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扩散加权成像在肺癌中的应用进展

肺癌是临床上一种最常见的恶性肿瘤,具有极高的发病率,是导致恶性肿瘤患者死亡的重要因素之一,近年来还有增高的趋势。不仅如此,肺癌还是预后最差的肿瘤之一,不同病理类型的肺癌生物学特性及预后、治疗方案的选择均有差异,因此明确肺癌的诊断及提出正确的治疗方案显得尤为重要。虽然CT检查是诊断肺癌的主要方法,但对肺癌的早期功能和代谢的变化却不能显示。正电子发射断层成像技术(positron emission tomography,PET)虽然能对病变做出早期诊断,但该检查方法具有价格昂贵、检查时间长、辐射剂量高等不足,难以在临床上推广。

 

随着磁共振技术的发展,越来越多的病变都可通过扩散加权成像(diffusion-weighted imaging,DWI)进行检查。DWI技术已经成功运用于心脏,特别是对于急性心肌炎及缺血性心肌病水肿情况的评价。DWI技术作为一种无创检查,不需要对比剂,无电离辐射,而且具有较高的特异性与敏感性,成为人们研究的热点,现就DWI在肺癌中的应用进展进行综述。

 

1.DWI技术扫描现状与发展

 

近年来磁共振成像技术应用广泛,DWI技术已经运用于肺部疾病的诊断,目前最常用的是平面回波成像,有了DWI的平面回波成像序列就可以对分子的运动进行观察,使磁共振成像的观察对象延伸到细胞水平,但是单一的平面回波成像图像空间分辨率低,获得的解剖信息也少,将DWI与相控阵线圈及并行采集技术结合起来不仅可以加快扫描速度,而且还可减少图像失真,增加图像信噪比。螺旋桨扫描技术(Propeller技术)对采集的回波进行频率编码及相位编码,对K空间进行填充,可消除患者因运动或金属异物造成的伪影,最后重建获得分辨率高、信噪比高、无伪影的理想图像。最近有学者研究出螺旋桨扫描技术技术不受呼吸运动的影响,并且还可以提高病灶检出率。b值是DWI检查的重要参数之一,其值的选择对于图像质量、扫描时间及扩散表观系数(apparentdiffusioncoefficient,ADC)测量紧密相关。

 

对于b值的选择没有固定的标准,b值太低,水分子扩散运动不敏感,不能准确地反映弥散现象,随着b值的增高,组织信号衰减明显,回波时间延长,可降低图像的信噪比。b=1000s/mm2可减少重要图像的损失,能更好地鉴别良恶性病变。选择合适的b值既可清楚地显示病灶,又能达到理想的弥散效果,目前,研究多取b=500、800、1000s/mm2

 

2.DWI在肺癌鉴别诊断中的价值

 

2.1鉴别肺内良恶性病变

 

DWI主要是观察微环境中水分子的扩散运动,这与常规的T1、T2扫描方法完全不同,恶性病变肿瘤细胞数目多且排列密集,细胞内外间隙均变小,从而使细胞内外水分子扩散受限,DWI图上呈高信号。Usuda等用DWI(b=0,800s/mm2)及PET对肺内良恶性病变进行扫描,测得恶性病变与良性病变的ADC值分别为(1.27±0.35)×10-3mm2/s、(1.66±0.58)×10-3mm2/s,得出恶性病变的ADC值低于良性病变,还计算出良恶性病变的临界值ADC=1.44×10-3mm2/s,并且接受试验的黏液性腺癌患者ADC值高于肺癌患者,提示DWI不能诊断黏液性腺癌为恶性病变,ADC值诊断肺内恶性病变的灵敏度为80.0%,高于PET对肺内恶性病变诊断的灵敏度(70.0%)。

 

有学者对肺内48个孤立性病变进行常规T2加权成像及DWI扫描,其中包括18个良性病变,30个恶性病变,结果显示在常规T2加权成像上不能区分良恶性病变,利用DWI的方法,采用5个评分标准来评价,当b=1000s/mm2发现在DWI图像上恶性病变呈高密度,良性病变为低密度,测得恶性病变的平均ADC值为2.02×10-3mm2/s,良性病变的平均ADC值为1.195×10-3mm2/s,ADC值鉴别肺内良恶性病变的灵敏度和特异度分别为86.7%和88.9%。Nomori等对肺内87个1~3 cm的结节(66例非小细胞和21例良性病变)比较DWI(b=800s/mm2)与PET的诊断价值,通过在DWI图像上利用半定量方法比较同层面病变与脊髓的信号强度比,代替测量ADC值的方法,同时在PET上测量病变最大标准摄取值,应用受试者工作特征曲线分析DWI与PET两种方法,得出DWI与PET对病变显示的灵敏度分别为0.86、0.71,认为DWI对肺内良性病变的灵敏度高于PET(P=0.013),而两者之间的特异度差异无统计学意义,还发现肉芽肿和纤维化瘢痕在DWI上可出现假阳性改变。

 

