3.0T乳腺擴(kuò)散加權(quán)成像中b值的選擇

南通大學(xué)附屬醫(yī)院 影像科，江蘇 南通 226001

3.0T乳腺擴(kuò)散加權(quán)成像中b值的選擇

曹亮，周學(xué)軍，趙金麗，吳曉穎，葛涌錢

南通大學(xué)附屬醫(yī)院 影像科，江蘇 南通 226001

目的探討3.0T乳腺擴(kuò)散加權(quán)成像（Diffusion Weighted Imaging，DWI）中b值大小及其在疾病診斷中的價(jià)值。方法收集5例正常乳腺受檢者，19例乳腺良性病變患者及18例乳腺癌患者。采用GE公司Signa HDx 3.0T超導(dǎo)型全身磁共振成像（MRI）系統(tǒng)，進(jìn)行乳腺常規(guī)MR（磁共振）掃描和DWI。擴(kuò)散敏感系數(shù)（b）值分別取600、1000、1500 s/mm2。觀察正常乳腺、乳腺良性病變和乳腺癌的常規(guī)MRI和DWI，測(cè)量其表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC）值并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果b值不同得到的圖像質(zhì)量不同，b值越高對(duì)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)越敏感，但圖像信噪比（SNR）、對(duì)比噪聲比（CNR）越低，噪聲越大，圖像變形越嚴(yán)重；反之，b值越低，圖像SNR、CNR越高，但對(duì)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)不敏感。b=1000 s/mm2時(shí)，正常組平均ADC值是1.89×10-3mm2/s，良性病變組平均ADC值是1.51×10-3mm2/s，乳腺癌組平均ADC值是1.06×10-3mm2/s。結(jié)論運(yùn)用GE 3.0T超導(dǎo)磁共振系統(tǒng)進(jìn)行乳腺擴(kuò)散加權(quán)成像，b值取1000 s/mm2時(shí)，能獲得優(yōu)質(zhì)的DWI，所測(cè)得的ADC值可以為乳腺癌及良性病變的鑒別診斷提供重要信息。

乳腺病變；擴(kuò)散加權(quán)成像；磁共振成像；磁共振掃描儀；擴(kuò)散敏感系數(shù)

乳腺疾病是危害婦女健康的常見(jiàn)疾病，近年來(lái)其發(fā)病率和死亡率呈上升趨勢(shì)，因此及時(shí)發(fā)現(xiàn)和確診乳腺疾病越來(lái)越重要。而乳腺磁共振（MR）檢查正是一種重要的檢查手段。磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像（Diffusion Weighted Imaging，DWI）是一種觀察活體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的無(wú)創(chuàng)成像技術(shù)，能從分子水平反映人體組織的空間組成信息和病理生理狀態(tài)下各組織之間水分子交換的功能情況，最早主要應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，如急性腦缺血的早期診斷。隨著高場(chǎng)磁共振成像（MRI）的出現(xiàn)，平面回波技術(shù)（Echo-PlanarImaging，EPI）的發(fā)展和乳腺專用線圈的完善，DWI在乳腺疾病診斷中發(fā)揮越來(lái)越主要的作用。影響DWI圖像質(zhì)量的因素很多，其中擴(kuò)散敏感系數(shù)（b）是最主要的成像參數(shù)，因此b值的選擇是研究的熱點(diǎn)。本文將3.0T乳腺擴(kuò)散加權(quán)成像中采用不同b值獲得的DWI進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在探討最適合的b值，及其相應(yīng)的表觀彌散系數(shù)（Apparent Diffusion Coefficient，ADC）對(duì)乳腺良惡性病變鑒別診斷的意義。

