磁共振彌散峰度成像在肝臟常見實性腫瘤診斷中的應用價值

朱柳紅（通信作者）

復旦大學附屬中山醫院廈門醫院放射診斷科 （福建廈門 361015）

在過去20年間，彌散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）從早期的神經系統疾病應用[1]，到目前體部占位性病變的應用[2]，已成為臨床磁共振檢查的常規序列。DWI利用水分子的彌散特性進行成像，其理論基礎是組織內水分子高斯分布的假設。磁共振彌散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）是由Jensen等[3]于2005年提出的一種新的磁共振成像技術，是對彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）的擴展，主要用于測量水分子偏離正態分布的程度（即峰度），可對受限的、非高斯分布的水分子進行描述，可反映活體組織結構的彌散性和不均勻性等。DKI不僅可提供彌散相關的參數，如各向異性參數（fractional anisotropy，FA）、平均彌散率（mean diffusivity，MD）、軸向彌散率（axial diffusivity，Da）及徑向彌散率（radial diffusivity，Dr），還有其特有的3個主要參數，即平均峰度（mean kurtosis，MK）、軸向峰度（axial kurtosis，Ka）及徑向峰度（radial kurtosis，Kr）。MK是總體峰度的測量，被認為是可反映復雜微觀結構的指標[4]。Ka代表沿軸突方向的峰度，在細胞毒性水腫方面意義較顯著[5-6]。Kr是與Ka垂直的峰度，其值越大表明在該方向非正態分布水分子擴散受限越明顯，反之則表明擴散受限越弱。

目前，DKI在顱內腫瘤分級[7-9]及神經系統疾病[10-11]中的應用研究已較為成熟，在受呼吸運動干擾較少的臟器，如乳腺、前列腺及直腸等中的應用亦有報道[12-14]，但將DKI應用于肝臟的研究并不多見。已有部分研究將DKI應用于肝細胞肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）患者的療效評估[15]、肝臟纖維化[16]及HCC的微血管侵犯研究[17]，結果顯示，DKI的價值高于DWI。然而，在肝臟最常見占位性病變的性質研究方面，相關的報道較少。本研究擬探討與比較DKI與DWI在描述及診斷肝臟常見占位性病變中的性能。現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2017年5 月至2018年3月共收集62例疑似有肝臟實性占位患者的DKI數據，患者均被告知影像檢查方法，自愿接受呼吸訓練及各序列的MR掃描。數據采集平臺基于GE 1.5T磁共振掃描儀（GE Healthcare，Waukesha，WI），8通道腹部相控陣線圈。常規檢查為軸位屏氣T1加權（TR 190 ms，TE 2.36 ms/4.71 ms）、呼吸觸發壓脂T2加權（TR 6 667 ms，TE 93.38 ms）成像及傳統DWI序列（b 800 s/mm2），層厚及層間距分別為8 mm和2 mm。DKI序列的b值分別為0、500、1 000 s/mm2，具體參數為采用呼吸觸發技術，TR/TE 3 750/99.5 ms， FOV 38 cm，Tck/sp 8 mm/2 mm；掃描時間約4 min。其中，介入栓塞術后2例，病灶位于肝臟邊緣受偽影干擾2例， 病灶最大徑＜2 cm 4例，病灶為罕見病灶2例，非肺癌轉移瘤3例，肝臟囊腫10例，共23例被排除。因此共采集到39例患者的46個病灶（HCC 23個，肺癌肝轉移瘤12個，合計為惡性組；肝血管瘤11個，記為良性組）。病灶性質均由病理及（或）臨床綜合檢查確認。

1.2 方法

1.2.1 傳統的單冪數DWI信號模型

傳統的表觀彌散系數（apparent diffusion coefficient，ADC）值計算基礎均是基于兩個b值的單冪數回歸模型，如公式（1）所示：

其中，b、b0代表不同的彌散敏感系數，且b0＜b，S和S0代表兩個b值下感興趣區的信號強度。在目前臨床應用中，通常將b0設置為較低值，如0 s/mm2，則對應的感興趣區的信號強度記為S0，公式（1）變換成如下：

從公式（2）可見，ADC的值依賴于b值的大小，臨床常用部位中，頭顱的高b值通常設置為1 000 s/mm2，腹盆通常設置為600 s/mm2或800 s/mm2。

1.2.2 標準的DKI信號模型

Jensen等[3]將DKI采集到的信號描述如下：

其中，S（b）是指指定b值下的信號強度，S（0）是無彌散加權的信號強度。每個方向上的Dapp及Kapp值是通過最小二乘法將信號擬合而求得；而MD是所有方向上Dapp的平均值，MK是Kapp的平均值。

1.3 參數標準化及測量計算

由于個體差異的存在，單純的參數值高低并不能說明其相應的意義，還需考慮其所處的不同背景組織。本研究將正常肝臟背景作為標準化條件，標準化公式如下：

其中，METRIClesion為病灶的參數，METRICparenchyma為正常肝背景的參數。由2名醫師獨立于后處理工作站（AW.46，GE Healthcare）勾勒同一層面病灶的感興趣區及正常肝實質的感興趣區。勾勒過程遵循如下原則：血管瘤的感興趣區應包全病灶，肝癌及轉移瘤的感興趣區應避開壞死區；分別測量常規DWI序列及DKI序列同一層面上的ADC值和DKI參數值；每個感興趣區測量的結果均為兩名醫師測量結果標準化后的平均值。

