体素内不相干运动扩散加权成像评估中低分化直肠腺癌的初步研究

王裴培 王传彬 吴瑶媛 李乃玉 方昕 董江宁

直肠癌是常见的消化系统恶性肿瘤，其恶性程度及预后取决于肿瘤的分期及分级[1,2]。术前评估直肠腺癌的分化程度对临床治疗方案的选择和患者的预后具有重要价值。扩散加权成像（diffusion weighted imaging,DWI）是评估肿瘤恶性程度的主要手段，但其未能去除毛细血管内微循环灌注因素的影响，从而未能准确反映出水分子的真实扩散程度。体素内不相干运动扩散加权成像（intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging,IVIM-DWI）是基于传统DWI 衍生出的一项技术，可将水分子的扩散和血流微循环灌注分离出来并量化。本研究意在探讨IVIM-DWI 相关参数与直肠腺癌分化程度的关系，在常规高分辨MRI 扫描基础上，评估其在区分直肠腺癌分化程度的应用价值。

资料与方法

1.临床资料

收集2016年5月~2018年2月间我院拟诊为直肠癌的患者共60 例。纳入标准：（1）经手术病理证实为中、低分化直肠腺癌的患者；（2）术前均未行放疗或化疗等辅助治疗，所有患者均无肝、肺转移及远处淋巴结转移，肿瘤T 分期为T1及T2，能够在2 周内行手术切除；（3）患者肠道准备良好，图像质量及病灶显示较优；（4）均完成常规MRI和IVIM-DWI 检查。最终纳入研究的直肠腺癌病例47 例。依据肿瘤组织学上的结构特征，将分化好的腺体所占肿瘤的75%以上者为高分化，占25%~75%为中分化，少于25%为低分化。其中高分化组0 例，中分化组38 例，低分化组9 例，中-低分化腺癌依病理报告归为低分化腺癌组； 男35例，女12 例；年龄29~78 岁，平均（58.0±11.9）岁。本组未收集到手术病理证实的高分化直肠腺癌。

图1 男，50 岁，中分化直肠腺癌。a）轴位T2WI 示直肠肿物呈稍高信号(箭)；b）IVIM-DWI(b=2000 s/mm2)上病变呈高信号(箭)；c）~f）ADC、D、D* 和f 值分别为1.04×10-3 mm2/s、0.66×10-3 mm2/s、6.01×10-3 mm2/s、43.6%（伪彩图）；h)镜下示细胞排列较为紧密，见大小不等且形态不规则的细胞核（HE 染色）；g）矢状位T2WI 图2 女，65 岁，低分化直肠腺癌，a）轴位T2WI 示直肠肿物呈稍高信号(箭)；b）IVIM-DWI(b=2000 s/mm2)上病变呈高信号(箭)；c）~f）ADC、D、D* 和f 值分别为0.65×10-3 mm2/s、0.42×10-3 mm2/s 、5.92×10-3 mm2/s、49.5%（伪彩图）；h)镜下示肿瘤细胞异形性高、核浆比例大、深染，胞质稀少（HE 染色）；g）矢状位T2WI

2.MR 检查方法

采用GE Healthcare Signa HDXT 3.0 T MR 扫描仪，8 通道Torsor 相控阵线圈。检查前禁食4～6 h，检查前15 min 肌内注射丁溴东莨菪碱20 mg 以减少胃肠蠕动伪影。患者取仰卧位，足先进。主要检查序列包括：轴位T1WI、轴位高分辨T2WI、矢状位高分辨T2WI、 冠状位高分辨T2WI。T1WI 序列参数：TR 500 ms，TE 7.2 ms，NEX 1.0，视 野 （FOV）32 cm×32 cm，层厚6 mm，层间隔2 mm。T2WI序列参数：TR 3500 ms，TE 109.1 ms，NEX 4.0，视野24 cm×24 cm，层厚3 mm，层间隔1 mm。冠状位高分辨T2WI 序列参数：TR 1420 ms，TE 108.0 ms，NEX 4，视野24 cm×24 cm，层厚3 mm，层间隔0 mm。矢状位高分辨T2WI 序列参数：TR 2500 ms，TE 105.7 ms，NEX 4，视 野24 cm×24 cm，层 厚3 mm，层间隔0 mm。IVIM-DWI 序列参数：10个不同b值依次为0、10、20、50、100、200、400、800、1200、2000 s/mm2，TR 4000 ms，TE 65 ms，NEX 6。动态增强序列扫描参数，TR 6.3 ms，TE 2.0 ms，层厚4 mm，视野38 cm×34 cm，共采集7 期数据，先采集1 期平扫，10 s 后使用高压注射器注射对比剂钆喷酸葡胺（Gd-DTPA） 0.2 mmol/kg 体重，流率为2 ml/s。

