表观扩散系数ADC值与直肠癌侵袭性的相关性分析

朱芸， 张俊祥， 魏巍



·腹部影像学·

表观扩散系数ADC值与直肠癌侵袭性的相关性分析

朱芸， 张俊祥， 魏巍

目的：探讨3.0T磁共振扩散加权成像(DWI)的参数表观扩散系数(ADC)与直肠癌侵袭性之间的相关性。方法：对60例经病理证实的直肠癌患者行常规盆腔MRI及DWI扫描，测量整个肿瘤的ADC值。根据MRI图像及术后病理结果，得到肿瘤的病理类型、分化程度、T1-2(肿瘤局限于肠壁)与T3-4(肿瘤生长突破肠壁)；N0(无淋巴结转移)与N1-2(有淋巴结转移)；CRM阴性(无直肠系膜筋膜浸润)与CRM阳性(有直肠系膜筋膜浸润)、肿瘤的大体分型、部位、年龄及性别，进行相关性比较。结果：直肠癌的ADC值在分化程度(P=0.000)、T1-2与T3-4(P=0.015)、N0与N1-2(P=0.001)、直肠系膜筋膜受累与未受累(P=0.014)之间的差异均有统计学意义。与肿瘤的大体分型(P=0.971)、部位(P=0.960)、性别(P=0.592)、年龄(r=0.038，P=0.772)之间的差异无统计学意义。结论：直肠癌的ADC值可以作为评价其侵袭性及预后的一个定量指标。

直肠肿瘤； 磁共振成像； 肿瘤侵润

结直肠癌是世界上第三常见的癌症，直肠癌约占结直肠癌的65%[1-2]。扩散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)是一种无创的影像学检查方法，能反映生物体内水分子的扩散运动情况，提供细胞完整性及病理方面的信息。组织的表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)反映了分子综合微观运动，通过对ADC值进行定量测量可以反映分子的扩散特性，间接反映组织微观结构的变化。本研究重点探讨通过DWI成像，测定肿瘤的ADC值，较为全面、系统地研究直肠癌的ADC值与其侵袭性之间的关系。

材料与方法

1.临床资料

搜集蚌埠医学院第一附属医院2014年1-11月经病理证实为直肠癌的患者60例。其中男32例，女28例，年龄42～88岁，平均(65.21±10.82)岁。所有患者术前均未行放、化疗，均行MRI检查，MRI检查后1周内行手术治疗，术后能明确相关病理资料。

2.肠道准备

所有患者在检查前1～2d进流质饮食，检查前1d口服聚乙二醇，检查前禁食6～8h，检查前10min给予盐酸山莨菪碱(654-2)10mg肌肉注射以减少胃肠道蠕动，有心脏病、前列腺增生、青光眼的患者禁用。

3.扫描方法

取仰卧位，采用Philips Achieva 3.0T双梯度超导型磁共振和TORSO 8通道相控阵表面线圈。扫描范围从直肠乙状结肠交界处至肛门。分别行常规盆腔矢状面T2WI、轴面T2WI，T1WI。然后行DWI轴面扫描，扫描层面与轴面T2WI保持一致。DWI扫描参数：b值取0、800s/mm2，采用单次激发平面回波成像技术，TR 2750ms，TE取minimum，视野400mm×350mm，矩阵180×256，NSA=2，层数18层，层厚6mm，层间距1mm。

图1～4 直肠癌的DWI图及相应层面的ADC图。 图1 肿瘤呈新月形位于直肠左前侧壁。a) DWI图; b) ADC图。

图2 肿瘤呈类圆形位于直肠肠腔内。

图3 直肠肠壁明显不规则增厚。

图4 肿瘤呈新月形位于直肠右侧壁。

4.DWI图像及数据处理

图像传输到Extended MR Workspace EWS工作站，经Diffusion Registration后处理软件校正后，重建出轴面ADC图，在ADC图上测量直肠癌的ADC值。在DWI图像上选择肿瘤所在的最大层面，运用functool自由笔在ADC图上手动画感兴趣区(region of interest，ROI)，测量整个肿瘤的ADC值。由于DWI和ADC图像存在几何变形，因此诊断中常需要结合T2WI轴位图像。ROI选取的基本原则：ROI的形态主要根据病灶的具体形态来决定。ROI的大小和位置的选择要尽可能多地包括肿瘤的实性部分，尽量避开囊变坏死、血管及伪影的干扰(图1～4)。

