扩散峰度成像定量参数鉴别子宫内膜浆液性腺癌与内膜样腺癌的价值

2018-04-19田士峰刘爱连宋清伟鞠烨朱雯汪禾青李烨黄侃

中国医学影像学杂志 2018年2期

田士峰，刘爱连，宋清伟，鞠烨，朱雯，汪禾青，李烨，黄侃

田士峰1，刘爱连1*，宋清伟1，鞠烨1，朱雯2，汪禾青1，李烨1，黄侃1

1.大连医科大学附属第一医院放射科，辽宁大连 116011； 2.大连医科大学附属第一医院病理科，辽宁大连 116011；

探讨MR扩散峰度成像（DKI）定量参数对子宫内膜浆液性腺癌（SA）与内膜样腺癌（EA）的鉴别价值。回顾性分析经手术病理证实的14例SA和20例EA患者的资料，所有患者均行1.5T MRI检查，扫描序列包括T1WI、T2WI、DKI和LAVA。应用Functool软件对DKI图像进行重建，由2名观察者分别测量两组病灶实质区各DKI参数值，包括平均扩散峰度值（MK）、平行扩散峰度值（Ka）、垂直扩散峰度值（Kr）、峰度各向异性分数（FAk）、平均扩散系数值（MD）、平行扩散系数值（Da）、垂直扩散系数值（Dr）及各向异性分数（FA）。分析2名观察者各参数测量结果一致性，比较两组各参数值，采用受试者工作特性（ROC）曲线评估各参数值鉴别两组病灶的效能。2名观察者测得两组病灶各参数值的一致性良好（ICC>0.75）。SA组的MK、Ka、Kr、FAk、MD、Da、Dr、FA值分别为1.10 ± 0.23、1.17 ± 0.36、0.91 ± 0.21、0.42 ± 0.11、（1.53 ± 0.43）μm2/ms、（1.96 ± 0.56）μm2/ms、（1.32 ± 0.38）μm2/ms、0.26 ± 0.05，EA组各参数值分别为0.82 ± 0.18、0.84 ± 0.21、0.76 ± 0.18、0.29 ± 0.08、（2.36 ± 0.62）μm2/ms、（2.89 ± 0.81）μm2/ms、（2.09 ± 0.53）μm2/ms、0.21 ± 0.06，SA组的MK、Ka、Kr、FAk、FA值大于EA组，MD、Da、Dr值小于EA组，差异有统计学意义（<0.05）。MK、Ka、Kr、FAk、MD、Da、Dr、FA值预估SA的曲线下面积分别为0.830、0.754、0.713、0.864、0.893、0.852、0.920、0.779，MK ≥ 0.85、Ka ≥ 1.15、Kr ≥ 0.82、FAk ≥ 0.35、MD ≤ 1.93 μm2/ms、Da≤2.49 μm2/ms、Dr≤1.66 μm2/ms、FA≥0.24为预估SA的界值。DKI定量参数有助于鉴别SA和EA，具有一定的临床应用价值。

子宫内膜肿瘤；腺癌；磁共振成像；扩散加权成像；图像处理，计算机辅助；诊断，鉴别

不同组织学类型子宫内膜癌（endometrial cancer，EC）的预后及治疗方式不同，浆液性腺癌（serous adenocarcinoma，SA）较内膜样腺癌（endometrioid adenocarcinoma，EA）侵袭性高，更易浸润深肌层及脉管间隙，发生宫外扩散及淋巴结转移，5年生存率较EA低，治疗主要采用子宫全切术加系统性淋巴结清除、细胞减灭术，并常规辅以放化疗[1]。因此，在治疗前准确预估EC的组织学类型极为重要。目前，术前判断EC的组织学类型主要依靠诊断性刮宫，但当SA以腺样结构为主时易被误判为EA[2]。扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）为MR功能成像，可更为精准地反映组织内水分子的非高斯分布扩散状态及组织微观结构的变化[3]，目前已应用于肝、肾、前列腺、直肠等器官[4-7]。本研究拟探讨DKI定量参数鉴别SA与EA的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象回顾性分析2014年7月—2017年7月于大连医科大学附属第一医院行MR检查，并经术后病理证实为SA和EA患者的资料。纳入标准：①MR检查后2周内完成手术并具有完整的临床、病理资料；②检查前未接受放化疗及其他治疗；③病灶直径≥1 cm；④MR图像质量良好。最终纳入SA 14例，EA 78例，随机在EA患者中选取20例进行研究。