3.图像分析和后处理

由2 名放射科高年资主治医师在GE AW 4.5 工作站利用Functool 软件进行数据分析处理，参照轴位高分辨T2WI 图像及LAVA-FLEX 增强序列，在IVIM-DWI（b=2000 s/mm2）的图像中进行肿瘤兴趣区（region of interest,ROI）勾画，测量过程中尽量选取肿瘤实性部分，避开囊变、出血及坏死区，ROI大小应至少覆盖肿瘤最大截面积的2/3[3]，软件自动产生IVIM各参数值（ADC 值、D 值、D* 值和f 值参数）及相应伪彩图，所有数据均测量3 次，取平均值（图1、2）。

4.统计学方法

采用SPSS 19.0 软件，首先检验IVIM-DWI 各参数值的正态性。符合正态分布的以均数±标准差（±s）表示，然后进行两独立样本t 检验；不符合正态分布则用中位数和四分位数间距表示，采用秩和检验进行两两比较；P＜0.05 为差异有统计学意义。以不同参数的受试者工作特征曲线（receiver operating characteristic curve,ROC）进行分析，选取诊断中、低分化直肠腺癌的最佳阈值、曲线下面积（area under the curve,AUC）、敏感度和特异度。

结 果

1.中分化组和低分化组直肠腺癌IVIM-DWI 序列各参数

中分化直肠癌组的ADC 值、D 值、D* 值和f值分别为（0.84±0.12）×10-3mm2/s、（0.62±0.12）×10-3mm2/s、（11.92±9.86）×10-3mm2/s、0.37±0.09，低分化直肠癌组上数值分别为（0.78±0.11）×10-3mm2/s、（0.42±0.11）×10-3mm2/s、（3.83±1.31）×10-3mm2/s、0.49±0.13。两组间的D 值、D* 值和f 值差异均有统计学意义（t 值 分别 为4.535、4.874、3.436，P＜0.05），ADC 值差异无统计学意义（t=1.23,P＞0.05）（表1）。

2.中分化组和低分化组直肠腺癌IVIM-DWI 序列各参数的诊断效能

当采用D 值、D* 值和f 值的阈值分别为0.73×10-3mm2/s、8.96×10-3mm2/s、0.43 时，诊断中分化及低分化直肠腺癌的AUC 最大，分别为0.923、0.898、0.803；D 值、D* 值和f 值的 敏感 度和特异度分别为92.1%、88.9%；71.1%、100%和77.8%、76.3%（表2）。ROC 曲线分析见图3，4。

讨 论

直肠癌的病理分级是影响其预后的重要因素之一，目前术前评估其病理分级的主要方式是肠镜下活检，但是肿瘤的异质性和活检取材的范围并不能全面准确地反映直肠腺癌的分化程度[5]。能谱CT 是近年来较为热门的新技术，其多模态、多参数的特点被认为能够在术前评估直肠癌的分化程度[26]，但由其辐射剂量大，并且易受分辨率的影响而难以在术前同时准确评估TNM 分期。3.0 T MR 常规扫描序列能够在术前较为准确的评估直肠癌的TNM 分期，IVIM-DWI 序列是MR 功能性成像技术，其应用于肿瘤分级的价值已有较多文献报道[26]，然而关于其在直肠腺癌术前分化程度的价值如何，目前尚无统一的标准。

表1 两组间的ADC 值、D 值、D* 值和f 值比较

表2 IVIM-DWI 参数D、D*、f 值评估中、低分化组直肠腺癌诊断效能

图3 IVIM-DWI 参数D 值、D* 值对中分化与低分化直肠腺癌的诊断效能，AUC 分别为0.923、0.898 图4 IVIM-DWI 参数f 值对中分化与低分化直肠腺癌的诊断效能，AUC 为0.8

1.传统单指数模型DWI 技术术前评估直肠腺癌分化程度的价值

DWI 是一种无创的MR 功能性成像技术，在判断肿瘤的良恶性方面具有重要的价值[6]。ADC值是反映DWI 序列病灶扩散受限程度的主要指标，一般认为ADC 值越低，其受限程度越高，然而ADC 值受水分子扩散和微循环血流灌注双重影响，因而在肿瘤分级中的应用价值如何具有很大的争议性。有学者等[7，8]研究表明直肠腺癌的ADC值与分化程度呈正相关，但是程蓉等[9]则提出相反的结论。本组资料亦显示中分化直肠腺癌的ADC 值高于低分化组，但其差异性并无统计学意义，这一结果与侯炜寰等研究相符[12，13]，因此笔者认为，ADC 值可以在一定程度上反映肿瘤的分化程度，但由于受微循环灌注的影响[10]，其真实价值有可能被高估。

