3.0T MR IVIM-DWI在宫颈癌诊断及临床分期中的价值

李志森， 张继斌， 王宏， 陈雪， 钱伟亮， 钱鑫

宫颈癌是女性常见的妇科肿瘤，发病率居全球女性恶性肿瘤的第二位[1]。早期诊断和准确分期对于宫颈癌患者的治疗及预后具有重要意义。MR DWI虽已广泛应用于宫颈癌的诊断、分期及疗效评估[2-3]，但由于人体组织内微循环灌注的影响，DWI单指数模型参数ADC值并不能真实反应组织内水分子的扩散信息[4]。基于双指数模型的体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion，IVIM)成像可以有效区分组织内水分子运动的“真扩散”和微循环灌注的“假扩散”成分。本研究旨在探讨IVIM-DWI定量参数在宫颈癌诊断及临床分期中的应用价值。

材料与方法

1.研究对象

连续收集2017年1月-12月在本院就诊的宫颈癌患者的影像资料。纳入标准：①常规MRI及IVIM-DWI扫描，且MRI检查前未接受任何治疗；②所有受检者均于MRI检查后1个月内，经手术或活检病理证实为宫颈癌；③宫颈癌病灶最大径≥1 cm；④MRI各序列图像清晰，满足影像诊断及后处理要求。排除标准：①宫颈癌病灶较小(最大径<1 cm)，无法准确勾画病灶；②无手术或活检病理结果。本研究中共纳入宫颈癌患者32例，年龄27～76岁，平均(52.0±12.0)岁；其中鳞癌28例，腺癌3例，腺鳞癌1例。以手术及活检病理结果作为金标准，根据国际妇产科联盟(International Federation of Gynecology and Obstetrics，FIGO)2009年分期标准[5-6]，本研究中宫颈癌患者的临床分期：Ⅰb期12例，Ⅱa期13例，Ⅱb期6例，Ⅲ期1例，Ⅳ期0例。搜集同期因子宫肌瘤、卵巢良性病变 等其它盆腔疾病就诊的16例宫颈正常患者均经妇科常规及细胞学检查排除宫颈病变，且MRI平扫及动态增强扫描显示宫颈形态、大小及信号均无明显异常作为对照组，年龄24～71岁，平均(51.9±13.6)岁。所有被试对本次研究内容知情同意且均无MRI检查禁忌证。

2.MRI设备和扫描方法

使用Siemens Skyra 3.0T MR扫描仪和18通道体部线圈。扫描序列及参数如下。①横轴面TSE-T1WI：TR 500 ms，TE 11 ms，层厚8 mm，层间距0 mm，视野240 mm×240 mm，激励次数1；②横轴面TSE-T2WI：TR 2980 ms，TE 104 ms，层厚8 mm，层间距0 mm，视野240 mm×240 mm，激励次数2；③横轴面FS-T2WI：TR 3020 ms，TE 101 ms，层厚8 mm，层间距0 mm，视野240 mm×240 mm，激励次数2；④矢状面TSE-T2WI：TR 6070 ms，TE 104 ms，层厚5 mm，层间距0 mm，视野240 mm×240 mm，激励次数2；⑤IVIM-DWI序列：b值分别为0、50、100、150、200、400、800和1000 s/mm2，共8组b值，TR 3900 ms，TE 70 ms，层厚3.5 mm，层间距0 mm，视野200 mm×200 mm，扫描时间约3 min。

3.图像后处理及数据测量

将IVIM-DWI图像导入第三方软件(MITK-Diffusion)进行后处理分析。结合T2WI确定病灶位置，手动勾画感兴趣区(region of interest，ROI)，经软件自动计算出ROI的各项IVIM-DWI定量参数值，并生成双指数模型拟合曲线图及各项定量参数伪彩图(图1～2)。定量参数包括纯扩散系数(pure apparent diffusion coefficient，D)、伪扩散系数(pseudo-apparent diffusion coefficient，D*)和灌注分数(perfusion fraction，f)。ROI勾画原则：①宫颈癌组：在b值为1000 s/mm2的DWI图像上选择病灶实性部分且信号均匀处勾画ROI，ROI面积≥20 mm2，避开明显的坏死、囊变区；②宫颈正常组：在宫颈最大层面及其上下相邻层面，沿宫颈内膜勾画ROI，包含结合带及肌层；③宫颈癌组及宫颈正常组的ROI均测量3次，取平均值作为最终测量值。

