DCE-MRI及IVIM模型在直肠癌病理分级中的应用及其灌注参数的相关性

刘晓冬，刘爱连，李烨，田士峰，韩铮，赵莹，徐明哲

大连医科大学附属第一医院，辽宁大连 116011；

直肠癌是最常见的消化道恶性肿瘤之一，其发病率居恶性肿瘤的第五位，预后与肿瘤的病理分级密切相关。MRI 在直肠癌的诊断分期[1]、综合治疗方案的选择[2]及预后评估[3]中发挥重要作用。动态增强磁共振成像（dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI）可全面描述肿瘤的血流动力学过程及新生血管的生物学特性，已成为直肠癌术前评估的重要方法。近年，体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion，IVIM）因可同时反映组织扩散及微循环灌注而受到广泛关注[4-5]。本研究拟分析DCEMRI及IVIM 在直肠癌病理分级中的应用价值，并探讨两者灌注参数的相关性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2015年9月—2017年2月大连医科大学附属第一医院行直肠MRI 检查患者的临床及影像学资料。纳入标准：①具有完整的盆腔DCE-MRI 扫描及多b值DWI 扫描资料；②扫描前未接受任何放化疗；③经手术或肠镜病理证实为直肠腺癌。排除标准：①肿瘤长径<1.0 cm；②运动或金属伪影较大，影响图像观察；③患者配合欠佳致DCE 所得时间-信号曲线不稳定。最终纳入37例直 肠癌患者，其中手术病理证实25例，肠镜病理证实12例；男25例，女12例，平均年龄（62±14）岁。高分化腺癌组11例，男8例，女3例，平均年龄（71±10）岁，病灶大小（2.83±0.96）cm；中分化腺癌组12例，男8例，女4例，平均年龄（61±14）岁，病灶大小（2.64±1.00）cm；低分化腺癌组14例，男9例，女5例，平均年龄（56±13）岁，病灶大小（3.02±0.78）cm。3组病灶大小差异无统计学意义（F=0.580，P=0.566）。

1.2 检查方法 采用GE Discovery 750 3.0T MRI 扫描仪，配体部8 通道相控阵线圈。检查当日禁食，检查前排空肠内容物。扫描前尽量排空膀胱。患者取仰卧位，足先进，定位线于患者剑突。所有患者均行常规T1WI、T2WI 抑脂扫描、三维容积超快速多期动态增强扫描（LAVA）、DWI、eDWI、HB DWI（超高b值）序列扫描。扫描参数见表1。eDWI 序列b值取0、20、50、100、150、200、400、800、1200、2000、3000 s/mm2；DCE-MRI 采用LAVA 序列，翻转角15°，对比剂采用马根维显，经肘前静脉注射，剂量0.1 mmol/kg，速度2.5 ml/s。分别于注药后16 s、40 s、70 s、90 s 左右进行扫描。

表1 MRI 检查各序列扫描参数

1.3 图像分析 由2名分别具有3年、5年诊断经验的观察者共同观察病灶边界情况，记录病灶大小。将图像传至ADW 4.6 工作站。应用GenIQ 软件对图像进行重建，获得DCE 定量灌注参数容积转移常数（Ktrans）、速率常数（Kep）和血管外细胞外容积分数（Ve）。采用Functool 后处理软件对eDWI 序列进行重建，分别获得单指数模型标准ADC值、双阶单指数纯扩散系数（D-mono）、灌注系数（D*-mono）、灌注分数（f-mono），双阶双指数模型纯扩散系数（DBi）、灌注系数（D*-Bi）、灌注分数（f-Bi）。根据T1WI、T2WI、LAVA 增强的信号情况联合定位，保证DCE-MRI及IVIM 系列所选取病灶一致。每个病灶均放置3个感兴趣区（ROI），ROI 大小覆盖病变区实质部分，ROI 面积大于病灶实质1/3，尽量避开出血、坏死处，取平均值进行分析。