2.双指数模型IVIM-DWI 技术术前评估直肠腺癌分化程度的价值

基于双指数模型的IVIM-DWI 序列是利用多个b 值来采集DWI 序列图像，可将水分子的扩散信息和血流微循环灌注信息分开，并且进行指标量化，能更准确的反映水分子扩散程度[10，11]。

本组资料显示9 例低分化组肿瘤实质区的真扩散系数D 值低于38 例中分化组，差异有统计学意义。可能因为低分化直肠腺癌细胞体积较大导致细胞外间隙较小，使组织内水分子的扩散能力受到制约，所以低分化直肠腺癌具有更低的D值。这也与部分学者[14-16]研究结果一致。但是中、低分化直肠腺癌的D 值仍有一定重叠，推测可能与以下因素有关：（1）直肠癌病理类型的复杂性。部分低分化直肠腺癌可能伴有少量的黏液腺癌，而黏液腺癌由于黏液成分丰富，组织内的细胞数较少，故水分子扩散受限程度较低，进而导致测得的D 值可能与中分化直肠腺癌难以区分。（2）直肠腺癌分化程度的判定的差异性。部分经病理结果证实为中-低分化直肠腺癌的病例直接被纳入低分化组，而由于肿瘤细胞的异质性，测量的区域可能为中分化腺癌，从而使低分化组的D 值与中分化组产生重叠。

根据IVIM-DWI 理论，D* 为假性扩散系数，代表体素内微循环灌注相关扩散运动，其值与平均血液流速和平均毛细血管区域长度呈正比。本研究得出低分化组直肠腺癌的D* 值低于中分化组，差异性有统计学意义，这与其他恶性肿瘤的研究结果相同[17,18]。这一方面可能是由于肿瘤分化程度越低，肿瘤发生脉管受侵的可能性越大，导致肿瘤微血管内间隙变小，故肿瘤血管的血流速度减低，D* 值下降。另一方面，由于D* 值对于宏观运动较为敏感，扫描前对患者进行低张处理可在一定程度上降低直肠病变区D* 值的噪声，从而提高了D* 在评估中低分化直肠腺癌中的价值。除了D*，代表体素内微循环灌注占总体灌注比值的f值也反映IVIM-DWI 灌注情况。本研究结果显示，低分化组直肠腺癌的f 值高于中分化组，说明肿瘤恶性程度越高，肿瘤血管生成越多，血供越丰富[11]，微循环灌注效应越大。

本研究对IVIM-DWI 参数D值、D*值及f 值术前中低分化直肠腺癌的鉴别诊断效能进行评估，得出D 值能提高鉴别直肠腺癌不同分化类型的敏感性，较D* 值、f 值具有较高的诊断效能。分析原因如下：有文献报道D* 值测量的可重复性较差，f 值易受回波时间、 弛豫时间等因素影响[19]。并且，文献报道低b 值时，图像的信噪比较好，D*值 、f值的计算值较准确[23~25]，而本研究中b值的选择也给D* 值和f 值的结果造成影响。

IVIM-DWI 作为可以从“扩散”和“灌注”两个方面反映肿瘤微观运动的序列，本组资料表明IVIM-DWI 相关参数值不仅可以在术前反映肿瘤的分化程度进而对手术方案的选择和疗效评估提供一定的参考，还具备更多的临床应用价值。比如应用IVIM-DWI 序列发现D 值在鉴别直肠癌淋巴结的转移有着较高的灵敏度和特异度[20]。应用IVIM-DWI 发现D 值的变化能反映直肠癌放疗前后的变化[21]，为早期疗效评估提供可靠的支持。

综上所述IVIM-DWI 序列的相关参数D 值、D* 值及f 值能在一定程度上反映直肠腺癌的分化程度。作为常规MR 的重要补充，IVIM-DWI 可以为直肠腺癌的治疗方案选择提供更多信息支持。

本研究的不足之处：（1）样本量少，且组间样本数量不一致，缺高分化直肠腺癌。（2）本研究将中-低分化腺癌归类为低分化腺癌，对数据将产生一定的影响。（3）b 值数目和数值的选择主要依据文献和经验，目前尚无明确的标准。