徐燕清 王 莉 龔 英 馬陽陽 周 劍 喬中偉

·論著·

體素內(nèi)不相干運動彌散加權(quán)成像對兒童腹部良惡性腫瘤診斷價值

徐燕清1王 莉2龔 英1馬陽陽3周 劍1喬中偉1

目的 運用體素內(nèi)不相干運動(IVIM)彌散加權(quán)(DW)MRI的方法，探討IVIM雙指數(shù)參數(shù)鑒別兒童腹部良惡性腫瘤的價值。方法 以兒童腹部腫瘤手術(shù)病理為金標準，術(shù)前1周內(nèi)行IVIM DW-MRI檢查為待測標準，對懷疑腹部腫瘤、不能完全確診為良性腫瘤者行常規(guī)MRI(T1W、T2W和增強T1W)和DW序列。根據(jù)病理分為惡性組、良實性組、交界性組和良囊性組。選取b值范圍0～800 s·mm-2，通過軟件計算得到ADC值，使用腫瘤輪廓法勾畫腫瘤的感興趣區(qū)(ROI)，計算D、D*和f值。結(jié)果 85例腹部腫瘤患兒(98個腫瘤)進入本文分析。男43例；平均年齡4.4歲；惡性組(52例，62塊)，交界性組(7例，7塊)，良實性組(21例，24塊)，良囊性組(5例，5塊)；ROI平均值12.9(1.3～26.1)cm2。ADC、D和D* 均體現(xiàn)在惡性組最低，交界性組、良實性組和良囊性組依次升高，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義；ADC、D和D* 在惡性與非惡性腫瘤(實性+囊性)差異均有統(tǒng)計學(xué)意義；鑒別惡性和良實性腫瘤Cutoff(×10-6mm2·s-1)分別為1 367、1 056和1 605，ADC鑒別的特異度高(85.5%)，D值鑒別的靈敏度高(83.3%)，鑒別惡性和實性腫瘤(良實性+交界性)、惡性和非惡性腫瘤(良實性+交界性+良囊性)Cutoff(×10-6mm2·s-1)分別為1 173、1 014和1 634；鑒別惡性和實性腫瘤(良實性+交界性)ADC和D值特異度較好(87.1%和83.9%)，鑒別惡性和非惡性腫瘤(良實性+交界性+良囊性)，ADC、D和D*值特異度均良好(88.9%、86.1%和80.6%)。結(jié)論 IVIM DW-MRI中的ADC和D值對鑒別兒童腹部良惡性腫瘤有較好的診斷價值。

磁共振成像； 彌散加權(quán)； 體素內(nèi)不相干運動； 腹部腫瘤； 手術(shù)病理； 兒童

兒童腹部腫瘤影像學(xué)檢測和診斷手段主要包括B超、CT和MRI。目前B超主要用于腫瘤的初篩和超聲引導(dǎo)下的手術(shù)穿刺活檢術(shù)，CT檢查的電離輻射使其在兒童中的應(yīng)用受到限制。隨著成像技術(shù)的改進，既往多用于神經(jīng)系統(tǒng)的MRI檢查，正在更多地用于腹部腫瘤檢查，特別是基于分子水平的彌散加權(quán)成像(DW)手段，可以顯示病變組織內(nèi)小分子物質(zhì)的熱運動情況。體素內(nèi)不相干運動(IVIM)DW是基于雙指數(shù)模型，計算組織的真正彌散和灌注相關(guān)性彌散的方法，可以計算D(組織真正的彌散系數(shù))，D*(與灌注相關(guān)的組織彌散)和灌注分數(shù)(f)[1, 2]。本文旨在運用IVIM DW-MRI的方法，探討IVIM雙指數(shù)參數(shù)診斷兒童腹部腫瘤的價值。

1 方法

1.1 研究設(shè)計 以診斷準確性研究作為設(shè)計方案。以兒童腹部腫瘤手術(shù)病理為金標準，以術(shù)前IVIM DW-MRI為待測標準，評估不同性質(zhì)腹部腫瘤的診斷價值。

