磁共振扩散加权成像应用于食管癌靶区勾画的最佳b值

2016-06-18刘辉时高峰贾丽涛李敏邵娴

河北医药 2016年11期

关键词：放疗食管癌

刘辉　时高峰　贾丽涛　李敏　邵娴

050021　石家庄市，河北医科大学第四医院(刘辉、时高峰、贾丽涛、李敏)；河北省石家庄市第四医院(邵娴)

·论著·

磁共振扩散加权成像应用于食管癌靶区勾画的最佳b值

刘辉时高峰贾丽涛李敏邵娴

050021石家庄市，河北医科大学第四医院(刘辉、时高峰、贾丽涛、李敏)；河北省石家庄市第四医院(邵娴)

【摘要】目的主要探讨磁共振扩散加权成像应用于食管癌肿瘤靶区勾画中最佳b值选择。方法收集行食管癌根治术患者35例，手术前分别行不同b值磁共振扩散加权像扫描(b=400、600、800 s/mm2)。勾画三种不同b值下扩散加权成像上食管癌大体肿瘤体积(GTV)的长度，将所测量的GTV长度值分别与手术后食管癌标本长度进行比较。测量并且计算病变区ADC值。结果手术后标本病灶长度为(41.55±16.63)mm，手术前不同b值磁共振扩散加权像(DWI)所测量的GTV长度分别为(42.63±18.65)mm、(42.46±16.20)mm、(41.13±17.56)mm，其相关系数分别为0.910、0.916、0.941。不同b值下所得扩散加权成像ADC值分别为(1.76±0.56)、(1.58±0.48)、(1.44±0.31)mm2/s×10-3。结论当b值为800 s/mm2时得到的磁共振扩散加权成像最适合食管癌肿瘤靶区勾画。

【关键词】食管癌；扩散加权成像；放疗；GTV

食管癌是威胁人类健康的常见消化道肿瘤，它起源于食管黏膜上皮。我国每年约有超过22万的新发病例以及接近20万的死亡病例。我国是一个食管癌的高发国家。随着我国人民生活水平的不断提高，以及卫生事业的不断进步，食管癌患者的病死率逐年下降。但是我国整体食管癌发病率、死亡率仍然高于世界平均水平。尤其是在卫生资源相对欠缺的农村地区，多种因素造成食管癌的患者不能得到很好的救治[t]。因此提高我国食管癌的诊断及治疗水平是一项刻不容缓的任务。目前应用于食管癌大体肿瘤靶区勾画的影像学方法很多，目前应用于勾画食管癌大体肿瘤靶区(GTV)的主要影像学方法是CT，其图像上食管癌病灶长度的确定主要依靠食管管壁厚度的变化。但是这种方法也存在一些问题。比如CT图像上不易区分正常食管与食管癌病灶的界限；比如食管癌常伴有食管的水肿、溃疡等炎性反应，易造成正常食管管壁的增厚，是正常增厚的食管管壁与食管癌增厚的管壁不易区分。因此利用CT勾画GTV时，不能准确勾画食管癌病灶的长度及真实范围，有一定局限性。磁共振成像作为一种无创性的检查手段，尤其是今年来磁共振扩散加权成像的广泛应用，将我们的视野从宏观带到了微观。磁共振扩散加权成像一改过去利用形态学的手段观察、评判肿瘤的范围及大小，利用细胞间隙内微观水分子的扩散状态的变化观察、评判肿瘤的范围及大小。在食管癌肿瘤的发现及精确确认肿瘤范围方面显示出了极大的优势。如今磁共振扩散加权成像已经广泛应用于食管癌大体肿瘤的勾画中。但是磁共振扩散加权成像中有一个重要参数扩散敏感因子，也就是我们常说的b值。它的大小会直接影响扩散加权成像的结果。因此在扩散加权成像过程中如何确定关键参数b值的大小尤为重要。本研究就是着眼于b值的选择，主要目的是为了探讨磁共振扩散加权成像应用于食管癌肿瘤靶区勾画中最佳b值选择，希望这个最佳b值能更好的应用于临床。

1资料与方法

1.1 一般资料本研究收集2015年3～8月河北医科大学第四医院行食管癌根治术患者35例。其中男21例，女14例；年龄44～68岁，平均年龄59.35岁。该组患者术前均为食管癌病理证实，患者均行食管癌根治术。患者手术前未使用化疗药物。患者于手术前行磁共振扩散加权成像扫描，参数b值选取为400、600、800 s/mm2。

