单、双指数模型扩散加权成像对直肠癌转移性淋巴结诊断价值

许梅海，尹家瑜，申炜，韦洁勤，卢平明，黄龙全，梁慧明

直肠癌患者若出现淋巴结(Lymph nodules，LN)转移，将可能面临更高的死亡风险。直肠癌治疗方法较多，而LN转移情况是决定治疗方式的重要因素之一。目前术前判断直肠周围淋巴结的良、恶性仍较困难，常规CT和MRI主要依据形态学指标如大小、坏死情况等对转移性LN进行诊断，但众所周知这些指标并不敏感且为非特异性的。磁共振DWI技术不断发展，改善了对直肠癌的术前分期准确性。本研究通过分析单指数模型DWI及基于体素内不相干运动(intra-voxel incoherent motion，IVIM)双指数模型DWI在直肠癌转移性LN中的诊断价值，探寻最佳诊断阈值，旨在提高对直肠癌的术前诊断准确性。

材料与方法

1.研究对象

本研究经本院医学伦理委员会审核通过，所有患者签署了知情同意书。

选取2016年12月-2019年2月在本院经病理证实为直肠腺癌的初诊患者40例，其中男30例，女10例，年龄为37～89岁，平均(62.50±13.61)岁。入组标准：①临床及病理资料完整；②已行全直肠系膜切除术，手术病理证实为直肠腺癌合并转移性LN，且病理检查结果能与MRI上所显示的LN对应。排除标准：①接受过任何抗肿瘤治疗；②盆腔曾经做过手术者；③有MRI检查禁忌证；④MRI图像质量较差，不能进行定性和定量分析。MRI检查与手术的间隔时间为3～11天，平均(9.0±1.9)天。

2.检查方法

使用GE Discovery MR750 3.0T超导磁共振扫描仪和16通道体部线圈，患者取仰卧位。所有患者行盆腔脂肪抑制序列T2WI、常规直肠高分辨MRI、DWI、IVIM-DWI及DCE-MRI扫描，增强扫描使用对比剂为Gd-DTPA，剂量0.2 mL/kg。常规MRI扫描序列及参数见表1。

表1 常规MRI扫描序列及参数

DWI扫描参数：采用单次激发SE-EPI序列，b值为0、800 s/mm2，TR 6575 ms，TE 72.6 ms，视野26 cm×26 cm，矩阵160×160，层厚5.0 mm，层间距1.0 mm，总扫描时间为1 min 34 s。

IVIM-DWI扫描参数：采用单次激发SE-EPI序列，在X、Y、Z轴3个方向上施加扩散敏感梯度场；共选择10个b值，分别为0、25、50、75、100、200、400、600、800和1000 s/mm2，TR 3300 ms，TE 91 ms,层厚4.0 mm，层间距0.3 mm，视野32 cm×30 cm，激励次数4，总扫描时间为8 min 3 s。

3.图像后处理和分析

由两位主治以上放射科医师采用双盲法独立进行阅片分析和数据测量，意见不一致时通过共同阅片或请示上级医师而达成一致意见，计量资料取两位医师测量结果的平均值。

首先，结合常规MRI序列和DCE-MRI图像，在DWI及IVIM-DWI上确定为LN后，参考Lambregts等[1]提出的方法对直肠系膜LN进行编号。在冠状面图像上根据LN与原发性肿瘤的关系，将直肠系膜淋巴结分为6个类型。1型：沿肿瘤的上、下缘各画一条水平线，与肿瘤在同一侧且位于两条水平线之间；2型：位于肿瘤上缘水平线之上，且与在肿瘤同一侧；3型：位于肿瘤下缘水平线以下，与肿瘤同一侧；4型：在肿瘤上、下缘水平线之间，但位于肿瘤对侧；5型：在肿瘤上缘水平线以上，并位于肿瘤对侧；6型：位于肿瘤下缘水平线以下，且在肿瘤对侧。在横轴面图像上，如果肿瘤累及范围小于直肠壁周径的1/2，则以平行于病灶长径的肠管中心线将直肠壁分为肿瘤的同侧和对侧，如果肿瘤累及范围超过直肠壁的1/2，则以肿瘤两边缘的连线将直肠壁分为同侧及对侧(图1)。

将DWI及IVIM-DWI原始数据传输至GE ADW 4.6工作站，使用FuncTool软件包中的ADC与MADC 软件分别对DWI图像和IVIM-DWI图像进行后处理。结合常规MRI平扫及增强图像，选择LN最大层面及其相邻的上、下2个层面，手动绘制ROI，并避开囊变、出血和坏死等区域，ROI尽可能包含病灶的主体，测量和计算以下指标：DWI参数包括eADC值、ADC值；IVIM-DWI参数包括单纯扩散系数(D)、灌注相关扩散系数(D*)和灌注分数(f)。每个参数取3个层面测量值的平均值在横轴面T2WI上选择LN最大层面，测量LN的长径(L)，于长径中点作垂直线得到短径(S)，计算长、短径比(L/S)。

