不同b值擴散加權成像鑒別上尿路腫瘤及炎癥性病變的應用研究

吳廣宇，路 青，許建榮

上尿路腫瘤主要有包括腎盂腫瘤及輸尿管腫瘤，大多為惡性，以尿路上皮癌多見[1]。上尿路非特異性炎癥主要分為原發性和繼發性，原發性上尿路非特異性炎癥是無明確誘因下出現的上尿路的炎癥，可伴有局部尿路上皮增生及炎性軟組織形成，繼發性上尿路非特異性炎癥一般有明確的誘因。臨床上對于腫瘤與炎癥的治療有較大的不同，但是這兩者的臨床表現、實驗室檢查及常規影像表現有一定的相似性，時常難以鑒別[2]。目前臨床主要使用的輸尿管鏡檢查是一項侵入性的診斷方式，可能發生一系列并發癥，并且可能出現檢查失敗的情況[3]。而目前尚無完全可靠的鑒別上尿路腫瘤及炎癥的影像檢查方法，既往的靜脈腎盂造影(IVP)、CT由于受到放射性、對比劑、準確性的影響，使得臨床應用價值受到了一定的限制。近幾年有少數學者將DWI技術運用到上尿路腫瘤中的檢查中，發現使用單b值的DWI在區分上尿路腫瘤性病變及炎癥性病變仍然比較困難[4]。既往的DWI研究認為高b值則能更精確地反映擴散狀況及測量的ADC值，但b＞1200s/mm2在1.5 T MRI腹部研究中由于圖像質量問題而較少使用[5]。筆者使用3.0T MR多b值DWI對上尿路腫瘤及非特異性炎癥進行成像，探討不同b值DWI對于鑒別上尿路腫瘤及非特異性炎癥的價值。

1 材料與方法

1.1 研究對象

2011年5月至10月于我院就診，經病理或臨床證實的上尿路腫瘤及炎癥患者共38例，均完成腹部常規T1WI、T2WI以及不同b值的DWI檢查(b值分別為0、500、1000、1500、2000s/mm2)。上尿路腫瘤患者24例(腫瘤組)，其中男14例，女10例，年齡56～82歲，中位年齡67歲，就診時已出現尿路梗阻的患者19例，病灶位于腎盂者10例，位于輸尿管者14例；患者均于檢查后1周內進行手術，其中尿路上皮癌23例(G1：1例；G1～G2：1例；G2：4例；G3：17例)，鱗癌1例，均為手術病理證實。上尿路非特異性炎癥患者14例(炎癥組)，其中男8例，女6例，年齡48～79歲，中位年齡60歲，就診時伴有尿路梗阻癥狀的患者6例，病灶位于腎盂者2例，位于輸尿管者12例；患者于MRI檢查前均未進行過內科治療，MRI檢查后其中8例經輸尿管鏡下活檢證實，另6例經抗炎治療后隨訪，病灶消失。

1.2 檢查方法

使用GE公司3.0T超導型MR掃描裝置，8通道Torsopa線圈，掃描前囑咐受檢者適度充盈膀胱，取仰臥位，掃描中心置于臍恥連線中點處。成像序列：常規FSE T1WI脂肪抑制序列，TR 145.0ms，TE 2.4 ms，FOV 40cm×40cm，矩陣384×192，層厚5 mm，層數24層；FSE T2WI脂肪抑制序列，TR 12000.0ms，TE 198.4 ms，FOV 40cm×40cm，矩陣384×192，層厚5 mm；DWI采用單次激發EPI序列，TR為最長，TE于45.3、53.3、57.2、60.5 ms時b值分別為500、1000、1500、2000s/mm2，層厚為6.0mm，層間隔為0mm，FOV 38 cm×38 cm，矩陣384×192，NEX為4。

1.3 圖像分析

于T1WI、T2WI中上尿路管壁異常增厚或發現腫塊為陽性，并定位病灶，對不同b值下病灶的相同感興趣區(ROI)進行測量，ROI面積大于病灶面積的80%，環形病灶取多個不重疊的ROI，ROI總面積大于同層面病灶面積的80%，所得數值取平均值，ROI區域及層面選擇盡量避開結石、血塊以及運動偽影。所有測量均由2名有4年以上腹部MRI閱片經歷的醫師在未被告知病理結果的情況下完成，ROI放置意見不同時由2名醫師協商后取統一意見。ADC值的計算公式為ADC = ln (S/S0)/(b–b0)，式中S為不同b值下(b值分別為500、1000、1500、2000s/mm2)病灶的信號強度，S0為b0=0s/mm2時病灶的信號強度，不同b值下DWI對于病灶顯示的清晰程度運用信噪比(SNR)進行評價，公式為SNR=S/SD，式中SD為背景信號的標準差，最佳b值為DWI不影響腫瘤組及炎癥組鑒別的前提下，SNR選擇最高的b值。