1.2 診斷金標準 以手術(shù)病理為兒童腹部腫瘤診斷金標準，根據(jù)病理分為惡性組、良實性組、交界性組和良囊性組。

1.3 腹部腫瘤MRI檢查 ①懷疑腹部腫瘤，不能完全確診為良性腫瘤；②4歲以下患兒行DW-MRI檢查使用10%水合氯醛鎮(zhèn)靜。

1.4 IVIM DW-MRI判讀及參數(shù)標準 ①常規(guī)MRI(T1W、T2W、CE-T1W)和DW序列。②通過軟件計算得到ADC值，ADC= [In(SIb/SI0)]/b，其中SI0代表b=0時的信號強度，SIb代表不同b值時的信號強度。③本研究選取b值范圍0～800 s·mm-2，選取方法為6～8個b值(b值1：0、50、200、400、600和800 s·mm-2，b值2：0、50、100、200、400、600、800 s·mm-2，b值3：0、50、100、150、200、400、600和800 s·mm-2)。小b值(0～200 s·mm-2)ADC反映腫瘤血流灌注(D*)，高b值(>200 s·mm-2)ADC(D)反映腫瘤的彌散受限程度，既往研究證明與腫瘤細胞的排列緊密程度有關(guān)。④腫瘤信號的測量：使用腫瘤輪廓法勾畫腫瘤的感興趣區(qū)(ROI)，根據(jù)腫瘤大小設(shè)置，選取軸面腫瘤最大層面，盡可能全面地包括腫瘤實質(zhì)部分而避免包括腫瘤邊緣部分，再復(fù)制到DW各b值及ADC圖；測量腫瘤實質(zhì)成分時，盡量避開腫瘤壞死區(qū)；可疑腫瘤壞死區(qū)表現(xiàn)：在腫瘤中，T2W高信號，T1W增強無強化的區(qū)域。D、D*和f值計算公式：根據(jù)IVIM理論[1]，SIb/SI0= (1-f) × exp (-b ×D) + f × exp(-b ×D*)。其中，SIb是不同b值下的圖像信號強度，SI0是b=0 時的信號強度。

1.5 病例納入和排除標準 ①臨床考慮占位性病變，影像學(xué)(B超和/或CT)不能確定為良性，行MRI檢查；②經(jīng)手術(shù)并取得病理診斷結(jié)果；③排除術(shù)前行放療、化療者。

1.6 偏倚因素的控制 IVIM DW-MRI檢測至手術(shù)均在1周內(nèi)完成；均由2名具有5年以上腹部MRI經(jīng)驗的高年主治醫(yī)師分別獨立閱片和行ROI測量。

1.7 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 22.0軟件包對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。對于連續(xù)性定量資料，首先采用S-W正態(tài)性分析比較其是否服從正態(tài)分布。對于不服從正態(tài)分布資料，采用中位數(shù)和四分位數(shù)間距描述其分布，采用Kruskal-Wallis H檢驗比較組間差異，采用卡方檢驗或Fisher確切概率法比較組間分類資料差異。根據(jù)病理分組的組間兩兩比較采用所有成對比較法，采用ROC曲線分析IVIM DW-MRI檢測的ADC、D和D*值在鑒別惡性和良實性腫瘤、惡性和實性腫瘤(良實性+交界性)、惡性和非惡性(良實性+交界性+良囊性)腫瘤的價值。本文所有檢驗均為雙側(cè)檢驗，結(jié)果以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般情況 2012年7月28日至2013年10月30日符合本文納入排除標準的85例腹部腫瘤患兒(98個腫瘤)進入本文分析。男43例；年齡2天至14歲，平均年齡4.4歲；惡性組(52例，62塊)：神經(jīng)母細胞瘤19例(23塊)，肝母細胞瘤7例(9塊)，神經(jīng)節(jié)神經(jīng)母細胞瘤5例(6塊)，腎母細胞瘤5例(5塊)，淋巴瘤4例(4塊)，未成熟畸胎瘤2例(3塊)，盆腔胚胎性橫紋肌肉瘤2例(2塊)、腎透明細胞肉瘤1例(2塊)、腎橫紋肌樣瘤1例(2塊)，骶前纖維肉瘤、腎上腺皮質(zhì)癌、腎癌、睪丸內(nèi)胚竇癌、骶尾部生殖細胞瘤、中胚層腎瘤各1例(1塊)；交界性組(7例，7塊)：胰腺囊實性瘤4例(4塊)，腎上腺皮質(zhì)腫瘤2例(2塊)，纖維瘤病1例(1塊)；良實性組(21例，24塊)：成熟畸胎瘤6例(7塊)，節(jié)細胞神經(jīng)瘤3例(4塊)，炎性肌母細胞瘤4例(4塊)，椎體結(jié)核1例(2塊)，肝臟局灶結(jié)節(jié)增生、腎上腺皮質(zhì)增生、腎腺瘤、脾臟硬化性血管瘤伴結(jié)節(jié)性轉(zhuǎn)化、脾血管瘤、隔離肺和Castleman病各1例(1塊)；良囊性組(5例，5塊)：卵巢囊腫和淋巴管瘤各2例(2塊)，膽總管囊腫1例(1塊)。ROI平均值12.9(1.3～26.1)cm2。表1顯示85例腹部腫瘤患兒的一般信息。圖1顯示，以左側(cè)腎母細胞瘤為例常規(guī)MRI和DW-MRI圖像。