SA组患者年龄48~77岁，平均（60.9±7.6）岁；绝经前2例，绝经后12例。EA组患者年龄34~78岁，平均（57.5±10.5）岁；绝经前6例，绝经后14例。14例SA均表现为内膜弥漫性增厚，厚度1.0~3.3 cm，其中3例填满宫腔。20例EA中15例表现为内膜弥漫性增厚，厚度1.0~3.6 cm，其中2例填满宫腔；另有5例表现为局限肿块，最大径1.0~5.2 cm。依据2009 FIGO标准[8]，病理分级及分期见表1。所有绝经前患者临床表现主要为经量增多、经期不规律等；绝经后患者临床表现主要为不规则阴道流血。佩戴节育环的患者于检查前1 d取环，所有患者均无MR检查禁忌证。

表1 不同组织学类型子宫内膜癌的病理分级和分期（例）

注：SA无病理分级

1.2 仪器与方法采用GE Signa HDxt 1.5T MR超导型扫描仪，体部8通道相控阵线圈。检查前禁食4~6 h减少胃肠道蠕动，并于检查前饮水约500 ml使膀胱适度充盈。扫描序列：①横轴位T1WI序列：采用快速扰相梯度回波（FSPGR）序列，TR/TE 400/8.0 ms，矩阵 320×192，激励次数（NEX） 2.0，扫描时间约100 s。②横轴位T2WI序列：采用快速自旋回波序列， TR/TE 4000/125 ms，矩阵 320×192， NEX 4.0，扫描时间约143 s。③横轴位DKI序列：采用单次激发自旋回波平面回波序列，TR/TE 3000/98 ms，矩阵 128×128，NEX 2.0，b值取0、1000 s/mm2和2000 s/mm2，在15个正交方向施加扩散梯度，扫描时间约180 s。上述序列层厚5.0 mm，间隔l.0 mm，视野（FOV）32 cm×32 cm。④矢状位肝脏快速容积成像（liver acquisition with volume acceleration，LAVA）动态增强扫描：TR/TE 3.7/1.8 ms，TI 7.0 ms，反转角20°，NEX 0.7，矩阵 272×180，FOV 40 cm×40 cm，层厚4.0 mm，层间隔2.0 mm，采集时间209 s，采用双筒高压注射器经肘静脉注射钆喷酸替葡甲胺，注射剂量0.1 ml/kg，速度2 ml/s。分别于注射药物后16、32、48、64 s各进行1次扫描，最后于注药300 s后行延迟扫描。

1.3 图像分析与数据测量由1名放射科住院医师（观察者1）记录病灶病理类型、病理分级、临床分期等一般资料，同时记录肿瘤的生长方式（弥漫性增厚或局限肿块）及大小。将DKI序列原始图像数据传送至AW 4.6工作站，由观察者1和另一名放射科主治医师（观察者2）采用盲法分别完成数据测量。应用Functool软件进行DKI图像重建，获得平均扩散峰度（mean kurtosis，MK）、平行扩散峰度（axial kurtosis，Ka）、垂直扩散峰度（radial kurtosis，Kr）、峰度各向异性分数（fractional anisotropy of kurtosis，FAk）、平均扩散系数（mean diffusivity，MD）、平行扩散系数（axial diffusivity，Da）、垂直扩散系数（radial diffusivity，Dr）及各向异性分数（fractional anisotropy，FA）图（图1、2）。选择病灶最大截面的肿瘤实质区（LAVA序列所对应的均匀强化区）勾画圆形感兴趣区（ROI），避开坏死、出血及伪影区，在同一层面放置3个大小约1.0 cm2的ROI，取其平均值。3个ROI均放置于各图的相同层面、相同位置。

