathologic subtypes of lung cancers.The diagnostic efficacy of the parameters was evaluated using a subjects work characteristic curve（ROC）.ResultsThe D，f，and MD values of NSCLC were greater than those of SCLC，and the MK values were smaller than those of SCLC，and the differences were statistically significant（P 0.05），and the areas under the differential diagnostic efficacy curves of each parameter were greater than 0.7（P 0.05），in which the D value of IVIM-DWI and the MD value of DKI were 0.903 and 0.912，respectively（P 0.05）.The differences in the values of each parameter between adenocarcinoma and squamous carcinoma were not statistically significant（P 0.05）.None of the differences in D*values of IVIM-DWI in the differentiation of common pathologic 作者简介：何雨（1990-），女，毕业于成都医学院，医学学士，山东大学医学硕士研究生在读，主要从事医学影像学诊断工作通信作者：林祥涛 E-mail：L44医学影像学杂志2024年第34 卷第3 期 J Med Imaging Vol.34 No.3 2024types of lung cancer were statistically significant（P 0.05）.ConclusionZOOMit IVIM-DWI and DKI have some value in identifying the pathologic types of lung cancer，in which the diagnostic efficacy of the MD value of DKI and the D value of ZOOMit IVIM-DWI is higher than that of the other quantitative parameters，and the diagnostic specificity of the MD value of DKI is the highest.【Key words】Lung cancer；Pathological types；Small field of view；Magnetic resonance imaging肺癌的发病率与死亡率均位于恶性肿瘤的第一位，按组织病理学分类，以非小细胞肺癌（NSCLC）和小细胞肺癌（SCLC）最为常见，其中 NSCLC 约占80%85%，包括腺癌和鳞癌等1，手术切除是早期NSCLC的首选治疗方法2，而SCLC的恶性程度高、侵袭及转移性强，以放化疗为主要治疗方案3。目前CT是肺癌诊断的常规影像学检查方法，主要通过病变形态学特点作为诊断依据，不能有效反映病变组织的成份信息。随着磁共振的快速发展，MR功能成像在肺部疾病的临床应用逐步受到关注，包括扩散峰度成像（diffusion kurtsis imaging，DKI）和体素内不相干运动扩散加权成像（intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI）等功能序列，本文尝试利用ZOOMit IVIM-DWI与DKI对肺肿瘤进行功能成像，探究其定量参数在肺癌不同病理类型中的差异。1资料与方法1.1一般资料选取2020年6月至2022年6月期间，在山东省立医院行3.0T磁共振检查的肺部实性病变患者95例，其中男性61例，女性34例，年龄4773岁，平均年龄 60 岁；病理结果显示腺癌 57 例，鳞癌 22 例，SCLC 16 例。纳入标准：1）无 MRI 检查禁忌证；2）MRI扫描前病灶未经临床干预（如抗肿瘤治疗）；3）实性病变直径1 cm；4）有明确病理诊断。排除标准：1）病变图像质量不能满足影像学评估；2）肿瘤出血、坏死范围较大的病灶；3）病理结果不明确。本文经过医院伦理委员会的批准，获得患者知情同意。1.2检查方法采用西门子Prisma 3.0T扫描仪，18通道体部相控阵表面线圈。检查前患者均行呼吸训练，保证吸气末屏气与呼吸幅度的一致性。