动态增强磁共振成像在直肠癌术前诊断中的应用研究

沈 浮 陆建平 陈录广 王 振 陈玉坤

作者单位：第二军医大学附属长海医院放射科



动态增强磁共振成像在直肠癌术前诊断中的应用研究

沈 浮 陆建平 陈录广 王 振 陈玉坤

作者单位：第二军医大学附属长海医院放射科

【摘要】目的：探讨直肠癌的动态增强磁共振成像（DCE-MRI）表现及其参数对直肠癌术前诊断的意义。方法：30例经病理证实的直肠癌患者术前进行DCE-MRI成像，应用Tofts模型后处理分析得到感兴趣区的微循环参数Ktrans、Kep、Ve和iAUC值，与术后病理分期及分化程度进行Kruskal-Wallis秩和检验和Spearman秩相关性分析。结果：30例直肠癌中，术后病理pT1 6例，pT2 15例，pT3 9例；低分化腺癌3例，中分化腺癌21例，高分化腺癌6例。直肠癌病灶的时间-信号强度曲线表现为流出型。Ktrans均值为0．257±0．166，Kep均值为0．585±0．039，iAUC均值为35．092±1．681，Ve均值0．489±0．020。不同T分期组间Ktrans值、Kep值、iAUC值差异有统计学意义（P均＜0．05），且与T分期有正相关性（P均＜0．05）；不同分化程度组间Ktrans值、Kep值、iAUC值差异有统计学意义（P均＜0．05）；iAUC值与病理分化程度有正相关性（P＜0．05）。结论：磁共振动态增强成像能反映直肠癌的微循环差异，对直肠癌的术前分期及分化程度的评估具有一定的价值。

【关键词】直肠癌；磁共振成像；动态增强磁共振成像

中国医学计算机成像杂志，2016，22：39-43

Chin Comput Med Imag，2016，22：39-43

Department of Radiology, Shanghai Changhai Hospital

Address: 168 Changhai Rd., Shanghai 200433, P.R.C.

Address Correspondence to LU Jian-ping,（E-mail: cjr.lujianping@vip.163. com）

直肠癌是常见的消化道恶性肿瘤之一，随着我国人口的不断老龄化和饮食结构的逐渐西方化， 我国直肠癌的发病形势日趋严峻。动态增强磁共振成像（dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI）是将组织毛细血管水平的血流灌注情况通过磁共振成像方式显示出来， 对肿瘤微循环灌注进行在体评价，可对肿瘤良恶性及分期进行定量评估［1］。本研究将该方法应用于直肠癌患者，将肿瘤灌注参数与术后病理结果进行对照分析，旨在研究直肠癌DCE-MRI的表现及不同参数的特点，探讨DCE-MRI对直肠癌术前诊断的价值。

方 法

1．一般资料

回顾性分析2013年10月至2014年10月，本院经病理证实，且行DCE-MRI检查的30例直肠癌患者。男16例、女14例；年龄35～68岁，平均（57±9）岁。所有患者检查前均未行放疗或化疗，均有术后或组织活检的详细病理报告结果。

2．扫描方法

MR检查均采用Siemens Skyra 3．0T磁共振扫描仪，体部表面线圈。所有患者检查前4h禁食。嘱患者在成像过程中保持呼吸幅度均匀。

扫描序列均采用常规盆腔MRI及DCE-MRI序列。常规序列包括矢状面T2WI脂肪抑制序列，横断面T1WI、T2WI、DWI，冠状面T2WI。DCEMRI取横断面，扫描层面与T2WI一致，扫描参数：TR 3．33ms，TE 1．23ms，可变翻转角9°，FOV36 cm，矩阵125×192，层厚 3mm，层数30层；并行采集技术（CAIPIRINHA）及加速因子R=2。每期扫描时间为5s，共扫描75期，全程自由呼吸。在首次扫描第1期后高压注射器经肘静脉以3ml/s的流率注射对比剂Gd-DTPA，剂量为0．2mmol/kg，总剂量为15～20ml，继而以相同流率注射20ml生理盐水冲管。