Koyama等用7个不同b值(0、50、100、150、300、500、1000s/mm2)对36个孤立性肺结节进行扫描,测量出每个肺结节的ADC值、实际扩散系数值、灌注分数值以及同层面病灶与脊髓的信号强度比(lesion-to-spinal cord signal intensity ratio,LSR)值,得出b为500、1000s/mm2时LSR对肺内恶性病变的特异度和准确度均高于ADC、实际扩散系数、灌注分数,表明LSR对于肺内良恶性结节具有较高的诊断价值,并且得出b值的选择对于诊断价值几乎没有影响的结论。DWI可以应用于肺内良恶性病变的诊断,但对肉芽肿病变和肺腺癌可分别出现假阳性和假阴性。

 

2.2鉴别中心性肺癌与肺不张

 

中心性肺癌常导致支气管阻塞,进而引发肺不张,在常规放射学检查上,肿瘤与不张的肺组织均表现为实性肿块影,很难区分彼此。准确地鉴别不张肺组织与肿块影对评估肿瘤的范围,位置及对靶向放疗方案的选择十分重要。Yang等对38例肺癌患者行磁共振成像(b=500s/mm2)及PET/CT扫描,研究发现常规磁共振序列不能完全鉴别中心性肺癌与肺不张,但是在DWI图像上,肿瘤组织的信号强度高于不张的肺组织,并且所测的肿瘤ADC值低于不张的肺组织[(1.83±0.58)×10-3mm2/s比(2.9±0.26)×10-3mm2/s,P<0.0001],因此DWI有助于两者的鉴别,同时还发现与常规T2WI相比较,在DWI上中心性肺癌相对于肺不张有更高的对比噪声比。

 

Qi等利用常规T2加权成像及DWI(b=0,500s/mm2)对肺癌和肺不张患者进行扫描,发现常规T2加权成像序列不能鉴别的8例肺不张与肺癌,DWI都能鉴别出来,表明将T2加权成像与DWI结合起来可以对中心性肺癌与肺不张的鉴别率高达80%(29/33),明显高于单独的T2加权成像诊断,并认为这两种技术的组合对于鉴别绝大多数肺癌和肺不张是最有前景的方法。

 

2.3鉴别

 

不同类型的肺癌不同类型肺癌的治疗方式及预后有显著差异,若治疗前能准确区分不同病理类型的肺癌,对临床有指导意义。小细胞肺癌分化程度相对较低,预后较差,并且小细胞肺癌易广泛转移和发生副肿瘤综合征,因此对放化疗敏感。而小细胞肺癌肿瘤细胞密度大,阻碍了水分子的扩散运动,使ADC值降低,可用DWI来鉴别小细胞肺癌与非小细胞肺癌。Koyama等研究认为,小细胞肺癌的平均ADC值低于非小细胞肺癌,并且DWI序列诊断的特异度(85.7%)和准确度(85.7%)均高于短时反转恢复序列,另外将两种序列结合起来的诊断准确度为94.6%,高于单独的DWI序列准确度,因此可得出将DWI序列与短时反转恢复序列结合起来可提高小细胞肺癌与非小细胞肺癌鉴别的准确率的结论。

 

Matoba等通过对肺癌患者用DWI扫描进行分析,研究发现腺癌的ADC值比鳞癌及大细胞肺癌的ADC值高,而分化程度低的腺癌比分化程度高的腺癌ADC值更低,因此ADC值可能会反映肿瘤细胞的内部结构,从而有助于鉴别不同类型的肺癌。另有学者采用单次激发自选回波-回波平面成像序列,取b=0s/mm2、500s/mm2对肺癌组织学类型及分化程度进行研究,Spearman相关分析表明ADC值与肺癌分化程度存在相关性(r=-0.272,P=0.003),即随着肿瘤级别的增高,其分化程度降低,而ADC值也会降低,反之,随着肿瘤级别的降低,其分化程度变高,而ADC值也会相应增高,这可能是因为肺癌肿瘤细胞的排列方式、细胞密度周围间质均存在差异,组织分化程度越低,细胞数量越多,细胞排列紧密,细胞间间隙变小,导致细胞外水分子运动减慢,并且细胞核增大,胞质减少,细胞器增多也可导致水分子运动减慢,因此ADC值降低。

 

临床上可用纤维支气管镜和CT引导的穿刺活组织检查鉴别不同类型肺癌,但这两者都是侵入性的检查,并且可能会导致出血、肺感染、心律紊乱及猝死等并发症,而DWI是一种非侵入性检查,并不需要患者暴露于放射环境中,可作为鉴别不同类型肺癌及选择最佳治疗方式的检查方法。

 

3.DWI在淋巴结分期中的价值

 

