fMRI参数与直肠癌患者病理学分期及淋巴结转移的关系

谢宗源，王志强，李晖，王晶晶，王雅静，谭志斌，刘涛

(华北理工大学附属医院,河北唐山 063100)

·临床研究·

fMRI参数与直肠癌患者病理学分期及淋巴结转移的关系

谢宗源，王志强，李晖，王晶晶，王雅静，谭志斌，刘涛

(华北理工大学附属医院,河北唐山 063100)

目的 探讨功能性磁共振成像(fMRI)方法扩散加权成像(DWI)和动态对比增强磁共振成像(DCE-MRI)参数与直肠癌患者病理学T分期、Dukes分期及淋巴结转移的相关性。方法 通过对78例经病理检查证实的直肠癌患者DWI及DCE-MRI图像进行回顾性分析，获得DWI参数ADC值及DCE-MRI定量参数Ktrans、Ve、Kep值，进一步对这些参数值与肿瘤的T分期、Dukes分期及有无淋巴结转移进行相关性分析。结果 直肠癌患者的DWI参数ADC值随肿瘤T分期、Dukes分期的增加及淋巴结转移而减低(P均<0.05)。DCE-MRI定量参数Ktrans、Ve值随肿瘤T分期、Dukes分期的增加及淋巴结转移而升高(P均<0.05)；不同T分期、Dukes分期、有无淋巴结转移者Kep值差异无统计学意义(P均>0.05)。结论 fMRI中DWI参数ADC值及DCE-MRI定量参数Ktrans、Ve值与直肠癌患者的病理学分期及淋巴结转移有一定关系，能为直肠癌术前分期提供有价值的信息。

直肠癌；功能性磁共振成像；动态对比增强；表观扩散系数

直肠癌是消化系统常见的恶性肿瘤之一，我国直肠癌的发病率和病死率呈逐年递增趋势[1]。MRI是直肠癌的重要影像学检查方法，近年来随着MRI新技术的广泛应用，包括扩散加权成像(DWI)和动态对比增强磁共振成像(DCE-MRI)的功能性磁共振成像(fMRI)方法，实现了形态与功能相结合，已成为国内外研究的热点[2]。2016年6月，我们主要分析DWI参数表观扩散系数(ADC值)和DCE-MRI定量参数Ktrans、Ve、Kep值与直肠癌患者T分期、Dukes分期及有无淋巴结转移的相关性。

1 资料与方法

1.1 临床资料 收集2014年3月～2015年12月在我院接受盆腔MRI常规、DWI及DCE-MRI检查并经手术病理检查证实的直肠癌患者78例，男47例、女31例，年龄29～80(60.3±12.6)岁。病理分期:T1期10例、T2期14例、T3期35例、T4期19例；Dukes A期16例、B期34例、C期20例、D期8例；无淋巴结转移53例、有淋巴结转移25例。

1.2 fMRI检查方法 采用Siemens Skyra 3.0T MR超导仪，18通道体表相控阵列线圈，扫描范围包括整个盆腔，先行常规MRI扫描(T1WI轴位,T2WI轴位、矢状位、冠状位),后行DWI (b=0,1000)轴位扫描及DCE-MRI扫描。DWI扫描:b值取0和1 000 s/mm2，TR 6 500 ms，TE 75 ms，层厚5 mm，层距1 mm，FOV 380 mm×380 mm，距阵128×128,激励次数1,扫描结束后自动生成表观弥散系数ADC图；DCE-MRI扫描:采用T1 VIBE序列(TR 5.10 ms, TE 1.75 ms，层厚3.5 mm，FOV 260 mm×260 mm,矩阵154×192，激励次数1)，对比剂选用钆双胺注射液，由高压注射器自肘静脉注射，速度3 mL/s，剂量0.1 mmol/kg；重复扫描35个时相，第二个时相扫描结束后注入对比剂，扫描时间共280 s，对比剂注射完成后即刻用20 mL生理盐水冲洗管道。

