作者：刘佳明，李海龙，龙志山，刘蓉辉，陈英敏，河北省人民医院医学影像科

肺癌在我国恶性肿瘤中的发病率和死亡率居首位，早期肺癌常表现为孤立性肺结节（SPN），即在影像检查中发现的单一、类圆形、边界清晰的实性或亚实性结节，最大径≤3 cm，周围包绕正常含气肺组织的软组织影。SPN 良恶性诊断十分困难，术后病理证实的SPN中，至少95%为良性，发现SPN并判断性质，对于明确治疗方案、改善患者预后至关重要。

传统术前检查常使用CT根据结节形态学特点来评估SPN的良恶性，但良恶性不同的SPN可能具有相同的CT特征，CT难以明确判断其性质，可能会引起进一步的过度治疗（不必要的穿刺及手术等）。穿刺活检是SPN定性的金标准，但肿瘤内部细胞坏死及医师水平差异，可能存在定位及取材部位不精准，导致假阴性。

此外，穿刺属于有创操作，可能出现出血或气胸等严重并发症，患者接受度较低。MRI 是一种安全无创的检查方式，具有多重优势，不产生电离辐射，可以多次复查；其软组织分辨率较高，能够清楚显示病变与周围结构的关系，明确是否存在转移及局部浸润。MRI定量分析还能进行多序列、多参数扫描成像，通过测量不同序列参数并进行数据处理，在分子水平对SPN进行良恶性诊断，更全面地评估病变特征，使诊断效能提高，其在术前无创性诊断方面极具价值，减少了不必要的侵入性操作。

在以往的研究中，恶性肿瘤细胞与正常细胞在生物学行为上存在差异，如细胞数量增多、细胞膜完整性降低及新生血管生成增加等，这些特征都可通过MRI 定量分析加以鉴别。MRI 为SPN的分子水平评估提供了新思路，本文将探讨MRI多序列、多参数定量分析在SPN良恶性鉴别中的应用，并对不同序列参数在SPN良恶性判断中予以介绍，总结MRI定量技术在SPN良恶性鉴别中的最新进展，并探讨其临床应用价值与未来方向。

1. MRI成像各序列及其在SPN中的应用

1.1 扩散加权成像（DWI）

1.1.1 DWI 的技术特点与其临床应用 

DWI 技术采用单指数模型，假设组织内水分子的弥散符合高斯分布，以反映组织内水分子的扩散情况。其主要参数包含弥散敏感系数（b值）和表观弥散系数（ADC）值。b值的选取可影响图像的质量，随着b值增加，对比噪声比随之下降，图像成像越好。但b 值过大，则会引起图像变形。在日常临床工作中，b值的选取影响成像的质量，多个研究显示，在胸部肺结节功能成像中，b值选择为800 s/mm2时成像效果最好，良恶性诊断效能最高，为临床生活中肺部疾病成像b值的选取提供了参考作用。

在b值选取不同时，ADC值也会变化，所以规范b值选取则异常重要。ADC值是对水分子弥散能力量化的指标，与肺部实性恶性结节之间存在显著相关性，取决于肿瘤细胞内外的间隙比值，恶性病变因致密细胞结构，致使细胞外间隙（ESS）减小，水分子扩散运动受限，使DWI 上显示为高信号，ADC 值减低，有助于疾病检出及定性。但有研究在纳入了部分实性与磨玻璃结节（GGN）后，提出了异议，认为高ADC值也可能与恶性病变有关。

在另一项纯GGN的研究中，研究者也得出了相同的观点，发现在恶性程度更高的组中，ADC 值更高。在研究中纳入GGN后，与实性结节出现完全不同的结果，研究认为可能与纳入大量高级别腺癌（Adeno-Ca）有关，存在坏死组织，致使ADC值升高。所以GGN高ADC值可能与其恶性程度呈正相关关系，但目前关于GGN的研究较少，ADC值与GGN良恶性变化尚需进一步研究。有研究还比较了DWI技术与正电子发射断层显像-X线计算机体层成像（PET-CT）的诊断效能，发现DWI在评估PET-CT无代谢活性的恶性SPN时表现出更高的价值。这与另一研究结果一致，恶性SPN 的ADC值的敏感度为0.80，显著高于PET-CT的SUVmax值的敏感度0.70。随着Adeno-Ca中细支气管肺泡癌成分的增加，DWI 的敏感性较PET-CT逐渐提高，表明DWI技术在一定程度上较PET-CT更具潜力。

