动态增强MRI及扩散加权成像对宫颈癌病理特征及临床分期的应用

周 星

黄 刚1HUANG Gang

张 庆2ZHANG Qing

马小梅3MA Xiaomei

张文文1ZHANG Wenwen

王 平1WANG Ping

作者单位

1.甘肃省人民医院放射科 甘肃兰州 730000 2.宁夏医科大学 宁夏银川 750000

3.甘肃中医药大学 甘肃兰州 730000

动态增强MRI及扩散加权成像对宫颈癌病理特征及临床分期的应用

周 星1ZHOU Xing

黄 刚1HUANG Gang

张 庆2ZHANG Qing

马小梅3MA Xiaomei

张文文1ZHANG Wenwen

王 平1WANG Ping

作者单位

1.甘肃省人民医院放射科 甘肃兰州 730000 2.宁夏医科大学 宁夏银川 750000

3.甘肃中医药大学 甘肃兰州 730000

中国医学影像学杂志

2016年 第24卷 第11期：855-860

Chinese Journal of Medical Imaging 2016 Volume 24 (11): 855-860

目的通过分析动态增强MRI（DCE-MRI）定量参数及表观扩散系数（ADC）值与宫颈癌不同病理特征及临床分期的相关性，探讨DCE-MRI及扩散加权成像（DWI）对宫颈癌的影像学评估价值。资料与方法回顾性分析40例正常宫颈及123例宫颈癌的DCE-MRI资料，比较正常宫颈与宫颈癌DCE-MRI定量参数Ktrans、Kep、Ve值及ADC值，以及各参数与宫颈癌不同病理类型、分化程度、临床分期之间的相关性。结果宫颈癌组ADC值低于对照组，而Ktrans、Kep及Ve值显著升高，差异均有统计学意义（P<0.05）。鳞癌ADC值低于腺癌，Ktrans值高于腺癌，差异均有统计学意义（P<0.05）；Kep及Ve值差异无统计学意义（P>0.05）。ADC值与分化程度、临床分期呈负相关性（r=－0.272、－0.239，P<0.05）；Ktrans、Kep与分化程度呈正相关性（r=0.340、0.305，P<0.05），Ve与分化程度无明显相关性（r=0.164，P>0.05）；Ktrans、Kep、Ve与临床分期呈正相关性（r=0.316、0.272，P<0.05）。不同肿瘤大小、有无淋巴结转移、有无脉管浸润组间的tADC值、Ktrans、Kep、Ve差异无统计学意义（P>0.05）。结论ADC值及DCE-MRI定量参数对宫颈癌病理学特性及临床分期的评估有一定的诊断价值。

