首页 > 论文范文 > 医药卫生论文 > 外科论文 > 心胸外科论文 > 探讨在DCE-MRI诊断肺结节肿块良恶性中3D非刚性图像配准的应用效果

探讨在DCE-MRI诊断肺结节肿块良恶性中3D非刚性图像配准的应用效果

2020-06-04 316 上传者：管理员

摘要：探讨3D非刚性图像配准在DCE-MRI诊断肺结节/肿块良、恶性中的临床应用。方法:回顾性分析经病理证实的65例肺部结节/肿块(恶性43例,良性22例),所有患者均在术前行DCE-MRI检查。评估前对良、恶性两组患者数据行3D非刚性图像配准,应用Extendedtofts模型,分别测量配准前、后肺结节/肿块的定量参数:容积转移常数(Ktrans)、组织间隙-血浆速率常数(Kep)、细胞外间隙容积分数(Ve)。比较图像配准前、后胸主动脉时间-浓度曲线,并以病理结果为金标准绘制受试者工作特征曲线(ROC),评估图像配准前、后定量DCE-MRI鉴别肺结节/肿块良恶性的诊断效能。结果:3D非刚性图像配准后,胸主动脉时间-浓度曲线波动幅度缩小,具有更好的平滑性。3D非刚性图像配准前,各参数鉴别良恶性无统计学差异;3D非刚性图像配准后,Ktrans、Kep鉴别良恶性有意义(P<0.05)。结论:3D非刚性图像配准后,定量参数Ktrans及Kep可用于肺结节/肿块良恶性鉴别诊断。

关键词：
3D
DCE-MRI
心胸外科
肺癌
肺结节/肿块
非刚性图像配准
加入收藏

DCE-MRI在肺部的研究较其它领域少,主要是由于肺受呼吸和心跳的影响产生运动位移,导致图像质量降低,从而造成结果的可信度和可重复性不高[1,2]。在肺部MRI扫描中,即使采用呼吸训练以及呼吸门控采集数据,肺部图像仍然有较严重的运动位移及噪音影响[3,4]。因此,提高图像质量是肺部DCE-MRI应用的关键。

3D非刚性图像配准技术主要针对器官或病灶收缩、扩张及图像错层等引起的图像伪影,可以有效解决运动位移影响。既往研究证明,对于软组织的渗透及灌注定量研究,图像配准是不可缺少的[5]。赵丽等[6]研究发现,3D非刚性图像配准可提高DCE-MRI鉴别原发性肝癌与结直肠癌肝转移的灵敏度。图像配准方法采用自由变形非刚性医学图像配准算法,利用Mutual-Information-Based方法对不同期相的同一层面图像进行匹配[7],从而有效地解决运动位移影响。本研究通过对图像配准前后定量参数比较,探讨3D非刚性图像配准在肺结节/肿块良恶性鉴别诊断中的应用价值,报道如下。

1、资料与方法

1.1临床资料

回顾性分析我院2014年9月至2015年8月,经X线或CT检查发现肺部结节/肿块,行胸部DCE-MRI的患者。纳入标准:经CT引导下肺穿刺活检或手术后病理确诊的肺结节/肿块患者。排除标准:图像伪影较大,基本结构无法识别;病变与邻近结构(肺组织、大血管等)分界不清;检查前有相关治疗史。

入组患者共65例,良性22例(慢性炎症15例,结核4例,机化性肺炎3例),年龄40～75岁,平均(59.3±9.8)岁,病变直径(4.1±1.0)cm;恶性43例(腺癌23例,鳞癌14例,小细胞癌6例),年龄22～77岁,平均(60.2±11.5)岁,病变直径(4.6±1.7)cm(表1)。

表1患者临床资料基本特征

1.2检查方法

采用美国GE3.0TMR(GeneralElectricSignaHDxt)扫描仪,应用8通道相控阵体部线圈。患者仰卧位,行全肺扫描。扫描参数如下:①平扫采用轴位快速自旋回波(FSE)T1WI序列,脂肪抑脂序列T2WI,然后行多反转角(3°、6°、9°及12°)T1WILAVA序列扫描;②DCE-MRI序列采用快速3DT1WI成像(翻转角12°,TR3.2ms,TE1.2ms,层间距2.1mm,层厚4.2mm,矩阵512×512,FOV440mm,时间分辨率6.8s/期)。扫描时首先进行多反转角扫描,然后由高压注射器经上肢静脉团注对比剂欧乃影,速率2ml/s,剂量为0.1mmol/kg,对比剂注射完后以相同速率注入20ml生理盐水,即刻行动态增强扫描,每隔4s平静呼吸下憋气扫描1期,共扫描40期。

1.3图像分析处理

图像分析由两名5年以上工作经验的放射科医师完成。利用DCE软件(OmniKinetics,GEHealthcare)进行图像后处理。首先,将所有数据采用3D非刚性图像配准方法进行校正;其次,分别将3D非刚性图像配准前、后数据导入软件,均选择Extendedtofts模型进行数据处理,选取降主动脉近段进行动脉输入函数(AIF)测量。病变数据测量感兴趣区(ROI)放置原则:参照常规平扫T1WI、T2WI及增强图像,ROI放置于强化最明显的区域,避开非病灶实性成分区域(如液化坏死、血管、肺不张等)。在病灶最大层面及相邻两个层面各测量1次,采用3次测量的平均值作为最终结果。

1.4统计学方法

计量资料用均数±标准差(x¯±s)(x¯±s)表示,使用单样本Kolmogorov-Smirnov检验来确定数据是否处于正态分布,组间比较采用t检验;计数资料组间比较采用卡方检验。采用受试者工作特征曲线(ROC),对差异有统计学意义的指标计算曲线下面积(AUC)。统计分析使用SPSS20.0软件进行。