1.3 图像处理及分析方法 所有病例由两名具有5年以上直肠MRI工作经验的放射科医师采用双盲法阅片,各自进行ROI 的勾画。参照T1WI、T2WI、常规增强扫描图像上肿瘤的位置及形态，选取肿瘤最大径线的连续层面，在DCE-MRI强化最明显的区域及b=1 000 s/mm2DWI图像上明显高信号区域，与病灶的周边部分保持一定距离，选择圆形或椭圆形为感兴趣区(ROI)面积约30 mm2，尽量避开肉眼可见大血管、出血、脂肪、液化坏死及肿瘤周围正常组织，以减少部分容积效应，记录每个ROI参数值，每名医师均重复测量3次，取平均值。最终结果取2名医师所测量的平均值，用Kappa检验两名医师测量的一致性，fMRI参数的一致性均>0.85。①在ADC图像上测量病灶的表观扩散系数(ADC 值)；②使用Siemens Skyra工作站Tissue 4D软件包进行定量分析，获得Ktrans、Ve、Kep伪彩图及定量参数值,容量转移常数(Ktrans)：对比剂从血管泄漏到细胞外血管外间隙(EES)的速率；EES容积比(Ve)：EES容积分数；速率常数( Kep)：对比剂从EES返流回血管的速率。

2 结果

2.1 直肠癌患者不同T分期ADC值及Ktrans、 Ve、Kep值比较 见表1。随着肿瘤T分期的增加，ADC值逐渐减低，Ktrans、Ve值逐渐升高(P均<0.01)。T2、T3期ADC值差异无统计学意义(P>0.05)；其余各T分期间ADC值差异均有统计学意义(P均<0.05)。T1、T2期之间与T2、T3期之间Ktrans值差异无统计学意义(P均>0.05)；其余各T分期间Ktrans值差异均有统计学意义(P均<0.05)。T1、T2期之间与T1、T3期之间及T2、T3期之间Ve值差异无统计学意义(P均>0.05)；其余各T分期间Ve值差异均有统计学意义(P均<0.05)。不同T分期直肠癌患者的 Kep值差异无统计学意义(P均>0.05)。

2.2 直肠癌患者不同Dukes分期ADC值及Ktrans、 Ve、 Kep值比较 见表2。随肿瘤Dukes分期的增加，ADC值逐渐减低、Ktrans值及Ve值逐渐升高，差异均有统计学意义(P均<0.01)。Dukes C、D期之间ADC值差异无统计学意义(P>0.05)；其余各Dukes分期间ADC值差异均有统计学意义(P均<0.05)。各Dukes分期间Ktrans值差异均有统计学意义(P均<0.05)。Dukes A、B期之间与Dukes B、C期之间及Dukes C、D期之间Ve值差异无统计学意义(P均>0.05)；其余各Dukes 分期间Ve值差异均有统计学意义(P均<0.05)。不同Dukes分期直肠癌患者的Kep值差异无统计学意义(P均>0.05)。

2.3 直肠癌患者有无淋巴结转移ADC值及Ktrans、 Ve、 Kep值比较 见表3。有淋巴结转移者的ADC值低于无淋巴结转移者、有淋巴结转移者的Ktrans值及Ve值高于无淋巴结转移者，差异均有统计学意义(P均<0.05)，而有无淋巴结转移者之间Kep值差异无统计学意义(P>0.05)。

表1 不同T分期直肠癌患者ADC值及Ktrans、Ve、Kep值比较(±s)

表2 不同Dukes分期直肠癌患者ADC值及Ktrans、Ve、Kep值比较(±s)

表3 有无淋巴结转移的直肠癌患者ADC值及Ktrans、Ve、Kep值比较(±s)