1.4 统计学方法采用SPSS 17.0软件，对2位观察者DKI各参数测量结果的一致性用组内相关系数（intraclass correlation coefficients，ICC）分析，ICC<0.40为一致性差，0.40≤ICC<0.75 为一致性中等，ICC≥0.75 为一致性良好，取2名观察者测量结果平均值进行分析。采用独立样本检验比较两组各参数值的差异，<0.05表示差异有统计学意义。采用受试者工作特性（ROC）曲线评估各参数对两组病灶的鉴别诊断效能，计算曲线下面积（area under curve，AUC），并根据最大约登指数确定界值及其相应敏感度、特异度。

2 结果

2.1 数据测量一致性及两组病灶各DKI参数值比较2名观察者测得两组病灶的DKI各参数一致性检验结果见表2。2名观察者所测各数据一致性均很好，各参数ICC>0.75。SA组与EA组各参数值及比较结果见表3。SA组的MK、Ka、Kr、FAk、FA值大于EA组，MD、Da、Dr值小于EA组，差异均有统计学意义（<0.05）。

2.2 各参数鉴别两组病灶的效能各参数鉴别两组病灶的AUC、预估SA的界值、敏感度及特异度见表4及图3。

表3 不同组织学类型子宫内膜癌组间各参数值比较（±s）

分组例数MKKaKrFAkMD（μm2/ms）Da（μm2/ms）Dr（μm2/ms）FA SA组141.10±0.231.17±0.360.91±0.210.42±0.111.53±0.431.96±0.561.32±0.380.26±0.05 EA组200.82±0.180.84±0.210.76±0.180.29±0.082.36±0.622.89±0.812.09±0.530.21±0.06 t值3.9163.0272.2333.971－4.310－3.703－4.6772.669 P值<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05

表4 各参数值的AUC、界值、敏感度及特异度

3 讨论

扩散加权成像（DWI）是目前EC术前检查中成熟而重要的功能MRI序列，该序列从微观水平反映了组织中水分子扩散运动的快慢，通过表观扩散系数（ADC）值反映水分子扩散受限程度[9]。扩散张量成像（DTI）在DWI的基础上演变拓展而来，增加了反映组织内水分子扩散方向性的FA值[10]。DWI及DTI序列应用的前提是组织内水分子的运动符合高斯分布扩散，然而人体组织在各种微观结构及复杂内环境的作用与影响下，水分子的扩散运动很难完全符合高斯分布。DKI是DWI及DTI序列的延伸，是基于非高斯分布模型的一种MRI技术，其优势在于可以更为精准地反映组织内微环境变化，量化水分子非高斯分布扩散所产生的偏差，并提供多个量化参数[11]。

图3 MK、Ka、Kr、FA、FAk（A）及MD、Da、Dr（B）预估SA的ROC曲线

本研究中2名观察者测量数据的ICC值均>0.75，提示DKI序列各参数测量数据稳定性良好。本研究显示，SA组的MK、Ka、Kr值大于EA组（<0.05）。MK值代表空间各方向上扩散峰度值的平均值，真实反映了高斯分布的水分子扩散位移与组织水分子扩散位移之间的偏离程度[12]，其大小与组织的结构复杂程度呈正相关。由于SA较EA更高地表达Ki-67、血管内皮生长因子等[13-14]，引起SA的肿瘤细胞增殖及有丝分裂更为活跃，肿瘤新生血管更为丰富，肿瘤生长更为迅速，上述因素均增加了水分子扩散微环境的复杂性，导致SA组的MK值大于EA组。Ka值代表扩散张量长轴方向上的扩散峰度值，Kr值代表垂直于扩散张量长轴方向上的平均扩散峰度值[15]，两者同样与组织复杂程度成正比，因此本研究中SA组的Ka、Kr值亦大于EA组。

本研究中SA组的MD、Da、Dr值小于EA组（<0.05），其原因为MD、Da、Dr值与水分子运动自由程度成正比。由于SA细胞核大、形态不规则，嗜酸性细胞质明显多于EA[16]，因此SA细胞排列较EA更为紧密，细胞外间隙减小，水分子扩散受限程度增加。此外，SA细胞增殖的程度与能力高于EA，进一步增加SA的细胞密度及水分子扩散受限程度，上述因素均导致SA组MD、Da、Dr值降低。