5.统计学分析

结 果

不同病理类型、分化程度的直肠癌的ADC值不同，随着分化程度的下降，ADC值呈逐渐下降趋势，差异有统计学意义(F=8.765,P=0.000<0.05)。不同大体分型的直肠癌的ADC值的差异无统计学意义(F=0.030,P=0.971>0.05)。不同部位的直肠癌的ADC值的差异无统计学意义(F值=0.041,P=0.960>0.05，表1)。

表1 ADC值与影响直肠癌侵袭性的方差分析

注：ADC值单位(×10-3mm2/s)。

LSD结果显示高分化与中分化腺癌、高分化与低分化腺癌、中分化腺癌与黏液腺癌、低分化腺癌与黏液腺癌的ADC值相比，差异有统计学意义。而高分化腺癌与黏液腺癌、中分化腺癌与低分化腺癌的ADC值相比，差异无统计学意义(表2)。

图5 ADC值鉴别高、中分化直肠腺癌的ROC曲线。 图6 ADC值鉴别高、低分化直肠腺癌的ROC曲线。 图7 ADC值鉴别中分化腺癌与黏液腺癌的ROC曲线。 图8 ADC值鉴别低分化腺癌与黏液腺癌的ROC曲线。 图9 ADC值鉴别直肠癌有无突破肠壁、淋巴结转移、直肠系膜筋膜受累的ROC曲线。

表2 不同病理类型、分化程度的直肠癌ADC值的两两比较的P值

通过统计学分析得出ADC值的ROC曲线，根据约登指数确定肿瘤ADC值的最佳诊断阈值。其ROC曲线下面积、最佳ADC阈值、最大约登指数及敏感性、特异性见表3、图5-8。

表3 ADC值对鉴别不同分化程度直肠癌的诊断效能

直肠癌ADC值在T1-2与T3-4(t=2.506，P=0.015)、N0与N1-2(t=3.556，P=0.001)、CRM阴性与阳性(t=2.526，P=0.014)间差异均有统计学意义。不同性别的患者直肠癌ADC值差异无统计学意义(t=0.539,P=0.592)，说明直肠癌的ADC值与性别无明显相关性(表4)。

表4 ADC值与影响直肠癌侵袭性的t检验

当肿瘤突破肠壁生长、存在淋巴结转移、直肠系膜筋膜受累时肿瘤ADC值明显降低。其ROC曲线下面积、最佳ADC阈值、最大约登指数及敏感性、特异性见表5、图9。

表5 ADC值对鉴别影响直肠癌侵袭性的诊断效能

用Pearson相关性分析年龄与肿瘤的ADC值，得出相关系数r=0.038，P=0.772，说明直肠癌的ADC值与年龄无明显相关性。

讨 论

1.DWI成像技术及发展

1827年，Robert Brown首次发现了扩散现象，扩散是指由于分子的无规律的热运动，分子不断地随机改变运动方向和位置，任何分子都存在扩散运动。人体MRI成像的对象是氢质子，扩散加权成像实际上检测的是人体组织内水分子的扩散运动状况，来间接反映组织微观结构的变化。当组织细胞发生病变时，其结构、功能和代谢发生改变，水分子在细胞间的扩散能力就会受到影响，表现为水分子的扩散加强或扩散受限。DWI就是通过测量水分子的异常扩散运动来反映疾病的一种影像检查手段。1985年，Taylor和Bushel首次实现DWI成像，1986年，Denis LeBihan首次将DWI成像应用于活体，如今DWI已逐渐应用于临床，如中枢神经系统、肝胆胰脾、乳腺等疾病的诊断。常规自旋回波DWI(spin echo DWI，SE-DWI)扫描速度慢，所需时间长，ADC值受脉搏、呼吸运动、胃肠道蠕动及血流灌注等因素影响图像质量，故在腹盆腔应用较少。近年来随着平面回波成像(echo planar imaging，EPI)技术的出现，通过运用并行采集技术，缩短了回波链长度及回波时间，加快了单位时间内K空间填充速度，减少了图像运动伪影，能获得较为满意的腹盆腔DWI图像。