3．数据测量及分析

由2名高年资MR诊断医师共同阅片，观察病灶形态、部位、浸润深度、强化方式、周边侵犯及淋巴结肿大等特征。将动态增强序列得到的所有数据传送到Siemens后处理工作站Tissue 4D模块进行后处理，采用Tofts模型，AIF：FAST模式输出灌注参数值Ktrans、Kep、Ve、iAUC及各参数伪彩图。对照T2WI图像，在Ktrans伪彩图上选取病灶实质部分最大、强化最明显的区域放置感兴趣区（region of interest，ROI），获得时间-信号强度曲线，并测量病灶的各参数，测量3次取平均值。

4．统计学方法

采用SPSS 16．0软件进行统计分析。直肠癌病灶不同分期病变的参数比较及不同分化程度病变的参数比较进行Kruskal-Wallis秩和检验。相关性分析采用Spearman秩相关。P＜0．05为差异有统计学意义。

结 果

1．直肠癌DCE-MRI表现

30例直肠癌患均为单发病灶，其中26例表现为肿块样病灶，边缘不规则，4例为肠壁局部不规则增厚，所有病灶均呈T1WI等信号，T2WI等高信号，脂肪抑制序列等高信号，DWI高信号。DCE-MRI可见病灶明显强化，Ktrans值、Kep值、Ve值、iAUC值均较周边正常肠壁组织增高，各参数伪彩图见图1～4。时间-信号强度曲线呈“流出”型：随对比剂到达在短时间内即出现大幅度信号升高到达峰值，早期强化后，信号强度在对比剂通过后快速下降，于增强中、后期信号强度降低≥10%（图5）。直肠癌病灶的Ktrans值、Kep值、Ve值、iAUC值详见表1。

2．DCE-MRI各参数与病理分期的相关性

我院病理科报告结果示：pT1 6例，pT2 15例，pT3 9例。3组间Ktrans值、Kep值、iAUC值差异有统计学意义，P＜0．05。而Ve值3组间差异无统计学意义（χ2=3．351，P=0．187）。Ktrans值、Kep值、iAUC值与T分期有一定正相关性，P＜0．05，而Ve值与T分期无明显相关性。具体结果见表2。

3．DCE-MRI各参数与病理分化程度的相关性

我院病理科报告结果示：低分化腺癌3例，中分化腺癌21例，高分化腺癌6例。3组间Ktrans值、Kep值、iAUC值差异有统计学意义，P＜0．05。Ve值3组间差异无统计学意义（χ2=2．089，P=0．352）。iAUC值与分化程度有正相关性，r=0．510，P＜0．05。其余参数Ktrans值、Kep值、Ve值与病理分化程度无相关性。具体结果见表3。

表1 DCE-MRI各参数结果（±）

表1 DCE-MRI各参数结果（±）

例数　Ktrans　Kep　Ve　iAUC 30　 0．257±0．166 0．585±0．039 0．489±0．020 35．092±1．681

表2 DCE-MRI各参数与病理分期的相关性（）

表2 DCE-MRI各参数与病理分期的相关性（）

组别　　例数　Ktrans　Kep　Ve　iAUC pT1　6　0．182±0．006　0．397±0．060　0．418±0．054　23．908±1．598 pT2　15　0．289±0．283　0．604±0．444　0．527±0．027　39．104±1．988 pT3　9　0．253±0．171　0．680±0．082　0．475±0．027　35．863±2．775 χ2值　9．110　6．212　3．351　12．863 P值　0．011　0．045　0．187　0．002 r值　0．392　0．405　0．053　0．379 P值　0．032　0．026　0．780　0．039

表3 DCE-MRI各参数与病理分化程度的相关性

表3 DCE-MRI各参数与病理分化程度的相关性

组别　　例数　Ktrans　Kep　Ve　iAUC高分化　6　0．182±0．006　0．397±0．060　0．418±0．054　23．908±1．598中分化　21　0．289±0．198　0．669±0．409　0．505±0．023　38．173±1．845低分化　3　0．179±0．001　0．375±0．013　0．525±0．017　35．894±0．239 χ2值　16．817　11．752　2．089　12．300 P值　0．000　0．003　0．352　0．002 r值　0．217　0．162　0．258　0．510 P值　0．249　0．394　0．169　0．004