1 材料與方法

1.1 一般材料

收集2011年11月～2012年11月因臨床捫及乳腺腫塊和/或鉬靶及超聲檢查出病灶，且部分定性較困難的女性患者37例，年齡25～65歲，平均年齡41歲。其中乳腺良性病變患者19例，乳腺癌患者18例。同時(shí)收集此期間在我院行MR檢查的女性健康體檢及正常志愿者5例，共10個(gè)乳腺。年齡17～45歲，平均36歲。所有檢查者均無(wú)MR檢查禁忌證，檢查前簽署知情同意書。篩選標(biāo)準(zhǔn)為檢查者無(wú)自覺(jué)癥狀，觸診未捫及腫塊，B超及鉬靶檢查均正常。

1.2 檢查方法

使用美國(guó)GE公司Signa HDx 3.0T超導(dǎo)磁共振掃描儀及其隨機(jī)配置的AW4.5工作站。線圈采用GE公司乳腺專用表面線圈。患者取俯臥位、足先進(jìn)、乳腺自然下垂，雙乳頭置于線圈中心，患者的背部用外固定帶固定，以減少呼吸運(yùn)動(dòng)影響，并囑患者保持一個(gè)舒適的姿勢(shì)。

掃描方案：① 常規(guī)橫斷面脂肪抑制STIR序列和橫斷面T1WI序列；左、右雙側(cè)矢狀面快速自旋回波T2WI脂肪抑制序列；② 橫斷面擴(kuò)散加權(quán)成像采用平面回波成像（SEEPI）掃描序列，頻率選擇法脂肪抑制技術(shù)；添加局部勻場(chǎng)，大小覆蓋兩側(cè)乳腺，中心點(diǎn)相對(duì)視野（FOV）中心偏乳頭側(cè)；頻率編碼左右方向。b值分別取600、1000、1500 s/mm2；③ 雙側(cè)乳腺動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描（Dynamic Contrast-Enhanced Magnetic Resonance Imaging，DCE－MRI）采用3D-FSPGR序列。成像參數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 乳腺M(fèi)R成像參數(shù)

1.3 圖像評(píng)價(jià)和數(shù)據(jù)測(cè)量

在AW4.5工作站上對(duì)DWI圖像進(jìn)行后處理，獲得ADC圖 ,測(cè)量ADC值。觀察不同b值下，正常乳腺組織、乳腺良性病變和乳腺癌的影像學(xué)特征，并對(duì)DWI圖質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為：① 圖像信噪比SNR=SI/SD，SI：腺體組織平均信號(hào)值，SD：相位編碼方向的背景噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差。量化標(biāo)準(zhǔn)：0分：SNR＜5；1分：5＜SNR＜10；2分：10＜SNR＜20；3分：20＜SNR＜30；4分：30＜SNR＜40；5分：SNR＞50[1-3]；② 對(duì)比噪聲比CNR=(SA-SB)/SD背景，即兩種組織信號(hào)強(qiáng)度差值與背景噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差之比，SA和SB分別代表組織A和組織B的興趣區(qū)像素的平均值，SD背景為相同面積的背景信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差，常選擇相位編碼方向上與SA或SB同一水平的無(wú)組織結(jié)構(gòu)的空氣區(qū)域；③ 圖像偽影，1分：偽影很重，不能顯示病變；2分：偽影較重，嚴(yán)重影響病變顯示；3分：偽影一般，對(duì)病變顯示有影響；4分：偽影較輕，對(duì)病變顯示影響較?。?分：無(wú)偽影或幾乎無(wú)偽影；④ 病灶顯示情況：1分：病灶組織顯示不清；2分：介于1分和3分之間；3分：病灶組織邊緣顯示尚清，但與周圍組織對(duì)比不十分清晰；4分：介于3分和5分之間；5分：病灶組織邊緣銳利，與周圍組織對(duì)比明顯。