2.DWI成像的相关参数

DWI的相关参数有扩散敏感因子(b值)，扩散系数(D值)，表观扩散系数(ADC值)。b值是DWI序列的重要参数，能检测水分子扩散运动的能力。研究表明[3]高b值DWI对直肠癌诊断的敏感性及特异性高，高b值时肿瘤在DWI上为明显高信号，正常的肠壁、粪块及周围组织为低信号，对比度增加，凸显了病灶。但是取太高b值时会导致图像信噪比下降，图像质量差、变形严重，因此选择合适的b值至关重要，应根据设备条件、所用的序列、组织部位及临床目的的不同来调整。应注意由于T2穿透效应，一些正常结构如前列腺外周带、精囊腺、阴茎、睾丸、子宫内膜等在DWI上也呈高信号。亓俊霞等[4]研究表明b值为1000s/mm2时，DWI图像效果最佳，可清晰地显示肿瘤。本研究通过多次预实验，得出b值为800或1000s/mm2时图像质量较好，当b值为800s/mm2时可以适当缩短扫描时间，因此本次研究选用b值为800s/mm2。在DWI图像中信号的变化不仅仅代表水分子的扩散运动，动脉搏动、呼吸及血流灌注等各种运动都会造成信号的改变。因此我们在DWI图像上通过组织信号强度变化来检测到是表观扩散系数ADC。ADC值是根据DWI图像上的信号强度变化计算出的，ADC=ln(SI1/SI2)/(b2-b1)，其中b1、b2分别为施加的低b值和高b值，ln为自然对数，SI1、SI2分别为低b值和高b值时DWI上相同部位组织的信号强度。通过对ADC值进行定量测量从而可以反映分子的扩散特性，间接反映组织微观结构的变化。目前已有采用DWI图像的ADC值探讨与肿瘤恶性程度的相关性研究，研究表明ADC值与肿瘤恶性程度具有一定相关性，如胶质瘤的恶性程度与ADC值呈负相关性，肝癌的恶性程度与ADC值呈负相关性，良性脑膜瘤的ADC值较恶性脑膜瘤的ADC值高等。通过对ADC值进行测量，能为良恶性肿瘤的鉴别、预测肿瘤恶性程度及诊断治疗提供有价值的信息[5-7]。

3.ADC值与直肠癌侵袭性的相关关系的探讨

由于直肠癌的病理分级一般在术前活检也可以判断，但是并非所有患者术前活检都能准确无误的取到病变组织，也不能对所有可疑淋巴结都逐一进行术前活检。术前活检也是一种有创的检查方法，具有一定的伤害性。因此我们试图通过研究ADC值与肿瘤侵袭性之间的关系，争取在术前、无创的情况下，就能提供一些功能性指标。

直肠癌的ADC值明显低于周围正常肠壁组织，主要是由于肿瘤细胞的增殖，肿瘤细胞密度不断增加，细胞内扩散障碍增加，导致细胞内水分子扩散运动受限。此外，当肿瘤细胞密度增加，细胞排列更紧密，细胞外水分及细胞外间隙减少，进一步限制了细胞外水分子的扩散。两方面共同导致水分子运动明显受限，肿瘤ADC值减低。随着肿瘤分化程度的下降，恶性程度的增高，细胞数目越多，细胞间隙越小，细胞异型性显著增高，核浆比加大，导致水分子扩散更加受限，ADC值更加降低。在测量肿瘤的ADC值时应尽量避免囊变坏死。主要因为组织细胞坏死，细胞膜破裂使细胞通透性增大，细胞间隙增大，水分子扩散运动增强，从而导致ADC值增高，影响测量结果的准确性。ADC值测量的变异度比较大，因此关于ROI的放置很重要，Lambregts等[8]研究表明测量整个肿瘤的ADC值一致性比较好。

高永伟等[9]研究表明随着直肠癌分化程度的下降，ADC值逐渐降低。刘长华等[10]研究表明ADC值升高程度用于评估直肠癌患者对放化疗是否敏感及放化疗后降期与否有一定的价值。本实验直肠癌的病理类型为黏液腺癌和腺癌，研究结果表明黏液腺癌与腺癌的ADC值差异具有统计学意义，提示直肠癌的ADC值与肿瘤病理类型有一定的相关性；不同分化程度的腺癌的ADC值差异具有统计学意义，且随着分化程度的下降，ADC值逐渐减低。因此当测量的ADC值较低时，提示为低分化的可能性大。因此我们可以通过测量肿瘤的ADC值对肿瘤病理类型及分化程度进行一定的预测，为临床提供参考。