1.1.2 DWI技术在判断肺癌病理类型中的价值 

小细胞肺癌（SCLC）恶性程度极高，预后情况差，临床上一般采用放疗与化疗相结合的治疗方式，不采取手术治疗。对于早期非小细胞肺癌（NSCLC），则以手术治疗为主，辅以放化疗联合治疗。此外，针对不同的病理亚型，在化疗及靶向治疗中，药物的选择也存在差异。临床上常根据肺癌病理亚型的不同制定不同的诊疗方案，因此判断其病理类型十分重要，DWI技术对病理亚型的鉴别具有一定临床价值，SCLC较NSCLC恶性程度更高，水分子扩散受限，ADC值更低。一项NSCLC的研究显示，病理分级越高的肿瘤异质性越强，细胞增殖快，ADC值越低。而ADC值越低，则多表明病变恶性程度越高，患者预后越差。在治疗中复查患者DWI 通过其ADC 值的变化可判断病变的进展情况，治疗后患者情况好转，ADC值增加，而ADC值增加的幅度低者，通常预后较差。

1.2 体素内不相干运动（IVIM）

1.2.1 IVIM的技术特点与其临床应用 

IVIM成像是DWI的扩展，不依赖造影剂，采用双指数模型，分别测算水分子的布朗运动及血流的灌注，提高了对SPN定性的评估精确性。通过多个b值的DWI序列采集数据，获取相关参数，如纯扩散系数（D）、伪扩散系数（D*）和灌注分数（f）。D值反映纯水分子的真实扩散情况，排除血流作用影响。D*值、f值与组织微循环灌注相关，可反映组织血流及新生毛细血管的情况。目前研究及临床工作中多认为，恶性肺部病变的ADC值和D值显著降低，f值相对较高。

尤其是D值在SPN良恶性鉴别中最具统计学意义，其敏感度最高优于其他参数，可达0.90。D值及ADC值的降低通常是因恶性结节细胞密集排列、ESS减少，从而限制水分子的扩散。在肿瘤内部，新生血管丰富，f值较高。f值较高反映了微循环灌注在整体扩散信号中的占比大，组织灌注活跃。

另一项荟萃分析也支持这一结论，认为IVIM的D值在SPN良恶性鉴别中具有重要意义，但却对f值的变化有不同的见解，其认为在良性病变中的f值相对较高，但可能与其纳入了许多炎性肉芽肿或富血管血管瘤有关。此外f值差异受到设备类型及磁场强度的影响，不同设备的敏感性不同，因此f值具有较高异质性。

1.2.2 IVIM值在判断肺癌病理类型中的价值 

IVIM参数的变化与SPN的病理学特点密切相关，因此可以用于预测恶性SPN的病理类型并预测患者预后。SCLC恶性程度高，单位体积内的肿瘤细胞增殖快、排列密集，ESS 较NSCLC 小，故在SCLC 中D 值和f 值较低。IVIM克服了DWI 单指数模型无法区分水分子的单纯扩散和微循环灌注的影响，D值仅反映水分子的真实弥散，D值对肺癌病理类型的诊断效能较ADC值更高。就Adeno-Ca 及鳞癌（SCC）研究方面，SCC的细胞结构更加致密，SCC的D值较Adeno-Ca 的D值低（P<0.001），而ADC值的变化无明显统计学意义。

1.3 弥散峰度成像（DKI）

1.3.1 DKI 的技术特点及临床应用 

DKI 不同于传统DWI技术，是采用非高斯分布模型的扩散成像技术，能够更准确地描述ESS的复杂性和异质性。DKI引入了峰度概念，以更精确地反映组织的微观结构复杂性。其主要参数包括平均扩散系数（MD）、平均峰度（MK）等。在肺部，DKI可用于分析SPN的内部结构、细胞密度和组织异质性。

MD值代表水分子在组织内的平均扩散能力，扩散能力越强则MD值越高。MK值则表示水分子偏离高斯分布的程度，当组织结构复杂且ESS较小时，MK值升高。有研究验证了DKI在肺部应用的可能性，发现恶性结节因细胞密集排列和ESS压缩，非高斯性更突出，MK值显著高于良性结节。水分子扩散受限，导致恶性结节的ADC值、MD值和D值均降低。然而另有研究发现，DKI衍生的MK值和高斯分布得到的ADC值在SPN良恶性鉴别中性能相似，敏感度并无明显提升。