1.2影像学检查准备所有食管癌患者进行影像学检查前均禁食4 h，以减少食物残渣对图像质量的影响。检查前训练患者呼吸、告知患者扫描过程中注意事项，比如禁止吞咽动作等。各项检查中体位保持一致。由于磁共振扩散加权成像会受到患者温度影响，因此各项检查前患者体温保持在正常人体体温范围。进入扫描室前详细询问患者体内是否有金属植入物，并且于磁共振扫描前去除体表一切金属物质，减少金属物质对于磁场均匀度的影响。患者采取头先入仰卧位的体位，双手置于身体两侧，放置相控阵体部线圈并配合心电门控设备。

1.3磁共振扫描方法本研究采用西门子磁共振设备，磁场强度为1.5特斯拉，机器型号为AVANTO。具体扫描序列及参数如下：T2-FSE-2D轴扫序列：TR=1700 ms、TE=70 ms；FA=130°；FOV=350 mm×350 mm；矩阵=418×418；NEX= 2；层厚=3.5 mm；层间隔=1 mm。DWI-2D轴扫序列：TR=6 800 ms、TE=70 ms； FOV=350 mm×350 mm；矩阵=256×256；NEX= 10；层厚=3.5 mm；层间隔=0.5 mm;b值=400、600、800 s/mm2。磁共振扩散加权成像扫描前需要去除患者体表所有金属物质。扫描过程中需施加呼吸及心电门控，目的是减少呼吸运动及心脏大血管搏动对图像的影响。扩散加权成像扫描过程中选取400、600、800 s/mm23个b值，这3个b值需要在同一序列一次扫描完成，确保不同b值病灶位置的一致性。

1.4标本病灶长度测量本研究所有患者均行食管癌肿瘤切除术，术中切除肿瘤前，于原位测量肿瘤长度并记录数值。术中切除食管癌病变后，立即沿肿瘤对侧食管长轴纵向切开。将标本两端固定于木板上，并将标本牵拉至原长度，测量食管癌病灶标本长度并记录。

1.5GTV长度测量GTV指食管癌大体肿瘤体积，本研究共采集3种不同b值扩散加权图像，分别为400、600、800 s/mm23个b值。将不同b值所得到的磁共振扩散加权图像分别放入放射治疗靶区勾画系统。在磁共振扩散加权图像上以食管壁信号增高作为勾画GTV的标准。分别于不同b值扩散加权成像所得图像上勾画GTV并测量长度。

1.6病变ADC值测量将三种不同b值(400、600、800 s/mm2)下所得到的磁共振扩散加权图像放入西门子后处理工作站，利用ADC软件计算ADC图。ADC图上感兴趣区感兴趣区(region of interest，ROI)的选取需要结合磁共振的常规图像及磁共振扩散加权图像共同确认。于ADC图上选取肿瘤显示最大、最清楚的位置测量食管癌病灶ADC值。感兴趣区的选取过程中尽量避开坏死组织、避开骨质、避开气体及邻近大血管，尽量使感兴趣区内的病灶均为肿瘤实质部分，减少其它组织对于测量结果的影响，保证所测量ADC值的准确性。每个感兴趣区至少测量3次ADC值，并取3次ADC值的平均值作为最后ADC值并作记录。每幅ADC图上所勾画的感兴趣区尽量选取相同位置。

1.7统计学分析应用SPSS 19.0统计软件，采用pearson法对不同b值下得到的磁共振扩散加权图像上所勾画GTV长度与术后标本长度相关性进行分析。

2结果

2.1食管癌大体肿瘤勾画利用磁共振扩散加权成像(b值=800 s/mm2)与CT图像相融合勾画食管癌病灶的GTV及PTV。中心高信号区域为磁共振扩散加权成像所显示食管癌范围，红线勾画区域为GTV，蓝线勾画区域为PTV。见图1。

图1　磁共振扩数加权成像与CT图像相关融合勾画食管癌病灶

2.2相关性比较不同b值扩散加权成像所勾画GTV长度与术后标本长度(41.55±16.63)mm的相关性比较，b值为800 s/mm2时扩散加权图像勾画GTV长度与术后标本长度的相关性最强。见表1。