宫颈肿瘤；磁共振成像；图像增强；表观扩散系数；扩散加权成像；病理学，外科；肿瘤分期

宫颈癌发病率居女性肿瘤的第二位，死亡率在发展中国家居女性恶性肿瘤首位[1]。2014国际妇产科联盟（FIGO）分期明确提出IIB期以上采用非手术治疗方案[2]。因此准确判断宫颈癌临床分期对治疗方式的选择及预后有重要意义。MRI具有较高的组织分辨力和多方位、多序列成像的特点，是目前妇科医师对宫颈癌临床分期的重要检查方法，扩散加权成像（DWI）能够观察活体组织内微观水分子的运动情况，己广泛应用于临床；动态增强MRI（dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI）能够定量评估肿瘤组织的微血管性质，已应用于多种肿瘤性病变的研究中[3]。本研究回顾性分析DCE-MRI及DWI定量参数与宫颈癌临床分期、组织学特征之间的相关性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2013年4月—2015年8月于甘肃省人民医院就诊的宫颈癌患者125例，1例黑色素瘤因例数少被剔除；1例宫颈癌病灶的最大径<0.8 cm，且直肠肠气较多，图像变形，影响表观扩散系数（ADC）值测量被剔除。最终纳入研究的宫颈癌患者共123例，其中55例宫颈活检及术后病理证实为宫颈癌；其余68例经宫颈活检病理证实。患者年龄23～68岁，平均（34.7±8.4）岁；FIGO分期：IB1期16例，IB2期3例，IIA1期7例，IIA2期18例，IIB期54例，IIIA期3例，IIIB期20例，IVA期2例；鳞癌111例（高分化22例、中分化81例、低分化8例），腺癌12例（高分化3例、中分化7例、低分化2例）；肿瘤最大径（手术患者）>4 cm 22例，≤4 cm 33例；脉管浸润（手术患者）5例；淋巴结转移（手术患者）10例。所有患者均在活检后2周内行DCE-MRI，扫描前未行任何治疗。收集甘肃省人民医院2014年—2015年3月以卵巢病变、直肠病变行MRI检查的患者40例作为对照组，检查前2周内行宫颈刮片检查排除宫颈疾病，年龄25～65岁，平均（32.1±6.8）岁，所有受检者均无MRI检查禁忌证。1.2 仪器与方法 采用Siemens Skyra 3.0T MR扫描仪，18通道体表相控阵列线圈覆盖盆腔。行常规T1WI轴位，T2WI轴位、矢状位、冠状位扫描。轴位DWI扫描条件：视野（FOV） 380 mm×380 mm，TR：6500 ms，TE：74 ms，激励次数4，层厚5 mm，矩阵192×128，b值取50、1000 s/mm2；DCE-MRI扫描应用轴位T1 VIBE序列：FOV 260 mm×260 mm，TR 5.08 ms，TE 1.77 ms，矩阵154×192，层厚3.5 mm，翻转角15°。对比剂选用Gd-DTPA，采用高压注射器自手背静脉注射，流速3 ml/s，剂量0.1 mmol/kg，随后以20 ml生理盐水冲洗。获得35期动态增强图像，单期扫描时间8 s，总扫描时间280 s，第3期开始扫描时注入对比剂。

1.3 图像分析 图像传至MMWP VE40工作站上，由2名从事盆腔MRI诊断5年以上的副主任医师结合T2WI矢状位+冠状位+高分辨T2WI轴位+DWI图像共同判断宫颈癌临床分期，以2014年新FIGO分期为标准。在View工作站下，调入DWI序列的ADC图，对比基础序列，手动绘制类圆形感兴趣区（ROI），避开囊变、出血及坏死区，每个ROI面积≥50 mm2，计算3个ROI均值为ADC值。将动态增强原始图像调入Tissue 4D软件（该软件设计的血流动力学模型是改良的Tofts-Kermode模型中“两室模型”[4]）行动态对比增强灌注分析，对比微血管灌注伪彩图及基础图像，避开坏死及囊变区，在肿瘤明显强化区选择3个30～50 mm2的ROI，选择Fast动脉输入函数获得药代动力学定量参数，参数值取其平均值，包括容量转移常数（Ktrans）、速率常数（Kep）、血管外细胞外容积分数（Ve）。

1.4 统计学方法 采用SPSS 17.0软件，计量资料采用K-S检验，满足正态度分布时，釆用两独立样本t检验比较对照组和宫颈癌组及不同病理类型、肿瘤大小、有无脉管浸润及淋巴结转移的宫颈癌ADC值及动态增强定量参数；采用Levene检验数据的方差齐性，满足条件选择单因素方差分析比较宫颈癌患者不同分化程度及临床分期的ADC值及动态增强参数有无差异；相关性采用Spearman相关分析。P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 宫颈癌MRI表现 宫颈癌病灶T1WI呈等低信号，T2WI呈稍高信号；DWI病灶呈高信号，ADC图呈低信号（图1、2）；对照组在DCE-MRI灌注伪彩图表现为均匀低灌注（均匀蓝色-黄色，图3），肿瘤组织在DCE-MRI灌注伪彩图表现为均匀或不均匀高灌注（ 均匀红黄色或红黄蓝相间，图1、2）。

2.2 ADC值及DCE-MRI定量参数测量结果

2.2.1 ADC值比较 宫颈癌组ADC值明显低于对照组，差异有统计学意义（P<0.05），见表1。宫颈鳞癌ADC值低于腺癌，差异有统计学意义（P<0.05）；淋巴结转移与否、脉管浸润与否及不同肿瘤大小的宫颈癌患者ADC值差异无统计学意义（P>0.05）。见表2。不同分化程度的ADC值差异有统计学意义（P<0.05），见表3。因IIIA、IIIB、IVA期患者较少则合并为一组数据统计，不同临床分期的ADC值差异有统计学意义（P<0.05），见表4。