有研究指出，单一最大层面下的ROI区可能无法全面反映病变表现，建议通过全层ROI的直方图分析获取完整信息。尽管DKI参数在诊断性能上与其他高斯模型无显著差异，但其特有的优势在于反映更微观的结构变化，目前则多认为DKI 在SPN良恶性鉴别中的应用潜力显著。

1.3.2 DKI 在判断肺癌病理类型中的价值 

研究发现，DKI参数能预测纤维化程度，以此为基础对良性机化性炎性结节的鉴别提供了参考。在肺癌病理分型中，SCLC的MD值较NSCLC明显减低，MK值则更高，这与SCLC细胞密度较高有关，肿瘤细胞分化越差，增殖细胞越多，生物结构越复杂，非高斯性越显著。但目前就恶性SPN病理类型分析中的数据仍较少，样本量小，需进一步研究。

1.4 动态对比增强磁共振成像（DCE-MRI）

1.4.1 DCE-MRI的技术特点与其临床应用 

DCE-MRI通过注入外源性对比剂，观察对比剂在血管内外的动态分布变化，测量不同时间点组织的信号强度变化来评估组织的血流灌注和血管通透性。其关键参数包括容积转运常数（Ktrans）、速率常数（Kep）和血管外细胞外间隙容积分数（Ve）。Ktrans反映对比剂从血管内扩散到血管外间隙的速率、Kep则是从ESS返回血管内的速率、Ve表示ESS占整个组织容积的比例。多项研究表明，恶性SPN通常表现出较高的血流灌注和血管通透性，Ktrans值和Kep值显著高于良性结节。

恶性SPN因新生血管增多、渗透性增强，导致渗漏到ESS的对比剂增多，进而升高Ktrans值。ESS的细胞数量增多及压力增高，导致Kep值升高。Ktrans值在判断SPN性质方面有着较高的特异度。有研究显示，DCE-MRI的诊断效能较DWI技术高，Ktrans单值在判断SPN性质方面诊断效能最高（AUC=0.938），明显高于ADC值（AUC=0.886）。Ve值的变化则与组织学特征的差异有关，通常在良恶性SPN的鉴别中无明显统计学意义。

在肺部良恶性SPN诊断过程中，DCE-MRI的诊断效能比PET-CT更高，有研究显示，DCE-MRI中的定量参数（Ktrans值和Kep值）敏感度、特异度及AUC值分别为0.906、0.824、0.909 及0.875、0.765、0.838，均高于PETCT的SUVmax 值的0.750、0.706、0.759，与另一项研究结果一致，Ktrans值和Kep值的敏感度、特异度及AUC值均优于PET-CT的SUVmax，相较而言，DCE-MRI 都更有优势，诊断效能更高。目前临床多认为DCE-MRI在区分SPN的良恶性方面具有显著的价值，同时比传统CT增强及PET-CT，MRI安全无辐射且钆造影剂对肾功能影响较小，因而在临床应用中具有较大优势。

1.4.2 DCE-MRI 技术在判断肺癌病理类型中的价值

DCE-MRI 在区分恶性SPN病理类型的分析方面有着显著作用，有研究显示，SCLC的Ktrans值、Kep值、Ve值均明显低于NSCLC，与前文中恶性者Ktrans值较高的结论相驳，但却SCLC生长过程中的血管生成现象有关，SCLC 早期大量新生血管形成，Ktrans值升高，而晚期血管生成明显减少，其研究中的患者多以晚期为主，Ktrans值及Kep值减低，细胞数量不断增加，ESS减小，Ve值减低。Adeno-Ca 中的各种定量参数（Ktrans值、Kep值和Ve值）明显高于SCLC 及SCC，这与血管内皮生长因子（VEGF）表达有关，不同病理类型肺癌的VEGF表达不同，Adeno-Ca 中表达高于SCC，使得在Adeno-Ca中的微血管较SCC多，血管通透性高。

1.5 磁共振波谱（MRS）

1.5.1 MRS的技术特点与其临床应用 

MRS利用磁共振现象和化学位移，对特定原子核及其周边化学环境进行检测，从而无创性地观察细胞成分和代谢活动。MRS技术主要用于神经系统疾病诊断，作为判断颅内肿瘤增殖能力及预后的一种指标。目前已逐渐推广至肺部，根据检测病变内代谢物种类及变化情况，从而提升SPN诊断的准确性。MRS可定量检测胆碱（Cho）、肌酸（Cr）和乳酸（Lac）等多种代谢物。

