磁共振體素內不相干運動擴散加權成像檢查對腎透明細胞癌的術前分級診斷效能

劉妍，盧強，謝宇，孫艷，于小平

(湖南省腫瘤醫(yī)院/中南大學湘雅醫(yī)學院附屬腫瘤醫(yī)院，長沙410013)

磁共振體素內不相干運動擴散加權成像檢查對腎透明細胞癌的術前分級診斷效能

劉妍，盧強，謝宇，孫艷，于小平

(湖南省腫瘤醫(yī)院/中南大學湘雅醫(yī)學院附屬腫瘤醫(yī)院，長沙410013)

目的 探討磁共振體素內不相干運動擴散加權成像(IVIM-DWI) 檢查對腎透明細胞癌(CCRCC) 的術前分級診斷效能。方法 經手術病理檢查證實的CCRCC患者42例，依據Fuhrman核分級法將其分為低級別組(21例) 和高級別組(21例)。對兩組患者的術前磁共振檢查結果進行分析，比較兩組表觀擴散系數(ADC) 、真實擴散系數(D) 、灌注相關擴散系數(D*) 和灌注分數(f) ，采用受試者工作特性(ROC)曲線分析上述各參數對CCRCC的分級診斷效能。結果 低級別組的ADC、D、D*、f值分別為(1.62±0.24) ×10-3mm2/s、(1.73±0.18) ×10-3mm2/s、(72.18±90.28) ×10-3mm2/s、0.27±0.08，高級別組分別為(1.10±0.58) ×10-3mm2/s、(1.40±0.20) ×10-3mm2/s、(109.46±129.07) ×10-3mm2/s、0.15±0.09；兩組的ADC、D、f值相比，P均<0.05；兩組的D*值相比，P>0.05。ADC、D、f值鑒別高低級別CCRCC的ROC曲線下面積分別為0.768、0.931、0.830，相應的最佳診斷閾值分別為1.14×10-3mm2/s、1.59×10-3mm2/s、0.18。結論 術前磁共振IVIM-DWI檢查有助于CCRCC的分級診斷，其中D值具有較高的診斷效能。

磁共振成像；體素內不相干運動；擴散加權成像；腎透明細胞癌；腎癌

腎細胞癌(RCC)是最常見的泌尿系統(tǒng)原發(fā)惡性腫瘤，占成人腎臟惡性腫瘤的80%～90%[1～3]。其中腎透明細胞癌(CCRCC)最多見，約占RCC的85%。有研究[4～11]結果顯示，磁共振擴散加權成像(DWI)檢查有助于腎臟良惡性病變的鑒別診斷、CCRCC與非CCRCC的鑒別診斷以及CCRCC的術前Fuhrman核分級。但這些研究都是基于對傳統(tǒng)的單指數模型DWI表觀擴散系數(ADC)值的分析，且結果不一致。由于ADC值同時受擴散和灌注的雙重影響，不能完全體現組織特點。依據體素內不相干運動(IVIM)理論的多b值雙指數模型DWI檢查，能區(qū)分活體組織內水分子擴散與微循環(huán)灌注，已被用于CCRCC術前Fuhrman核分級判斷，但相關研究報道較少。本研究探討了磁共振IVIM-DWI檢查對CCRCC的術前分級診斷效能?，F將結果報告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 2014年5月～2016年2月湖南省腫瘤醫(yī)院收治的經手術病理檢查診斷為CCRCC的患者42例，男31例、女11例，年齡43～76歲。根據病理檢查Fuhrman核分級法[12]的分級標準(Ⅰ級：細胞核呈均勻一致的圓形，直徑<10 μm，核仁小或不明顯；Ⅱ級：細胞核增大，略顯不規(guī)則，直徑約15 μm，核仁明顯；Ⅲ級：細胞核中重度不規(guī)則，直徑達20 μm，可見大核仁；Ⅳ級：細胞核形狀怪異，直徑達20 μm或更大，可見大核仁，易見梭形癌細胞，核染色質呈凝塊狀)，將48例患者分為低級別組21例(Ⅰ級9例、Ⅱ級12例)和高級別組21例(Ⅲ級16例、Ⅳ級5例)。42例患者術前均接受磁共振IVIM- DWI檢查[采用GE MR360 1.5T超導型MR成像儀。用8通道體部相控陣線圈采集信號，依次行雙腎軸位常規(guī)MRI、IVIM-DWI及MRI增強檢查。IVIM-DWI 采用自旋回波擴散加權平面回波成像(SE-DWI-EPI)序列，取11個b值(0、20、30、50、80、100、150、200、400、600、800、1 000 s/mm2)，TR 6 000 ms，TE minimum，層厚4 mm，層距1 mm，FOV 380 mm×380 mm，激勵次數為4次]。42例患者臨床資料完整、影像學檢查的圖像質量滿意。