分別測(cè)量正常乳腺組織、乳腺良性病變和乳腺癌的ADC值。其測(cè)量方法是將原始數(shù)據(jù)傳輸至GE AW4.5工作站，采用Functool軟件處理，自動(dòng)生成DWI及對(duì)應(yīng)的ADC圖。觀察病變區(qū)及正常乳腺區(qū)在DWI及ADC圖上的形態(tài)特征及信號(hào)特點(diǎn)，分3次測(cè)量病變區(qū)及正常乳腺的ADC值，然后取其平均值。在病變的最大徑所在層面選取感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI），面積范圍為40～60 mm2，并盡量避開(kāi)壞死囊變區(qū)。利用工作站的拷貝功能使同一病人的ROI大小保持一致。所有圖像均有2名有經(jīng)驗(yàn)的影像診斷醫(yī)師采取雙盲法閱片。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS17.0數(shù)據(jù)分析軟件包診斷，P＜0.05認(rèn)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。所用數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”或“平均值”表示。不同b值的乳腺病變SNR、CNR和同一b值正常乳腺、乳腺良性病變及乳腺癌的ADC值比較以及不同b值乳腺良性病變和乳腺癌的ADC值比較均采用單因素方差分析。獲得差異具有顯著意義的結(jié)論后再做各組間兩兩比較，即SNK-q檢驗(yàn)。以病理診斷為金標(biāo)準(zhǔn)，采用受試者工作特征曲線（Receiver Operating Characteristic Curve，ROC曲線）獲得ROC曲線下面積（Area Under the Curve，AUC）及最佳臨界點(diǎn)[4]。

2 結(jié)果

2.1 病灶顯示

乳腺良性病變患者20例，病灶直徑范圍為0.9～5.8 cm。其中，纖維腺瘤14例、囊腫2例、導(dǎo)管內(nèi)乳頭狀瘤1例、導(dǎo)管囊樣擴(kuò)張1例、慢性炎癥1例、漿細(xì)胞性乳腺炎1例。乳腺癌患者18例，病灶直徑范圍為0.8～4.8 cm。其中，浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌13例、導(dǎo)管內(nèi)癌4例、浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌伴部分粘液腺癌1例。

2.2 DWI圖像質(zhì)量

隨著b值升高，乳腺病變DWI的SNR、CNR、圖像顯示評(píng)分及圖像質(zhì)量評(píng)分逐漸下降，但病灶顯示評(píng)分則逐漸升高，見(jiàn)圖1～2。當(dāng)b值分別取600、1000、1500 s/mm2時(shí)，對(duì)應(yīng)的SNR為（35.74±3.05）、（32.13±2.58）、（26.63±2.57），對(duì)應(yīng)的CNR為（10.98±2.67）、（8.91±2.36）、（6.26±2.41），見(jiàn)表2。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，b=600 s/mm2和b=1000 s/mm2的SNR、CNR無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），b=1000 s/mm2和b=1500 s/mm2的SNR、CNR有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

圖1 A～C 左乳浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌

圖2 A～C 右乳纖維腺瘤

表2 不同b值所得的DWI圖像

2.3 正常腺體、乳腺良性病變及乳腺癌的ADC值

b值分別為600、1000、1500 s/mm2時(shí)，正常乳腺、良性病變及乳腺癌的平均ADC值，見(jiàn)表3。同一b值，正常乳腺、良性病變及乳腺癌ADC值經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析有差異（P＜0.05），提示同一b值時(shí)，正常乳腺、良性病變及乳腺癌的ADC值各不相同。不同b值時(shí)，同一組病變的ADC值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），可以認(rèn)為相同性質(zhì)病變低b值得到的ADC值高于高b值得到的ADC值。隨著b值的增大，正常乳腺腺體組織在DWI圖上的信號(hào)強(qiáng)度不斷下降，良性病變組織的ADC值下降，ADC圖呈等信號(hào)或稍高信號(hào)；而乳腺癌的ADC值輕度下降，ADC圖呈稍高信號(hào)或高信號(hào)。

表3 不同b值所測(cè)得的ADC平均值(×10-3mm2/s)