图1 直肠癌。DCE-MRI的Ktrans伪彩图。黄绿色区域示局部肠壁约2cm×1．5cm×1cm占位，Ktrans值明显高于周围周边肠壁组织，为0．216。图2 直肠癌。DCE-MRI的Kep伪彩图，该病灶显示为黄色区域，Kep值为0．588。图3 直肠癌。DCE-MRI的Ve伪彩图，该病灶显示为黄绿色区域，Ve值为0．426。图4 直肠癌。DCE-MRI的iAUC伪彩图，该病灶显示为红至黄色区域，iAUC值为37．009。图5 直肠癌。该患者DCE-MRI的时间-信号强度曲线图（折线为数据连线，实线为拟合曲线），示流出型曲线。图6 直肠癌。该患者术后病理结果，肿瘤组织排列成不规则腺管状、筛孔状、片状，肿瘤细胞核大深染，异型明显，侵犯至肌层。诊断：直肠低分化腺癌（pT2N0M0）。（HE ×100）

讨 论

1．直肠癌的分期及分化程度

结直肠癌是我国常见的恶性肿瘤，发病率与死亡率呈逐年增高趋势，发病年龄也逐渐提前［2］。肿瘤分期包括根据手术标本的组织和病理学检查为基础的病理分期和临床检查为基础的临床分期两种。肿瘤T分期为：Tx：原发肿瘤无法评估；T0：没有原发肿瘤的证据；Tis：原位癌：上皮内癌或黏膜内癌未穿透黏膜肌层而达黏膜下层；T1：肿瘤侵及黏膜下层；T2：肿瘤侵及肠壁固有肌层；T3：肿瘤侵透固有肌层并侵达浆膜下，或原发病灶位于无浆膜层的结肠、直肠时、肿瘤已侵达结肠旁或直肠旁组织；T4：肿瘤已穿透腹膜或直接侵入其他脏器。

直肠癌依据细胞分化程度分为高、中、低分化癌，肿瘤分化程度越低，异型性越大，核分裂像和/或病理性核分裂像多见，恶性程度越高。

直肠癌的术前评估十分重要，目前依靠传统影像学方法做临床分期，一般仅在形态学上对肿瘤进行术前评估，而DCE-MRI作为一种结合形态学与血流动力学改变的MR成像技术，可对肿瘤分期及恶性程度进行更精确的定量评估［3］。

2．直肠癌的DCE-MRI参数特征

T1WI序列对组织血管外细胞外间隙的对比剂对比很敏感，当注入对比剂后，对比剂从血管内扩散到EES时，磁共振信号明显增高，增高的信号强度与对比剂的浓度两者呈非线性放大效应。在采集DCEMRI数据后，运用Tofts药代动力学双室模型分析，可获得动态灌注的时间-信号强度曲线，同时还可得到灌注量化参数值（Ktrans、Kep、Ve和iAUC），可以评价感兴趣区的血流灌注和血管通透性［4］。

由于肿瘤细胞增生导致血管压力增高的机械因素与肿瘤细胞内的分子水平异常共同作用，会导致新生的肿瘤血管结构异常，表现为血管渗漏、形态扭曲、管壁扩张且易发生交联。由于血管内皮细胞形态异常，为内皮细胞提供营养的周细胞连接疏松或缺失，内皮与基底膜之间以及基底膜与血管周细胞之间有很大的缝隙，血管内皮细胞间隙增大或者血管成熟度变差，使得肿瘤新生血管具有很高的通透性和脆性［5］。

DCE-MRI反映血管通透性最常用的参数是容积转移常数Ktrans［6］。Ktrans表示对比剂从血管进入组织间隙的速率，来反映肿瘤局部微血管血流状态及其表面渗透面积。而Kep相反，反映血浆与血管外细胞外间隙之间的速率常数，是从EES回流入微血管内的转移速率。