表1 85例腹部腫瘤患兒的一般特征和體素內(nèi)不相干運動參數(shù)

注 1)：采用Fisher確切概率法比較組間差異；2)：采用kruskal-Wallis H檢驗比較組間差異；3)：與惡性組比較P<0.05；4)：與惡性組比較，P<0.01)；5)：與良實性組比較P<0.05；6)：與交界性組比較P<0.05

圖1 左側(cè)腎母細胞瘤常規(guī)MRI及DW-MRI圖像

注 左側(cè)腹膜后見一巨大球形腫塊，約118.9 mm×122.0 mm×148.3 mm，A：T1WI以低信號為主，中央呈片狀高信號；B：T2WI稍高信號為主，夾雜片狀、條索狀高信號；C：CE-T1WI腫塊實質(zhì)部分明顯強化，中央見大片低信號未強化區(qū)；D和E：DW b=400和b=800 s·mm-2腫瘤以高信號為主，其內(nèi)夾雜點狀低信號；F：ADC map，腫瘤以低信號為主，中央夾雜點狀、片狀高信號

2.2 不同性質(zhì)腫瘤在IVIM不同參數(shù)中的兩兩比較 表1顯示， ADC、D和D*均體現(xiàn)在惡性組最低，交界性組、良實性組和良囊性組依次升高，ADC、D和D*值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義；ADC、D和D*在惡性組與非惡性(良實性+交界性+良囊性)差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，僅在ADC值惡性組與交界性組差異有統(tǒng)計學(xué)意義，ADC、D和D*值在良實性組與良囊性組差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，ADC、D、D*和f值在良囊性組和交界性組差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2.3 IVIM不同參數(shù)對惡性組與其他不同組別的診斷價值 圖2和表2顯示，①f值在惡性組和良實性組鑒別，惡性與實性(良實性+交界性)鑒別，惡性與非惡性(良實性+交界性+良囊性)的鑒別AUC均<0.6，P>0.05；②鑒別惡性和良實性ADC、D和D*值A(chǔ)UC差別不大(0.800、0.794和0.789)，Cutoff分別為1 367、1 056和1 605，ADC的特異度更高(85.5%)，D的靈敏度更高(83.3%)；③鑒別惡性和實性(良實性+交界性)、惡性和非惡性(良實性+交界性+良囊性)ADC、D和D*值A(chǔ)UC差別不大(0.779～0.828)，且ADC、D和D*值鑒別的靈敏度均<75%(69.4%～72.6%)，Cutoff分別為1 173、1 014和1 634；鑒別惡性和實性(良實性+交界性)ADC和D值特異度較好(87.1%和83.9%)，鑒別惡性和非惡性(良實性+交界性+良囊性)，ADC、D和D*值特異度均良好(88.9%、86.1%和80.6%)。

