体素内不相干运动扩散加权成像参数值与子宫颈鳞癌病理分化相关性初步研究

李乃玉 王传彬 高 飞 韦 超 李信响 方 昕 周 辉 董江宁

MRI扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）在子宫颈癌分期及疗效评估中应用越来越广泛[1]，但是常规单指数模型扩散加权成像因不能够有效区分肿瘤真实水分子扩散和毛细血管网中血流微循环灌注，进而不能真实反映肿瘤真实水分子扩散受限的信息，而体素内不相干运动扩散加权成像（intravoxel incoherent motion diffusionweighted imaging，IVIM-DWI）是采用多b值获取一系列DWI图像，通过D值、D*值和f值从而分离出肿瘤组织的扩散和灌注信息，能够更加全面地反映肿瘤组织水分子扩散及灌注特性。本文旨在初步探讨IVIM-DWI磁共振技术与子宫颈鳞癌病理分化的相关性，初步评估子宫颈鳞癌分化程度及血流灌注，从而帮助临床制定合理的治疗方案。

方 法

1.临床资料

本组的73例研究对象是2015年11月～2017年11月来我院就诊的子宫颈鳞癌患者，年龄27～73岁。根据病理结果分为高分化组7例（含中高分化），中分化组23例，低分化组43例（包含中低分化）。纳入标准：①病理活检确诊为宫颈鳞癌并已确定病理分级；②MRI检查前未经任何治疗方法干预；③MRI显示可测量病灶；④签署知情同意书。

2.扫描方法

所有研究对象均采用GE Signa 3.0T HDxt MR扫描仪检查。采用MR平扫、IVIM-DWI（b=0、20、40、60、100、200、400、800、1000、2000s/mm2）及LAVA-Flex动态增强扫描，增强对比剂为钆喷酸葡胺（Gd-DTPA）0.1mmol/kg，注射流速为2.0ml/s，部分扫描序列及参数如表1。

3.图像分析感兴趣区（region of interest，ROI）选取

应用GE ADW4.5后处理工作站Functool-MADC软件，由两位高年资放射科主治医师随机分配测量，在b值为1000s/mm2序列中根据肿瘤的大小、勾画选取合适的ROI，并避开肿瘤坏死区及宫颈管区，至少测量三次，取其平均值作为统计学数据。

4.统计学方法

采用SPSS 17.0软件进行统计学分析。①先进行Kolmogorov-Smirnov正态分布检验，D、D*及f值三组数据均符合正态分布，用 x ±s表示；②再进行单因素ANOVA方差齐性检验，三组数据方差不齐，故采用K-样本独立样本非参数检验，总体间比较采用Kruskal-WallisH(K)检验，检验标准调整为α'=0.05/3；③组间差异具有统计学意义者采用Mann-Whitney 检验进行组内两两比较；④采用Spearman秩相关分析IVIM-DWI三组参数值和子宫颈鳞癌病理分化的相关性，r为0.71～1.00表示高度相关，r为0.41～0.70表示中度相关，r≤0.40为低度相关。P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.73例子宫颈鳞癌

低分化组43例（图1～3A）：D值(0.50±0.08)××10-3mm2/s、D*(8.55±1.39)×10-3mm2/s、f 值(37.87±13.12)%。中分化组（图1～3B）23例：D值（0.63±0.11）×10-3mm2/s、D*值 (18.50±2.71)×10-3mm2/s、f值 (23.24±2.75)%。高分化组 7 例（图1 ～ 3C）：D 值 (0.80±0.07)×10-3mm2/s、D*值(41.25±15.58)×10-3mm2/s、f值 (13.81±2.26)%。

不同病理分化组之间的D、D*及f值额异具有统计学意义（P＜0.05)（表1、2）。D值及D*值与子宫颈癌病理分化呈中度及高度正相关，r分别为（0.739和 0.870，P值分别为 0.000和 0.000），而 f值与病理分化呈中度负相关（r=-0.674，P=0.000）（图1～3D）。

图A～E分别为ROI选择ADC图、D值、D*值、f值及病理图片。图1 53岁，病理为低分化，细胞异形性高、胞质稀少：D值0.473×10-3mm2/s 、D*值7.11×10-3mm2/s、f值37.7%。图2 67岁，病理为中分化，细胞核大、不规则，胞质不丰富：D值0.505×10-3mm2/s、D*值15.533×10-3mm2/s、f值25.1%。图3 59岁，病理为高分化，细胞分化成熟，可见丰富的嗜酸性胞质：D 值 0.734×10-3mm2/s、D*值 38.933×10-3mm2/s、f值 10.5%。

图4 f值ROC 曲线下面积0.868。图5 D值及D*值曲线下面积分别为0.739和0.866。图6 D值及D*曲线下面积分别为 0.976 和 0.985。

表1 扫描参数

表2 不同病理分化宫颈鳞癌IVIM-DWI（D值、D*值和f值）扫描参数结果比较

表3 D（10-3mm2/s）值、D*（10-3mm2/s）值和f（%）值组间参数结果比较

2.各参数诊断效能曲线

f值ROC曲线下面积为0.868，以28%为最佳诊断阈值时，诊断低分化宫颈鳞癌的敏感度和特异度分别为79.1%和100%（图4）。D值及D*值曲线下面积分别为 0.739和 0.866（图 5），以（D=0.55、D*=13.31）为最佳诊断阈值时，诊断中分化宫颈鳞癌的敏感度和特异度分别为（87.0%和70.0%、100%和86%）（图1～3E）。D值及D*值曲线下面积分别为 0.976和 0.985（图 6），以（D=0.72、D*=19.91）为最佳诊断阈值时，诊断高分化宫颈鳞癌的敏感度和特异度分别为（100%和93.9%、100%和89.4%）（图1～3F）。