1.2 IVIM-DWI數據分析 由兩名經驗豐富的高年資MRI醫(yī)師采用雙盲法進行IVIM -DWI數據分析。將IVIM-DWI數據傳至GE Advantage Windows Workstation(4.6版本)，采用 Functool工具包中的MADC軟件，由軟件自動生成ADC、真實擴散系數(D)、灌注相關擴散系數(D*)和灌注分數(f)的參數圖。結合軸位T2WI+脂肪抑制圖像，在軸位腎臟增強掃描圖像上手動繪制感興趣區(qū)(ROI)：選取病灶最大層面，將ROI置于病灶的實性部分，盡量避開含脂肪、壞死、囊變或出血的區(qū)域，每個腫瘤灶由兩名高年資MRI醫(yī)師分別取3個ROI進行測量，共得到6組數據，取其平均值作為病灶最終的參數值。

2 結果

42例患者的病灶位于左側腎臟20例、右側腎臟22例，病灶最大徑為26～79 (51.4±15.2)mm。低級別組的ADC、D、D*、f值分別為(1.62±0.24)×10-3mm2/s、(1.73±0.18)×10-3mm2/s、(72.18±90.28)×10-3mm2/s、0.27±0.08，高級別組分別為(1.10±0.58)×10-3mm2/s、(1.40±0.20)×10-3mm2/s、(109.46±129.07)×10-3mm2/s、0.15±0.09；兩組的ADC、D、f值相比，P均<0.05；兩組的D*值相比，P>0.05。

ADC、D、f值的ROC曲線見圖1，其曲線下面積(AUC)分別為0.768、0.931、0.830。依據YI，ADC取閾值1.14×10-3mm2/s時預測低、高級別CCRCC的敏感度和特異度分別為95.2%和66.7%；D取閾值1.59×10-3mm2/s時預測低、高級別CCRCC的敏感度和特異度分別為90.5%和76.2%；f取閾值0.18時預測低、高級別CCRCC的敏感度和特異度分別為85.7%和66.7%。三個參數中D值對低、高級別CCRCC的診斷效能最高。

3 討論

Fuhrman核分級法通過細胞核的大小、形狀、染色像和核仁的顯著性四個特征對CCRCC進行分級，突出了核異型性的重要性，是目前公認的CCRCC的分級標準。Fuhrman核分級法是評判CCRCC患者預后的獨立指標之一。Tsui等[13]認為不同分級的CCRCC患者5年生存率間差異有統(tǒng)計學意義，因此CCRCC的Fuhrman核分級對患者預后評估具有重要意義。Ghavamian等[14]認為Ⅰ、Ⅱ級CCRCC應行保留腎單位的腎切除術，而Ⅲ、Ⅳ級CCRCC應行腎癌根治術。CCRCC的病理分級與臨床手術方案的制定以及患者的預后判斷密切相關。術前準確評價CCRCC的級別，將有利于臨床手術方式的選擇。但是，常規(guī)的影像檢查方法對CCRCC術前分級診斷價值有限。