1.4 統計學處理

采用SPSS 24.0（IBM Corporation）統計軟件進行數據分析，運用非參數Mann-Whitney U檢驗比較各標準化后的DKI參數及傳統的標準化ADC參數在描述病灶特征及鑒別肝臟良惡性腫瘤方面的差異，并進行ROC曲線分析，比較各參數的靈敏度及特異度。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 各組MD及MK的典型表現

肝血管瘤組MD較其余兩組高，而其MK較其余兩組低。見圖1。

2.2 各組DWI及DKI標準化參數值比較

標準化后的ADC從大到小分別為肝血管瘤，HCC及肺癌肝轉移瘤；標準化后的MD與標準化后的ADC的表現基本類似，而標準化后的MK（N_MK）完全相反，肝血管瘤的復雜度相對最低，其次為HCC，肺癌肝轉移瘤的復雜度最高。見圖2。

圖1 各組MD及MK的典型表現

圖2 各組標準化參數

2.3 各組間非參數U檢驗

各組兩兩比較的非參數檢驗結果顯示，各參數表現基本類似，而N_MK在HCC組和肺癌肝轉移組間比較，差異有統計學意義（P＜0.05），肺癌肝轉移瘤的復雜度顯著高于HCC。見表1。

表1 各組間非參數U檢驗

2.4 良性組與惡性組DWI及DKI標準化參數U檢驗及ROC分析結果

在良惡性組鑒別方面，非參數U檢驗的結果顯示，除N_FA外，其余參數在鑒別肝臟實性腫瘤的良惡性方面比較，差異均有統計學意義（P＜0.05）。ROC分析結果顯示，N_MK的曲線下面積接近于1，為0.996，其次為N_ADC，為0.914，其他各參數較小；N_MK的靈敏度及特異度均高于其他參數。見表2。

3 討論

DKI模型是Jensen等于2005年提出，其初始目標是定量彌散偏離高斯分布的程度。常規單e指數模型假設水分子彌散是不受阻礙的自由運動，即水分子在隨機運動的情況下其彌散運動位移滿足高斯分布（正態分布）。而對于真實的生物組織，水分子的彌散實際上是在細胞間隙、細胞內運動，受到細胞膜、大分子蛋白、血液微循環灌注等因素的影響，該運動不是自由運動，因此，真實的水分子彌散運動位移是非高斯分布的。水分子擴散受周圍環境的限制越大，體素內組織成分越混雜，彌散的非高斯性也就越顯著[3]，峰度相關參數，特別是MK也就越大。例如，Van Cauter等[18]發現高級別腦瘤具有較高的K值，與細胞密度的增大、細胞體積減小和細胞內環境復雜性增加有關。Qi等[7]也發現MK值在腦膠質瘤中會顯著升高，相對于彌散系數，MK值能更準確地區分高、低級別的膠質瘤。Sheng等[16]比較研究了DWI和DKI在評估肝纖維化中的能力，ROC結果顯示MK在區分輕度纖維化和重度纖維化方面可作為DWI的有力補充。

表2 良性組與惡性組DWI及DKI標準化參數U檢驗及ROC分析結果

本研究中，肺癌肝轉移瘤的標準化MK值最大，其次為HCC，最后為肝血管瘤。分析原因為，惡性腫瘤細胞增殖速度快，細胞密度遠高于正常背景組織，可使腫瘤內水分子擴散呈現更為嚴重的非高斯分布，則MK值越大。良性腫瘤細胞活躍度不高，細胞密度通常低于正常背景組織，MK值亦小于背景組織。ADC值越小，反映了水分子擴散受限越明顯；而水分子受限越明顯，亦揭示了周圍組織的復雜度越高，即MK值越高。且組內兩兩比較的結果顯示，標準化MK值是唯一一個可區分HCC和肺癌肝轉移瘤的指標，其余各參數表現基本類似。在鑒別良惡性方面，彌散相關參數（N_FA，N_MD，N_DA，N_DR）的能力弱于N_ADC及峰度相關參數（N_MK，N_KA，N_KR）， 且N_ADC及N_MK的曲線下面積、靈敏度及特異度較高。N_ADC及N_MK的ROC曲線間Pairwise比較結果顯示，N_MK的曲線下面積顯著高于N_ADC（P＜0.05）。研究結果表明，DKI參數在鑒別肝臟常見良惡性腫瘤方面比傳統的ADC值具有更高的鑒別診斷能力。

當然，本研究及DKI本身存在一定的局限性。（1）入組的良性腫瘤種類太少；（2）Rtr技術雖然能夠很好地使每個方向的同層面的結構信息盡量不變，但患者的呼吸并非能夠完全規律，因此存在一定的誤差；（3）DKI目前成像的時間較長。盡管存在一定的局限性，但本研究結果顯示DKI由于其無創性及能夠體現組織的復雜性，在肝臟常見占位性病變的診斷方面具有極大的潛力，可作為傳統DWI的補充，也可作為常見占位性病變診斷的一種新的無創的檢查手段。