图1 女，46岁，宫颈中分化腺癌。箭示病变。T2WI图像示病灶为团块状稍高信号，宫颈外层低信号纤维基质完整，判定FIGO分期为IB期（A）；DWI图像示病灶为高信号（B）；ADC图像病灶为低信号，取ROI测量病灶ADC值为0.757×10-3mm2/s（C）；DCE-MRI伪彩图，取ROI测量病灶Ktrans：0.228/min，Kep：0.645/min，Ve：0.354（D）

图2 女，52岁，宫颈低分化鳞癌。箭示病变。T2WI图像示病灶为稍高信号，宫颈低信号环中断，形态不规则，左侧宫旁受侵（箭头，A）；DWI图像示病灶为高信号（B）；ADC图像取ROI测量病灶ADC值为0.843×10-3mm2/s（C）；DCE-MRI伪彩图，取ROI测量病灶Ktrans：0.649/min，Kep：1.700/min，Ve：0.395（D）

图3 女，40岁，正常宫颈。T2WI图像示宫颈信号正常（箭，A）；DWI图像示正常宫颈为等信号（B）；ADC图像取ROI测量病灶ADC值为1.498×10-3mm2/s（C）；DCE-MRI伪彩图，取ROI测量病灶Ktrans：0.059/min，Kep：0.144/min，Ve：0.409（D）

2.2.2 DCE-MRI定量参数比较 宫颈癌组DCE-MRI定量参数Ktrans、Kep、Ve值均高于对照组，差异有统计学意义（P<0.05），见表1。宫颈鳞癌Ktrans值高于腺癌，差异有统计学意义（P<0.05），Kep、Ve值差异无统计学意义（P>0.05）；淋巴结转移与否、脉管浸润与否及不同肿瘤大小的宫颈癌患者Ktrans、Kep、Ve值差异无统计学意义（P>0.05），见表2。不同分化程度的鳞癌Ktrans、Kep值差异有统计学意义（P<0.05），Ve差异无统计学意义（P>0.05），见表3。不同临床分期Ktrans、Kep、Ve值差异有统计学意义（P<0.05），见表4。

2.2.3 ADC值与DCE-MRI定量参数的相关性 ADC值与Ktrans呈微负相关性（r=－0.165，P<0.05），ADC值与Kep、Ve无明显相关性（P>0.05）。ADC值与宫颈癌临床分期及鳞癌的分化程度呈负相关性（P<0.05）；DCE-MRI定量参数Ktrans、Kep、Ve与临床分期呈正相关性（P<0.05），Ktrans、Kep与不同分化程度呈正相关（P<0.05），Ve与不同分化程度无明显相关性（P>0.05）。见表5。

3 讨论

目前，DWI技术己广泛应用于临床，其定量参数ADC值可反映活体组织中水分子受限情况，本研究显示：①宫颈癌组ADC值明显低于对照组，宫颈鳞癌的ADC值低于腺癌，差异均有统计学意义（P<0.05）。说明肿瘤组织细胞分裂活跃，细胞排列密集，致细胞外空间变小，扩散受限导致ADC值降低；宫颈鳞癌的ADC值低于腺癌，其原因可能是宫颈鳞癌多发生在宫颈鳞柱上皮交界区，肿瘤细胞呈实体癌巢排列，细胞外空间小，细胞密度较高，而腺癌的间质丰富、细胞密度较低所致[5-8]。且本研究腺癌患者中10例为高、中分化腺癌，低分化只有2例，高、中分化腺癌与低分化腺癌相比，细胞密度较低，间质成分丰富，这也是导致本研究鳞癌ADC值低于腺癌的原因之一[5]。Matoba等[9]研究显示肺低分化腺癌和鳞癌的细胞密度高于高分化腺癌，也为本研究提供了间接的病理学依据。②高分化宫颈鳞癌与中、低分化鳞癌ADC值差异有统计学意义（P<0.05），且与分化程度呈负相关（P<0.05），其原因是低分化肿瘤恶性程度高，肿瘤细胞密度增高，呈片状或簇状分布，细胞外间隙更小导致ADC值减低。③ADC值与FIGO分期的相关性，既往研究认为ADC值与FIGO分期的无相关性[5,8]，而吉婷婷等[7]报道ADC值与临床分期有相关性。造成结果差异的原因可能是FIGO分期为临床分期，关注的重点是病灶大小和累及范围，与病理类型、分化程度及有无淋巴结转移无关，且各研究纳入患者的例数及病理学特征亦不同。本研究显示IB期ADC值高于其他分期，差异有统计学意义（P<0.05），其原因可能是本研究中IB期有16例为IB1期，病灶较小（最大径<2.0 cm），且9例为高分化鳞癌，恶性程度低，细胞密度较低所致。④不同肿瘤大小、有无淋巴结转移及脉管浸润的ADC值差异无统计学意义（P>0.05），与既往研究[5,10]相符。