圖2 體素內(nèi)不相干運動(IVIM)不同參數(shù)對惡性組與其他不同組別的診斷價值

注 A：鑒別惡性和良實性腫瘤；B：鑒別惡性和良實性+交界性腫瘤；C：鑒別惡性和良實性+交界性+良囊性腫瘤

表2 體素內(nèi)不相干運動(IVIM)參數(shù)對惡性組與其他組別的鑒別診斷

3 討論

IVIM DW-MRI是基于雙指數(shù)模型，計算組織的真正彌散和灌注相關(guān)性彌散的方法，可以計算D，D*和灌注分數(shù)f值[1,2]。D是指組織真正的彌散系數(shù)，D*是與灌注相關(guān)的組織彌散。活體生物組織的彌散包括水分子的彌散運動和血液的微循環(huán)(灌注)相關(guān)彌散。成人腹部器官和腫瘤的研究發(fā)現(xiàn)，腹部實體器官和實體腫瘤的ADC值顯著高于相應(yīng)的D值，表明 ADC值中存在著較大的灌注因素[3-8]。只有當彌散僅表現(xiàn)為該組織的分子運動，即僅有D時，ADC才與D值相等。

本文兒童腫瘤發(fā)病的年齡在不同組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義，是受不同腫瘤性質(zhì)中包含疾病的好發(fā)年齡所影響。良囊性組5例中3例為先天性腫瘤(淋巴管瘤2例，膽總管囊腫1例)，出生后即可發(fā)病，因此診斷年齡最低；惡性組發(fā)病平均年齡2.0歲，惡性組52例腹部腫瘤患兒中，嬰幼兒發(fā)病的腫瘤占71.2%(37例)，包括神經(jīng)母細胞瘤18例，腎母細胞瘤、肝母細胞瘤各5例，節(jié)細胞神經(jīng)母細胞瘤、淋巴瘤、盆腔胚胎性橫紋肌肉瘤、腎上腺皮質(zhì)癌、腎透明細胞肉瘤、睪丸內(nèi)胚竇癌、骶尾部生殖細胞瘤、中胚層腎瘤、未成熟畸胎瘤各1例；交界性組7例腹部腫瘤患兒，胰腺囊實性瘤、腎上腺皮質(zhì)腫瘤和纖維瘤病均好發(fā)于學(xué)齡兒童，因此本文呈現(xiàn)交界性腹部腫瘤發(fā)病年齡最大(平均11歲)。

本文ADC、D和D*值在不同性質(zhì)腫瘤間顯示，惡性組最低，交界性組、良實性組、良囊性組依次升高。本文在b值測量范圍(0～800 s·mm-2)內(nèi)，ADC在鑒別惡性與非惡性(良實性+交界性+良囊性)差異有統(tǒng)計學(xué)意義，Kocaoglu等[9]以 b值0～800 s·mm-2的DW測量了31個兒童腹部腫瘤(16個良性腫瘤，15個惡性腫瘤)，其良、惡性腫瘤的ADC值分別為(2.28±1.00)和(0.84±1.7)×10-3mm2·s-1。其研究中惡性腫瘤的ADC值與本研究接近；良性腫瘤的ADC值與本文比較，介于良實性腫瘤與良囊性腫瘤之間，考慮為其良性腫瘤包含了良實性和良囊性腫瘤的緣故。Gawande等[10]使用2個b值(0和500 s·mm-2，1.5T)和3個b值

(0、500和800 s·mm-2，3T)的DW測量了73個兒童腹部腫瘤(39個良性和34個惡性)，惡、良性實性腫瘤的ADC值分別為1.07和1.6×10-3mm2·s-1，良、惡性實性腫瘤之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義，與本文結(jié)果相似。文中有兩組b值，作者證實在不同場強(1.5T和3T)下，得到的腹部腫瘤ADC值差異無統(tǒng)計學(xué)意義。既往兒童腫瘤ADC的研究[11,12], 也得到相似結(jié)果，即在0～800 s·mm-2的b值范圍內(nèi)，1.5T或3T MRI行DW檢查，可以得到相似的腹部腫瘤ADC值。