检查时患者采取仰卧位头先进体位，双臂置于身体两侧，扫描范围自胸廓入口至肺下界，扫描序列包括 MRI 常规序列、ZOOMit IVIM-DWI、DKI功能序列。MRI常规扫描参数：T2-HASTE 冠状位序列 FOV 400 mm400 mm，TR 1200 ms，TE 96 ms，层厚 2.5 mm，层间距 1.0 mm。T2WI压脂轴位 FOV380 mm380 mm，TR 2890 ms，TE 94 ms，层厚 4.0 mm，层间距 0.8 mm，分 4次屏气扫描。IVIM 轴位扫描参数 TR 3400 ms，TE 64.0 ms，FOV 210 mm210 mm，层厚 3.5，共 8 个 b值（0，50，100，150，200，400，600，800）。DKI轴位扫描参数 TR 4100 ms，TE 68.0 ms，FOV 210 mm210 mm，层厚 3.5，共选取 5 个 b 值（800，1000，1500，2000，2500）。1.3图像及数据分析处理应用工作站 Diffusion Toolbox（V1.4.0版本）进行图像后处理分析，由2位影像科主治医师在未知病理结果的前提下独立勾画感兴趣区（region of interest，ROI），每个病变以最大截面为中心上下选择连续14个层面，尽量避开坏死及血管区，得到的数值取平均值（图 1）。通过双指数模型计算获得ZOOMit IVIM-DWI 和 DKI各功能定量参数。1.4统计学分析采用IBM SPSS statistic26.0软件进行统计学分析，根据不同肺癌病理类型分组，采用单因素方差分析比较不同病理类型的D值、D*值、f值、MK值、MD值之间平均值差异，数值以平均值 标准差（-x s）表示。采用Shapiro-wilk进行正态分布检验，正态分布的数据采用独立样本t检验，非正态分布的数据应用Mann-Whitney U检验，比较SCLC组与NSCLC组（腺癌、鳞癌）各参数之间差异有无统计学意义，分析SCLC 组与 NSCLC 组之间 DKI、ZOOMit IVIM-DWI 各参数值的差异。用Medcalc软件绘制受试者工作特征曲线（ROC）。计算曲线下面积（AUC），P0.05为差异有统计学意义。2结果2.1不同病理类型肺癌的 DKI 与 ZOOMit IVIM-DWI各参数值比较腺癌组的各参数（MD、D、f、D*）平均值比鳞癌组、SCLC组大，而参数MK的平均值小于鳞癌组与SCLC组；NSCLC组的MD值、D值、f值的平均值大于SCLC组，MK值平均值小于SCLC组，并且差异均有统计学意义（P45医学影像学杂志2024年第34 卷第3 期 J Med Imaging Vol.34 No.3 20240.05）；腺癌组与鳞癌组各参数值比较差异无统计学意义（P0.05），见表1，2。2.2不同病理类型肺癌的 DKI 与 ZOOMit IVIM-DWI各参数诊断效能的比较绘制 ROC 曲线（图 2），将 DKI及 ZOOMit IVIM-DWI各参数值作为检验变量，将不同病理类型肺癌作为状态变量（1=腺癌组，2=鳞癌组，3=SCLC组），获得各参数值的 AUC 数值，见表 3，结果发现鉴别NSCLC组（腺癌、鳞癌）与SCLC组的MK值、MD值、D值、F 值 AUC 均0.700（P0.05）。腺癌组与鳞癌组之间各参数 AUC 小于0.600（P0.05）。3讨论扩散加权成像（DWI）是唯一能够评估水分子在体内扩散运动的成像技术，它可以间接反映组织的病理生理学特征，在识别各部位疾病方面发挥着重要作用4-5。DWI 是一种单指数模型，扩散成像受毛细血管灌注和浓度梯度的影响，并不能准确反映水分子扩散6。刘洁等7提出了体素内不相干运动（IVIM）的概念，李昌帅等8提出了非高斯扩散理论的扩散峰度成像（DKI），前者不仅反映了水分子的扩散特性，还反映了组织微循环灌注的特点，后者是基于非高斯分布模型来探查水分子扩散特性的技术，能够量化真实水分子扩散位移与理想的高斯分布水分子扩散位移间的偏离，表达水分子扩散受限程度、细胞异质性以及细胞的复杂程度9。IVIM及DKI各参数可以从肿瘤组织的固有特性、微环境特征、微循环灌注等方面显示肿瘤异质性特点10-11，王志炜等5研究表明 IVIM-DWI 及 DKI、DWI在良恶性孤立性肺病变中的诊断价值相当，而应用IVIM-DWI及DKI等功能序列在鉴别肺癌病理类型的研究报告少见。李扬飞等12对前列腺病变的小视野扫描与常规扫描做出比较，显示小视野扫描获取的图像质量更高、病灶更加清晰，考虑到肺部肿瘤通常占整个肺野比例相对较小，且受周围气体影响较大，本文采用小视野扫描方法，选择性激发感兴趣区，提高图像的分辨率与信噪比，为肺癌不同病理类型的鉴别提供更可靠的影像学数据13。