表1 对照组与宫颈癌组ADC值及DCE-MRI定量参数比较

表2 宫颈癌患者不同病理类型、有无淋巴结转移、脉管浸润ADC值及DCE-MRI定量参数比较

表3 不同分化程度（鳞癌）宫颈癌患者ADC值及DCE-MRI定量参数比较

表4 宫颈癌患者不同临床分期ADC值及DCE定量参数比较

表5 宫颈癌患者ADC值、DCE-MRI定量参数值与分化程度及临床分期的相关性

本研究采用的DCE-MRI技术能够定量评估组织微循环特性，包括微血管的大小、分布、通透性、异质性及其空间分布，血流动力学定量参数包括Ktrans、Kep、Ve，根据其药代动力学特征评价组织和肿瘤血管结构和功能特性[3,11]。

实体肿瘤的生长依赖于肿瘤的血管发生，已有多项研究表明肿瘤组织中微血管密度（microvascular density，MVD）明显高于正常组织[3,5,11-15]。DCE-MRI的Ktrans、Kep及Ve值受肿瘤血管和组织因素的影响，包括血流量、血管密度、血管渗透性、间质压力、细胞成分等[3,11]。本研究中，对照组Ktrans、Kep及Ve值明显低于宫颈癌组，差异有统计学意义（P<0.05），与既往研究结果[5,11,16-18]相符，证实宫颈癌组织的MVD高于正常宫颈，但是肿瘤新生血管的管壁不成熟，微血管通透性增大，单位时间内对比剂从血管进入组织间隙的速率增大，经静脉廓清的速率亦增大，对比剂从血管内渗漏到血管外的量增大，导致宫颈癌组Ktrans、Kep及Ve值升高。本研究中宫颈腺癌Ktrans值低于宫颈鳞癌，差异有统计学意义（P<0.05），与张洁[5]的研究相符，推测可能是鳞癌的MVD较高所致。但Argüello-Ramírez等[19]认为腺癌的MVD水平高于鳞癌，且腺癌较鳞癌的新生血管及微血管通透性高。导致本研究鳞癌Ktrans高于腺癌的原因可能是：①腺癌患者相对较少；②与患者的分化程度相关，本研究腺癌中多为高中分化。李杰[13]研究认为腺癌的MVD高于鳞癌，但差异无统计学意义，MVD与肿瘤分级显著相关。Andersen等[20]研究认为宫颈腺癌组织内的低氧细胞所占比例高于鳞癌，而低氧细胞所占比例越高，则越不利于促进肿瘤血管生成，这也间接支持本研究结果。本研究中，高、中、低分化宫颈鳞癌的Ktrans、Kep差异均有统计学意义（P<0.05），Ve差异无统计学意义（P>0.05），且Ktrans、Kep值与分化程度呈正相关（P<0.05），可能原因是肿瘤分化越差，恶性程度越高，细胞增殖速度越快，需要的营养成分越多，导致形成更多的新生血管。本研究中，不同FIGO临床分期间Ktrans、Kep、Ve值差异有统计学意义（P<0.05）。虞祝娟等[17]研究认为宫颈鳞癌III期Ktrans、Kep值高于II期，其原因可能是随着临床分期的进展，肿瘤侵袭能力越高，侵犯范围越大，新生血管数目增多，血管通透性增高所致。Payne等[10]研究也显示恶性程度高的低分化肿瘤有丝分裂更明显，侵袭性更强。本研究中DCE-MRI定量参数在不同肿瘤大小及有无淋巴结转移、脉管浸润宫颈癌差异无统计学意义（P>0.05），其可能原因是患者较少，还需扩大样本量进一步研究。

