不同b值扩散加权成像鉴别上尿路肿瘤及炎症性病变的应用研究

吴广宇，路 青，许建荣

上尿路肿瘤主要有包括肾盂肿瘤及输尿管肿瘤，大多为恶性，以尿路上皮癌多见[1]。上尿路非特异性炎症主要分为原发性和继发性，原发性上尿路非特异性炎症是无明确诱因下出现的上尿路的炎症，可伴有局部尿路上皮增生及炎性软组织形成，继发性上尿路非特异性炎症一般有明确的诱因。临床上对于肿瘤与炎症的治疗有较大的不同，但是这两者的临床表现、实验室检查及常规影像表现有一定的相似性，时常难以鉴别[2]。目前临床主要使用的输尿管镜检查是一项侵入性的诊断方式，可能发生一系列并发症，并且可能出现检查失败的情况[3]。而目前尚无完全可靠的鉴别上尿路肿瘤及炎症的影像检查方法，既往的静脉肾盂造影(IVP)、CT由于受到放射性、对比剂、准确性的影响，使得临床应用价值受到了一定的限制。近几年有少数学者将DWI技术运用到上尿路肿瘤中的检查中，发现使用单b值的DWI在区分上尿路肿瘤性病变及炎症性病变仍然比较困难[4]。既往的DWI研究认为高b值则能更精确地反映扩散状况及测量的ADC值，但b＞1200s/mm2在1.5 T MRI腹部研究中由于图像质量问题而较少使用[5]。笔者使用3.0T MR多b值DWI对上尿路肿瘤及非特异性炎症进行成像，探讨不同b值DWI对于鉴别上尿路肿瘤及非特异性炎症的价值。

1 材料与方法

1.1 研究对象

2011年5月至10月于我院就诊，经病理或临床证实的上尿路肿瘤及炎症患者共38例，均完成腹部常规T1WI、T2WI以及不同b值的DWI检查(b值分别为0、500、1000、1500、2000s/mm2)。上尿路肿瘤患者24例(肿瘤组)，其中男14例，女10例，年龄56～82岁，中位年龄67岁，就诊时已出现尿路梗阻的患者19例，病灶位于肾盂者10例，位于输尿管者14例；患者均于检查后1周内进行手术，其中尿路上皮癌23例(G1：1例；G1～G2：1例；G2：4例；G3：17例)，鳞癌1例，均为手术病理证实。上尿路非特异性炎症患者14例(炎症组)，其中男8例，女6例，年龄48～79岁，中位年龄60岁，就诊时伴有尿路梗阻症状的患者6例，病灶位于肾盂者2例，位于输尿管者12例；患者于MRI检查前均未进行过内科治疗，MRI检查后其中8例经输尿管镜下活检证实，另6例经抗炎治疗后随访，病灶消失。

1.2 检查方法

使用GE公司3.0T超导型MR扫描装置，8通道Torsopa线圈，扫描前嘱咐受检者适度充盈膀胱，取仰卧位，扫描中心置于脐耻连线中点处。成像序列：常规FSE T1WI脂肪抑制序列，TR 145.0ms，TE 2.4 ms，FOV 40cm×40cm，矩阵384×192，层厚5 mm，层数24层；FSE T2WI脂肪抑制序列，TR 12000.0ms，TE 198.4 ms，FOV 40cm×40cm，矩阵384×192，层厚5 mm；DWI采用单次激发EPI序列，TR为最长，TE于45.3、53.3、57.2、60.5 ms时b值分别为500、1000、1500、2000s/mm2，层厚为6.0mm，层间隔为0mm，FOV 38 cm×38 cm，矩阵384×192，NEX为4。

1.3 图像分析

于T1WI、T2WI中上尿路管壁异常增厚或发现肿块为阳性，并定位病灶，对不同b值下病灶的相同感兴趣区(ROI)进行测量，ROI面积大于病灶面积的80%，环形病灶取多个不重叠的ROI，ROI总面积大于同层面病灶面积的80%，所得数值取平均值，ROI区域及层面选择尽量避开结石、血块以及运动伪影。所有测量均由2名有4年以上腹部MRI阅片经历的医师在未被告知病理结果的情况下完成，ROI放置意见不同时由2名医师协商后取统一意见。ADC值的计算公式为ADC = ln (S/S0)/(b–b0)，式中S为不同b值下(b值分别为500、1000、1500、2000s/mm2)病灶的信号强度，S0为b0=0s/mm2时病灶的信号强度，不同b值下DWI对于病灶显示的清晰程度运用信噪比(SNR)进行评价，公式为SNR=S/SD，式中SD为背景信号的标准差，最佳b值为DWI不影响肿瘤组及炎症组鉴别的前提下，SNR选择最高的b值。

1.4 统计学方法

统计过程在Medcalc 12.0上完成，对不同b值下肿瘤组及炎症组的病灶ADC值差别使用Mann–Whitney U 检验，肿瘤组或炎症组不同b值DWI之间ADC值的比较采用Friedman检验，肿瘤组或炎症组不同b值DWI的病灶SNR的比较在证实数据为正态分布后采用ANOVA检验，不同b值下ADC值对于肿瘤组及炎症组的鉴别能力使用ROC检验，比较ROC曲线下面积(AUC)的数值，并计算不同b值下肿瘤及炎症组ADC值鉴别的界断值(Youden指数最大的切点为界断值[6])，同时得出以界断值为鉴别诊断界值时相应的敏感度及特异度，以P＜0.05为差异有统计学意义，结果均以表示。