肺癌的预后与肿瘤侵袭性息息相关,对于Ⅰ、Ⅱ期非小细胞肺癌患者,手术为最佳治疗方式,对于有转移的患者,放化疗的治疗效果更好,因此精确的临床分期对选择治疗方式很重要。目前CT是评价肺癌淋巴结分期的首要选择,可用于评估肺癌胸腔内转移,主要是根据淋巴结的短径、形态及坏死评价淋巴结转移情况,但该标准可靠性并不高。PET和PET/CT已经广泛应用于肿瘤的分期,能精确地检测骨、软组织转移或胸膜外淋巴结转移,并且可用于描述直径为1 cm的孤立性肺结节,但是对于一些分化较好的肿瘤、支气管腺泡癌以及肉芽肿,可在PET/CT上可出现假阳性改变。

 

另有学者对160例经病理证实的并伴有淋巴结转移的肺癌患者进行DWI及PET扫描,在测得的705个淋巴结中,61例为转移性的,644例为非转移性的,测得诊断良恶性淋巴结的临界值为ADC=1.7×10-3mm2/s,表明ADC值可用于恶性转移淋巴结的诊断。Nomori等研究报道,在评估非小细胞肺癌淋巴结分期方面,DWI假阳性率低于PET,因为炎症或感染病变在PET上表现为代谢增加,而炎性淋巴结通常不会改变淋巴结的基本结构,水分子的扩散运动不会受到限制,因此DWI结果无明显异常。Usuda等对23例有肺门及纵隔淋巴结的患者行DWI和PET扫描,恶性病变有7例(肺癌转移的淋巴结7例、淋巴瘤1例),良性淋巴结病16例(肺尘埃沉着病/硅沉着病7例、结节病4例、良性病变4例、非典型淋巴细胞侵润1例),在病灶处勾画出兴趣区,尽量避开坏死、囊变及血管区域,并测出其ADC值,结果显示恶性肺门及纵隔的淋巴结ADC值低于良性,并且观察到在肺门及纵隔淋巴结诊断方面,DWI特异度(100%)和准确度(91%)均高于PET(31%、48%)。

 

Kim等对经病理证实的49例肺癌患者行DWI及PET/CT扫描,将DWI与PET/CT结合起来诊断转移淋巴结的灵敏度(69%)高于PET/CT单独诊断的灵敏度(46%,P=0.003),因此将DWI与PET/CT结合起来有助于提高检测转移性淋巴结的灵敏度。目前FASE-DWI序列被报道图像质量好、失真度小、能更好地鉴别转移性淋巴结,可用于更精确的淋巴结分期。

 

DWI作为一种新的成像方式,可安全、便捷地评估肺癌患者术前纵隔淋巴结的转移情况和对肺癌患者进行临床分期,能够避免不必要的有创性检查和开胸手术,为患者后期制订治疗方式提供依据。

 

4.DWI在评价肺癌治疗疗效中的价值

 

目前临床上肿瘤评价放化疗效的主要方法是采用实体瘤治疗反应评价标准来判断。由于组织代谢的改变早于形态学改变,故肿瘤缩小与肿瘤细胞死亡间存在时间滞后。经过治疗后,肿瘤组织发生坏死或纤维化,而CT检查有时难以鉴别肿瘤组织的坏死或纤维化成分。DWI在细胞水平上对微环境的变化高度敏感,可以在形态和功能上更早地了解肿块治疗后的改变。Yu等通过对化疗后的非小细胞肺癌患者行DWI扫描及测量化疗前后肿瘤的直径,发现治疗后肿瘤的ADC值升高,表明DWI可早期反映肺癌化疗效果,通过受试者工作特征曲线测得ADC值预测肿瘤治疗效果的灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值及准确度分别为100%、64.71%、57.14%、100%、82.7%,并且还发现将ADC值与肿瘤最大直径结合起来能提高对肿瘤治疗后的疗效评价。

 

Ohno等对64例放化疗后的非小细胞患者进行DWI及PET/CT扫描,用ADC和最大标准摄取值进行定量分析,观察到DWI的特异度(44.4%)和准确度(76.6)均高于PET/CT(特异度11.1%,准确度67.2%,均P<0.05)。Okuma等对17例经射频消融治疗后的肺癌患者进行DWI扫描,20例病灶中14例病灶没有出现局部进展,6例病灶出现局部进展,测得稳定组ADC值高于进展组,表明ADC值可以对肺癌射频消融疗效进行评价。

 

5.结语

 

磁共振扩散加权成像主要是观察细胞内水分子的布朗运动,从宏观拓展到细胞间水分子的微观变化都可以展示出疾病不同阶段的演变过程。因此,在一定程度上可鉴别肿瘤的良恶性,并且在治疗前对淋巴结的分期也有一定的说服力。有学者研究认为DWI在评价肿瘤治疗疗效方面优于PET/CT,并有望取代PET/CT。但DWI仍然存在很多不足,肺实质质子密度较低、扩散性高等,心脏呼吸运动导致运动伪影的影响,并且不同的参数选择造成磁共振成像难有统一的评价及诊断标准,因此DWI技术在肺部应用的研究报道较少。但是随着磁共振技术的创新、扫描技术的提高以及技术人员的不断学习,DWI会更广泛地运用于临床的各个领域。

 

来源:医学综述2017年5月第23卷第9期

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