檢索文獻未見兒童腹部腫瘤D和D*值的相關(guān)數(shù)據(jù)報告。本文D*值(×10-6s·mm-2)在惡性組、交界性組、良實性組和良囊性組分別為1 402.5、1 849、2 062.5和3 057 ，D值(×10-6s·mm-2)在惡性組、交界性組、良實性組和良囊性組分別為854、1 120、1 523和3 084，為兒童腹部腫瘤的臨床與研究提供了參考。本文結(jié)果顯示，鑒別惡性和良實性腫瘤D值的靈敏度更高(83.3%)，鑒別惡性和實性腫瘤(良實+交界性)，D值與ADC一樣顯示較好的特異度(83.9%和87.1%)，鑒別惡性和非惡性(良實性+交界性+良囊性)，ADC、D和D*值一樣顯示良好的特異度(88.9%、86.1%和80.6%)?？傮w而言，D*、D值在鑒別惡性和實性腫瘤(良實性+交界性)、鑒別惡性和非惡性(良實性+交界性+良囊性)敏感度均不佳。

近年來，IVIM在腹部器官、特別是肝臟的研究成為熱點[4,6,8,13-21]。Rheinheimer等[22]研究結(jié)果認為，IVIM成像可以增強腎臟腫瘤的診斷準確性，D值是鑒別腫瘤和正常組織的最佳參數(shù)，而f值有潛力用于腎臟組織學(xué)亞型的區(qū)分。Chandarana[23]等通過對IVIM DW與動態(tài)增強MR和組織病理學(xué)的對照研究，提出參數(shù)D和f能夠區(qū)分腎臟腫瘤亞型，而灌注分數(shù)f不需要外源性造影劑就可以評價腎臟血管。Freiman等[24]等在兒童克隆恩病的IVIM研究中發(fā)現(xiàn)，IVIM模型得到的數(shù)據(jù)，要優(yōu)于ADC模型(P=0.0088)，強化區(qū)域的f值顯著降低，D*值顯著升高，而D值在強化組和非強化組兩組間中無顯著差異。Kim等[25]通過兒童尿路感染的IVIM研究發(fā)現(xiàn)，f和D*值在“反流組”要明顯高于“非反流”組，f/d值在預(yù)測膀胱輸尿管反流方面顯示了最佳診斷效果。在本文中，惡性組、交界性組、良實性組間，f值差異無統(tǒng)計學(xué)意義，考慮f值反映的是組織血流灌注，而惡性組、交界性組和良實性組各組中，都包含富血供和乏血供腫瘤，不同組內(nèi)各腫瘤的f值高低不等，造成各組f值差異無統(tǒng)計學(xué)意義。良囊性組的f值特別低，考慮良囊性組基本為乏血供腫瘤，幾乎沒有強化，故良囊性組的f值接近0。同一類腫瘤中的不同亞型，或是腫瘤放化療前后,可能存在不同的血流灌注情況和強化方式，此時使用f值來區(qū)分腫瘤不同亞型[8,17,26]、不同分級[15]以及對放化療效果的評價[4,19-21]、或觀察腫瘤或臟器的血管灌注情況[26]，都可見于文獻報道，而未見于f值在觀察腫瘤性質(zhì)上有意義。

本研究選取3組b值，范圍在0～800 s·mm-2。3組的中200～800 s·mm-2范圍的b值設(shè)定是一樣的，考慮>200 s·mm-2的b值反映的是組織真正的彌散特性，不會影響D值。<200 s·mm-2范圍(0、50、100、150和200 s·mm-2)3組b值設(shè)定有較大不同，考慮<200 s·mm-2的范圍內(nèi)，所有的ADC值均是通過相同的單指數(shù)公式(ADC= [In(SIb/SI0)]/b)擬合得到的，故所得ADC值相同。根據(jù)這個公式，b值越多，則擬合曲線穩(wěn)定性越好，但曲線并不受到單個b值的偏倚影響。本文在兒童腹部腫瘤方面的b值選擇，是一次有價值的嘗試和探索。

本研究的不足與局限性：臨床中用超聲等影像學(xué)檢查可以基本確定良性病或確定手術(shù)治療方案不困難時，可不行MR檢查，只有在超聲探查到腫瘤或可疑腫瘤時、在確定后續(xù)的手術(shù)方式及其他治療方案(是否進行術(shù)前及術(shù)后的放/化療)有困難時，才行MR檢查。作為鑒別良惡性腹部腫瘤的診斷準確性研究，交界性組和良囊性組的病例數(shù)較少略顯不足。