本文结果显示SCLC的D值、f值、MD值均低于腺癌及鳞癌，D 值代表水分子之间真实扩散系数，MD值代表平均扩散系数，均与细胞水分子扩散相关，SCLC 的肿瘤细胞形态类似于淋巴细胞，呈圆形或卵圆形，单位体积内肿瘤细胞增殖较快，数目相对较多，细胞排列更密集，因此细胞外间隙相对表1不同病理类型肺癌的DKI与ZOOMit IVIM-DWI各参数比较（-x s）定量参数MD（10-3mm2/s）MK（10-3mm2/s）D（10-3mm2/s）f（10-3mm2/s）D*（10-3mm2/s）腺癌（n=57）2.730 1.1901.353 0.4000.959 0.2200.240 0.1200.146 0.050鳞癌（n=22）2.160 0.7801.388 0.4700.907 0.1000.190 0.0700.138 0.040SCLC（n=16）1.319 0.4201.985 0.6600.610 0.1700.157 0.0800.119 0.040表2NSCLC与SCLC的ZOOMit IVIM-DWI与DKI定量参数比较定量参数MD（10-3mm2/s）MK（10-3mm2/s）D（10-3mm2/s）f（10-3mm2/s）D*（10-3mm2/s）NSCLC（n=79）2.577 1.1231.363 0.4260.945 0.2030.231 0.1160.144 0.056SCLC（n=16）1.319 0.4231.986 0.6630.610 0.1720.157 0.0800.119 0.047Z5.1813.4915.0722.6251.745P0.050.050.050.05表3DKI与ZOOMit IVIM-DWI定量参数鉴别NSCLC组与SCLC组的诊断效能定量参数MD（10-3mm2/s）MK（10-3mm2/s）D（10-3mm2/s）F（10-3mm2/s）D*（10-3mm2/s）AUC0.9120.7780.9030.7090.639截断值1.5801.7920.7650.1400.098P0.0010.0010.0010.05AUC95%置信区间0.8400.9840.6260.9290.8120.9950.5620.8560.4750.803特异性（%）91.168.787.382.384.8敏感性（%）75.088.687.556.350.0约登指数0.6610.5730.7480.3860.34846医学影像学杂志2024年第34 卷第3 期 J Med Imaging Vol.34 No.3 2024较小，水分子扩散运动受限相对明显14，所以SCLC 的 D 值及 MD 值低于 NSCLC；f值表示肿瘤微循环灌注形成的假性扩散所占的比例（称灌注分数），能够直接获取肿瘤局部组织的血流灌注信息，有研究15得出 SCLC 的血流灌注值、血容量以及灌注峰值均小于腺癌及鳞癌，因此血流灌注对扩散影响相对较小，f 值较腺癌及鳞癌低。MK 值表示平均扩散峰度，被认为是评估组织结构复杂程度的指标，其大小与肿瘤组织结构的复杂程度呈正相关，SCLC 多为低分化肿瘤，细胞核结构不规则，生物组织结构较复杂，非高斯运动更加明显，本文结果显示SCLC的MK值大于腺癌及鳞癌，进一步说明SCLC组织结构较NSCLC复杂，但谢磊等16研究结果表明，MK值在SCLC、腺癌及鳞癌的鉴别诊断中差异均无统计学意义，分析与其不一致的原因，可能与 ROI 的画取及选择的样本数量差别较大有关。KOYAMA等17研究发现腺癌多呈替代性生长，肿瘤细胞贴壁生长，较少破坏下面正常结构，而鳞癌呈非替代性生长，肿瘤细胞排列为实体团块，破坏正常肺泡结构，恶性程度相对更高；而且腺癌肿瘤细胞胞质内含有较多黏液成分，游离水分子含量相对高于鳞癌，因此腺癌的ADC值相对比鳞癌高。而本文中，腺癌与鳞癌之间各参数差异均无统计学意义，分析原因可能是部分分化差的腺癌组织结构的复杂程1A1B1C1D1E1F1G1H1I图1女，67 岁，右肺上叶腺癌。图1A FS-T2WI显示右肺上叶高信号结节；图1B ADC图（b=800）；图1C1E IVIM的D值、F值、D*值分别为0.847，0.127，0.127；图1F，1G DKI的MK值、MD值分别为1.398，1.730；图1H 肿块ROI画取图；图1I 病理图。47医学影像学杂志2024年第34 卷第3 期 J Med Imaging Vol.34 No.3 2024度与鳞癌存在重叠，也可能鳞癌容易液化、坏死，自由水含量相对较高，因此导致二者的非高斯扩散效应差别并不明显，鉴别价值较低，需要进一步行免疫组化来鉴别。本文的局限性：1）鳞癌及SCLC样本量偏少，可能会对统计结果造成一定偏差；2）未按照病理分级对肺癌进行细分，而不同分化等级可能会影响ZOOMit IVIM-DWI及DKI模型参数。综上所述，ZOOMit IVIM-DWI及 DKI定量参数在鉴别肺癌不同病理类型之间有一定统计学意义，能更加有效地提高影像学诊断肺癌病理类型的特异性和敏感性，为肺癌的临床诊治提供了参考依据。参考文献：1中华医学会肿瘤学分会，中华医学会杂志社.中华医学会肺癌临床诊疗指南（2022版）J.中华医学杂志，2022，44（6）：457-490.2TANDBERG D J，TONG B C，ACKERSON B 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