IVIM-DWI联合DCE-MRI诊断直肠癌盆腔淋巴结转移的价值

康立清，郭素引，赵梦，刘凤海，邢荣格，姜国胜，李国策

淋巴结转移与否是直肠癌术前分期的重要内容。常规MRI可显示淋巴结的大小、形态及信号特征，对良恶性鉴别有一定价值，但其特异性较低[1]。近年来，体素内不相干运动扩散加权成像(intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging，IVIM-DWI)和动态对比增强磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI)技术开始用于淋巴结转移的诊断，但各自的参数阈值及诊断效能报道不一，且两者联合应用报道较少。本文旨在评价IVIM-DWI、DCE-MRI定量参数对直肠癌盆腔淋巴结转移的诊断效能，并探讨两者联合应用可否提高诊断效能。

1 材料与方法

1.1 研究对象

分析沧州市中心医院2015年1月至2017年7月收治的45例直肠癌患者的MRI及病理资料。纳入标准：(1)结肠镜病理证实为直肠腺癌；(2)未接受过任何抗肿瘤治疗；(3)无盆腔手术史者；(4)有完整手术病理资料；(5)淋巴结短径≥5 mm，且IVIM-DWI和DCE-MRI均可测得有效参数值。最终转移性淋巴结入组35枚，非转移性淋巴结入组28枚。本研究经本院医学伦理委员会批准。

1.2 设备及扫描方法

所有患者均于术前1周内行盆腔MRI平扫、IVIMDWI及DCE-MRI检查。采用GE 750W 3.0 T MRI仪和8通道相控阵线圈。IVIM采用单激发自旋回波扩散加权平面回波成像序列，取9个b值(b=0、30、50、80、100、200、400、600、800 s/mm2)，TR 4345 ms，TE minimum，FOV 40 cm×40 cm，矩阵128×128，NEX分别为2、3、3、3、3、2、2、2、4，层厚5 mm，层间距1.0 mm。DCE-MR采用3D-LAVA Flex序列：翻转角15°，TR 2.9 ms，TE 1.2 ms，NEX 1，层厚5.0 mm，层间距1.0 mm，矩阵180×128，FOV 380 mm×380 mm。自由呼吸状态下行60期不间断扫描，单个时相扫描时间为5 s，第4期开始以3 mL/s的流速、0.1 mmol/kg的剂量经肘静脉注射Gd-DTPA，并以等量生理盐水冲管。

1.3 资料分析

1.3.1 MRI定量参数测量

MRI数据采用GE AW 4.6工作站进行后处理。感兴趣区选择参考MRI平扫及增强，在各功能图像同一层面上选取淋巴结强化最明显的区域。重复测量3次取平均值。IVIM-DWI数据采用Functool软件测量表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)、单纯扩散系数(diffusion coefficient，D)、伪扩散系数(pseudo diffusion coefficient，D*)以及灌注分数(perfusion fraction，f)。DCE-MRI数据采用Gen IQ软件测量灌注容量转换常数(volume transfer constant，Ktrans)、细胞外血管外间隙容积比(extravascular extracellular volume fraction，Ve)及速率常数(rate constant，Kep)。

1.3.2 病理资料分析

术后所有盆腔淋巴结标本均进行编号，经苏木素-伊红染色辅以免疫组织化学技术判定良恶性后由经验丰富的病理科与磁共振成像科医生共同对标本及MRI图像上的淋巴结进行匹配。标本与MRI图像匹配且可测得MRI定量参数的淋巴结纳入研究，并根据病理结果分为转移组和非转移组。

1.4 统计学方法

采用SPSS 21.0软件进行统计学分析。转移组与非转移组淋巴结的IVIM-DWI及DCE-MRI参数的两两比较，采用独立样本t检验。采用多因素Logistic回归分析确定对诊断直肠癌盆腔淋巴结转移具有显著意义的参数。绘制受试者工作特征(reciver operating characteristic，ROC)曲线，并计算曲线下面积(area under curve，AUC)。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组淋巴结短径及IVIM-DWI参数值的比较

转移组淋巴结的短径大于非转移组，差异均有统计学意义(P＜0.05)。IVIM-DWI参数中，转移组淋巴结的ADC、D及D*值均值明显低于非转移组，其中D及D*值差异有统计学意义(P＜0.05)；转移组淋巴结的f值均值明显高于非转移组，差异有统计学意义(P＜0.05)。见表1，典型病例见图1、2。

2.2 两组淋巴结DCE-MRI参数值的比较

转移组淋巴结的Ktrans及Ve值均大于非转移组，差异均有统计学意义(P＜0.05)；转移组淋巴结的Kep值大于非转移组，差异无统计学意义。见表2，典型病例见图1、2。

