不同b值表观扩散系数在鉴别肺癌病理类型及腺癌分化程度中的价值

邓启明 李传俊 吴晓涛 钟世燕

深圳市坪山区人民医院放射科 深圳市光明区人民医院放射科

摘    要：

目的:评价不同b值下DWI鉴别肺癌病理类型及腺癌分化程度的价值。方法:对64例肺癌行常规MRI和DWI检查,分别测量b值为300 s/mm2、500 s/mm2、800 s/mm2时的病变表观扩散系数(ADC)值,比较不同b值下肺鳞癌与肺腺癌、中分化与低分化肺腺癌的ADC值的差异。根据ROC曲线确定各个b值下的ROC曲线下面积及诊断阈值。结果:64例中,鳞癌19例,低分化腺癌29例,中分化腺癌14例。当b=800时测量的平均ADC值对鉴别肺鳞癌与腺癌的诊断效能最高(AUC=0.829),ADC值截断值为0.915 mm2/s时,敏感性90.7%,特异性66.7%。当b=800时测量的平均ADC值对鉴别低分化腺癌与中分化腺癌的诊断效能最高(AUC=0.863),ADC值截断值为1.173 mm2/s时,敏感性89.7%,特异性64.3%。结论:b值取800 s/mm2时,测量平均ADC值对判断肺癌病理类型、腺癌分化程度的诊断效能最高。

 

关键词：

肺癌 病理分型 肿瘤分化程度 磁共振成像 表观扩散系数

The Value of Apparent Diffusion Coefficient of Different b Values in Distinguishing Pathological Types of Lung Cancer and Differentiation of Adenocarcinoma

DENG Qi-ming LI Chuan-jun WU Xiao-tao

Department of Radiology,Pingshan People's Hospital of Shenzhen;

Abstract：

Objective To evaluate the value of DWI in different pathological types of lung cancer and the degree of differentiation of adenocarcinoma.Method Sixty-four patients with lung cancer underwent routine MRI and DWI.The apparent diffusion coefficient(ADC) value of the lesions was measured at b=300 s/mm2,500 s/mm2,and 800 s/mm2,respectively.ADC value of squamous cell carcinoma(SCC) and adenocarcinoma(ADC) at different b values were compared; and ADC value of moderately differentiated(MD)and poorly differentiated(PD) ADC were compared.The area under the ROC curve and the diagnostic threshold at different b value were ascertained.Results Of the 64 cases,19 were SCC,29 were PD-ADC,and 14 were MD-ADC.The mean ADC value measured at b=800 s/mm2 was the most effective in identifying SCC and LADC(AUC=0.829).When the cutoff value of ADC value was 0.915 mm2/s,the sensitivity and specificity were 90.7%,66.7%,respectively.Meanwhile,the mean ADC value measured at b=800 was the most effective in identifying PD-ADC and MD-ADC(AUC=0.863),and the ADC value cutoff value was 1.173 mm2/s,the sensitivity and specificity were 89.7%,64.3.%,respectively.Conclusion When the b value is 800 s/mm2,the mean ADC value is the most efficiency in distinguishing the pathological type of lung cancer and the degree of differentiation of adenocarcinoma.

 

Keyword：

Lung cancer; Pathological type; Degree of tumor differentiation; Magnetic resonance imaging; Apparent diffusion coefficient;

近年来肺癌在我国的发病率和死亡率持续升高,成为位居第一的恶性肿瘤[1],其中非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)占到全部肺癌的80%～85%。NSCLC主要病理类型是腺癌和鳞癌,但是随着近年肺腺癌的发病率不断升高,腺癌已经替代鳞癌成为NSCLC的主要病理类型[2]。腺癌和鳞癌在预后和复发率方面存在明显不同,且肺腺癌的预后与肿瘤分化程度(Degree of tumor differentiation,DTD)、病理亚型、淋巴结转移等密切相关。鳞癌、低分化肺腺癌具有不良的预后,手术切除或化疗后肿瘤复发和死亡风险较高[3-4]。因此,在治疗前准确区分肿瘤的病理分型及分化程度对于设计治疗策略和预测患者的预后至关重要。

 

随着磁共振多通道线圈、并行采集技术和运动伪影抑制等技术的研发和应用,磁共振扩散加权成像(diffusion-weighted imaging,DWI)在胸部的应用越来越广泛[5-6]。一篇荟萃分析[7]报道了ADC(Apparent diffusion coefficient,ADC)在鉴别肺结节良恶性、鉴别小细胞肺癌与非小细胞肺癌具有较高价值。国内也有少量文献报道ADC值可以区别肺癌的组织类型及分化程度[8-10],但对ADC值鉴别实性肺腺癌的分化程度的研究报道较少。笔者回顾性分析64例经病理证实肺癌的临床及MRI资料,探讨ADC值与肺癌病理类型及实性肺腺癌分化程度的相关性,并优化DWI的扫描b值。