表1　不同b值扩散加权成像下GTV长度

2.2ADC值结果三种b值下ADC值，b值为800 s/mm2时得到的ADC值较其他两种变化范围最小。见表2。

表2三种b值下ADC值

指标b=400,0b=600,0b=800,0ADC值(mm2/s×10-3)1.76±0.561.58±0.481.44±0.31

3讨论

食管癌是危害人类健康的消化道疾病[1]。放射治疗是应用于食管癌的重要治疗手段。如何准确的勾画食管癌大体肿瘤的体积是能否精确治疗食管癌的关键。如今勾画食管癌大体肿瘤的体积方法很多，磁共振扩散加权成像是其中一种最有效的手段。磁共振扩散加权成像能够从微观的角度观察细胞间隙水分子的运动状态，因此能够更准确的勾画食管癌大体肿瘤体积的范围。

磁共振扩散加权成像是一种功能成像,能够从微观角度探究组织空间结构、利用水分子的扩散运动来反应组织的结构特征[2]。肿瘤组织的细胞密度较正常组织大，水分子的扩散运动受限制，因此肿瘤组织在扩散加权图像上表现为高信号。钟伟珍等[3]的研究表明子宫内膜癌在磁共振扩散加权成像上表现为高信号。闵祥德等[4]的研究表明前列腺癌在磁共振扩散加权成像上表现为高信号。唐磊等[5]的研究表明胃肠间质瘤在磁共振扩散加权成像上表现为高信号。张森等[6]的研究表明直肠癌淋巴结转移在磁共振扩散加权成像上表现为高信号。本研究发现食管癌病灶在磁共振扩散加权成像上表现为高信号，与上述研究结果一致。本研究就是勾画磁共振扩散加权成像上食管癌高信号区域，达到精确勾画肿瘤大体体积的目的。

b值是磁共振扩散加权成像的重要参数，它的大小直接影响扩散加权成像的结果。一般认为小的b值反应组织微观灌注的状态，不能直接反应组织扩散状态。大的b值能够真实反应组织水分子扩散状态，但是过高的b值往往引起扩散加权图像的信噪比减低，影响图像质量。刘玉品等[7]的研究表明肝脏磁共振扩散加权图像，当b值选取为100 s/mm2时扩散图像受血流灌注影响较重，所测量的ADC值不能反映真实情况。因此合理的b值选择是将磁共振扩散加权成像应用于食管癌大体肿瘤体积勾画的关键。本文着重探讨应用于食管癌大体肿瘤体积勾画的b值选择。

因为组织处于不同的环境中，细胞间水分子扩散运动存在差异。因此没有一个固定的b值适用于所有组织脏器。曾治民等[8]的实验发现当肺癌中b值选择600 s/mm2时，能够获得最满意的图像质量。张晓鹏等[9]的实验发现当胃癌中b值选择1000 s/mm2时，能够获得最满意的图像质量。郭雪梅等[10]的实验发现当前列腺中b值选择800 s/mm2时，能够获得最满意的图像质量。本研究在实验过程中设定了三种不同的b值，目的就是为了探讨应用于食管癌大体肿瘤靶区勾画的最佳b值。实验结果显示手术后标本病灶长度为(41.55±16.63)mm，术前磁共振扩散加权图像b=400、600、800 s/mm2所测量的GTV长度分别为(42.63±18.65)mm、(42.46±16.20)mm、(41.13±17.56)mm，其相关系数分别为0.910、0.916、0.941。b选取800s/mm2相关系数最高。

我们分析磁共振扩散图像时，发现多种因素会影响图像的定量测量结果，比如患者温度的影响、血液灌注的影响等多种因素。出于这个原因常用表观扩散系数(apparent diffusion coeffecient，ADC)值来定量评估组织扩散的结果。通过检测施加扩散敏感梯度场前后的信号强度，在已知b值的前提下，可以通过计算得到组织的表观扩散系数。但是在磁共振扩散加权图像上造成组织信号衰减的因素不单单是水分子的扩散运动，任何原因导致水分子在扩散敏感梯度场方向上各种形式的运动都将造成组织信号的衰减。SE-EPI由于很快的扫描速度来采集信号，基本可以消除大多数的组织生理运动，但始终没有办法消除血流灌注对组织信号衰减的影响。因此测量磁共振扩散加权图像上组织信号强度的变化，所得数值并非是真正的扩散系数，因为会受到其他形式水分子运动的影响。所以只能把测量到的扩散系数称为表观扩散系数(ADC)。计算公式如下表示：ADC = ln(SI低/SI高)/(b高-b低)。公式内SI低表示较低b值磁共振扩散加权图像上组织的信号强度，SI高表示较高b值磁共振扩散加权图像上组织的信号强度，b低表示较低b值数，b高表示较高b值数，ln是自然对数。从公式中可以得出，要想计算得到组织的ADC值至少需要利用2个以上不同的b值。本研究发现磁共振扩散加权成像是应用于食管癌大体肿瘤靶区勾画的最佳医学影像学方法，因此也将食管癌病灶的ADC值作为一种观测指标，进行统计学处理。