1.4 統計學方法

統計過程在Medcalc 12.0上完成，對不同b值下腫瘤組及炎癥組的病灶ADC值差別使用Mann–Whitney U 檢驗，腫瘤組或炎癥組不同b值DWI之間ADC值的比較采用Friedman檢驗，腫瘤組或炎癥組不同b值DWI的病灶SNR的比較在證實數據為正態分布后采用ANOVA檢驗，不同b值下ADC值對于腫瘤組及炎癥組的鑒別能力使用ROC檢驗，比較ROC曲線下面積(AUC)的數值，并計算不同b值下腫瘤及炎癥組ADC值鑒別的界斷值(Youden指數最大的切點為界斷值[6])，同時得出以界斷值為鑒別診斷界值時相應的敏感度及特異度，以P＜0.05為差異有統計學意義，結果均以表示。

2 結果

2.1 不同b值下腫瘤組及炎癥組的ADC值測量

不同b值下上尿路腫瘤及炎癥的平均ADC值如表1所示，不同b值下樣本的腫瘤組ADC值要低于炎癥組，且差別均有統計學意義，隨著b值的增加，腫瘤組及炎癥組ADC值均逐漸減小，Friedman檢驗結果提示同組的不同b值ADC值不完全相同，進一步對腫瘤組及炎癥組不同b值ADC值作均數間多重比較，顯示不同組別b值ADC值之間差異均有統計學意義(P值均＜0.01)。

2.2 不同b值對于腫瘤組及炎癥組鑒別能力的評價

當b=500s/mm2時，AUC 為0.766±0.086，界斷值為2.18×10－3mm2/s，相應的敏感度及特異度分別為57.1%及95.8%，b=1000s/mm2下AUC為0.789±0.079，界斷值為1.61×10－3mm2/s，相應的敏感度及特異度分別為78.6%及66.7%；當b=1500s/mm2時，AUC為0.856±0.063，界斷值為1.42×10－3mm2/s，相應的敏感度及特異度分別為78.6%及79.2%；當b=2000s/mm2時，AUC 為0.890±0.053，界斷值為1.30×10－3mm2/s，相應的敏感度及特異度分別為71.4%及91.7%。不同b值下，AUC b=500與AUC b=1500(P＜0.05)、AUC b=500與AUC b=2000(P＜0.05)、AUC b=1000與AUC b=1500(P＜0.05)、AUC b=1000與AUC b=2000(P＜0.05)分別比較，差異有統計學意義，AUC b=500與AUC b=1000(P＞0.05)、AUC b=1500與AUC b=2000(P＞0.05)分別比較，差異無統計學意義。

2.3 不同b值彌散成像病灶的信噪比比較

不同b值病灶的信噪比平均值為SNR500=354.0、SNR1000=221.4、SNR1500=132.8、SNR2000=103.1；隨著b值的增加，信噪比明顯下降，不同組別的均數間的多重及兩兩比較P值均＜0.05。

3 討論

上尿路腫瘤與非特異性炎癥，特別是炎癥繼發尿路上皮增生及炎性組織形成，在影像上均可表現為管壁局限性增厚或輸尿管走行區腫塊，有時會使臨床診斷出現困難。

影像學研究中CT是最常用的影像檢查方法，但是對于上尿路腫瘤及炎癥的鑒別缺乏量化的診斷標準，對一部分＜5 mm的病灶也只能在回顧性研究時才能被發現，不能夠完全滿足臨床的診治要求[7-8]，而且一些患者就診時就已伴有腎功能不全，無法使用對比劑，限制了檢查的進行。

DWI是一項功能成像技術，可以通過不同組織水分子的運動進行成像。腫瘤組織細胞的密集程度、異型性以及細胞外間隙扭曲會明顯地限制水分子的運動，從而可以區分腫瘤與非腫瘤組織[9]。此技術目前已經廣泛應用于臨床診斷。由于不需要對比劑，DWI也可以應用于一些有腎功能損害的患者。目前DWI的ADC值測量較原始的DWI要更多應用于臨床，主要是因為ADC值可以從一定程度上消除T2穿透效應。一些其他腹部臟器疾病的研究認為，高b值DWI所得的ADC值較低b值DWI所得要更好[10]，但隨著b值增高，SNR明顯下降，影響成像質量，所以尋找一個合適的b值對于DWI的臨床價值有至關重要的作用。