本实验研究结果还表明ADC值与肿瘤的病理T、N分期以及直肠系膜筋膜有无受累之间有一定的相关性。肿瘤生长超过肠壁比肿瘤局限于肠壁内的ADC值低，有淋巴结转移的患者比无淋巴结转移的患者的ADC值低，直肠系膜筋膜受累的患者比未受累的患者的ADC值低。高分辨率MRI的层厚较薄及空间分辨率高，能清晰地显示直肠肠壁的结构，在高分辨MRI T2WI中，由内向外依次是高信号的黏膜及黏膜下层、低信号的固有肌层；最外面是明显高信号的直肠周围脂肪组织。而肿瘤的信号是介于高信号的脂肪组织与低信号的肌层之间，在DWI上呈明显高信号。DWI成像及肿瘤ADC值的测量不仅有利于直肠癌的诊断，在术前分期方面也有重要作用。亓俊霞等[4]研究表明高分辨MRI联合DWI进行T分期更有优势。作者既往也做过关于直肠癌T分期的相关研究，得出高分辨MRI对T分期的准确性为76.7%，联合DWI图像后对T分期的准确性为88.3%，明显高于单独使用高分辨MRI。本次研究对肿瘤ADC值的评价，在一定程度上预测肿瘤生长是否超过肠壁，也有利于T分期的判断。

淋巴结在DWI图像上呈高信号，但仅靠DWI图像也不能区分正常、炎性及转移性淋巴结。现有一些学者企图通过测量淋巴结的ADC值来区分转移性与非转移性淋巴结，通过评价组织细胞内水分子扩散能力的差异来进行鉴别。曲春阳等[11]研究表明非转移性淋巴结的平均ADC值为(1.06±0.30)×10-3mm2/s，转移性淋巴结的平均ADC值为(0.74±0.21)×10-3mm2/s，他认为当淋巴结的ADC值为0.98×10-3mm2/s时，是诊断淋巴结转移性与非转移性的最佳阈值，其敏感度为63.7%，特异度为93.2%。但目前对于转移性与非转移性淋巴结之间的鉴别仍未有一个统一的标准，两者的ADC值之间存在一定的重叠。这可能与使用的机器、MRI的磁场强度、扫描参数、年龄、性别、不同的b值、ROI的位置、面积的大小及体温等因素有关[12-13]。本次研究还表明ADC值与大体分型、肿瘤发生的部位、性别、年龄等无明显相关性。 因此，综上所述，通过测量直肠癌的ADC值，可以为临床初步评估直肠癌的侵袭性提供一种新方法或思路的可能。

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A correlation analysis between apparent diffusion coefficient value and the invasiveness of rectal cancer

ZHU Yun,ZHANG Jun-xiang,WEI Wei.

Department of Radiology,the First Affiliated Hospital of Bengbu Medical College,Anhui 233004,China

Objective:To investigate the correlation between the parameters of the apparent diffusion coefficient (ADC) of the magnetic resonance diffusion weighted imaging (DWI) and invasiveness of rectal cancer.Methods:60 cases of rectal cancer patients underwent pelvic routine MRI and DWI imaging.The ADC value was measured for the whole tumor.Also according to MRI and pathological results,the correlation was analyzed between the rectal cancer pathological type,degree of differentiation,pathological T and N staging,mesorectal fascia involvement,tumor gross type,tumor position,and age and gender of the patients.Results:The ADC value of rectal cancer was of statistical significance with differentiated degree (P<0.000),T1-2 and T3-4 (P=0.015),pathology N0 and N1-2 (P=0.001),affected mesorectal fascia and unaffected one (P=0.014).The ADC value of rectal cancer had no statistical significance with gross type of tumor (P=0.971),tumor position (P=0.960),gender (P=0.592).There is no significant correlation between the ADC value and age (r=0.038,P=0.772) of the patient.Conclusion:The ADC value of rectal cancer can be used as a quantitative index to evaluate the invasiveness and prognosis of tumor.

Rectal neoplasms; Magnetic resonance imaging; Neoplasms invasiveness

233004 安徽，蚌埠医学院第一附属医院放射科(朱芸、张俊祥)；安徽省第二人民医院CT/MRI科(魏巍)

朱芸(1988-)，女，安徽宿州人，硕士，住院医师，主要从事腹部影像诊断工作。

张俊祥，E-mail：zjx218@163.com

R735.37; R445.2

A

1000-0313(2016)10-0952-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.10.011

2015-11-27

2016-05-04)