本研究在评价磁共振扩散加权成像时我们发现，多种因素会影响最终的扩散加权图像定量分析的结果。像患者体表温度、组织器官血流灌注效应。这样阻碍了我们定量测量食管癌病变区域的定量结果。因此我们引入磁共振表观扩散系数，也就是ADC值来定量测量食管癌信号强度。王岩等[11]的研究发现ADC值在良恶性肿瘤鉴别诊断中有很好的价值。黄海东等[12]的研究发现ADC值在腹部实质性脏器肿瘤诊断中具有一定的价值。代小兵等[13]的研究发现ADC值对于肝癌治疗后判断坏死组织有极高的敏感性及特异性。杨宏志等[14]的研究发现ADC值在椎体转移瘤的定性诊断中有一定的价值。江婷等[15]的研究发现ADC值在预测HCC的组织学分化程度方面具有重要价值。本研究希望通过对病变区不同b值下ADC值的比较，找出应用于食管癌病灶大体肿瘤体积测量的最佳b值参数。本研究比较了这三种不同b值所得图像的ADC值。结果显示当b值选取400、600、800 s/mm2时得到的食管癌扩散加权成像的ADC值分别为(1.76±0.56)mm2/s、(1.58±0.48)mm2/s、(1.44±0.31)mm2/s，比较不同b值所得到的ADC值的标准差，结果显示b值为800 s/mm2时得到的ADC值较其它两种变化范围最小。因此b值为800 s/mm2时得到的扩散加权图像最准确。

本研究为临床应用提供了些改进意见及可靠数据。后续的研究我们将着重于磁共振扩散加权成像在放疗疗效的评估方面的价值，希望找到一个放疗后ADC值的可靠数值指导后续治疗,评估患者的预后。

综上所述,磁共振扩撒加权成像是一种有效的勾画食管癌大体肿瘤体积的方法。通过本研究发现磁共振扩散加权成像中的重要参数b值选取800 s/mm2时所得到的扩散加权图像最适宜勾画食管癌大体肿瘤靶区体积,所测量病灶长度最能准确反映病灶真实情况。

参考文献

1魏文强，乔友林.食管癌预防医学的重要研究进展.浙江医学,2015,37:808.

2中华医学会消化内镜学分会,中国抗癌协会肿瘤内镜专业委员会.中国早期食管癌筛查及内镜诊治专家共识意见.胃肠病学,2015,4:220-240.

3钟伟珍，谢锦兰，何明珊.3.0TMRI扩散加权成像在子宫内膜癌术前分期中应用价值.浙江临床医学，2015,7:1190-1191.

4闵祥德，王良，冯朝燕,等.高分辨率扩散加权成像表观扩散系数与前列腺癌Gleason评分的相关性.中华放射学杂志，2015,49：191-194.

5唐磊，张晓鹏,沈琳,等.MR扩散加权成像对不可切除胃肠间质瘤靶向治疗效果的早期评估.中华放射学杂志，2015,49：186-190.

6张森，康钰，杜湘珂.扩散加权成像评估结直肠癌区域淋巴结转移预后相关因素分析.中国医学影像学杂志，2015,7:513-522.

7刘玉品,杨小庆.肝占位病变扩散加权成像的图像质量评价.实用放射学杂志,2006,22:962-966.

8曾治民,廖琴,蔡婧,等.磁共振扩散加权成像及ADC值测量对非小细胞肺癌肺门纵膈淋巴结的鉴别诊断价值.中国肿瘤临床,2012,39:706-710.

9张晓鹏,唐磊,孙应实,等.胃癌MR扩散加权成像扩散敏感因子的选择及其常规序列的对照研究.中华放射学杂志,2007,41:1339-1343.