4.统计学分析

图1 患者，女，47岁，宫颈鳞癌FIGO分期Ⅰb期。a)T2WI示宫颈前后唇有中等信号灶(箭)；b) DWI示宫颈癌病灶呈明显高信号(箭)； c) 参数f的伪彩图，示宫颈癌病灶呈蓝色信号(箭)； d) IVIM-DWI模型拟合曲线图，显示D值为0.83×10-3mm2/s，D*值为17.39×10-3mm2/s，f值为10.99%。 图2 患者，女，45岁，宫颈鳞癌FIGO分期Ⅱb期。a)T2WI示宫颈前后唇有中等信号灶，边界欠清(箭)； b) DWI示宫颈癌病灶呈明显高信号(箭)； c) 参数f的伪彩图，示宫颈癌病灶呈蓝色信号(箭)； d) IVIM-DWI模型拟合曲线图，显示D值为0.77×10-3mm2/s，D*值为18.88×10-3mm2/s，f值为8.49%。

结 果

1.宫颈癌组与宫颈正常组的比较

宫颈癌组与宫颈正常组的的IVIM-DWI定量参数值机组间比较结果见表1。宫颈癌组的D和f值均低于宫颈正常组，差异有统计学意义(P<0.001)，而D*值在两组间的差异无统计学意义(P>0.05)。

表1 宫颈癌组与宫颈正常组IVIM-DWI定量参数值的比较

2.FIGO早期和晚期宫颈癌组的比较

FIGO分期早期和晚期宫颈癌IVIM-DWI定量参数值及组间比较结果见表2。D、D*和f值在两组间的差异均无统计学意义(P>0.05)。

表2 FIGO早、晚期宫颈癌组的IVIM-DWI定量参数值的比较

3.IVIM-DWI定量参数对宫颈癌的诊断效能

D值诊断宫颈癌的AUC为0.952，当诊断阈值为0.9×10-3mm2/s时，敏感度和特异度分别为87.50%和93.75%；f值的AUC为0.981，以13.63%作为诊断阈值时，敏感度和特异度分别为93.75%和100%(图3)。

图3 定量参数D、f的ROC曲线图，示其AUC分别为0.952和0.981，表明2个参数具有较高的诊断效能。

讨 论

DWI基于传统的扩散理论，即水分子在生物体内呈无规则的布朗运动。恶性肿瘤增殖活跃，细胞密度及细胞内大分子物质增加，水分子在细胞内外的扩散运动受限，DWI单指数模型参数ADC值可定量分析病变组织内水分子扩散信息，目前已广泛应用于宫颈癌的诊断、分期及预后评估[2-3]。但是，由于人体组织内细胞结构的复杂性以及毛细血管血流灌注的影响，水分子在细胞内外的扩散运动并不完全符合高斯分布，因此ADC值并不能真实反映组织内水分子的扩散信息[4]。Le Bihan等[7]于20世纪80年代首先提出了IVIM理论。IVIM理论基于生物体内的微观运动可以分为两部分：一部分为细胞内及细胞间的水分子扩散，另一部分为毛细血管内的血流灌注。采用多b值DWI成像及双指数模型算法，可以很好地区分水分子的扩散运动和毛细血管的灌注成分，在不注射对比剂的情况下，同时获得反映病变组织内水分子扩散和血流灌注的定量参数，包括纯扩散系数(D)，反映体素内纯水分子扩散信息；伪扩散系数(D*)，反映体素内微循环灌注信息；灌注分数(f)，代表体素内微循环灌注效应占总体扩散效应的百分比。