FA值反映了组织内水分子运动的各向异性程度，与组织纤维束的完整性及方向的一致性密切相关[17]。FAk值与FA值类似，它代表扩散张量3个轴方向上扩散峰度值之间的各向异性，其影响因素包括纤维束完整性、介质的黏度、分子间距离等[18]。本研究中SA组的FA及FAk值大于EA组（<0.05），其原因为由于SA异形细胞常排列成乳头状、筛状结构[19]，使得水分子运动具有一定方向性，即SA更具各向异性，因此其FA、FAk值高于EA。本研究中MK、MD、Da、Dr、FAk预估SA的AUC均>0.80，可与EA有效鉴别。

总之，DKI作为MR非增强功能成像序列，可提供多个有效鉴别SA和EA的定量参数，有很好的临床应用前景。但由于样本量过少，透明细胞癌、未分化癌等其他组织学类型的EC未纳入研究，应增加样本量进一步研究。

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（本文编辑周立波）

Quantitative Parameter of Diffusion Kurtosis Imaging in Differentiating Uterine Serous Adenocarcinoma from Endometrioid Adenocarcinoma

TIAN Shifeng1, LIU Ailian1*, SONG Qingwei1, JU Ye1, ZHU Wen2, WANG Heqing1, LI Ye1, HUANG Kan1

To evaluate the diagnostic value of quantitative parameter of diffusion kurtosis imaging (DKI) in differentiating uterine serous adenocarcinoma (SA) from endometrioid adenocarcinoma (EA). Materials andFourteen SA and 20 EA patients who were verified by surgical pathology were retrospectively analyzed. All patients received 1.5T MRI examination and scanning sequence included T1WI, T2WI, DKI and LAVA. Functool software was taken to reconstruct DKI images and the DKI parameters of focus area in two groups were measured by two observers, including mean kurtosis (MK), axial kurtosis (Ka), radial kurtosis (Kr), fractional anisotropy of kurtosis (FAk), mean diffusivity (MD), axial diffusivity (Da), radial diffusivity (Dr) and fractional anisotropy (FA). The consistency of parameters between two observers was analyzed, and the parameters between the two groups were compared. The receiver operating characteristic (ROC) curve was used to evaluate the effectiveness of each parameter in determining focus in each group.Each focus parameter in the two groups obtained by two observers were of good consistency (ICC>0.75). Value of MK, Ka, Kr, FAk, MD, Da, Dr and FA in SA group was 1.10±0.23, 1.17±0.36, 0.91±0.21, 0.42±0.11, (1.53±0.43) μm2/ms, (1.96±0.56) μm2/ms, (1.32±0.38) μm2/ms and 0.26±0.05 respectively, and those in EA group were 0.82±0.18, 0.84±0.21, 0.76±0.18, 0.29±0.08, (2.36±0.62) μm2/ms, (2.89±0.81) μm2/ms, (2.09±0.53) μm2/ms and 0.21±0.06 respectively. Value of MK, Ka, Kr, FAk and FA in SA group was higher than that in EA group while value of MD, Da and Dr was lower than that in EA group (<0.05). Area under curve of SA estimated through value of MK, Ka, Kr, FAk, MD, Da, Dr and FA was 0.830, 0.754, 0.713, 0.864, 0.893, 0.852, 0.920 and 0.779. MK≥0.85, Ka≥1.15, Kr≥0.82, FAk≥ 0.35, MD≤1.93 μm2/ms, Da≤2.49 μm2/ms, Dr≤1.66 μm2/ms and FA≥0.24 was the dividing value of estimated SA.Quantitative parameter of DKI can assist with identification of SA and EA and was of certain clinical application value.

Endometrial neoplasms; Adenocarcinoma; Magnetic resonance imaging; Diffusion weighted imaging; Image processing, computer-assisted; Diagnosis, differential

R445.2；R711.7

10.3969/j.issn.1005-5185.2018.02.010

2017-10-23

2017-12-28