1.4 统计学方法 应用SPSS 21.0软件，采用组内相关系数（ICC）对2名观察者客观测量数据的一致性进行检验，若一致性良好及以上采用高年资观察者数据进行分析；若一致性差，加入第三者的测量数据。采用方差分析比较不同分化程度直肠癌病灶各参数的差异，两两比较采用LSD 法，使用Spearman 相关分析对DCE 的各灌注指标Ktrans、Ve、Kep与IVIM模型的灌注参数D*-mono、f-mono、D*-Bi、f-Bi值进行双变量相关性分析。P<0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 观察者间测量数据的一致性 2位观察者间客观测量数据的一致性良好（ICC>0.5）。

2.2 不同病理分级直肠癌的DCE-MRI定量参数比较 Ktrans及Ve值随分化程度降低而升高，且不同分化程度直肠癌的Ktrans及Ve差异有统计学意义（P<0.05）；高分化腺癌组Ktrans及Ve值显著低于低分化组，差异有统计学意义（P<0.05）。Kep在不同病理分级的直肠癌间差异无统计学意义（P>0.05，表2）。

2.3 不同病理分级直肠癌在IVIM 不同指数模型中各参数值比较 不同病理分化程度直肠癌的D-mono及D*-mono值差异均有统计学意义（P<0.05），且随分化程度降低，D-mono值逐渐降低，D*-mono值逐渐升高，组间分析显示高分化及低分化直肠癌的D-mono 及D*-mono值差异有统计学意义（P<0.05）。标准ADC、f-mono、D-Bi、D*-Bi、f-Bi值在不同病理分级直肠癌间差异无统计学意义（P>0.05，表3）。

表2 不同病理分级直肠癌DCE-MRI参数值比较（±s）

表2 不同病理分级直肠癌DCE-MRI参数值比较（±s）

分组 Ktrans（/min） Ve Kep（/min） 高分化组（n=11） 0.41±0.15 0.17±0.05 2.73±1.21 中分化组（n=12） 0.46±0.14 0.22±0.06 2.32±0.61 低分化组（n=14） 0.63±0.31 0.28±0.13 2.81±1.09 F值 3.61 4.46 0.84 P值 0.038 0.019 0.437 0.330 P值高、低分化组 0.016 0.006 0.059 P值高、中分化组 0.552 0.244 P值中、低分化组 0.059 0.887 0.226

表3 不同病理分级直肠癌在IVIM 不同指数模型中各参数比较（±s）

表3 不同病理分级直肠癌在IVIM 不同指数模型中各参数比较（±s）

images/BZ_24_845_1658_850_1662.png分组 单指数 双阶单指数 双阶双指数 标准ADC (×10-3 mm2/s) D-mono (×10-3 mm2/s) D*-mono (×10-3 mm2/s) f-mono D-Bi (×10-3 mm2/s) D*-Bi (×10-3 mm2/s) f-Bi 高分化组(n=11) 0.90±0.17 0.73±0.15 5.41±1.97 0.52±0.08 0.59±0.18 18.47±9.59 0.47±0.09 中分化组 0.48±0.14 低分化组 (n=14) 1.25±0.77 0.58±0.11 10.30±5.23 0.51±0.12 0.97±0.68 31.43±21.03 0.45±0.07 (n=12) 0.99±0.27 0.64±0.11 9.12±5.48 0.52±0.13 0.71±0.29 21.19±13.58 Z值 1.66 4.18 3.64 0.02 2.10 2.34 0.23 P值 0.205 0.024 0.037 0.973 0.138 0.111 0.789 0.890 P值高、低分化组 0.096 0.007 0.013 0.847 0.057 0.052 0.624 P值高、中分化组 0.687 0.116 0.063 0.998 0.564 0.687 P值中、低分化组 0.194 0.219 0.517 0.841 0.171 0.113 0.517

2.4 DCE-MRI与IVIM 灌注参数的相关性 DCEMRI 灌注参数Ve与IVIM 灌注参数f-Bi 呈正相关（r=0.365，P=0.026），其余参数间无显著相关性（表4）。

表4 DCE-MRI与IVIM 灌注参数的相关性

3 讨论

常规MRI 基于形态学和解剖结构可为直肠癌提供较准确的TNM 分期，但随着功能磁共振成像（fMRI）的不断发展，肿瘤的微循环也得到越来越多的关注。定量DCE-MRI及IVIM模型均能反映组织灌注状态，两种模型下获得的灌注信息均与组织血流量等灌注指标相关，但存在一定的差别，不能完全对应[6]。