2.4 不同b值下ADC值定量分析

以每個(gè)乳腺病變ADC值為單位，病理學(xué)診斷為金標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用ROC曲線分析方法顯示，b=600 s/mm2時(shí)， AUC為0.871，最佳臨界點(diǎn)為1.43×10-3mm2/s，此時(shí)診斷乳腺惡性病變的敏感性為88.9%、特異性為76.7%；b=1000 s/mm2時(shí)，AUC為0.905，最佳臨界點(diǎn)為1.14×10-3mm2/ s，敏感性為83.3%、特異性為84.2 %；b=1500 s/mm2時(shí)，AUC為0.912，最佳臨界點(diǎn)為1.00×10-3mm2/s，敏感性為71.8%、特異性為90.7%，見(jiàn)圖3。

圖3 不同b值下ADC值ROC曲線

3 討論

3.1 DWI基本原理

擴(kuò)散是指人體組織里水分子的布朗運(yùn)動(dòng)，它可以引起質(zhì)子周圍局部磁場(chǎng)的變化，從而使其失相位導(dǎo)致信號(hào)衰減。DWI是利用水分子的彌散運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行成像的，它是目前唯一能觀察活體水分子微觀擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的成像方法。由于水分子在不同組織中的擴(kuò)散能力不同，DWI可將這種擴(kuò)散能力差異轉(zhuǎn)化成圖像的信號(hào)差異或其他參數(shù)值的改變。磁共振DWI利用這一特點(diǎn)在常規(guī)脈沖之外施加一個(gè)快速切換，極性強(qiáng)而且相反的擴(kuò)散梯度脈沖來(lái)擴(kuò)大這種去相位改變，從而檢測(cè)不同組織內(nèi)水分子的自由運(yùn)動(dòng)，得到相應(yīng)的信息。水分子擴(kuò)散越自由，信號(hào)衰減越明顯，DWI圖像表現(xiàn)為低信號(hào)；水分子擴(kuò)散越受限，信號(hào)衰減越不明顯，DWI圖像表現(xiàn)為高信號(hào)。

3.2 DWI圖像質(zhì)量分析及b值的選擇

影響DWI圖像質(zhì)量的因素有很多，如呼吸運(yùn)動(dòng)等生理因素的影響，成像方式的選擇，使用的孔徑、矩陣、擴(kuò)散方向以及b值的選擇。其中b值的選擇是目前研究的熱點(diǎn)。b值為外加梯度磁場(chǎng)的參數(shù)，反映其強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，可以用b＝γ2G2δ（?-δ/3）表示, 其中γ為旋磁比、G為擴(kuò)散梯度脈沖強(qiáng)度、δ為擴(kuò)散梯度脈沖持續(xù)時(shí)間、?為2個(gè)擴(kuò)散梯度脈沖起始點(diǎn)的間隔時(shí)間。b值越高對(duì)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)越敏感，有利于發(fā)現(xiàn)病灶，但因組織信號(hào)衰減明顯，會(huì)降低圖像的信噪比。反之，b值越低，圖像信噪比越高，但對(duì)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)不敏感，不利于病灶的發(fā)現(xiàn)，因此b值大小直接決定了DWI對(duì)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的敏感程度，故b值又稱彌散權(quán)重系數(shù)。所以，在進(jìn)行乳腺?gòu)浬⒓訖?quán)成像時(shí)，我們應(yīng)選擇適合的b值，既要使圖像達(dá)到良好的SNR和CNR，又能顯示病灶。本研究通過(guò)選擇3組b值進(jìn)行乳腺DWI，并對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分。當(dāng)b=600 s/mm2時(shí)，SNR為35.74±3.05，CNR為10.98±2.67，圖像顯示評(píng)分為4.13，圖像偽影評(píng)分為3.00，病灶顯示評(píng)分為3.09；當(dāng)b=1000 s/mm2時(shí)，SNR為32.13±2.58，CNR為8.91±2.36，圖像顯示評(píng)分為3.41，圖像偽影評(píng)分為2.78，病灶顯示評(píng)分為3.37；當(dāng)b=1500 s/mm2時(shí)，SNR為26.63±2.57，CNR為6.26±2.41，圖像顯示評(píng)分為2.78，圖像偽影評(píng)分為2.13，病灶顯示評(píng)分為3.41。當(dāng)b=1500 s/mm2時(shí)，有3例圖像質(zhì)量差，病灶顯示不清，其原因?yàn)椋孩?由于EPI序列的特殊采集方式導(dǎo)致水脂質(zhì)子失相位，在高b值時(shí)表現(xiàn)得尤為明顯；②b值增高，梯度場(chǎng)增加，導(dǎo)致磁場(chǎng)均勻度下降，圖像變形失真嚴(yán)重；③ 隨b值增高，組織信號(hào)衰減更加明顯，所得的DWI偽影指數(shù)明顯增高。汪登斌[5]報(bào)道1.5TMR DWI b值為600、1000 s/mm2，病灶CNR分別為9.00±2.86、6.67±2.78，均低于本研究中相同b值所對(duì)應(yīng)的CNR，原因系磁共振成像儀的場(chǎng)強(qiáng)增加所致。