本研究结果显示，直肠癌病灶的Ktrans值、Kep值均较周边正常肠壁增高，且与T分期有正相关性（P=0．032、P=0．026），反映了肿瘤新生血管丰富且结构异常，使对比剂流入增加，而血管内皮细胞发育不完善、血管通透性强导致对比剂渗出增加，同时存在动静脉交通，引起灌注短路［7］。而随着肿瘤病灶的增大、浸润深度的增加，小血管扩张血流增加，血管表面渗透面积增大以及血流速度加快，加之癌肿局部可以有纤维化或周围炎症及血管侵犯，使局部血管通透性进一步增大，体现为Ktrans值、Kep值与T分期有正相关性。而直肠癌病灶的Ktrans值、Kep值与病理分化程度则无明显相关性（P=0．249、P=0．394），这两个参数反映感兴趣区的血流灌注和血管通透性，对肿瘤细胞的异型性程度并不敏感。

Ve为部分血管外、细胞外血浆渗出容量，主要反映在EES中对比剂浓度占整个体素的百分比［8］。在本研究中直肠癌Ve值增大，提示局部肿瘤微血管渗透性高，但是与病理分期及分化程度均无相关性。笔者认为，Ve值对不同病灶缺乏相关性，今后还需继续积累资料进行深入研究发掘其临床意义。

此外，还有增强曲线下的初始面积（initial area under enhancement curve，iAUC），该值与肿瘤内流入的血量、肿瘤灌注以及肿瘤组织间隙有关。本研究结果显示，直肠癌病灶的iAUC值与T分期有正相关性。iAUC除了反映肿瘤新生血管造成的血管通透性改变外，与分化程度有正相关性，是因为肿瘤组织分化程度越低，其细胞形态和组织结构上异型性越大，细胞密度越高，细胞间隙越小，而iAUC是综合反映肿瘤的血流、瘤体的整体血流灌注以及肿瘤间质空间指数的半定量参数［9］，所以理论上iAUC值可以作为评价直肠癌病理情况的影像生物学标记物。

3．本研究的局限性

第一，直肠癌DCE-MRI测量ROI的选择非常重要，实体肿瘤组织往往是非匀质的，而肠壁病灶形态又往往不规则，周围炎症及血管侵犯造成肠壁与周围脂肪分界欠清，沿肿瘤边界部分画取ROI有可能会使数据测量误差增大，因此需要多次采集数据取平均值；第二，直肠癌在病变早期多数患者可无明显症状，很少行MRI检查或肠镜证实，故早期病例样本数较少，不同T分期及分化程度的病例数量不均一，今后还需要大样本进一步研究。

参 考 文 献

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Value of Dynamic Contrast-enhanced Magnetic Resonance Imaging in the Preoperative Diagnosis of Rectal Cancer

SHEN Fu, LU Jian-ping, CHEN Lu-guang, WANG Zhen, CHEN Yu-kun

【Abstract】Purpose: To evaluate the diagnostic value of dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging （DCE-MRI） in evaluation of rectal cancer，to explore the characteristics of the DCE-MRI parameters. Methods: Thirty patients with histologically proven rectal cancer were studied by preoperative DCE-MRI . All of the data were transferred to the workstation, and the microcirculation parameters of region of interest were analyzed by using the Tofts model, which included Ktrans, Kep, Ve, iAUC. The correlation between the parameters and the postoperative pathology results were statistically analyzed. Results: The postoperative pathological results showed that 6 cases were pT1, 15 cases were pT2, 9 cases were pT3；3 cases of tumors were low differentiated, 21 cases were middle differentiated, 6 cases were high differentiated. The time-signal intensity curve was washout type. The mean Ktrans values was 0.257±0.166，mean Kep values was 0.585±0.039，mean iAUC values was 35.092±1.681，mean Ve values was 0.489±0.020. Ktrans, Kep, iAUC and T stage were positive correlated, P＜0.05. iAUC was positive correlated with the degree of pathological differentiation, P＜0.05. Conclusion: The parameters of DCE-MRI can reflect the blood supply of the rectal cancer, they have certain effect on preoperative evaluation of the staging and differentiation degree.

【Key words】rectal cancer；Magnetic resonance imaging；DCE-MRI

收稿时间:（2015.01.27;修回时间：2015.09.08）

通信作者：陆建平（电子邮箱：cjr.lujianping@vip.163.com）

通信地址：上海市长海路168号，上海 200433

中图分类号：R445.2

文献标志码：A

文章编号：1006-5741（2016）-01-0039-05