綜上所述，IVIM雙指數(shù)模型參數(shù)(ADC、D、D*和f值)能準確反映腫瘤組織中水分子的擴散及血流灌注，為良、惡性腫瘤的鑒別及不同腫瘤的診斷提供新的思路和方法。

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Value of intravoxel incoherent motion diffusion-weighted magnetic resonance imaging in differentiating benign and malignant pediatric abdominal tumors

XUYan-qing1,WANGLi2,GONGYing1,MAYang-yang3,ZHOUJian1,QIAOzhong-wei1

(1DepartmentofRadiology,Children'sHospitalofFudanUniversity,Shanghai201102,China; 2DepartmentofRadiology,NingboFirstHospitalofZhejiangProvince,Ninbo315000,China; 3DepartmentofPathology,Children'sHospitalofFudanUniversity,Shanghai201102,China)

QIAO zhong-wei, E-mail: qiaozhwei@163.com

ObjectiveTo investigate the value of IVIM double exponential parameters in differentiating the benign and malignant pediatric abdominal tumors by use of the method of IVIM DW-MRI. MethodsTaking the pathology of pediatric abdominal tumor operation specimens as the golden standard, patients were assigned to malignant group, benign solid group, borderline group and benign cystic group, and the IVIM DW-MRI detection was performed as the standard to be detected within one week before the operation, and routine MRI (T1W, T2W, CE-T1W) and DWI sequence examination were performed for the suspected abdominal tumor, which could not be confirmed as the benign tumor. Then the b value range of 0～800 s·mm-2was chosen, and the ADC value was obtained by the software calculation, and the tumor size was delineated by use of ROI tumor profile method, and the D, D* and f values were calculated.Results85 cases of children with abdominal tumor (98 masses) were included in the analysis of this study and there were 43 cases of male patients with the average age of 4.4 years old; malignant group (52 cases, 62 masses), borderline group (7 cases, 7 masses), benign solid group (21 cases, 24 masses), benign cystic group (5 cases, 5 masses); and the average value of ROI was 12.9(1.3～26.1)cm2. And for ADC, D and D* values, they showed the lowest in the malignant group and increased successively in the borderline group, benign solid group and benign cystic group, which had statistically significant difference; the differences of ADC, D and D* values between the malignant group and non-malignant (benign solid, borderline and benign cystic) groups had statistical significance; the cutoff identifying malignant and benign solid tumors was 1 367, 1 056 and 1 605 ×10-6mm2·s-1, respectively, and the identifying specificity for ADC was higher (85.5%), and the identifying sensitivity for D value was higher (83.3%), and the cutoff identifying malignant and solid tumors (benign solid plus borderline), malignant and non-malignant (benign solid plus borderline plus benign cystic) was 1 173, 1 014 and 1 634×10-6mm2·s-1, respectively; the specificity for ADC and D values identifying malignant and solid tumors (benign solid plus borderline) was better (87.1% and 83.9%), and the specificity for ADC, D and D* values identifying malignant and non-malignant (benign solid plus borderline plus benign cystic) was all better (88.9%,86.1% and 80.6%). Conclusion The ADC and D values in the IVIM DW-MRI had good diagnostic value in identifying pediatric abdominal benign and malignant tumors.

Magnetic resonance imaging; Diffusion-weighted imaging; Intravoxel incoherent motion; Abdominal tumor; Pathology of operation; Children

2017-08-04

2017-08-21)

(本文編輯：張崇凡，孫晉楓)

上海市科學(xué)技術(shù)委員會西醫(yī)引導(dǎo)項目：134119a4100；上海申康醫(yī)院發(fā)展中心臨床輔助科室能力(影像醫(yī)學(xué))建設(shè)項目：SHDC22015031

1 復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院放射科 上海，201102；2 浙江省寧波市第一醫(yī)院放射科 浙江寧波，315000；3 復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院病理科 上海，201102

喬中偉，E-mail:qiaozhwei@163.com

10.3969/j.issn.1673-5501.2017.04.003