MR体素内不相干运动DWI与动态增强定量参数在直肠癌术前分期中的对照研究

季立标 陆志华 蒋 恒 翁晓燕 胡春洪

动态增强（dynamic contrast-enhanced，DCE）磁共振成像可间接反映组织内微循环和血流动力学情况［1］，但对比剂对急性肾功能不全和终末期肾功能不全的患者会产生副作用。体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion，IVIM）DWI是通过采集包含低b值在内的多b值DWI图像，采用双指数扩散衰减模型得到分别反映组织内部扩散信息和灌注信息的定量参数［2-3］。本研究以病理T分期为标准，探讨IVIM和DCE的定量参数在直肠癌术前分期中的诊断价值以及IVIM灌注相关的定量参数与DCE参数的相关性。

方 法

1. 研究对象

回顾性分析2016年9月至2019年8月符合以下标准的直肠腺癌患者。纳入标准：①包含高分辨T2WI、IVIM和DCE的多参数MRI；②术后取得完整的T分期结果。排除标准：①术前行辅助放化疗；②伪影较多致IVIM图像变形严重；③特殊的病理类型，如黏液腺癌。77例患者纳入研究，男47例，女30例，年龄40～85岁，中位年龄66岁。病理T分期参照美国癌症联合会第8版［4］的标准：4例T1期，27例T2期，，43例T3期，3例T4期。

2. 检查方法

采用飞利浦3.0T超导MR仪，16通道体部相控阵线圈。检查前30 min灌肠清洁肠道。检查前肌注10 mg盐酸山莨菪碱。三平面T2WI、IVIM及DCE序列参数见表1。IVIM序列采用SE-EPI序列，b值为0、10、20、50、100、200、500、800、1 000 s/mm2。DCE采用e-THRIVE快速容积扫描，先行3个翻转角度（5°、10°及15°）的T1 mapping扫描，参数同e-THRIVE序列，对比剂采用钆双胺注射液（GE药业，上海），注射速率为3.0 ml/s，剂量为0.1 mmol/kg，DCE的时间分辨率为5.3 s，共64期。IVIM和DCE的定位与横轴位T2WI一致。

表1直肠三平面T2WI、IVIM及DCE序列参数

3. 图像处理及分析

IVIM后处理采用FireVoxel软件（New York University，NY）。由2名放射科医师在b=1 000 s/mm2的DWI图像上手动勾画每层直肠高信号病灶区，感兴趣区尽量包括肿瘤的实性部分，最后剪切出整个肿瘤体积，并基于双指数模型的计算公式［S（b）/S0=（1-f）·exp（-b·D）+f·exp（-b·D*）］计算出真实扩散系数（D）、假扩散系数（D*）和灌注分数（f）数据，并由MATLAB软件计算出每个像素内的D值、D*值和f值并取其平均值。

DCE的后处理由同样2名放射科医师采用Omni Kinetics软件（GE药业，上海），先导入3个翻转角的T1 map序列，然后导入动态增强序列，勾画髂内动脉血管得到该供血血管的时间-浓度曲线作为动脉输入函数，并以该曲线作为参考，选择Extended Tofts Linear模型计算出Ktrans、Kep、Ve和Vp伪彩图及各参数平均值。

4. 统计学分析

结 果

1.T1-2期和T3-4期直肠癌IVIM和DCE参数比较

IVIM的D值和f值在直肠癌T1-2期（图1）和T3-4期（图2）间的差异具有统计学意义（P值分别为0.001和＜0.001，表2）。DCE的Ktrans值和Kep值在直肠癌T1-2期和T3-4期间的差异具有统计学意义（P值分别为＜0.001和0.025，表2）。

图1 直肠下段后壁T2期直肠腺癌

图2 T3期直肠腺癌

2.IVIM和DCE参数鉴别T1-2期和T3-4期直肠癌的效能比较

差异具有统计学意义的参数鉴别T1-2期和T3-4期直肠癌的效能比较见图3和表3，Ktrans的AUC最高，以0.53为阈值诊断的灵敏度和特异度分别为80.4%和77.4%。将IVIM和DCE鉴别诊断效能最高的2个参数（f和Ktrans）联合，经过logistic回归模型得到预测值，鉴别T1-2期和T3-4期直肠癌的AUC达到0.856，灵敏度和特异度分别为80.4%和80.6%（表3）。