IVIM-DWI定量参数中D值反映了组织内水分子的扩散信息。本研究结果显示，宫颈癌组的D值为(0.81±0.12)×10-3mm2/s，宫颈正常组的D值为(1.17±0.15)×10-3mm2/s，宫颈癌组的D值低于宫颈正常组(P<0.001)，这与Lee等[8]、程楠等[9]学者的研究结果一致。与正常宫颈组织相比，宫颈癌细胞增殖旺盛，细胞数量及细胞内蛋白质等大分子物质合成增加，使得水分子在细胞内外的扩散运动受限，因此宫颈癌组的D值减低，提示D值可以区分宫颈癌与正常宫颈组织。IVIM-DWI定量参数D*和f均反映组织的血流灌注信息，D*值与血流速度有关，而f值与血容量有关[10]。多数学者研究认为D*值在宫颈癌组与正常宫颈组间无统计学差异[8,11-12]，本组研究也表现出类似的结果。但也有学者的研究结果显示宫颈癌组的D*值低于正常宫颈组[13]。导致分析上述研究结果出现分歧的原因：①D*值的稳定性及测量重复性差[14-15]，这使得D*值的测量存在一定的偏差；②各研究组间MRI设备和所选取的b值不同，导致研究结果缺乏可比性；③各研究组间病例组成(病理类型、分化程度等)的差异也会对研究结果产生影响。因此关于D*值的诊断价值仍需进一步的研究。本研究结果显示，宫颈癌组的f值低于正常宫颈组(P<0.001)，这与既往多数学者的研究结果相符[8-9,11-12]。尽管恶性肿瘤新生血管增加，但f值反映的是血流灌注成分在总体扩散效应中所占的百分比。宫颈癌细胞排列紧密，间质压力增加，导致病灶内血管受压，毛细血管血流量减少；此外宫颈腺管内腺体分泌以及导管内液体流动也会增加整个病灶的扩散效应[16]，使得微循环灌注效应相对减低，因此宫颈癌组f值低于正常宫颈组。由于f值反映了病变区的血流灌注信息，且无需注射对比剂，因此IVIM-DWI定量参数具有无创反映宫颈癌组织血供特征的潜能。

本研究利用ROC曲线探讨IVIM-DWI定量参数D和f对宫颈癌的诊断效能。研究发现，D和f均具有较高的诊断效能，其AUC分别为0.952和0.981，敏感度分别为87.50%和93.75%，特异度分别为93.75%和100%。程楠等[9]的研究结果亦显示定量参数D和f具有较高的诊断效能。但本研究中，f值的最佳诊断阈值为13.63%，与程楠等[9]的研究结果差异较大，分析原因可能与MRI设备、后处理软件以及所选b值的不同有关，从而导致研究结果存在差异。

宫颈癌患者的治疗及预后与其病理类型、临床分期密切相关。早期宫颈癌(FIGO分期Ⅰ～Ⅱa期)多采取手术治疗，而晚期宫颈癌(FIGO分期Ⅱb～Ⅳ期)则推荐以放化疗为主的综合治疗[17]。目前，临床医师主要通过妇科检查确定宫颈癌的临床分期，但妇科检查存在一定的主观性和经验性，对宫旁浸润情况不能作出准确判断。因此，在本研究中我们比较了IVIM-DWI定量参数(D、D*和f)在早期和晚期宫颈癌组间的差异性，但各参数在两组间的差异均无统计学意义(P>0.05)。分析原因可能由于宫颈癌的临床分期主要与病灶大小及浸润程度有关，而定量参数D、D*和f则反映了病灶内细胞密度及微循环灌注情况，其主要与宫颈癌的病理类型和分化程度密切相关[12,18]。此外，本研究中，晚期宫颈癌的病例数量较少，可能会对研究结果造成一定的影响。因此，关于IVIM-DWI定量参数D、D*和f对早期和晚期宫颈癌的诊断价值，有待增加宫颈癌病例数量、细化其病理类型及分化程度后进一步研究。

本研究的局限性：①本研究中宫颈癌病例数量较少，数据结果可能存在偏差，因此仍需进一步扩大样本数量；②IVIM-DWI序列b值的选择及分布缺乏具体的标准，如何合理地设置b值的大小及分布需要进一步探索。

IVIM-DWI采用多b值DWI和双指数模型算法，可以同时获取反映水分子扩散和微循环灌注的定量参数，较传统DWI可以提供更多有价值的信息。IVIM-DWI定量参数D和f可以区分宫颈癌与正常宫颈组织，且具有较高的诊断效能。IVIM-DWI定量参数D、D*和f在早期和晚期宫颈癌组间差异无统计学意义，尚无法有效区分早期与晚期宫颈癌。