恶性SPN与正常肺组织相比，其Cho、Lac 及Cho/Cr比值均显著升高。Cho代表细胞膜的磷脂代谢，恶性肿瘤细胞增殖活跃，细胞膜合成增多，磷脂代谢增强，Cho水平升高。Cr作为一种较稳定的能量储备物质，用于研究其他代谢物的相对变化，Cho/Cr 比值则可作为代谢活跃的指标。Lac为无氧代谢产物，恶性肿瘤因乏氧环境下葡萄糖代谢增加而表现出较高的Lac峰。

深入到分子水平探究恶性SPN中的潜在机制，肿瘤细胞快速繁殖及ESS减小，一方面为满足细胞膜合成的需要，细胞膜磷脂代谢增高，大量Cho 合成，MRS 上显示为Cho峰增高。另一方面则会影响细胞的物质代谢，使之处于缺氧的环境，细胞糖酵解过度激活，造成Lac 的过度堆积。有学者发现，目前缺乏肺光谱学，无法对MRS中的参数直接测量，其通过对乳腺光谱学的应用，计算抑制水和脂质获得的Cho峰值，发现恶性病变的Cho峰显著升高，符合其他肿瘤在MRS中的表现。然而，却缺乏肺部代谢产物的直接测量方式，峰值数据可能存在偏差。

1.5.2 MRS技术在判断肺癌病理类型中的价值 

既往有研究对不同类型肺癌的研究表明，Cho峰、Cr峰和Cho/Cr 比值难以反映肺癌的病理类型及分化程度差异。但却发现Lac浓度较低的患者生存期较长，而Lac水平升高则提示肿瘤生长及转移风险增加。MRS在肺癌病理学诊断中效果有限，目前肺部MRS研究样本量较少，且尚缺乏肺部代谢产物的测量标准。

2. MRI成像局限性及其改进方向

MRI定量分析在应用中仍存在一些局限性。在单一序列成像时，DWI 模型同时受组织血流灌注及水分子弥散情况共同影响，无法真实客观反映组织水分子状况。DCE-MRI获得的参数容易受对比剂选择、注射速度及成像时间点的影响。整体而言，肺部核磁扫描时间较长，容易受到呼吸运动和心脏搏动的影响，导致图像信噪比降低并产生伪影，对患者的配合度要求高。SPN扫描需要高场强的磁共振设备和专业技术人员操作，这限制了其在基层的普及应用。此外，由于设备差异、样本量限制以及多参数扫描后定量分析时的数据处理方法不同，各种定量参数的解读和阈值尚未标准化。尤其是对较小的SPN，成像效果较差，MRI在GGN及小的实性结节检出率较低。

单一序列成像的局限性可通过多序列多参数成像方式解决，各序列包含信息不同，可相互补充，共同完成诊断。完善其余局限性则需通过提高MRI 技术层面，需各设备制造商应研发更精准的成像技术和参数，缩短扫描时间的同时并提升成像质量。各医疗及研究单位应加强对基层技术人员的培养，满足扫描技术及数据的处理需求，更大范围内对新技术做出推广。技术人员可在扫描前对患者进行呼吸训练的指导，均匀节律呼吸训练可以明显提高成像质量，减小呼吸伪影。此外还需要多中心、大样本研究及各类专家达成共识，以制定更具适用性的标准，进一步明确对各定量参数的定义和临界值的具体大小。

3. 讨论

MRI作为重要的影像学检查技术，随着科技发展，其信噪比逐渐提高、运动伪影逐步减小，应用范围日益广泛，已逐渐应用于心脏、肝脏、前列腺、肺等多个部位。MRI 能多序列多参数成像，从分子层面对SPN进行诊断分析。DWI、IVIM、DKI 技术通过量化ADC 值、D 值和MD值，评估水分子的扩散程度，反映病变的微观结构，更全面地评估病变特征；D*值反映血流微灌注情况。在恶性SPN中，恶性细胞持续增殖，ESS不断减小，水分子运动受限，ADC值、D值及MD值均降低，而新生血管形成导致灌注血流增加，使D*值升高。

