磁共振弥散峰度成像在肝脏常见实性肿瘤诊断中的应用价值

朱柳红（通信作者）

复旦大学附属中山医院厦门医院放射诊断科 （福建厦门 361015）

在过去20年间，弥散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）从早期的神经系统疾病应用[1]，到目前体部占位性病变的应用[2]，已成为临床磁共振检查的常规序列。DWI利用水分子的弥散特性进行成像，其理论基础是组织内水分子高斯分布的假设。磁共振弥散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）是由Jensen等[3]于2005年提出的一种新的磁共振成像技术，是对弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）的扩展，主要用于测量水分子偏离正态分布的程度（即峰度），可对受限的、非高斯分布的水分子进行描述，可反映活体组织结构的弥散性和不均匀性等。DKI不仅可提供弥散相关的参数，如各向异性参数（fractional anisotropy，FA）、平均弥散率（mean diffusivity，MD）、轴向弥散率（axial diffusivity，Da）及径向弥散率（radial diffusivity，Dr），还有其特有的3个主要参数，即平均峰度（mean kurtosis，MK）、轴向峰度（axial kurtosis，Ka）及径向峰度（radial kurtosis，Kr）。MK是总体峰度的测量，被认为是可反映复杂微观结构的指标[4]。Ka代表沿轴突方向的峰度，在细胞毒性水肿方面意义较显著[5-6]。Kr是与Ka垂直的峰度，其值越大表明在该方向非正态分布水分子扩散受限越明显，反之则表明扩散受限越弱。

目前，DKI在颅内肿瘤分级[7-9]及神经系统疾病[10-11]中的应用研究已较为成熟，在受呼吸运动干扰较少的脏器，如乳腺、前列腺及直肠等中的应用亦有报道[12-14]，但将DKI应用于肝脏的研究并不多见。已有部分研究将DKI应用于肝细胞肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）患者的疗效评估[15]、肝脏纤维化[16]及HCC的微血管侵犯研究[17]，结果显示，DKI的价值高于DWI。然而，在肝脏最常见占位性病变的性质研究方面，相关的报道较少。本研究拟探讨与比较DKI与DWI在描述及诊断肝脏常见占位性病变中的性能。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2017年5 月至2018年3月共收集62例疑似有肝脏实性占位患者的DKI数据，患者均被告知影像检查方法，自愿接受呼吸训练及各序列的MR扫描。数据采集平台基于GE 1.5T磁共振扫描仪（GE Healthcare，Waukesha，WI），8通道腹部相控阵线圈。常规检查为轴位屏气T1加权（TR 190 ms，TE 2.36 ms/4.71 ms）、呼吸触发压脂T2加权（TR 6 667 ms，TE 93.38 ms）成像及传统DWI序列（b 800 s/mm2），层厚及层间距分别为8 mm和2 mm。DKI序列的b值分别为0、500、1 000 s/mm2，具体参数为采用呼吸触发技术，TR/TE 3 750/99.5 ms， FOV 38 cm，Tck/sp 8 mm/2 mm；扫描时间约4 min。其中，介入栓塞术后2例，病灶位于肝脏边缘受伪影干扰2例， 病灶最大径＜2 cm 4例，病灶为罕见病灶2例，非肺癌转移瘤3例，肝脏囊肿10例，共23例被排除。因此共采集到39例患者的46个病灶（HCC 23个，肺癌肝转移瘤12个，合计为恶性组；肝血管瘤11个，记为良性组）。病灶性质均由病理及（或）临床综合检查确认。

1.2 方法

1.2.1 传统的单幂数DWI信号模型

传统的表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）值计算基础均是基于两个b值的单幂数回归模型，如公式（1）所示：

其中，b、b0代表不同的弥散敏感系数，且b0＜b，S和S0代表两个b值下感兴趣区的信号强度。在目前临床应用中，通常将b0设置为较低值，如0 s/mm2，则对应的感兴趣区的信号强度记为S0，公式（1）变换成如下：

从公式（2）可见，ADC的值依赖于b值的大小，临床常用部位中，头颅的高b值通常设置为1 000 s/mm2，腹盆通常设置为600 s/mm2或800 s/mm2。

1.2.2 标准的DKI信号模型

Jensen等[3]将DKI采集到的信号描述如下：

其中，S（b）是指指定b值下的信号强度，S（0）是无弥散加权的信号强度。每个方向上的Dapp及Kapp值是通过最小二乘法将信号拟合而求得；而MD是所有方向上Dapp的平均值，MK是Kapp的平均值。

1.3 参数标准化及测量计算

由于个体差异的存在，单纯的参数值高低并不能说明其相应的意义，还需考虑其所处的不同背景组织。本研究将正常肝脏背景作为标准化条件，标准化公式如下：

其中，METRIClesion为病灶的参数，METRICparenchyma为正常肝背景的参数。由2名医师独立于后处理工作站（AW.46，GE Healthcare）勾勒同一层面病灶的感兴趣区及正常肝实质的感兴趣区。勾勒过程遵循如下原则：血管瘤的感兴趣区应包全病灶，肝癌及转移瘤的感兴趣区应避开坏死区；分别测量常规DWI序列及DKI序列同一层面上的ADC值和DKI参数值；每个感兴趣区测量的结果均为两名医师测量结果标准化后的平均值。