在DWI中，圖像信號(hào)是由質(zhì)子自旋（T2透過(guò)效應(yīng)），組織微血管灌注效應(yīng)和彌散共同作用的結(jié)果。為真實(shí)反映水分子彌散狀態(tài)，必須剔除T2穿透效應(yīng)和組織微血管灌注效應(yīng)的影響[5-6]，因此引入了ADC值。ADC值是反映水分子彌散和毛細(xì)血管微循環(huán)（灌注）的人工參數(shù)，能夠比較真實(shí)地反映組織實(shí)際擴(kuò)散系數(shù)。該值是通過(guò)2個(gè)不同b值DWI圖像計(jì)算出來(lái)的，其計(jì)算公式為ADC=ln（SI低/SI高）/（b高－b低）。式中SI低表示低b值DWI上組織的信號(hào)強(qiáng)度（b值可以是零）；SI高表示高b值DWI上組織的信號(hào)強(qiáng)度；b高表示高b值；b低表示低b值；ln表示自然對(duì)數(shù)。它可以直接反映水分子擴(kuò)散快慢[7]。從此公式中不難發(fā)現(xiàn)b值的改變直接影響ADC值的測(cè)量。b值較小時(shí)，圖像受T2穿透效應(yīng)和組織微血管灌注效應(yīng)的影響較大，擴(kuò)散信號(hào)所占比例?。磺宜玫降腄WI圖對(duì)圖像信號(hào)變化敏感性差，從而計(jì)算出的ADC值波動(dòng)較大。b值較大時(shí)，ADC值穩(wěn)定性好，能較真實(shí)地反映組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。通過(guò)分析比較AUC（1000）和AUC（1500），結(jié)果表明兩者對(duì)乳腺病變的診斷效能無(wú)明顯差異。因此，當(dāng)b值為1000 s/mm2時(shí)，既避免低b值時(shí)彌散圖像受T2穿透效應(yīng)和組織微血管灌注效應(yīng)的影響，又避免高b值時(shí)圖像信噪比過(guò)低的影響，此時(shí)所計(jì)算出的ADC值與真實(shí)擴(kuò)散系數(shù)更接近，為最佳b值。

在乳腺?gòu)浬⒓訖?quán)成像中，除了強(qiáng)調(diào)大小合適b值的選擇之外，還應(yīng)通過(guò)提高磁場(chǎng)均勻度、使用斜坡采樣、增大采樣帶寬、增加激發(fā)次數(shù)、加快梯度轉(zhuǎn)換速度并降低頻率編碼步數(shù)等方法獲得優(yōu)質(zhì)DWI。