3 讨论

DWI是通过检测不同组织间水分子的扩散差异来反映组织的结构特性，从而反映体内水分子弥散运动能力及运动方向的成像方法。ADC值能较客观地量化病变组织中水分子扩散能力，从而在一定程度上反映肿瘤组织肿瘤细胞构成，该技术已广泛用于肿瘤性病变的诊断与鉴别诊断。大量研究[3]证实，恶性肿瘤的平均ADC值明显低于良性肿瘤，在恶性肿瘤中，肿瘤组织的细胞增殖旺盛，细胞密度较高，异型性显著，细胞核浆比例较大，导致细胞外间隙减小,共同造成恶性肿瘤水分子扩散受限[4]，在DWI中呈现出扩散受限的高信号，ADC值减低，因此通过ADC值能定量反映肿瘤组织的细胞结构及其微观变化，从而判断ADC值与病理学分期及淋巴结转移间的关系[5]。ADC值至少需2个不同b值的DWI数据，在一定范围内随b值的增加，肿瘤组织与正常组织的对比度增加，肿瘤组织检出的敏感度和特异度均提高，测得的ADC值越准确。因此本研究参考b=1 000 s/mm2可较好地克服灌注、T2穿透效应对直肠癌DWI成像的影响，能更准确地反映扩散状态，是直肠癌DWI成像的最佳b值[6]，分别选取0 s/mm2和1 000 s/mm2，经过计算机自动分析获得ADC图，测出ADC值。本研究结果显示，随肿瘤T分期、Dukes分期的增加ADC值逐渐减低；有淋巴结转移者的ADC值低于无淋巴结转移者，差异均有统计学意义。直肠癌T分期、Dukes分期越高及在有淋巴结转移的患者，肿瘤的生长速度越快、浸润深度越大，越有可能伴结外肿瘤种植，增殖指数亦越高。DWI对诊断直肠癌T、Dukes分期及区域有无淋巴结转移有一定价值，此与之前研究[7，8]得出DWI可评价直肠癌病理学分期及淋巴结转移的结论一致。

DCE-MRI是在注射磁共振对比剂前、中、后连续扫描记录病灶信号强度随时间发生的变化,根据其药代动力学特征在分子水平上评价组织和肿瘤血管结构和功能特性,因而为观察直肠肿瘤血管属性提供了可能。本研究采用药代动力学Tofts模型[9]定量分析对比剂向肿瘤血管内和EES的扩散过程和分布，从而得到相关的血流动力学参数：Ktrans、Kep、Ve。Ktrans值代表对比剂由从血管泄漏到细胞外血管外间隙的速率，是反映肿瘤内新生血管形成程度的最常用定量参数[10]。本研究结果表明Ktrans值随肿瘤T分期、Dukes分期程度的增加而升高，有淋巴结转移者Ktrans值高于无淋巴结转移者，由于病理学分期越高及有淋巴结转移的直肠癌血管越不成熟，血管内皮生长因子的增加，从而诱导血管内皮细胞的增殖和迁移，使血管的完整性存在不同程度破坏或缺陷，血管通透性增大，导致对比剂渗出增加,Ktrans值升高。Ve值代表对比剂分子从血管内渗漏到EES的容积与整个EES容积的百分数。本研究结果显示，Ve值随肿瘤T分期、Dukes分期程度的增加而升高，有淋巴结转移者Ve值高于无淋巴结转移者，说明Ve值与组织的病理结构密切相关，与肿瘤组织微血管生成、细胞增殖程度和其内部结构相关。肿瘤病理学分期越高及有淋巴结转移者，肿瘤微血管渗透性越高，对比剂分子从血管内泄漏到血管外的量增多、占EES的比值增大，Ve值增大。Kep值代表渗漏到EES的对比剂分子流回血管内的通过率。本研究结果显示，Kep值与肿瘤T分期、Dukes分期及淋巴结转移无关。原因可能是肿瘤细胞的生长进展不一致，各种分期肿瘤生长程度的时间不一致，有所重叠，受血流灌注时间和空间上不平衡分布及细胞成分复杂等多种因素的共同影响。本研究中Ktrans值、Ve值对T分期、Dukes分期及有无淋巴结转移的直肠癌诊断效能较高；Kep值与肿瘤病理学分期及淋巴结转移无相关性。此与之前研究[11]结果一致，证实上述定量参数对判断直肠癌的病理学分期及淋巴结转移有一定价值。

综上所述，fMRI中DWI参数的ADC值及DCE-MRI定量参数Ktrans、Ve值与直肠癌患者的病理学分期及淋巴结转移有一定关系，ADC值反映肿瘤组织中水分子扩散能力，Ktrans、Ve值可提供肿瘤内部的微循环信息，fMRI参数能为直肠癌术前分期提供有价值的信息，为制定临床治疗方案提供参考依据。

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河北省科技计划资助项目(162777139)。

谭志斌(E-mail：1772145519@qq.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.09.014

R735.37

B

1002-266X(2017)09-0045-03

2016-08-29)