2 结果

2.1 不同b值下肿瘤组及炎症组的ADC值测量

不同b值下上尿路肿瘤及炎症的平均ADC值如表1所示，不同b值下样本的肿瘤组ADC值要低于炎症组，且差别均有统计学意义，随着b值的增加，肿瘤组及炎症组ADC值均逐渐减小，Friedman检验结果提示同组的不同b值ADC值不完全相同，进一步对肿瘤组及炎症组不同b值ADC值作均数间多重比较，显示不同组别b值ADC值之间差异均有统计学意义(P值均＜0.01)。

2.2 不同b值对于肿瘤组及炎症组鉴别能力的评价

当b=500s/mm2时，AUC 为0.766±0.086，界断值为2.18×10－3mm2/s，相应的敏感度及特异度分别为57.1%及95.8%，b=1000s/mm2下AUC为0.789±0.079，界断值为1.61×10－3mm2/s，相应的敏感度及特异度分别为78.6%及66.7%；当b=1500s/mm2时，AUC为0.856±0.063，界断值为1.42×10－3mm2/s，相应的敏感度及特异度分别为78.6%及79.2%；当b=2000s/mm2时，AUC 为0.890±0.053，界断值为1.30×10－3mm2/s，相应的敏感度及特异度分别为71.4%及91.7%。不同b值下，AUC b=500与AUC b=1500(P＜0.05)、AUC b=500与AUC b=2000(P＜0.05)、AUC b=1000与AUC b=1500(P＜0.05)、AUC b=1000与AUC b=2000(P＜0.05)分别比较，差异有统计学意义，AUC b=500与AUC b=1000(P＞0.05)、AUC b=1500与AUC b=2000(P＞0.05)分别比较，差异无统计学意义。

2.3 不同b值弥散成像病灶的信噪比比较

不同b值病灶的信噪比平均值为SNR500=354.0、SNR1000=221.4、SNR1500=132.8、SNR2000=103.1；随着b值的增加，信噪比明显下降，不同组别的均数间的多重及两两比较P值均＜0.05。

3 讨论

上尿路肿瘤与非特异性炎症，特别是炎症继发尿路上皮增生及炎性组织形成，在影像上均可表现为管壁局限性增厚或输尿管走行区肿块，有时会使临床诊断出现困难。

影像学研究中CT是最常用的影像检查方法，但是对于上尿路肿瘤及炎症的鉴别缺乏量化的诊断标准，对一部分＜5 mm的病灶也只能在回顾性研究时才能被发现，不能够完全满足临床的诊治要求[7-8]，而且一些患者就诊时就已伴有肾功能不全，无法使用对比剂，限制了检查的进行。

DWI是一项功能成像技术，可以通过不同组织水分子的运动进行成像。肿瘤组织细胞的密集程度、异型性以及细胞外间隙扭曲会明显地限制水分子的运动，从而可以区分肿瘤与非肿瘤组织[9]。此技术目前已经广泛应用于临床诊断。由于不需要对比剂，DWI也可以应用于一些有肾功能损害的患者。目前DWI的ADC值测量较原始的DWI要更多应用于临床，主要是因为ADC值可以从一定程度上消除T2穿透效应。一些其他腹部脏器疾病的研究认为，高b值DWI所得的ADC值较低b值DWI所得要更好[10]，但随着b值增高，SNR明显下降，影响成像质量，所以寻找一个合适的b值对于DWI的临床价值有至关重要的作用。

本研究结果显示在肿瘤组及炎症组中病灶的ADC均随着b值的增加而降低，在不同b值下，肿瘤组的ADC值均要明显低于炎症组(图1，2)，提示b值为500、1000、1500、2000s/mm2时ADC值对于肿瘤及炎症均有一定的鉴别意义。一般认为肿瘤组织细胞的密集程度、异型性及细胞外间隙扭曲限制了水分子的运动，使得肿瘤的ADC值要低于其他组织，炎症大多不会出现明显的水分子运动受限，但是当有较多炎性细胞浸润或病灶出现纤维化时会引起ADC值的变化[11]，而本研究中所遇到的ADC值较低的非特异性炎症患者，病理中均有不同程度的细胞浸润及纤维化，这可能是一部分非特异性炎症病例ADC值降低的主要原因。

表1 肿瘤组和炎症组在不同b值下的ADC值统计结果(10－3 mm2/s，)Table 1 ADC value of DWI with different b value in malignant and non-speci fi c in fl amation(10－3 mm2/s，)

表1 肿瘤组和炎症组在不同b值下的ADC值统计结果(10－3 mm2/s，)Table 1 ADC value of DWI with different b value in malignant and non-speci fi c in fl amation(10－3 mm2/s，)