讨 论

1.IVIM-DWI成像的基本原理及其反映肿瘤分化的可能性

对于生物组织而言，水分子的扩散运动用于描绘组织的特性，而毛细血管网中血流的微循环代表灌注。IVIM-DWI是一种基于双指数模型描述体素微观运动的成像方法，在IVIM-DWI参数中，D（diffusion）值为真扩散系数，反映组织中相对真实的水分子的扩散状态；D*（perfusion）为假扩散系数，反映毛细血管网的微循环血流灌注情况代表；f值为灌注分数（perfusion f），表示体素内微循环灌注效应占总体扩散效应的容积百分比[2-3]。国内外学者[4-5]将IVIM-DWI应用于子宫颈癌组织与正常宫颈组织的比较，其结果是D值、D*值及f值对于区分癌组织和正常宫颈组织有很大的潜力，能够很好地反映子宫颈癌细胞的密集度和核浆比，所以有可能间接地反映恶性肿瘤组织分化程度。

2.IVIM-DWI参数中D、D*及f值与子宫颈鳞癌病理分化的相关性初步探讨

不同分化子宫颈鳞癌组织具有不同的组织结构：高分化鳞癌最显著特点是细胞分化成熟，具有丰富的胞质；中分化鳞癌的细胞核大而不规则，胞质不丰富；低分化鳞癌细胞异形性更高，胞质稀少。我们知道，D值主要反映组织中相对真实水分子的布朗运动，它的主要影响因素是细胞外间隙及细胞内水分子扩散，随着子宫颈癌分化程度的提高，其细胞内外间隙扩大导致水分子运动受限减低，表现为D值的增加。本组中随着子宫颈癌病理分化的提高，D值与其呈高度正相关，其结果与肿瘤细胞密度减少、细胞内外间隙明显增大、组织内自由水增加等原因致水分子扩散受限密切相关相符合[6]。本研究中，利用ROC曲线分析D值在对低、中、高分化子宫颈鳞癌的诊断效能评估中发现：尽管各分化组子宫颈鳞癌的D值均存在明显的差异，但是在低分化组中，D值诊断效能较低，AUC为0.116；不同的是在中、高分化组中，D值的AUC分别为0.739及0.976，说明反映细胞密集度为主的扩散系数D值具有较大意义，提示不同分化的子宫颈鳞癌的水分子扩散运动有较明显差异，与部分学者[7-8]研究发现D值与子宫颈鳞癌分化程度呈正相关相符合。

在生物组织中，灌注就是动脉血管将有营养的物质传递给毛细血管床的过程，而f值主要反映微循环血流灌注的比值，与肿瘤微血管生成的密度紧密相关。通过我们的初步研究发现，子宫颈鳞癌分化越低、f值越高，说明分化越低肿瘤的灌注所占的比例越高，与周延等[9]的研究报道一致。在ROC曲线对f参数诊断效能评估中发现：f值的AUC为0.868，以28%为最佳诊断阈值时，诊断低分化宫颈鳞癌的敏感度和特异度分别为79.1%和100%，说明了分化越差的肿瘤其肿瘤微血管密度越高，与Lee等[10]试验研究相符合，即f值与肿瘤微血管密度（microvessel density，MVD）及血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）密切相关。

本组研究中，我们发现D*值与子宫颈鳞癌分化呈高度正相关，也就是说分化越高的子宫颈鳞癌其血流灌注影响就越高，笔者分析认为其原因可能与肿瘤微血管血流速度相关。Federau等[11]在研究大脑IVIM-DWI灌注参数中发现，影响灌注D*值的因素较多，比如：血流速度、血流压力，导致其研究结果D*值与脑胶质瘤的分级无统计学差异，说明可能会导致大量的不成熟的新生血管毛细血管网，这些不成熟的毛细血管产生脉管癌栓的程度会随着肿瘤分化减低而升高，进而导致血流速度低于分化好的肿瘤，而D*值主要反映血管内水分子扩散运动的能力，可能与血流速度有关，脉管癌栓形成则会导致血管内间隙缩小，所以可能会导致D*值随着分化程度增高而增高，当然这方面理论基础需要进一步的研究。在ROC曲线对D*参数诊断效能评估中发现：在中、高分化组中，D*的AUC分别为0.866和0.985，在反映中高分化组血流灌注方面具有很好的敏感性和特异性，与Liu等[12]研究发现VEGF与子宫颈癌的分化程度呈负相关相符合。

3.D、D*及f值与子宫颈鳞癌病理分化的相关性研究在临床应用中的价值展望

对于Ⅱb期及以上的子宫颈癌，只能够行综合放化疗，所以在这些不能够手术的患者中，早期无创性准确评估子宫颈癌病理生理的特征，关系到子宫颈癌治疗方案的制定和对预后的预判[13]。肿瘤组织的生长、侵犯及转移，与肿瘤组织本身的组织分化及血管的生成相关[14]，要想早期评估肿瘤组织的病理生理变化，则需要进行有创的内镜活检，而IVIM-DWI是一种无创性的磁共振功能检查技术，通过我们的研究发现f值能够很好地反映低分化子宫颈癌的灌注特性，D值及D*值可以很好地反映中高分化子宫颈癌的细胞密集度及灌注特性，能够早期评估肿瘤组织的细胞密集度及血流灌注有无减少等情况，达到早期评估肿瘤疗效的目的。

本研究不足之处：本研究的局限性在于纳入高分化组研究的样本量偏少，在以后的研究中，将加大样本量收集进行进一步研究。

综上所述，IVIM模型中的D值、D*值及f值在评估子宫颈鳞癌分化程度及血流灌注方面具有一定的特征，能够帮助临床早期评估子宫颈癌放化疗疗效，从而帮助临床制定合理的治疗方案。