4.组织病理学检查

行全直肠系膜手术切除后，由经验丰富的病理学及放射科医师对在MRI上编号的直肠系膜LN依次进行取材，做到LN在标本与 MRI图像之间相匹配。根据病理结果分为转移组及非转移组LN。

5.统计学分析

统计分析使用SPSS 22.0统计软件包。转移性与非转移性LN的短径、长径、L/S及常规DWI、IVIM-DWI 参数值的比较采用两独立样本t检验。选取一组长径和短径均在5～10 mm的LN，比较此组内转移性和非转移性LN的常规DWI和IVIM-DWI参数值的差异。采用受试者工作特征(ROC)曲线分析组间差异有统计学意义的参数对良、恶性LN的鉴别诊断效能。以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

40例直肠癌患者MRI检查共检出225个淋巴结，其中75个转移性LN，150个非转移性LN。组织病理学检查共发现230个淋巴结，其中有81个转移淋巴结，149个非转移性淋巴结；在230个经病理诊断的淋巴结中仅有151个能与MRI上显示的淋巴结相匹配，其中转移性LN 72个，非转移性LN 79个；不能匹配的79个淋巴结(9个转移性LN和70个非转移性LN)被剔除。

转移性及非转移性LN在T1WI上均呈等信号，T2WI上呈稍高信号，DWI上呈稍高信号(图1～2)。转移性和非转移性LN各参数值的测量结果及比较见表2。除L/S外，其它各项参数值在两组间的差异均有统计学意义(P<0.05)。

表2 转移性和非转移性LN各项参数值的比较

因ADC、D值及f值的组间比较的t值为负数，其ROC曲线位于参考线下方，因此只对短径、长径、eADC、D*这四项参数进行ROC曲线，结果见图4和表3。四项参数中以eADC的AUC最大，对鉴别直肠系膜LN良、恶性的诊断效能最佳。

表3 根据 ROC 分析各参数对直肠系膜LN良恶性的诊断效能

在病理诊断与MRI图像上相匹配的151个淋巴结中，长径和短径均在5～10 mm的转移性和非转移性LN分别有15个，这两组LN的各项参数值的比较见表4。两组间长径、短径、长短径比值和f值的差异无统计学意义(P>0.05)，其它参数的组间差异有统计学意义(P<0.05)。对组间差异有统计学意义的参数进行ROC曲线分析，结果见表5。

表4 长短经无差异的转移性与非转移性LN各参数值的比较

表5 各参数对转移性与非转移性LN的诊断效能

讨 论

直肠癌患者出现局部LN转移是影响治疗方式选择和患者生存时间的重要因素，目前，对直肠癌的LN分期主要通过CT或MRI上的形态特征来判断。然而，这些形态特征对LN转移并不敏感且特异性不高。有研究显示30%发生微转移的LN是在正常大小范围内的，另一方面，LN常在炎症或感染性病变的刺激下出现增生而表现为体积增大。尽管形态学标准的诊断价值有限，但某些特征如LN的脂肪门丢失、不规则或边界不清楚，以及在T2WI上信号减低或信号不均匀等，也是提示恶性LN的形态学征象，但对于这些征象的分析更依赖于阅片者的经验，可重复性较低。

在本研究中，转移性LN的长径和短径分别为(13.08±7.30)和(6.25±1.34)mm，非转移性LN分别为(10.23±5.63)和(5.11±1.35)mm，2个指标在两组间的差异均具有统计学意义(P<0.05)，这可能与本研究中大部分转移性LN体积明显增大有关。当然，近年来许多研究中采用LN的长短径比值(L/S)作为判断转移性LN的参考指标。一般认为非转移性LN的形状为椭圆形、边缘光滑，而转移性LN由于恶性肿瘤细胞无序生长、多表现为圆形，因此转移性LN的L/S常小于非转移性LN。本研究中转移性与非转移性LN的L/S分别为1.28±0.20 和1.26±0.30，两组间比较差异无统计学意义(P>0.05)，这可能与直肠癌患者的正常淋巴结、反应性淋巴结和转移性淋巴结的直径存在重叠有关。