 

1 资料与方法

1.1 一般资料:

搜集2012年12月～2018年10月间在我院行肺部MRI检查并经手术获取病理结果的患者共105例。纳入标准:①胸部CT检查发现孤立性肺部实性结节,大小≥2 cm,不含气体及钙化成分;②检查前无经皮穿刺活检、支气管镜活检及癌症相关放化疗等治疗史;③经手术切除病理证实为肺腺癌和肺鳞癌,且病灶分化程度及亚型诊断明确;④无MRI禁忌证,如心脏起搏器置入、身体金属物置入、幽闭恐惧症等。经患者本人知情同意,自愿接受MRI检查。本研究共纳入64例肺癌患者,其中肺鳞癌19例,男12例,女7例,平均年龄(57.1±7.2)岁;肺腺癌45例,男21例,女24例,平均年龄(55.2±11.3)岁。35例患者有咳嗽、胸痛等症状,29例患者因其他疾病入院检查或体检发现。

 

1.2 检查方法:

采用西门子Avanto 1.5T超导磁共振成像系统。检查前嘱患者均匀呼吸并进行呼吸训练,患者采取仰卧位头先进,进行常规磁共振和DWI序列扫描。扫描序列包括T1WI、T2WI、T2压脂(T2WI SPAIR)、DWI扫描。DWI序列采用单次激发自旋回波-平面回波成像序列(spin echo-echo planar imaging,SE-EPI),并联合并行采集技术(integrated parallel acquisition techniques,iPAT)。在屏气状态下采集3组b值时图像在,b值分别取300s/mm2、500s/mm2、800s/mm2,同时在X、Y、Z轴三个方向上施加敏感梯度脉冲。扫描参数,TR/TE 108/69 ms,FOV 360×352 mm2,矩阵128×128,层厚/层间距6/1.5 mm,EPI 57,NEX2,扫描时间35 s。

 

1.3 图像分析:

采集所得数据传至Syngo工作站,用专用软件分别对图像数据进行分析处理,自动生成ADC图。参照常规序列和DWI图像上高信号区,在ADC图中选取实性部分较大的2或3个层面,画置感兴趣区(region of interest,ROI),测量出病变的ADC值,测量3次,取其平均值作为病变的ADC值。同时分析记录病灶形状、增强程度、MRI动态增强曲线类型、DWI信号等特征。

 

1.4 病理学评价检查:

对所有手术标本福尔马林固定,然后脱水、石蜡包埋、切片、HE染色和封固。用光镜(10倍、20倍及40倍焦距)观察肺结节组织结构变化,由1名从事肺癌诊断的高年资病理科医师对所有病理切片进行诊断。诊断标准参照2015年WHO肺癌新分类指南[11],病理切片中腺癌的浸润成分以5%增进方式进行半定量记录依据文献报道的肺腺癌亚型预后差异。将浸润性腺癌按主要组织学亚型进行分级,其中附壁生长为主型评为高分化,腺泡或乳头为主型为中分化,微乳头或实体为主型为低分化。由于实性肺腺癌不会表现为附壁生长为主,本组将实性肺腺癌分为中分化和低分化两组。

 

1.5 统计学分析:

中、低分化组肺癌ADC值均采用均数±标准差(x¯±s)的方式。两组不同分化程度的ADC值比较成组t检验,方差不齐是采用t检验,双侧检验,检验水准α=0.05。利用ROC曲线分析诊断效能,计算曲线下面积(AUC)、敏感度、特异度。两个AUC值比较,采用Z检验,双侧检验,检验水准α=0.05。

 

2 结果

2.1 不同b值下肺鳞癌与肺腺癌的ADC值及诊断效能比较:

不同b值下肺鳞癌的平均ADC值低于肺腺癌ADC值, b值取500 s/mm2、800 s/mm2时平均ADC值的差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。根据b=500 s/mm2、800 s/mm2时测量的ADC值建立区分肺鳞癌和肺腺癌的ROC曲线图,见图1,取敏感性和特异性均高的点作为诊断阈值,显示b=800 s/mm2时的诊断较能较b=500 s/mm2高(Z=0.954,P=0.024<0.05)。

 

表1 不同b值下肺鳞癌与肺腺癌的ADC值及诊断效能比较 

2.2 不同b值下中分化肺腺癌与低分化肺腺癌的ADC值及诊断效能比较:

不同b值下低分化肺腺癌的平均ADC值低于中分化肺腺癌ADC值,b值取500 s/mm2、800 s/mm2时平均ADC值差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。根据b=500 s/mm2、800 s/mm2时测量的ADC值建立区分中分化和低分化肺腺癌的ROC曲线图,见图1。取敏感性和特异性均高的点作为诊断阈值,显示b=800 s/mm2时的诊断较能较b=500 s/mm2高(Z=0.909,P=0.026<0.05)。

 

3 讨论

DWI 通过观察活体水分子在不同组织中的布朗运动,定性及定量地评价生理及病理状态下组织中以水分子扩散的差异为基础的结构对比[12]。ADC值是目前在临床上最常用的量化指标,其受到扩散梯度敏感因子即b值的影响。ADC值=In(SI低/SI高)/(b高/b低),SI低及SI高分别代表用低b值及高b值所得到的DWI图像的信号强度。当b值较大时,ADC 值稳定性好且微循环对其影响较小,能更准确地反映组织内水分子的扩散运动,但同时磁敏感伪影和图像几何变形将会导致DWI图像的信噪比和对比噪声比降低,不利于小病灶的检测;相反,小b值可以提高图像信噪比,图像质量较好,但在一定程度上受到T2透过效应和微循环灌注的影响,不能客观真实的反映组织内本质结构,所测的ADC 值不够准确,稳定性也较差。本研究采用了不同b值的DWI扫描,显示随着b值的增大,肺癌病灶的ADC值逐渐减小,这也表明肺内病灶的ADC值受微循环灌注的影响;同时得到b= 800 s/mm2时,获得ADC值对鉴别肺癌的病理类型及分化程度的诊断效能最大;与部分文献报道相似[13-14]。

 

 

图1 b值=500,800s/mm2时ADC平均值对鉴别 肺鳞癌与腺癌的ROC图

图2 b值=500,800s/mm2时ADC平均值对鉴别 低分化与中分化腺癌的ROC图

表2 不同b值下中分化肺腺癌与低分化肺腺癌的ADC值及诊断效能比较

目前由于研究所用MR扫描设备、成像参数和序列不同,关于不同最佳b值对肺癌组织学类型及肺腺癌分化程度的研究尚无定论。文献报道[15]病灶>2 cm的结节,测量的ADC具有较好的观察者一致性。本研究采用了>2 cm的实性结节作为纳入标准,减少部分容积效应、图像空间分辨率较差,测量的ADC具有较好的观察者一致性。本组资料显示,b=500 s/mm2、800 s/mm2时肺鳞癌的平均ADC值低于肺腺癌(P<0.05),与文献报道一致[8,10];而在b=300 s/mm2时两种组织学类型的ADC值无差异(P>0.05),可能与低b值测量ADC值受到微循环灌注影响有关。鳞癌与腺癌的ADC值差异与其生长方式不同,腺癌为代替生长,癌细胞沿肺泡壁生长替代柱状上皮细胞,底层结构保存;鳞状细胞癌则为团块状生长方式,癌细胞压缩式增殖和非替代性侵犯[16]。这两种不同生长方式的肺癌导致了细胞构成和密度的差异,进而导致了ADC值的不同。本研究显示当b=800 s/mm2时,选取ADC=0.915 mm2 /s作为诊断肺鳞癌与肺腺癌的阈值,敏感性90.6%,特异性66.7%。

 

另外本研究还进一步探讨了不同b值下ADC值对于实性肺腺癌分化程度预测的价值。本组资料显示,b=500 s/mm2、800 s/mm2时中分化实性肺癌的平均ADC值低于低分化肺腺癌(P<0.05),而在b=300 s/mm2时中低分化肺腺癌的ADC值差异无统计学意义(P>0.05),可能与低b值测量ADC值受到微循环灌注影响有关。低分化腺癌的癌细胞增殖快,实性或杂乱排列,细胞密度高,细胞外间隙较窄,导致水分子扩散受限明显,ADC值较低;而中分化腺癌增殖相对慢,细胞腺管状生长,细胞密度低,细胞外间隙相对较大,导致水分子扩散受限相对不明显,ADC值较高。本研究显示当b=800 s/mm2时,选取ADC=1.173 mm2/s作为预测高分化肺腺癌与中低分化肺腺癌的阈值,敏感性89.7%,特异性64%。

 

本研究为回顾性分析,纳入病例相对较少,尤其是鳞癌,患者的选择存在一定偏倚,需要加大样本量进一步证实。当选b=800 s/mm2时,获得ADC值对预测肺癌病理类型及实性腺癌分化程度有较好诊断效能;ADC值作为一种简单可行定量方法,有可能为鳞癌和腺癌鉴别及判断腺癌分化程度的提供一种无创性的检查方法、一种新途径,对临床治疗方式的选择及判断预后提供一定的参考。

 

参考文献

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