注入造影剂后，DCE-MRI 可使用定量参数明确表现出SPN的血流动力学特点，Ktrans值、Kep值、Ve值的变化则能更精准体现ESS的密集程度及新生血管数量和渗透性的变化。恶性SPN血管壁结构和功能不完整，促使对比剂的出入速率加快，导致Ktrans值、Kep值和Ve值升高。此外，MRS技术可用于分析物质代谢，提供SPN的代谢信息，恶性程度越高，细胞无氧氧化作用越显著，Lac 峰随之增加。MRI多参数功能成像从分子水平反映病变的特点，核心优势在于整合多维生物信息，利用不同序列的独立贡献（DWI反映细胞密度，IVIM排除灌注干扰，DKI查看细胞微观精细程度，DCE-MRI 反映血管生成情况，MRS查看代谢信息），分别从细胞结构、微循环及代谢层面全面评估SPN特性，突破单一成像的生物学限制，为SPN良恶性判断提供了新的思路。

多参数联合诊断，提高了单一参数的敏感性，通过在分子层面的分析，可以对形态不典型，甚至未出现明显形态学特征的SPN做出超早期诊断，大大提高了早期肺癌的检出率。通常临床工作中，恶性程度越高的SPN 则ADC值、D值越低，代谢越旺盛，Lac 水平越高，患者预后越差。通过观察这些参数的变化，可提前推测患者的病理类型及预测患者预后，治疗前后病变区ADC值及D值增加、Lac水平下降，则提示预后相对较好。

联合成像可以早期判断SPN的病理学特点，减少了不必要的穿刺活检，降低假阳性率，减少对患者的损伤及创伤后的并发症。在临床治疗过程中，可以检测DWI 及MRS 的水平，有效评估有无术后病变复发及术前病变是否进展，在复发或病变进展时局部细胞大量增殖使得DWI呈高信号，代谢水平旺盛，Cho水平升高、Lac水平降低，持续监测有助于临床早期制定后续的治疗手段。DCE-MRI能更加清晰地显示恶性SPN的血供情况，有助于后续的手术操作。病变的代谢情况及血流特点可以早期预测肿瘤的恶性程度，有助于临床治疗方案的选择。联合成像技术还有助于评估患者的整体疾病负担情况，为临床治疗提供分子学的证据，根据其某一参数的不同，从分子学层面诊断、分析并治疗，使得治疗个体化、精准化，更好地提高患者生存率和生活质量。

与现有研究相比，国内外各种前沿研究均表明MRI多序列多参数成像对SPN诊断具有重要价值。既往研究结论与本文对SPN良恶性判断的结论高度符合，均发现恶性SPN较良性者有差异。MRI 多参数联合成像通过整合不同成像序列的优势，克服了单一参数的局限性。但目前多为单一研究MRI某种技术或某种序列，未做到多参数成像，联合诊断。

一项多参数联合诊断的研究显示，在SPN良恶性诊断效能里，多参数联合成像的敏感度为1，特异度为0.942，AUC 为0.997（P＜0.001），远高于单一参数的AUC值。但这仅为单中心研究成果，仍需多中心研究以减小单一偏倚。但对比传统CT团队评估SPN的良恶性诊断，CT体征评分的敏感度、特异度、准确度仅有0.563、0.700、0.605，AUC为0.657（P<0.001）。MRI的诊断效能远高于传统CT技术，此外，MRI还具有无电离辐射，软组织分辨率高的特点，显然多参数MRI成像对比传统CT更具优势。

4. 前景及展望

在未来，需要开展多中心、大样本的研究，整合对不同地区、不同年龄人群的数据，达成专家共识，以制定更具适用性的标准，弥补单中心样本偏倚，提高SPN良恶性的诊断效能。人工智能目前在肺部MRI方面应用较少，但潜力巨大，在临床上可以通过对SPN放射组学特征提取、分类，运用各种算法完成对疾病的诊断，尤其是基于影像组学的联合模型构建，将CT及MRI的影像学特征相结合，构建模型，由CT提供结节位置及形态学信息，MRI多序列、多参数扫描提供定量数据，能够在更好地在识别到位置的同时，判断其性质。亦可以深度学习调整图像重建算法，通过不同算法的运算方式不同，改善图像的质量或用于SPN的鉴别。

总之，MRI 多序列多参数联合成像可以互相弥补单一成像缺点，通过量化参数去了解病变的分子学特点，提升SPN良恶性诊断效能。未来应进一步优化多参数联合分析，提高诊断的敏感度及特异度，同时应增加MRI与其他技术（如PET-CT或分子影像）的协同发展，多种技术各具优势，联合诊断，共同提高患者的早期诊断效能，改善患者的预后。

来源：刘佳明,李海龙,龙志山,等.磁共振多序列定量分析肺结节良恶性诊断中的应用与进展[J].分子影像学杂志,2025,48(05):655-660.