3.1 定量DCE-MRI评估直肠癌的组织学基础及应用价值 定量DCE-MRI 作为一种结合形态学与血流动力学的MRI 技术，可对肿瘤微血管情况进行更精确的定量评估，较为客观地评价病变强化情况，从而反映病变的病理生理特性。DCE-MRI 通过血液双室模型可定量分析对比剂在肿瘤血管内和血管外细胞外间隙（extravascular extracellular space，EES）的扩散分布，可评价感兴趣区的血流灌注和血管通透性。Ktrans反映局部微血管血流状态及其表面渗透面积，Kep反映血浆与EES 之间的速率常数。Ve是EES对比剂的容积分数。

本研究中，Ktrans及Ve值在不同分化程度直肠癌间差异有统计学意义，且随着分化程度降低，Ktrans及Ve值逐渐升高；高分化腺癌组Ktrans及Ve值显著低于低分化组，与Yeo 等[7]的研究结果一致，其原因为：肿瘤组织侵袭性增强致新生血管增多，血管通透性增加，导致Ktrans升高。Kim 等[8]研究发现Ve值与直肠癌临床病理无相关性，与本研究结果不一致，其原因可能是肿瘤的微循环结构复杂、不均质，EES 与组织静水压及缺血分数等诸多因素有关，从而引起Ve值的多变性。本研究中，Kep与直肠癌分化程度相关性不明显，可能与血流在时间和空间分布不平衡有关。

3.2 IVIM模型参数特点及对直肠癌组织学评估的价值 与传统DWI 的单指数模型不同，IVIM 的双指数模型可同时获得水分子扩散及微循环灌注情况。通过施加多个b值进行DWI 采样，并采用双指数拟合分析，得到标准ADC、D、D*及f值。理论上，D值反映组织中水分子的扩散状态；D*值受血流速度及毛细血管形态的影响，反映细胞外水分子的假扩散运动；f值代表灌注分数，指微循环灌注相关的扩散占总扩散的比重，与毛细血管血容量有关。

本研究发现，不同病理分化程度直肠癌的D-mono 及D*-mono值差异均有统计学意义，且随着分化程度降低，D-mono值逐渐降低，D*-mono值逐渐升高，组间分析可见高、低分化直肠癌差异显著，与邱麟等[9]的研究结果相似。由于肿瘤的分化程度与细胞异形性相关，分化程度越低，细胞异形性越大；肿瘤细胞增殖活跃致微血管密度增高，导致水分子扩散受限，微血管间质压增高，血流灌注减少，从而使D值降低，D*值升高。既往研究[10-11]通过不同病理分化程度的肝癌发现，随着分化程度增高，D值呈逐渐下降趋势，而f值与分化程度无相关性。本研究中，标准ADC值差异无统计学意义，表明D值及D*值可能较传统ADC值更准确地反映肿瘤实际的扩散信息。

3.3 DCE-MRI与IVIM 灌注参数的相关性 DCEMRI 临床应用时间长，扫描系列及数据模型更为完善，而IVIM模型无需使用对比剂，且具有替代DCEMRI评价组织血流灌注的潜力，探索两者的相关性尤为重要。林蒙等[12]研究子宫颈癌发现，D*及fD*与DCE-MRI 灌注参数均呈轻、中度正相关，且与Ktrans相关性最高。本研究发现，DCE-MRI 灌注参数Ve值与IVIM 灌注参数f-Bi 呈正相关，而其他参数无显著相关性。直肠癌较其他实质性器官灌注相对较低，同时肿瘤内更易出现缺血改变，可能是导致两种模型间灌注参数一致性减低的主要原因。

3.4 本研究的局限性 ①尽管本研究进行了不同病理类型的分组研究，但样本量较少，将来可扩大样本量进一步分析。②肿瘤勾画ROI 仅选取最大层面的平均值，操作简单、临床实用性强，但未进行相对复杂的直方图分析。

总之，DCE-MRI及IVIM模型在直肠癌的诊断中均具有一定的价值，两者存在不同程度的相关性，均可获得组织的灌注信息。因此，非侵入性IVIM 可成为DCE-MRI 较好的替代方法。