2.3 IVIM-DWI、DCE-MRI及两者联合对淋巴结良恶性的诊断效能

图1 非转移组淋巴结的IVIM-DWI [A：DWI，B：ADC (0.00189)，C：D (0.00153)，D：D* (0.098)，E：f (0.239)]及DCE-MRI伪彩图[F：T2，G：Lava，H：Ktrans (0.282)，I：Ve (0.421)，J：Kep (0.697)] 图2 转移组淋巴结的IVIM-DWI [A：DWI，B：ADC (0.00158)，C：D (0.00083)，D：D* (0.0268)，E：f (0.405)] 及DCE-MRI伪彩图[F：T2，G：Lava，H：Ktrans (0.815)，I：Ve (0.725)，J：Kep (1.104)]Fig. 1 IVIM-DWI [A: DWI, B: ADC (0.00189), C: D (0.00153), D: D* (0.098), E: f (0.239)] and DCE-MRI images [F: T2, G: Lava, H: Ktrans (0.282), I: Ve (0.421), J: Kep (0.697)] of non-metastatic lymph nodes. Fig. 2 IVIM-DWI [A: DWI, B: ADC (0.00158), C: D (0.00083), D: D* (0.0268), E: f (0.405)] and DCE-MRI images [F: T2, G: Lava, H: Ktrans (0.815) , I: Ve (0.725) , J: Kep (1.104)] of metastatic lymph nodes.

表1 两组淋巴结短径及IVIM-DWI参数值的比较(±s)Tab.1 Comparison of short diameter and IVIM-DWI parameters in two groups of lymph nodes (±s)

表1 两组淋巴结短径及IVIM-DWI参数值的比较(±s)Tab.1 Comparison of short diameter and IVIM-DWI parameters in two groups of lymph nodes (±s)

组别 短径(mm) ADC (×10 -3 mm2/s) D (×10-3 mm2/s) D* (×10-3 mm2/s) f非转移组(n=28) 6.52±1.31 1.37±0.35 1.30±0.66 75.79±52.87 0.23±0.14转移组(n=35) 8.08±2.66 1.22±0.18 0.76±0.34 46.41±45.19 0.37±0.13 t值 2.837 -1.986 -4.149 -2.377 4.127 P值 0.006 0.054 0.000 0.021 0.000

表2 两组淋巴结DCE-MRI参数值的比较(±s) Tab. 2 Comparison of DCE-MRI parameters in two groups of lymph nodes (±s)

表2 两组淋巴结DCE-MRI参数值的比较(±s) Tab. 2 Comparison of DCE-MRI parameters in two groups of lymph nodes (±s)

组别 Ktrans (min-1) Ve Kep (min-1)非转移组(n=28) 0.48±0.32 0.34±0.24 1.46±1.35转移组(n=35) 0.84±0.38 0.55±022 1.65±0.92 t值 3.993 3.514 0.644 P值 0.000 0.001 0.522

表3 D和Ktrans值回归分析Tab. 3 Regression analysis of D and Ktrans values

表4 D值、Ktrans及联合预测概率P值诊断效能的两两比较Tab. 4 Comparison of diagnostic performance of D value, Ktrans and combined prediction probability P value

表5 D值、Ktrans值及联合预测概率P值的诊断效能Tab. 5 Diagnostic efficacy of D value, Ktrans value and combined prediction probability P value

淋巴结短径、IVIM-DWI及DCE-MRI各参数进行向前条件Logistic分析，其中纳入回归方程的参数分别为D值和Ktrans值，因此选择用D值与Ktrans值进行联合分析。Ktrans值与淋巴结转移呈正相关，D值与淋巴结转移呈负相关，两者Logistic回归分析结果见表3，得到转移性淋巴结预测概率值回归方程。对该Logistic回归模型进行似然比检验，差异有统计学意义(χ2=41.306，P=0.000)。同时，SPSS表中产生一个新变量，即联合 诊断预测概率P值。经ROC曲线分析，D值的AUC为0.822，Ktrans值的AUC为0.789，而联合诊断预测概率P值的AUC提高到0.923。经两两比较，联合预测概率P值与D值及与Ktrans值AUC的差异(分别为Z=2.264，P=0.024和Z=2.311，P=0.021)均有统计学意义(表4)。D值、Ktrans值及联合预测概率P值的最佳诊断界点分别为0.815×10-3mm2/s、0.467 mm-1和0.527，诊断淋巴结转移的敏感性分别为68.6%、85.7%和91.4%，特异性分别为85.7%、67.9%和82.1%。详见表5、图3。

3 讨论

3.1 IVIM-DWI各参数鉴别良恶性淋巴结的价值

图3 D值、Ktrans值及两者联合预测概率P值鉴别直肠癌盆腔淋巴结转移的ROC曲线 Fig. 3 ROC curves for the differential diagnosis of benign and malignant pelvic lymph nodes by D value, Ktrans value and their combined prediction probability P value.