DWI作为一种无创性MR功能成像技术，对良恶性肿瘤的鉴别诊断和转移性LN的判断具有一定价值，较常规MRI序列具有更大优势。许多研究已证实恶性肿瘤性病变或转移性LN较良性肿瘤性病变或良性LN具有更低的ADC值[2-6]，本研究中LN转移组的ADC值亦小于非转移组[分别为(1.181±0.137)×10-3和(1.530±0.190)×10-3mm2/s]，这可能是因为转移性LN内肿瘤细胞增殖活跃，细胞密度高且排列致密，造成细胞外间隙缩小，导致水分子活动受限，ADC值降低。但本研究中两组间ADC值的差别无统计学意义，这可能与T2透过效应有关，这也说明基于单指数模型扩散加权成像计算得到的ADC值不能完全真实反映病变的弥散属性。在剔除了长、短径差异的转移性与非转移性LN中，ADC值的诊断效能相对低。而eADC值是通过病灶在DWI上的信号强度除以其在T2WI上的信号强度而得到，eADC值不受T2穿透效应的影响，因此eADC值能较为真实地反映水分子的扩散情况。本研究中LN转移组的eADC值(0.726±0.168)高于非转移组(0.297±0.074)，且两组间差异有统计学意义，与相关文献的研究结果基本一致[7-8]。扩散受限区较周边正常组织在ADC图上呈相对低信号，而在eADC图上呈相对较高信号。eADC图既符合观察习惯，且有利于对病灶内部结构的显示，同时也能进一步进行定量分析[9]。在本研究中，eADC阈值为0.419时，诊断转移性LN具有较高的敏感度(100%)和特异度(97.5%)。选取长、短径无统计学差异的转移性与非转移性LN进行比较，其eADC阈值(0.428)也在0.4左右，相应的诊断敏感度和特异度(分别为93.3%和93.3%)也较高，这说明 eADC值对于鉴别良、恶性LN具有一定临床意义。

IVIM-DWI可以分别获得组织内真实水分子扩散运动和组织微循环灌注信息，与传统的DWI相比，具有独特的优势。IVIM-DWI运用多个b值进行扩散信号的采样，通过非线性最小二乘法整合得出多个扩散和灌注相关参数：单纯扩散系数(D)，代表体素内单纯的水分子扩散运动，又称慢扩散(slow-ADC)；灌注相关扩散系数(D*)，代表组织内与微循环灌注相关的扩散运动，又称快扩散(fast-ADC)；灌注分数(f)，代表组织内微循环灌注占总扩散的容积率。近年来，IVIM-DWI在直肠癌及LN转移中的应用越来越广泛，并取得一定的研究成果[10-13]。

IVIM-DWI中获得的D值所反映的组织学特征与DWI参数中的ADC值类似。Qiu等[14]利用IVIM-DWI分析直肠癌LN转移，结果显示转移性LN的ADC和D值均低于非转移性LN。在本研究中转移性LN的D值为(1.154±0.175)×10-3mm2/s，也低于良性LN[(1.497±0.224)×10-3mm2/s]，表明转移性LN中水分子的扩散受限较非转移性LN明显，这与转移性LN的瘤细胞排列紧密、核大深染、核分裂象明显有关。本研究中转移组的D值低于相应的ADC值[(1.181±0.14)×10-3mm2/s]，这可能与D值剔除了灌注带来的“伪扩散”有关，能更准确地反映组织内水分子扩散运动的情况[15]。但在本研究中D值在两组间的差异无统计学意义，在剔除了长、短径的差异后，虽然D值在转移性与非转移性LN间差异有统计学意义，但其诊断效能相对较低(敏感度为46.7%，特异度为6.7%)。这与Qiu等[14]认为D值在转移与非转移性LN的鉴别中具有较高的敏感性的研究结论不一致，笔者分析原因可能与纳入研究中的坏死性LN所占比例不同有关，因为D值是反映肿瘤细胞增殖与液化坏死共同作用的结果。

D*值与平均血流速度和平均毛细血管的长度相关，Chandarana等[16]学者在肾脏病变的研究中发现有明显强化的肾脏病变的D*值高于非强化病变，提示D*值可反映组织内的血流灌注情况。邱麟等[17]研究表明直肠癌肿块的D*值高于正常直肠壁。在本研究中，转移性LN的D*值高于非转移性LN[分别为(27.916±23.28)×10-3和(8.66±2.48)×10-3mm2/s]，且两组间差异有统计学意义，其病理基础可能是肿瘤细胞生长快、血管丰富且血管通透性增加。在本研究中，D*阈值为12.25×10-3mm2/s时，诊断转移性LN具有较高的敏感度(94.4%)和特异度(100%)；此外，我们选取长径和短径无统计学差异的一组转移性与非转移性LN进行进一步分析，其D*阈值为12.45×10-3mm2/s，诊断转移性LN的敏感度(93.3%)基本无变化，特异度(73.3%)稍下降，但仍能说明 D*值有助于了解良恶性LN的灌注情况。

f值与肿瘤血管分布和微循环灌注有关，就理论而言，f值应与反映组织微循环灌注的D*值的诊断特性一致，但本研究中未发现f值在良、恶性LN间有明显差异(0.255±0.123 vs. 0.421±0.150)，这与文露等[13]的研究结果一致，说明f值不是鉴别良、恶性LN的敏感指标。原因可能是由于f测值与扫描参数和b值的选择有关[18]，f值否能用来鉴别良恶性LN尚需要进一步研究。

综上所述，DWI参数中的eADC值与IVIM-DWI参数中的D*值对直肠癌转移性LN的诊断具有一定临床意义，以eADC值的诊断效能最高。