IVIM-DWI、DCE-MRI定量评估兔VX2恶性骨肿瘤微观浸润区及单纯水肿区实验研究

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目的:通过分析体素内不相干运动扩散加权成像(intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging,IVIM-DWI)、动态对比增强磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonnance imaging,DCE-MRI)定量参数并与病理学对照,探讨IVIM-DWI、DCE-MRI定量参数区分兔VX2恶性骨肿瘤移行区内微观浸润区与单纯水肿区的价值。方法:选择新西兰大白兔右侧胫骨干骺端建兔VX2恶性骨肿瘤模型,纳入研究的为存在微观浸润区与单纯水肿区的26例模型兔,此26例均已在喂养2周后行常规MRI、IVIM-DWI及DCE-MRI检查,并留取右侧小腿制备大体标本及病理切片(HE染色)。观察病理切片髓腔内肿瘤边缘区,以病理为金标准与影像检查图像实行点对点对照,确定IVIM-DW图像及DCE-MR图像上的肿瘤移行区内的微观浸润区域和单纯水肿区域,分别在各区域选取感兴趣区(Region of interest,ROI),用MR Body Diffusion软件处理IVIM-DW图像,Syngo via工作站处理DCE-MR图像,获得微观浸润区及单纯水肿区真实扩散系数(True diffusion,D)、灌注相关扩散系数(Perfusion-related pseudodiffusion,D*)及灌注分数(Perfusion fraction,f)、容积转移系数(Volume transfer constant,Ktrans)、速率转移常数(Reflux constant,Kep)、细胞外血管外容积分数(Extra-vascular extra-cellular volume fraction,Ve)值。符合正态分布的数据用(?)±s表示,非正态分布的数据用中位数(上、下四分位数)表示,使用独立样本t检验或Mann-Whitney U检验来比较各参数的值在不同区域之间是否存在统计学差异。使用Logistic回归分析评价IVIM-DWI联合DCE-MRI区分恶性骨肿瘤微观浸润区与单纯水肿区的价值。绘制各参数区分不同区域的受试者工作特性曲线(Receiver Operating Characteristic Curve,ROC曲线),根据曲线下面积(Area Under Curve,AUC)计算不同参数区分肿瘤边界不同区域的诊断效能、最佳参数及阈值。使用Spearman相关分析对IVIM-DWI的灌注参数D*、f值与DCE-MRI的灌注指标Ktrans、Kep、Ve进行相关性分析。应用SPSS24.0软件进行统计处理。结果:(1)模型兔的制备、影像检查及病理切片的制作共制备56只模型兔,存活且成功完成DCE-MRI、IVIM-DWI检查及病理切片(HE染色)制作的共37例,观察病理切片,其中11例模型兔肿瘤边缘未见微观浸润区,26例可见微观浸润区和单纯水肿区,故将此26例恶性骨肿瘤模型兔纳入实验研究。(2)微观浸润区与单纯水肿区IVIM参数统计结果肿瘤微观浸润区及单纯水肿区的D值分别为(0.901±0.195)、(1.180±0.271)×10-3mm2/s,f值分别为13.355±5.311、9.674±4.914,D值与f值在两个区域的差异均有统计学意义(t=-4.245,P=0.000;t=2.594,P=0.012)。D*值分别为(1.070±0.377)、(1.109±0.557)×10-3mm2/s,D*值在两个区域的差异没有统计学意义(t=-0.301,P=0.765),定量参数D、D*、f对应曲线下面积(AUC)分别为0.822、0.500、0.740,真实扩散系数D诊断效能最高,D值等于0.988×10-3mm2/s为鉴别恶性骨肿瘤移行区域内微观浸润区域与单纯水肿区域的阈值,敏感度和特异度分别为84.62%、76.92%。(3)微观浸润区与单纯水肿区DCE-MRI参数统计结果肿瘤微观浸润区及单纯水肿区的Ktrans值分别为0.340(0.272,0.388)、0.212(0.165,0.285)min-1,Kep值分别为(0.642±0.192)、(0.491±0.186)min-1,Ve值分别为0.532(0.478,0.589)、0.392(0.338,0.637)min-1,微观浸润区Ktrans、Kep、Ve值均高于单纯水肿区,Ktrans及Kep值在两个区域的差异均有统计学意义(Z=-4.320,P=0.000;t=2.890,P=0.006),Ve值在两个区域间的差异无明显统计学意义(Z=-1.483,P=0.138)。定量参数Ktrans、Kep、Ve对应曲线下面积(AUC)分别为0.849、0.739、0.620,Ktrans诊断效能最高,Ktrans值0.297min-1为鉴别恶性骨肿瘤移行区域内微观浸润区域与单纯水肿区域的阈值,敏感度和特异度分别为92.31%,65.38%。(4)IVIM-DWI联合DCE-MRI区分恶性骨肿瘤微观浸润区与单纯水肿区将IVIM-DWI和DCE-MRI参数联合后进行分析,结果发现联合诊断效能有所提高,Ktrans+D、Ktrans+f的AUC达到0.865、0.856。(5)DCE-MRI与IVIM-DWI灌注参数的相关性DCE-MRI灌注参数Ktrans值与IVIM灌注参数f值呈中等程度正相关(r=0.409,P=0.003),其余参数间无显著相关性。结论:对于区分兔VX2恶性骨肿瘤微观浸润区与单纯水肿区,IVIM-DWI定量参数中D值诊断效能最高,而DCE-MRI定量参数中Ktrans值的诊断效能最高。IVIM-DWI的定量参数D值与DCE-MRI的Ktrans值相比,后者区分微观浸润区与单纯水肿区的诊断效能更高,联合应用两者的参数(Ktrans+D、Ktrans+f)可提高诊断效能。DCE-MRI及IVIM-DWI的灌注参数Ktrans及f之间存在中等程度正相关性。
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