DWI是目前唯一能反映活体组织内水分子扩散特性的无创性成像方法，可从分子水平检测组织含水量、细胞构成以及细胞膜完整性等信息[2]。肿瘤及转移淋巴结因细胞密度较高、细胞外间隙减小、组织间压力升高及细胞结构改变等因素使局部水分子扩散受限，在DWI上表现为高信号，ADC值减低，从而可与水肿、炎症和坏死等病变进行鉴别，在肿瘤放化疗疗效的早期预测及评价中具有一定作用。然而，单指数模型的DWI和ADC值测量不仅受到水分子扩散的影响，还受到微循环灌注的影响，限制ADC值在鉴别诊断中的可靠性[3]。本研究转移性淋巴结ADC值虽高于非转移性淋巴结，但差异无统计学意义。

IVIM是一种使用多b值采样的双指数模型，可以将微循环或灌注效应与真实的组织扩散区分开来，获取D、D*及f值[4-5]。这种双指数模型可更真实地反映组织水分子的扩散特性，并可同时获取微循环灌注信息，因此，越来越多地用于良恶性肿瘤和(或)淋巴结的鉴别，在多种肿瘤分期、疗效评估方面发挥了重要作用[3，6-11]。其中D值为纯扩散相关参数，主要反映细胞密度和细胞外基质组成，与细胞化程度及核浆比呈负相关[12-15]；D*值为血液微循环产生的伪扩散系数，与平均血流速度和平均毛细血管段长度成正比；f值为灌注分数，代表感兴趣区局部微环境所致灌注效应占总体扩散效应的容积比率[16]。本研究转移组淋巴结的D值、D*值均明显低于非转移组，f值显著高于非转移组，其中仅D值纳入Logistic回归方程，可能与D*值及f值受微循环灌注因素干扰有关。虽然D*值和f值均与微血管和灌注有关，但D*值反映了动态流速，f值代表与微循环相关的水运动的体积分数[3]。从微循环灌注角度讲，恶性淋巴结新生血管增多，血管壁通透性高，D*值和f值均应升高。但D*值常因细胞外间隙缩小而扩散受限；而f值则会因组织真实扩散的受限而所占扩散体积分数增加，因此可出现本研究所表现的D*值和f值“矛盾”的现象。部分良性病变(如炎性病变)也可出现高灌注现象，表现为毛细血管扩张、渗透性增加[8，17]。这种良恶性病变血流灌注的“重叠”现象，可能也是导致D*值和f值鉴别良恶性淋巴结特异性降低的原因之一。

3.2 DCE-MRI定量参数鉴别良恶性淋巴结的价值

DCE-MRI是一种基于T1WI动态增强和双室药代动力模型的灌注成像技术，可反映毛细血管通透性等方面的血流动力学信息[18-20]，在评价淋巴结转移方面的研究与应用前景十分广阔。DCE-MRI定量参数中，Ktrans反映对比剂从血管腔内扩散到血管腔外的信息，Ve代表血管外细胞外间隙占整个体素的容积比，反映对比剂停留在血管外细胞外间隙中的百分比，间接地体现了血管壁的通透性。Kep反映对比剂从血管外细胞外间隙回流到血管腔内的信息，Ve=Ktrans/Kep。本研究转移组Ktrans、Ve值均明显高于非转移组，差异有统计学意义；Kep值稍高于非转移组，差异无统计学意义，与Yu等[21]的研究结果相似。虽然转移淋巴结血管通透性高，但Ktrans、Ve值均增高时，两者的比值Kep值可变化不大。转移淋巴结内部结构紊乱、新生血管较多、微血管密度增加、内皮细胞生长不完整、细胞外间隙减小，血管渗透性明显增高，对比剂从新生血管腔内流出至血管外间隙的速度加快，Ktrans值增高。本研究将Ktrans纳入Logistic回归方程符合这一特点。而Ve未纳入Logistic回归方程，可能与其还受Kep值及细胞外间隙大小等因素影响有关。另外，恶性淋巴结细胞生长速度、通透性的差异，及良恶性淋巴结的血流灌注及通透性参数的重叠现象，可能也是原因之一。

3.3 D值、Ktrans值及联合诊断的价值

目前，IVIM-DWI及DCE-MRI诊断淋巴结转移的研究虽多，但多使用单一参数，敏感性及特异性存在较大差异。本研究通过Logistic回归分析对诊断直肠癌盆腔淋巴结转移具有显著意义的两个参数D值及Ktrans值进行联合分析，D值、Ktrans值及新变量预测概率P值诊断淋巴结转移的AUC分别为0.822、0.789和0.923，联合应用的诊断效能较单独应用有所提高，且与D、Ktrans诊断效能的两两比较差异有统计学意义。新变量预测概率P值大于0.527时，提示淋巴结转移的概率更大，能够在一定程度上提高淋巴结转移的检出率。联合应用诊断效能的提高，是因为联合分析通过统计学方法上的改进，部分性地克服了单一方法缺陷所造成的效能不足。

3.4 本研究的缺陷

为了尽量确保入组淋巴结可测得有效功能参数，本研究将入组淋巴结短径限制在5 mm以上，因此，非转移组淋巴结的短径均值高于临床真实情况，两组淋巴结短径的比较仅限于本组的特定情形(5 mm以上)，而不能作为鉴别诊断阈值。本研究受样本量及MRI空间分辨率等限制，所获得结果的临床实用价值仍有待验证。鉴于肿瘤的异质性及扩散与灌注之间的相互影响，大样本纹理分析有可能进一步提高诊断效能。

总之，本研究结果提示IVIM-DWI的D值及DCEMRI的Ktrans值对直肠癌盆腔淋巴结转移具有较高的诊断价值，两者联合应用可进一步提高诊断效能。

利益冲突：无。