優化選擇高和超高b值直腸癌彌散加權成像

陸志華，蔣 恒，翁曉燕，姚鴻歡，曹 燕，陸文俊，胡 芳，季立標

(蘇州大學附屬常熟醫院 常熟市第一人民醫院影像科，江蘇 常熟 215500)

彌散加權成像(diffusion weighted imaging, DWI)在檢出直腸癌及其術前分期中扮演著重要角色[1]，要求圖像背景抑制好、偽影少，顯示病變輪廓清晰。擴散敏感系數b值是影響DWI圖像質量和病變檢出的重要參數，已有研究[2]顯示超高b值(>1 500 s/mm2)DWI檢出病變的效能更高。本研究對比觀察高和超高b值DWI圖像質量和顯示直腸癌病灶的效果，以優化選擇b值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2018年1月—2019年8月常熟市第一人民醫院收治的58例直腸腺癌患者，男40例，女18例，年齡42～77歲，平均(60.0±10.0)歲。納入標準：①經手術或活檢病理證實診斷；②接受多參數直腸MR掃描，包括高分辨率T2WI及多b值DWI。排除標準：①DWI圖像偽影較多，致病變區嚴重變形；②特殊病理類型，如黏液腺癌。

1.2 儀器與方法 檢查前30 min以開塞露清潔腸道，掃描前10 min肌內注射鹽酸山莨菪堿10 mg。采用Philips Achieva TX 3.0T超導MR掃描儀，16通道體部相控陣線圈，掃描序列及參數見表1。保持DWI掃描定位與軸位T2WI一致，均垂直于矢狀位所示病變段腸壁。采用單次激發自旋回波-平面回波成像(single-shot spin echo-echo planar imaging, SSSE-EPI)行多b值DWI序列掃描，所選取和超高b值分別為高[800(DWI800)、1 000(DWI1 000)、1 500(DWI1 500)]和超高[2 000(DWI2 000)s/mm2]。

1.3 圖像分析 由2名影像科醫師(主治醫師和副主任醫師)參照HAUSMANN等[3]方法(表2)獨立評價DWI800、DWI1 000、DWI1 500和DWI2 000圖像質量，意見不同時經協商達成一致；之后參照DELLI等[4]方法(表3)對3～5分DWI圖像所示直腸癌病灶信號強度類型進行分類。在工作站測量3～5分DWI圖像所示腫瘤、臀大肌和背景區域信號強度，計算腫瘤信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)、腫瘤與臀大肌的對比度噪聲比(contrast-to-noise ratio, CNR)和腫瘤信號強度比(signal intensity ratio, SIR)[5]。計算公式：

SIR=S腫瘤/S組織

S腫瘤和S組織分別代表腫瘤和臀大肌的信號強度，SD背景、SD腫瘤、SD組織分別代表背景區域、腫瘤和臀大肌信號強度的標準差。

1.4 統計學分析 采用SPSS 19.0統計分析軟件。采用Kappa一致性分析評價2名觀察者圖像質量評分和病變信號強度分類結果的一致性，Kappa≤0.20為一致性較差，0.20

2 結果

2.1 不同b值DWI圖像質量評分和病變信號強度分類比較 58例中，7例DWI圖像質量評分1～2分，51例3～5分(圖1、2)。DWI800、DWI1 000、DWI1 500及DWI2 000圖像質量評分差異均有統計學意義(P<0.001)，見表4，且DWI800、DWI1 000、DWI1 500圖像質量評分呈升高趨勢，DWI1 000與DWI1 500間差異有統計學意義(P<0.001)。2名觀察者間圖像質量評分一致性均強：DWI800，Kappa=0.818；DWI1 000，Kappa=0.883；DWI1 500，Kappa=0.865；DWI2 000，Kappa=0.879。

DWI800、DWI1 000、DWI1 500圖像中Ⅰ型信號逐漸增多、Ⅱ型逐漸減少(P均<0.001)，見表4，DWI1 500圖像中無Ⅲ型信號；DWI2 000圖像中Ⅰ型信號略少于DWI1 500，但差異無統計學意義(P=0.096)。2名觀察者評價信號強度類型的一致性均強：DWI800，Kappa=0.860；DWI1 000，Kappa=0.889；DWI1 500，Kappa=0.947；DWI2 000，Kappa=0.912。

表1 MR檢查直腸癌掃描序列及參數

圖1 患者男，72歲，直腸上段腺癌 A.T2WI示腸壁增厚(箭)； B.DWI800示少量偽影，腸管壁及遠端腸腔(箭)呈高信號，腫塊信號強度為Ⅱ型，病變邊界部分顯示，圖像質量3分； C.DWI1 000示背景抑制較DWI800稍好，病變邊界清楚，但部分腸壁仍呈高信號，腫塊呈Ⅱ型信號強度，圖像質量4分； D.DWI1 500示背景抑制較充分，腫塊信號強度為Ⅰ型，病變輪廓清楚，圖像質量5分； E.DWI2 000示背景抑制充分，與DWI1 500相比腫塊信號強度稍降低，呈Ⅰ型，病變輪廓清楚，圖像質量評分5分