圖1 IVIM DWI參數診斷高低級別CCRCC的ROC曲線

DWI能夠反映活體組織內水分子擴散運動受限的程度，從而可用于評價活體組織的微環(huán)境特征。作為一種新興的無創(chuàng)性磁共振功能成像方法，DWI已經逐步用于腎臟良惡性病變的鑒別、CCRCC與非CCRCC的鑒別以及CCRCC的術前病理分級。Kierans等[11]和Sandrasegaran等[15]研究均發(fā)現高低級別CCRCC的ADC值差異無統(tǒng)計學意義。然而Maruyama等[16]認為高低級別CCRCC的ADC值、腫瘤大小、ADC值與腫瘤大小之比差異均有統(tǒng)計學意義，且ADC值的診斷效能較大。上述學者研究結果不一致，可能是因為組織內微循環(huán)灌注對ADC值產生了影響。傳統(tǒng)單指數模型DWI計算所得的ADC值忽略了組織中毛細血管的微循環(huán)灌注對DWI信號衰減的影響，無法真實反映組織擴散的特征。Goyal等[10]研究發(fā)現CCRCC高級別組ADC值明顯低于低級別組，兩者差異有統(tǒng)計學意義。本研究發(fā)現，高級別組CCRCC的ADC值明顯低于低級別組，組間差異有統(tǒng)計學意義，與Goyal等[10]報道相符。IVIM-DWI是采用雙指數衰減模型，將組織內水分子的真性擴散和毛細血管內微循環(huán)灌注造成的“假性擴散”分離開來，可以更精確地反映DWI組織信號強度的變化與b值之間的關系，進一步區(qū)分活體組織內水分子的D*與D[17]。IVIM-DWI可同時計算得到4個參數，D值反映生物組織真實的水分子擴散，D*值和f值均與微循環(huán)灌注有關，ADC值則為表觀擴散系數。

IVIM-DWI在腎臟病變診斷中的應用研究尚處于探索階段，主要集中在CCRCC與正常腎實質的區(qū)別、不同亞型腎腫瘤的鑒別診斷方面。Rheinheimer等[18]認為D值有助于對CCRCC與正常腎實質的鑒別，f值對CCRCC與非CCRCC的鑒別診斷也有一定的參考價值。Chandarana等[19]利用8個b值的IVIM-DWI研究了31個腎臟腫瘤，發(fā)現在鑒別腎臟強化與非強化病變方面，IVIM-DWI各參數的敏感度和特異度均高于傳統(tǒng)DWI的ADC值。俞勝男等[20]認為高級別組CCRCC的f值低于低級別組，D、D*值均高于低級別組，組間差異有統(tǒng)計學意義。

在本研究中，高級別組CCRCC的D值明顯低于低級別組。高級別CCRCC的D值低于低級別CCRCC，表示高級別水分子擴散運動受限較低級別組更明顯，可能是由于高級別CCRCC的分化程度較差，生長繁殖能力強，細胞增殖活性程度高，細胞較小且緊密排列，細胞核較大，胞質較少，細胞外間隙減少，細胞結構更密集，癌組織內自由水減少，導致組織內水分子擴散運動受限較明顯。本研究發(fā)現，高級別組CCRCC的 D*值高于低級別組，高級別組的f值低于低級別組。D*值和f值均與微循環(huán)灌注有關，D*值主要取決于組織內毛細血管的密度，腫瘤組織的惡性程度越高，其內的毛細血管密度越大，組織微循環(huán)灌注也越豐富。高級別組D*值增大，說明組織內毛細血管的密度大于低級別組。f值反映微循環(huán)灌注在組織擴散中的比例，主要影響因素為微循環(huán)灌注的血流容量。本研究中高級別組的f值低于低級別組，與俞勝男等[20]研究結果一致。因此，我們認為不同級別CCRCC的組織內水分子擴散和微循環(huán)灌注狀態(tài)存在差異。