3.3 DWI在乳腺疾病中的診斷價(jià)值

DWI通過(guò)研究活體組織中水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，從分子水平反映人體組織的空間組成信息和病理生理狀態(tài)下各組織之間水分子交換的功能情況。隨著b值從600 s/mm2到1500 s/mm2，正常乳腺組織＞良性病變＞乳腺癌；DWI上表現(xiàn)為低信號(hào)、中等信號(hào)和高信號(hào)，并隨著b值的增高，信號(hào)差異越明顯。實(shí)際工作中，我們可以通過(guò)此表現(xiàn)初步判斷病變的良惡性。測(cè)量正常乳腺組織、良性病變、乳腺癌的ADC值，發(fā)現(xiàn)乳腺癌組織＜良性病變組織＜正常乳腺組織。這些變化與以下因素有關(guān)：① 乳腺癌由于腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)活躍，細(xì)胞密度高，細(xì)胞外間隙變??；② 細(xì)胞生物膜的限制；③ 大分子物質(zhì)對(duì)水分子吸附作用增強(qiáng)[8]。因此，這些因素限制了惡性腫瘤內(nèi)自由水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，DWI表現(xiàn)為高信號(hào)，ADC圖表現(xiàn)為低信號(hào)，ADC值明顯降低[9-10]。

綜上所述，DWI作為一種無(wú)創(chuàng)的磁共振功能成像技術(shù)，在各種疾病的診斷與鑒別診斷中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。筆者認(rèn)為，考慮到SNR、CNR及其對(duì)病變顯示的敏感性和特異性等因素，3.0T乳腺?gòu)浬⒓訖?quán)成像時(shí)，選擇b值=1000 s/mm2最為合適，此b值下所測(cè)得的ADC值，結(jié)合常規(guī)掃描及動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描的圖像信息，將有助于乳腺良惡性病變的鑒別診斷。

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selection of b Value in Diagnosis of Breast Cancers with 3.0T DWI

CAO Liang, ZHOU Xue-jun, ZAO Jin-li, WU Xiao-ying, GE Yong-qian
Department of Imaging, Affiliated Hospital of Nantong University, Nantong Jiangsu 226001, China

ObjectiveTo evaluate the effects of 3.0T DWI (Diffusion Weighted Imaging) with different b values (Diffusion Sensitivity Coefficient) in diagnosis of breast cancers.MethodsFive cases with normal breasts (Normal Group), 19 cases with breast benign lesions (Benign Lesions Group) and 18 cases with breast cancer (Breast Cancer Group) were collected and examined with conventional MR scanning and DWI breast imaging. Calculation and statistical analysis of ADC (Apparent Diffusion Coefficient) values were made in three groups respectively with b values of 600 s/mm2, 1000 s/mm2and 1500s/mm2.ResultsThe quality of images was decided by different b values. Higher b values would result in greater sensitivity to the motion of water molecules, lower SNR (Signal to Noise Ratio) and CNR (Contrastnoise Ratio). More noise would cause greater distortion of the image. On the contrary, the lower b value was, the higher SNR and CNR the images would have. However, lower b values were not sensitive to the motion of water molecular. When b value was equal to 1000s/mm2, the mean ADC value of Normal Group was 1.89×10-3 mm2/s, Benign Lesions Group was 1.51×10-3mm2/s, Breast Cancer Group was 1.06×10-3mm2/s.ConclusionHigh-quality DWI images can be obtained with application of GE 3.0T MR when b value is set at 1000 s/mm2. ADC can values provides important information for diagnosis of breast cancers and benign lesions.

breast lesions; diffusion-weighted imaging; magnetic resonance imaging; magnetic resonance scanner; diffusion sensitivity coefficient

R445.2；R737.9

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.08.064

1674-1633(2013)08-0157-04

2012-12-19

2013-06-20

周學(xué)軍，副主任技師，南通大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像工程與醫(yī)學(xué)影像技術(shù)教研室副主任，碩士導(dǎo)師。

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