本研究結果顯示在腫瘤組及炎癥組中病灶的ADC均隨著b值的增加而降低，在不同b值下，腫瘤組的ADC值均要明顯低于炎癥組(圖1，2)，提示b值為500、1000、1500、2000s/mm2時ADC值對于腫瘤及炎癥均有一定的鑒別意義。一般認為腫瘤組織細胞的密集程度、異型性及細胞外間隙扭曲限制了水分子的運動，使得腫瘤的ADC值要低于其他組織，炎癥大多不會出現明顯的水分子運動受限，但是當有較多炎性細胞浸潤或病灶出現纖維化時會引起ADC值的變化[11]，而本研究中所遇到的ADC值較低的非特異性炎癥患者，病理中均有不同程度的細胞浸潤及纖維化，這可能是一部分非特異性炎癥病例ADC值降低的主要原因。

表1 腫瘤組和炎癥組在不同b值下的ADC值統計結果(10－3 mm2/s，)Table 1 ADC value of DWI with different b value in malignant and non-speci fi c in fl amation(10－3 mm2/s，)

表1 腫瘤組和炎癥組在不同b值下的ADC值統計結果(10－3 mm2/s，)Table 1 ADC value of DWI with different b value in malignant and non-speci fi c in fl amation(10－3 mm2/s，)

Group n b=500 b=1000 b=1500 b=2000 χ2 value P value Malignant 24 1.70±0.40 1.46±0.36 1.21±0.28 1.04±0.21 72 ＜0.01 In fl amation 14 2.47±0.83 1.99±0.49 1.76±0.43 1.49±0.36 42 ＜0.01 Z value 2.708 2.936 3.616 3.964 P value ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01

圖1 男，59歲，術后病理為尿路上皮癌。T2脂肪抑制可見左側輸尿管下段管腔內軟組織信號影(A)。為b=500s/mm2時DWI，可見左側輸尿管病灶呈高信號(B)。為b=500、1500s/mm2時的ADC圖(C，D) 圖2 女，63歲，大量炎性細胞浸潤。T2脂肪抑制可見右側輸尿管中段管腔內軟組織信號影(A)。為b=500s/mm2時DWI，可見右側輸尿管病灶呈高信號(B)。b=500、1500s/mm2時的ADC圖(C，D)Fig.1 MRI in 59-year-old man with upper urinary tract cancer.T2WI shows lower ureteral tumor (A).Diffusion-weighted image with b=500s/mm2 shows lesion with high signal intensity (B).ADC maps derived from diffusion-weighted image with b=500,1500s/mm2 (C, D).Fig.2 MRI in 63-year-old woman with inflamation in upper urinary tract.T2WI shows middle ureteral tumor (A).Diffusion-weighted image with b =500s/mm2 shows lesion with high signal intensity (B).ADC maps derived from diffusion-weighted image with b=500, 1500s/mm2 (C, D).

圖3 不同b值下ADC值鑒別上尿路腫瘤及非特異性炎癥的ROC曲線Fig.3 ROC curve in differentialdiagnosis.

筆者對不同b值下的ADC值對于腫瘤及炎癥的鑒別能力進行了ROC檢驗，以AUC作為相應b值DWI對于腫瘤與炎癥鑒別能力的評價指標(圖3)，結果提示b值為1500、2000s/mm2時DWI的ADC值對腫瘤及炎癥組的鑒別能力要明顯高于b值為500、1000s/mm2。一些研究認為組織內的水分子擴散主要是由移動性較低的水分子(與大分子或細胞膜關系緊密的)以及移動性較高的水分子(細胞外的)所引起的不同的擴散效應所組成，隨著b值增高，移動性較高的水分子引起的擴散效應所占權重逐漸減弱，從而可以更加準確地測量組織的擴散特性，這可能是導致在不同b值下ADC值鑒別腫瘤組與炎癥組的主要原因[12]。b=1500s/mm2與b=2000s/mm2時ADC值對于腫瘤及非特異性炎癥的鑒別能力相仿，但由于b=2000s/mm2時圖像的SNR要明顯低于b=1500s/mm2，所以筆者認為b=1500s/mm2是ADC值鑒別上尿路腫瘤及非特異性炎癥的最佳b值，該b值下AUC=0.856±0.063，一般認為AUC的大小反映了一個診斷試驗的價值大小，AUC＞0.70時提示具有較好的診斷價值，所以b值取1500s/mm2時，DWI對于上尿路腫瘤及非特異性炎癥具有較好的鑒別診斷價值。