在本研究中，IVIM- DWI的參數ADC、D、f值在高低級別CCRCC間的差異均有統(tǒng)計學意義，通過應用ROC曲線對各參數診斷效能的對照研究(ADC、D、f 的AUC分別為 0.768、 0.931、 0.830)，得出D值在高低級別CCRCC的鑒別診斷中具有較高的敏感度和特異度，診斷效能較高，最佳診斷D值為1.59×10-3mm2/s。ADC值是由D與D*兩種成分構成，灌注相關特征負面影響了ADC值對高低級別CCRCC的鑒別，從而造成ADC值診斷效能不太高；而排除了組織微循環(huán)灌注影響后的D值，與ADC值相比能夠更好地鑒別不同級別CCRCC，因此D值的診斷效能較高。這說明組織內水分子擴散比微循環(huán)灌注能更好地反映組織的生理學特征，水分子擴散特征比灌注相關特征更為重要，D值更有助于區(qū)分不同級別CCRCC的微環(huán)境特征。

綜上所述，磁共振IVIM-DWI檢查通過定量參數反映不同級別CCRCC的水分子擴散與微循環(huán)灌注特征的差別，其中反映活體組織真實水分子擴散的D值在高低級別CCRCC鑒別診斷方面具有較高的敏感度和特異度。因此，術前磁共振IVIM-DWI檢查有助于不同級別CCRCC的鑒別診斷，能為臨床提供更豐富的腫瘤微環(huán)境的信息，也有助于手術方案的制定。

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Diagnostic value of diffusion-weighted imaging based on intravoxel incoherent motion in preoperative Fuhrman grading of clear-cell renal-cell carcinoma

LIUYan,LUQiang,XIEYu,SUNYan,YUXiaoping

(HunanCancerHospital/TheAffiliatedCancerHospitalofXiangyaMedicalCollegeofCentralSouthUniversity,Changsha410013,China)

Objective To investigate the diagnostic value of intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging (IVIM-DWI) in preoperative Fuhrman grading of clear-cell renal-cell carcinoma (CCRCC). Methods The imaging and pathological materials of 42 cases with pathologically-confirmed CCRCC were retrospectively assessed. According to Fuhrman grading, the patients were divided into the low-grade group (n=21) and high-grade group (n=21). Based on a bi-exponential model, these parameters, including the standard apparent diffusion coefficient (ADC), the true diffusion coefficient (D), perfusion-related diffusion coefficient (D*), and perfusion fraction (f), were compared between these two groups with nonparametric test (Mann-Whitney U). And the receiver operating characteristic (ROC) analysis was used to compare the predictive values in preoperatively Fuhrman grading CCRCC among four parameters.Results The average ADC, D, D*and f values of the low-grade group were (1.62±0.24)×10-3mm2/s, (1.73±0.18)×10-3mm2/s, (72.18±90.28)×10-3mm2/s and 0.27±0.08, respectively. Meanwhile, these values of the high-grade group were (1.10±0.58)×10-3mm2/s, (1.40±0.20)×10-3mm2/s, (109.46±129.07)×10-3mm2/s and 0.15±0.09, respectively. The differences in ADC, D value and f value were statistically significant between these two groups (allP<0.05); but no statistically significant difference was found in D*value between these two groups (P>0.05). The areas under the ROC curve of ADC, D value and f value were 0.768, 0.931 and 0.83 respectively. According to maximum Youden index, the optimal threshold value for diagnosis was 1.14×10-3mm2/s, 1.59×10-3mm2/s, and 0.18, respectively. Conclusion The IVIM-DWI can be helpful in preoperative Fuhrman grading of CCRCC, and D value has the best diagnostic efficacy.

magnetic resonance imaging; intravoxel incoherent motion; diffusion-weighted imaging; clear-cell renal-cell carcinoma; renal carcinoma

湖南省臨床重點專科(醫(yī)學影像) 建設項目(2015/43) ；湖南省衛(wèi)生計生委科研基金資助項目(B2014-115) 。

劉妍(1980-) ，女，碩士，副主任醫(yī)師，主要研究方向為腫瘤功能磁共振成像。E-mail: 75933210@qq.com

簡介：于小平(1972-) ，男,主任醫(yī)師,主要研究方向為腫瘤功能磁共振成像。E-mail: yuxiaoping@hnszlyy.com

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.43.009

R373.11

A

1002-266X(2016)43-0030-04

2016-05-09)