表2 T1-2期和T3-4期直肠癌IVIM和DCE参数比较

图3 IVIM-DWI和DCE-MRI定量参数和logistic回归预测值诊断效能比较

表3 IVIM和DCE参数鉴别T1-2期和T3-4期直肠癌的效能比较

3.IVIM的灌注参数与DCE参数的相关性分析

f与Kep呈中度正相关（r=0.431，P=0.000），f与Ktrans（r=0.237，P=0.038）以及D*与Ve（r=0.235，P=0.040）呈弱正相关。其他IVIM灌注参数和DCE参数间无相关性（表4）。

表4 IVIM的灌注参数与DCE参数的相关性比较

讨 论

IVIM序列中的D值更多地代表组织内纯水分子扩散，D*值更多地反映了组织内毛细血管微循环的灌注，f值表示与微循环灌注相关的扩散在感兴趣体素内占总扩散的比例，与毛细血管血容量相关［5］，D*值和f值均是反映组织灌注特性的参数。本结果显示T3-4期的D值显著降低，与其他研究［5-6］结果一致，其原因可能为，随着肿瘤浸润范围增大，肿瘤细胞密度更大、细胞外间隙更小、肿瘤组织中自由水分子的扩散受限更明显；而f值在T3-4期显著增高，原因可能为随着肿瘤恶性程度的增高，不成熟血管的增多和毛细血管通透性的增加导致f值增高。这与其他研究［7］显示的f值与血管计数、微血管密度显著相关是一致的。但Sun［6］和Lu等［8］的研究结果显示，随着肿瘤恶性程度的增高，f值逐渐降低。造成结果存在差异的原因可能与随着肿瘤恶性程度的升高，肿瘤内微血管复杂性增加有关。D*值在组间无差异的原因可能包含了水分子扩散和灌注分数，且对噪声敏感，数值相对不稳定［9］。

Ktrans描述的是对比剂经血管内皮转运至血管外细胞外间隙（extravascular extracellular space，EES）的速率，Kep则相反，两者的大小反映了组织内微血管灌注量及血管的渗透面积。本结果显示T3-4期的Ktrans和Kep值显著增高，考虑为随着肿瘤恶性程度的增高，肿瘤新生血管的结构及功能越不完善，具有更高的渗透性和血流量，与其他研究结果一致［1，10］。另外，Ve反映了EES中对比剂浓度占整个体素的百分比，Vp反映了血容量和血浆流量的混合，本结果中Ve和Vp值的组间差异无统计学意义，可能与扫描时间、肿瘤分化程度等多因素有关。DCE中的Ktrans鉴别T1-2期和T3-4期直肠癌的效能最高，原因可能为DCE通过采集对比剂在肿瘤组织内的灌注和渗透性参数，Ktrans几乎直接反映了肿瘤组织的血管生成情况。另外，联合2种成像技术中诊断效能最高的2个参数（f值和Ktrans）得到的新预测值，鉴别T1-2期和T3-4期直肠癌的效能达到0.856。

尽管IVIM与DCE成像原理不同，但基本理论均基于毛细血管渗透性和血流动力学假说，因此IVIM的灌注参数与DCE的关系是研究的热点［11］。本研究中f与Kep呈中度正相关，f与Ktrans以及D*与Ve呈弱正相关，与Yang等［9］的结果相仿。f值还受到微血管解剖、血管渗透性［11］和微血管密度［12］等的影响，Ktrans和Kep受血容量和微血管通透性两方面影响，所以f与Kep和Ktrans呈弱至中度相关。D*值与DCE参数为弱相关或无相关，其原因可能为：①D*值可能包含了腺体分泌、导管内液体流动［13］等其他的生理过程；②IVIM信号强度受不同b值选取的影响，特别是小于200的b值［11］。

本研究的局限性：①本研究中T1期病例较少，另外，D与f值在预测T分期上灵敏度较高，但特异度较低，还需扩大样本量进一步研究；②目前对b值的大小和数量尚无统一参考值，对b值的优化还需进一步研究。

综上所述，IVIM与DCE参数对鉴别直肠癌的T分期均有较大的价值，IVIM的灌注参数与DCE具有一定的相关性，由于IVIM无须注射对比剂，对急性肾功能不全和终末期肾功能不全的患者具有潜在的临床应用价值。