本研究中ADC值与Ktrans呈弱负相关性（r=－0.165，P<0.05），ADC值与Kep、Ve无明显相关性（P>0.05）。贺中云等[8]研究认为ADC值能提供肿瘤微循环灌注方面的信息，作为反映肿瘤血管生成指标的替代参数。Le Bihan[21]研究发现，用不相干体素相关理论获得的快速ADC值反映的是血管内水分子的运动情况，与血液流速相关，而Ktrans同样与血液流速相关，但影响ADC值及DCE-MRI定量参数的原因很多，如细胞成分、细胞膜的完整性、血管内外渗透梯度、组织间压、对比剂的物理性质等。可能是由于以上原因导致本研究ADC值与Ktrans仅呈弱负相关性，Kep及Ve值与ADC值无相关性。

本研究的局限性：①DCE-MRI在宫颈癌中的应用较少，其扫描技术和后处理分析尚无统一规范；②采用勾画ROI的研究方法只能反映肿瘤局部的微血管特征，无法反映肿瘤全部，且本研究中纳入的部分宫颈癌患者的病理学信息由活检获得，取样数量有限及肿瘤的异质性，导致活检结果也可能存在偏差；③腺癌及发生淋巴结转移、脉管浸润的样本量较少会造成统计数据一定的误差；④DCE-MRI定量参数无对应的组织病理学指标，还需未来进一步研究。

总之，DCE-MRI定量参数及ADC值能区分正常宫颈及宫颈癌组织，在宫颈癌病理学特性及临床分期的评估中有一定的诊断价值。ADC值与Ktrans值之间呈微弱的相关性，其机制有待进一步研究证实。

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(本文编辑 周立波)

Application of Dynamic Contrast-enhanced MRI and Diffusion Weighted Imaging in the Pathological Characteristics and clinical Stage of Cervical Cancer

Department of Radiology, the People's Hospital of Gansu Province, Lanzhou 730000, China
Address Correspondence to:HUANG Gang E-mail: keen0999@163.com

PurposeTo analyze the correlation of dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) quantitative parameters and apparent diffusion coefficient (ADC) value with the different pathological characteristics and the clinical staging of cervical cancer, and to explore the significance of DCE-MRI and diffusion weighted imaging (DWI) in diagnosis of cervical cancer.Materials and MethodsImaging data of 40 cases with normal cervix and 123 cases of cervical cancer were retrospectively analyzed. The DCE-MRI quantitative parameters of Ktrans, Kep, Veand ADC values between normal group and cervical cancer group were compared. The correlation of quantitative parameters with different pathological types, degree of differentiation, and clinical stages was analyzed.ConclusionADC values and DCE-MRI parameters are helpful in assessment of pathological characteristics and clinical staging of cervical cancer.ResultsThe ADC values of cervical cancer group was lower than those of normal group, while the Ktrans, Kepand Vevalues were higher. The differences were statistically significant (P<0.05). The ADC values of squamous carcinoma were lower than those of adenocarcinoma cancer, while Ktranswas significantly higher with statistic difference (P<0.05). Kepand Vedemonstrated no statistic difference (P>0.05). ADC value was negative correlation with differentiation and clinical stage (P<0.05). Ktransand Kepwere positive correlated with differentiation degree (P<0.05). Vewas not associated with differentiation degree (P>0.05). Ktrans, Kep, and Vewere positively correlated with the clinical stages (P<0.05). There was no significant difference in ADC values, Ktrans, Kepand Veof tumor size, lymph-node metastases and lymphovascular invasion (P>0.05).

Uterine cervical neoplasms; Magnetic resonance imaging; Image enhancement; Apparent diffusion coefficient; Diffusion weighted imaging; Pathology, surgical; Neoplasm staging

10.3969/j.issn.1005-5185.2016.11.014

黄 刚

甘肃省自然科学基金项目（1606RLZA108）。

2016-08-14

2016-10-15

R737.33；R445.2