圖2 患者男，68歲，直腸中段腺癌 A.T2WI示腸壁增厚(箭)并凸向腔內； B.DWI800示膀胱區少許稍高信號偽影，左側精囊腺(箭)呈稍高信號，腫塊信號強度為Ⅱ型，病變境界清楚，圖像質量4分； C.DWI1 000示背景抑制較DWI800好，左側精囊腺區仍見少許稍高信號，病變境界清楚，腫塊信號強度為Ⅰ型，圖像質量5分； D.DWI1 500示背景抑制充分，腫塊呈Ⅰ型信號強度，圖像質量5分； E.DWI2 000示背景抑制充分，腫塊信號較DWI1 500明顯降低，呈Ⅱ型信號強度，病變輪廓清楚，圖像質量5分

2.2 不同b值DWI圖像SNR、CNR及SIR比較結果 對51例圖像質量3～5分者測量病變SNR、CNR、SIR。隨b值升高，SNR、CNR和SIR均逐漸降低(P均>0.001)。DWI1 500與DWI2 000之間SIR差異無統計學意義(P>0.05)，其余b值DWI間SNR、CNR及SIR差異均有統計學意義(P均<0.001)。見表5。

3 討論

b值是影響DWI檢出病變的重要因素，b值相對較低時(500～800 s/mm2)，由于“T2穿透效應”[6]，許多正常組織亦呈高信號，病變可能被掩蓋。b值越高(>800 s/mm2)，背景抑制越好，越能突出病變，但病變信號衰減越明顯，磁敏感偽影加重，且圖像SNR明顯降低。目前直腸DWI常規采用b=1 000 s/mm2[7-8]，但仍有部分正常組織(小腸、前列腺、精囊腺和子宮內膜)呈高信號[6-7]。中國結直腸癌診療規范[9]和歐洲胃腸和腹部放射學會共識會議[10]均推薦采用DWI觀察直腸癌，但未對b值選取提出建議。既往針對前列腺癌的研究[2]結果顯示，超高b值(>1 500 s/mm2)DWI能提高腫瘤與周圍組織的對比度，利于檢出病變。

表2 DWI圖像質量評分標準

表3 DWI圖像中直腸癌信號強度類型

表4 不同b值DWI圖像質量評分和病變信號強度分類比較

表5 不同b值DWI圖像SNR、CNR、SIR的比較結果(±s，n=51)

表5 不同b值DWI圖像SNR、CNR、SIR的比較結果(±s，n=51)

DWISNRCNRSIRDWI80066.36±21.345.80±2.214.68±1.28DWI1 00056.89±19.155.44±2.234.45±1.24DWI1 50048.52±15.644.72±1.994.17±1.11DWI2 00043.69±14.314.32±1.874.15±1.12F值151.824141.51899.141P值<0.001<0.001<0.001

本研究中DWI1 500圖像質量最優，原因是隨b值增高，背景抑制更充分，病變與周圍組織的對比度更高，病變輪廓勾勒更清楚；DWI2 000圖像在背景受到抑制的同時，病變信號亦明顯衰減，部分病變與周圍組織的對比度低于DWI1 500。體現在病變信號強度類型上，表現為隨b值增高，背景抑制更充分，病變信號強度逐漸增高，DWI1 500圖像中Ⅰ型信號最多，表明DWI2 000圖像雖然背景抑制充分，但腫瘤組織信號衰減對視覺評分影響更大，與MORIBATA等[11]研究結果相符。

理論上，隨b值升高，MR回波時間延長，圖像SNR降低[12]；同時水分子擴散能力提高，SNR進一步降低[12]。本研究發現DWI2 000圖像SNR、CNR和SIR顯著降低，與既往研究[4,12]結果相符；但其SIR與DWI1 500差異無統計學意義，原因可能為DWI高信號不僅反映水分子擴散受限，還存在“T2穿透效應”[13]。b>1 500 s/mm2后，“T2穿透效應”對信號強度的影響逐漸減小，此時的信號強度主要反映病變內水分子擴散受限程度。另外，超高b值使得病變信號衰減程度減小[14]。BICKEL等[15]則發現隨b值增高，乳腺癌SIR明顯升高。結果存在差異的原因可能在于BICKEL等[15]研究所用多b值圖像為軟件計算合成，而非實際掃描圖像。

本研究的不足：①未納入良性病例；②高和超高b值選取數目相對較少；③僅行SSSE-EPI序列DWI掃描，而不同序列DWI圖像可能產生不同視覺效果而導致結果偏倚。

綜上所述，在b值為800、1 000、1 500、2 000 s/mm2的DWI圖像中，b=1 500 s/mm2時圖像質量最優，顯示直腸癌病灶最佳。