既往的上尿路腫瘤DWI的研究認為，當b=1000s/mm2時，ADC值約為(1.125±0.217)×10－3mm2/s[4]，與本研究b=1000s/mm2時測得的腫瘤ADC值有一定差距，可能是由于使用的MR設備及掃描參數不同而導致的結果，但是該研究認為上尿路腫瘤的ADC值是明顯降低的，與本研究結果一致。以前對于上尿路DWI的研究主要在1.5 T的MR儀上完成，但是隨著b值的增大，圖像的SNR也有所降低，使得一些高b值的圖像難以運用于臨床診斷。在理論上，3.0T MRI的信噪比應該是1.5 T MRI的2倍，SNR的增加在一定程度上彌補了高b值DWI引起的信號降低[5]。隨著3.0T MRI及一些如螺旋槳、刀鋒技術應用于臨床，腹部的DWI效果得到了顯著的提高。本研究中高b值DWI得到了較為滿意的圖像質量，并且成像時間也控制在可接受范圍內。

在本研究過程中，一部分患者就診時已經有不同程度的上尿路梗阻癥狀，而不同病程及疾病變化情況其擴張的上尿路管腔內的擴散信號并不相同，可能會導致一部分上尿路的病灶顯示不清，而通過不同的b值DWI發現一部分患者擴張的上尿路信號會明顯下降，使得病灶得到更好的突出。筆者也發現DWI可以發現部分在常規MR T1WI、T2WI中不能發現的病灶，其中最小的病灶直徑約4 mm，提示DWI對較小的或早期的上尿路腫瘤有更高的敏感度。不同b值的DWI對于上尿路病灶的診斷價值需要進一步的研究和分析。

本研究的局限性主要在于：(1)病例數量不足，可能導致無法避免的統計誤差。(2)對不同上尿路腫瘤級別及原發性或繼發性炎癥未進行分組探討，而不同的腫瘤級別以及原發性或繼發性炎癥可能會影響到擴散信號及ADC值的測量；所以需要進一步的大樣本的研究及其他更好的方法來驗證本研究結果，并進行更進一步的探討。

[References]

[1]Vikram R, Sandler CM, Ng CS.Imaging and staging of transitional cell carcinoma: Part 2, upper urinary tract.AJR Am J Roentgenol, 2009, 192(6): 1488-1493.

[2]Wang J, Wang H, Tang G, et al.Transitional cell carcinoma of upper urinary tract vs.benign lesions: distinctive MSCT features.Abdom Imaging, 2009, 34 (1): 94-106.

[3]Schustor JG, Hollen Beck, Faerber GJ, et al.Complications of ureteroscopy analysis of predictive factors.J Urol,2001, 166(2): 538-540.

[4]Yoshida S, Masuda H, Ishii C, et al.Usefulness of diffusion-weighted MRI in diagnosis of upper urinary tract cancer.AJR Am J Roentgenol, 2011, 196(1): 110-116.

[5]Chang KJ, Kamel IR, Macura KJ, et al.3.0-T MR imaging of the abdomen: comparison with 1.5 T.Radiographics,2008, 28(7): 1983-1998.

[6]Yu SL.Medical Statistic.Beijing: People's Medical Publishing House, 2002: 164-178.余松林.醫學統計學.北京: 人民衛生出版社, 2002:164-178.

[7]Anderson EM, Murphy R, Rennie AT, et al.Multidetector computed tomography urography (MDCTU) for diagnosing urothelial malignancy.Clin Radiol, 2007,62(4): 324-332.

[8]Caoili EM, Cohan RH, Inampudi P, et al.MDCT urography of upper tract urothelial neoplasms.AJR Am J Roentgenol, 2005, 184(6): 1873-1881.

[9]Padhani AR, Liu G, Koh DM, et al.Diffusion-weighted magnetic resonance imaging as a cancer biomarker:consensus and recommendations.Neoplasia, 2009, 11(2):102-125.

[10]Lee SS, Byun JH, Park BJ, et al.Quantitative analysis of diffusion-weighted magnetic resonance imaging of the pancreas: usefulness in characterizing solid pancreatic masses.J Magn Reson Imaging, 2008, 28(4): 928-936.

[11]Fornasa F.Diffusion-weighted magnetic resonance imaging: what makes water run fast or slow? J Clin Imaging Sci, 2011, 1:27.

[12]Tomar V, Yadav A, Rathore RS, et al.Apparent.Diffusion coef fi cient with higher b-value correlates better with viable cell count quantified from the cavity of brain abscess.AJNR Am J Neuroradiol, 2011, 32(11): 2120-2125.