1.4 统计学处理

采用SPSS 24.0（IBM Corporation）统计软件进行数据分析，运用非参数Mann-Whitney U检验比较各标准化后的DKI参数及传统的标准化ADC参数在描述病灶特征及鉴别肝脏良恶性肿瘤方面的差异，并进行ROC曲线分析，比较各参数的灵敏度及特异度。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 各组MD及MK的典型表现

肝血管瘤组MD较其余两组高，而其MK较其余两组低。见图1。

2.2 各组DWI及DKI标准化参数值比较

标准化后的ADC从大到小分别为肝血管瘤，HCC及肺癌肝转移瘤；标准化后的MD与标准化后的ADC的表现基本类似，而标准化后的MK（N_MK）完全相反，肝血管瘤的复杂度相对最低，其次为HCC，肺癌肝转移瘤的复杂度最高。见图2。

图1 各组MD及MK的典型表现

图2 各组标准化参数

2.3 各组间非参数U检验

各组两两比较的非参数检验结果显示，各参数表现基本类似，而N_MK在HCC组和肺癌肝转移组间比较，差异有统计学意义（P＜0.05），肺癌肝转移瘤的复杂度显著高于HCC。见表1。

表1 各组间非参数U检验

2.4 良性组与恶性组DWI及DKI标准化参数U检验及ROC分析结果

在良恶性组鉴别方面，非参数U检验的结果显示，除N_FA外，其余参数在鉴别肝脏实性肿瘤的良恶性方面比较，差异均有统计学意义（P＜0.05）。ROC分析结果显示，N_MK的曲线下面积接近于1，为0.996，其次为N_ADC，为0.914，其他各参数较小；N_MK的灵敏度及特异度均高于其他参数。见表2。

3 讨论

DKI模型是Jensen等于2005年提出，其初始目标是定量弥散偏离高斯分布的程度。常规单e指数模型假设水分子弥散是不受阻碍的自由运动，即水分子在随机运动的情况下其弥散运动位移满足高斯分布（正态分布）。而对于真实的生物组织，水分子的弥散实际上是在细胞间隙、细胞内运动，受到细胞膜、大分子蛋白、血液微循环灌注等因素的影响，该运动不是自由运动，因此，真实的水分子弥散运动位移是非高斯分布的。水分子扩散受周围环境的限制越大，体素内组织成分越混杂，弥散的非高斯性也就越显著[3]，峰度相关参数，特别是MK也就越大。例如，Van Cauter等[18]发现高级别脑瘤具有较高的K值，与细胞密度的增大、细胞体积减小和细胞内环境复杂性增加有关。Qi等[7]也发现MK值在脑胶质瘤中会显著升高，相对于弥散系数，MK值能更准确地区分高、低级别的胶质瘤。Sheng等[16]比较研究了DWI和DKI在评估肝纤维化中的能力，ROC结果显示MK在区分轻度纤维化和重度纤维化方面可作为DWI的有力补充。

表2 良性组与恶性组DWI及DKI标准化参数U检验及ROC分析结果

本研究中，肺癌肝转移瘤的标准化MK值最大，其次为HCC，最后为肝血管瘤。分析原因为，恶性肿瘤细胞增殖速度快，细胞密度远高于正常背景组织，可使肿瘤内水分子扩散呈现更为严重的非高斯分布，则MK值越大。良性肿瘤细胞活跃度不高，细胞密度通常低于正常背景组织，MK值亦小于背景组织。ADC值越小，反映了水分子扩散受限越明显；而水分子受限越明显，亦揭示了周围组织的复杂度越高，即MK值越高。且组内两两比较的结果显示，标准化MK值是唯一一个可区分HCC和肺癌肝转移瘤的指标，其余各参数表现基本类似。在鉴别良恶性方面，弥散相关参数（N_FA，N_MD，N_DA，N_DR）的能力弱于N_ADC及峰度相关参数（N_MK，N_KA，N_KR）， 且N_ADC及N_MK的曲线下面积、灵敏度及特异度较高。N_ADC及N_MK的ROC曲线间Pairwise比较结果显示，N_MK的曲线下面积显著高于N_ADC（P＜0.05）。研究结果表明，DKI参数在鉴别肝脏常见良恶性肿瘤方面比传统的ADC值具有更高的鉴别诊断能力。

当然，本研究及DKI本身存在一定的局限性。（1）入组的良性肿瘤种类太少；（2）Rtr技术虽然能够很好地使每个方向的同层面的结构信息尽量不变，但患者的呼吸并非能够完全规律，因此存在一定的误差；（3）DKI目前成像的时间较长。尽管存在一定的局限性，但本研究结果显示DKI由于其无创性及能够体现组织的复杂性，在肝脏常见占位性病变的诊断方面具有极大的潜力，可作为传统DWI的补充，也可作为常见占位性病变诊断的一种新的无创的检查手段。