Group n b=500 b=1000 b=1500 b=2000 χ2 value P value Malignant 24 1.70±0.40 1.46±0.36 1.21±0.28 1.04±0.21 72 ＜0.01 In fl amation 14 2.47±0.83 1.99±0.49 1.76±0.43 1.49±0.36 42 ＜0.01 Z value 2.708 2.936 3.616 3.964 P value ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01

图1 男，59岁，术后病理为尿路上皮癌。T2脂肪抑制可见左侧输尿管下段管腔内软组织信号影(A)。为b=500s/mm2时DWI，可见左侧输尿管病灶呈高信号(B)。为b=500、1500s/mm2时的ADC图(C，D) 图2 女，63岁，大量炎性细胞浸润。T2脂肪抑制可见右侧输尿管中段管腔内软组织信号影(A)。为b=500s/mm2时DWI，可见右侧输尿管病灶呈高信号(B)。b=500、1500s/mm2时的ADC图(C，D)Fig.1 MRI in 59-year-old man with upper urinary tract cancer.T2WI shows lower ureteral tumor (A).Diffusion-weighted image with b=500s/mm2 shows lesion with high signal intensity (B).ADC maps derived from diffusion-weighted image with b=500,1500s/mm2 (C, D).Fig.2 MRI in 63-year-old woman with inflamation in upper urinary tract.T2WI shows middle ureteral tumor (A).Diffusion-weighted image with b =500s/mm2 shows lesion with high signal intensity (B).ADC maps derived from diffusion-weighted image with b=500, 1500s/mm2 (C, D).

图3 不同b值下ADC值鉴别上尿路肿瘤及非特异性炎症的ROC曲线Fig.3 ROC curve in differentialdiagnosis.

笔者对不同b值下的ADC值对于肿瘤及炎症的鉴别能力进行了ROC检验，以AUC作为相应b值DWI对于肿瘤与炎症鉴别能力的评价指标(图3)，结果提示b值为1500、2000s/mm2时DWI的ADC值对肿瘤及炎症组的鉴别能力要明显高于b值为500、1000s/mm2。一些研究认为组织内的水分子扩散主要是由移动性较低的水分子(与大分子或细胞膜关系紧密的)以及移动性较高的水分子(细胞外的)所引起的不同的扩散效应所组成，随着b值增高，移动性较高的水分子引起的扩散效应所占权重逐渐减弱，从而可以更加准确地测量组织的扩散特性，这可能是导致在不同b值下ADC值鉴别肿瘤组与炎症组的主要原因[12]。b=1500s/mm2与b=2000s/mm2时ADC值对于肿瘤及非特异性炎症的鉴别能力相仿，但由于b=2000s/mm2时图像的SNR要明显低于b=1500s/mm2，所以笔者认为b=1500s/mm2是ADC值鉴别上尿路肿瘤及非特异性炎症的最佳b值，该b值下AUC=0.856±0.063，一般认为AUC的大小反映了一个诊断试验的价值大小，AUC＞0.70时提示具有较好的诊断价值，所以b值取1500s/mm2时，DWI对于上尿路肿瘤及非特异性炎症具有较好的鉴别诊断价值。

既往的上尿路肿瘤DWI的研究认为，当b=1000s/mm2时，ADC值约为(1.125±0.217)×10－3mm2/s[4]，与本研究b=1000s/mm2时测得的肿瘤ADC值有一定差距，可能是由于使用的MR设备及扫描参数不同而导致的结果，但是该研究认为上尿路肿瘤的ADC值是明显降低的，与本研究结果一致。以前对于上尿路DWI的研究主要在1.5 T的MR仪上完成，但是随着b值的增大，图像的SNR也有所降低，使得一些高b值的图像难以运用于临床诊断。在理论上，3.0T MRI的信噪比应该是1.5 T MRI的2倍，SNR的增加在一定程度上弥补了高b值DWI引起的信号降低[5]。随着3.0T MRI及一些如螺旋桨、刀锋技术应用于临床，腹部的DWI效果得到了显著的提高。本研究中高b值DWI得到了较为满意的图像质量，并且成像时间也控制在可接受范围内。

在本研究过程中，一部分患者就诊时已经有不同程度的上尿路梗阻症状，而不同病程及疾病变化情况其扩张的上尿路管腔内的扩散信号并不相同，可能会导致一部分上尿路的病灶显示不清，而通过不同的b值DWI发现一部分患者扩张的上尿路信号会明显下降，使得病灶得到更好的突出。笔者也发现DWI可以发现部分在常规MR T1WI、T2WI中不能发现的病灶，其中最小的病灶直径约4 mm，提示DWI对较小的或早期的上尿路肿瘤有更高的敏感度。不同b值的DWI对于上尿路病灶的诊断价值需要进一步的研究和分析。

本研究的局限性主要在于：(1)病例数量不足，可能导致无法避免的统计误差。(2)对不同上尿路肿瘤级别及原发性或继发性炎症未进行分组探讨，而不同的肿瘤级别以及原发性或继发性炎症可能会影响到扩散信号及ADC值的测量；所以需要进一步的大样本的研究及其他更好的方法来验证本研究结果，并进行更进一步的探讨。

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