2、结果

2.1图像配准前后胸主动脉时间-浓度曲线及病灶影像变化

图像配准后胸主动脉时间-浓度曲线平滑性较配准前受到运动位移影响更少,配准后病灶轮廓显示更加清晰(图1-2)。

2.2图像配准前后良恶性病变定量参数比较

配准前,良恶性病变定量参数无统计学差异。配准后,Extendedtofts模型结果显示,恶性组容积转移常数(Ktrans)、组织间隙-血浆速率常数(Kep)高于良性组,ROC的AUC分别为0.832、0.730(图3-4),均有统计学显著性差异(P<0.05);两组之间细胞外间隙容积分数(Ve)均无统计学显著性差异(表2)。参数Ktrans的敏感度、特异度分别为93.1%、68.2%,参数Kep的敏感度、特异度分别为62.1%、77.3%。

表2图像配准前后良恶性病变定量参数比较x¯±s

3、讨论

本研究结果显示,3D非刚性图像配准后,胸主动脉AIF曲线变得平滑,波动幅度小。与袁灼彬等[8]在肝脏中的研究结果相近,该研究发现3D非刚性图像配准后,腹主动脉、门静脉时间-浓度曲线波动幅度缩小,平滑度更好。分析原因由于3D非刚性图像配准前,胸主动脉搏动而导致运动伪影大,血管边缘模糊,从而使动脉输入函数ROI勾画产生影响,曲线波动不稳定。3D非刚性图像配准很大程度减少了由于血管搏动给参考血管ROI绘制带来的影响,从而提高了AIF曲线的平滑性。AIF曲线对DCE-MRI定量参数的结果影响较大,只有得到准确的AIF才能精准定量拟和肿瘤组织的血流灌注和渗透性参数[9]。笔者认为配准后胸主动脉位移幅度减小,血管输入函数曲线趋向于平滑,对比剂首过峰值和达峰时间判断更准确,使灌注及渗透等定量参数更能反映病灶真实情况。

图1图像配准前后胸主动脉AIF

图2配准前后图像

图3良恶性鉴别诊断图像

图4图像配准后DCE-MRI参数Ktrans、Kep的ROC曲线

3D非刚性图像配准前DCE-MRI各参数在肺部占位良恶性鉴别诊断无显著性差异。配准后,定量参数Ktrans、Kep可用于鉴别肺占位良恶性,结果显示恶性组Ktrans、Kep高于良性组。造成配准前后结果不同的原因可能有以下几点:①配准前由于运动伪影,使血管及正常组织也进入ROI的测量范围内,导致测量结果不能代表病灶的真实情况。②配准前图像出现不合理的噪声值,导致参数的测量存在偏差。配准后AIF曲线变得平滑,从而使后期拟合病灶ROI曲线的真实度和精确度大大提高,定量参数也更加可靠。

Ktrans及Kep分别反映对比剂从血管内渗漏到血管外及回流的过程,与血流量和血管内皮渗透面积相关。Ktrans与病灶ROI时间信号强度曲线上升斜率有关,只有得到更加准确的曲线,Ktrans值才能代表病灶的真实情况[10,11,12]。相比于良性组病变,肺癌细胞生长活跃,微血管结构紊乱,新生血管增多且血管内皮不完整,血管通透性增高[13,14,15,16,17]。因此反映灌注的定量参数Ktrans、Kep恶性组高于良性组。本研究应用ROC曲线评估DCE-MRI定量参数Ktrans、Kep在肺结节/肿块良恶性鉴别中的诊断效能,二者AUC分别为0.832、0.730,Ktrans、Kep恶性组高于良性组。

本研究同时具有一定的局限性:第一,样本量相对较少,且不同病理类型病例数不均,可能存在抽样误差;第二,对于AIF曲线平滑性的比较上,缺少合适并且标准的量化方式。

综上所述,3D非刚性图像配准能减少胸部DCE-MRI图像运动位移伪影,从而提高定量参数的可靠度。配准后,定量参数Ktrans及Kep可用于肺结节/肿块良恶性鉴别诊断。

参考文献：

[2]徐佳,文之,曹鹏,等.定量DCE-MRI在肺部良恶性病变诊断中的初步应用[J].武汉大学学报(医学版),2016,37(1):91-96.]

[4]蔡荣芳,崔磊,江建芹,等.3种呼吸采集方式下肺癌肺门纵隔淋巴结扩散加权成像图像质量的比较[J].实用放射学杂志,2018,34(11):1783-1787.]

[6]赵丽,赵振华,章俞,等.3D非刚性运动校正在肝肿瘤动态增强MRI中的应用[J].中国医学影像学杂志,2016,11(5):820-824.]

[8]袁灼彬,郑晓林,邹玉坚,等.3D非刚性图像运动校正在肝DCE-MRI定量成像中的应用[J].影像诊断与介入放射学,2016,25(6):466-471.]

[9]沈君.积极开展定量动态增强磁共振成像研究[J].磁共振成像,2015,6(8):561-565.]

[11]卢光明.动态对比增强MRI的应用与进展[J].中华放射学杂志,2015,49(6):406-409.

杜永浩,梁挺,张硕,郭银霞,汤瑞祥,牛刚.3D非刚性图像配准在DCE-MRI诊断肺结节/肿块良恶性中的应用价值[J].现代肿瘤医学,2020,28(14):2478-2481.

基金: 国家自然科学基金项目(编号:81702281); 西安交通大学第一附属医院3D打印临床研究项目支持(编号:XJTU1AF-3D-2017-00