弥散加权成像的不同定量参数值在直肠癌术前评估中的应用价值

袁 艺，李 杭，方 著，张 凤，蒲 红,

(1.川北医学院，四川 南充 637000；2.四川省医学科学院·四川省人民医院放射科，四川 成都 610072)

结直肠癌是世界上发病率和死亡率最高的第三大常见癌症，并有逐年上身的趋势[1，2]。对直肠癌进行准确的术前分期，评估淋巴结转移、脉管或神经束膜侵犯情况和组织学类型不仅影响治疗方式的选择，对预后的评估也至关重要[3～6]。弥散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)通过不同的表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)参数值反应水分子的布朗运动情况[7]。研究发现ADC最小值有助于直肠癌术前病理分期、分化程度的评估，但是，容积法测得的ADC最大值、最小值、平均值和差值对于评估术前病理分期、分化程度、淋巴结转移和脉管或神经束膜侵犯的研究较少[3,7,8]。本研究旨在探讨ADC的不同定量参数值在直肠癌患者术前临床病理因素评估方面的诊断价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料2020年1月至2021年4月四川省人民医院行直肠癌手术治疗患者109例，纳入标准：①经病理证实为直肠腺癌，均行直肠癌根治术治疗；②术前均行直肠MRI和DWI序列检查，MRI检查后1～2周行手术治疗；③MRI检查前未接受新辅助治疗。排除标准：①体内金属异物植入者，MRI检查禁忌者；②MRI及DWI图像缺失或图像质量差；③术后病理确诊为直肠黏液腺癌者。其中男69例，女40例，年龄26～88岁[(61.87±12.81)岁]。

1.2 检查方法采用1.5T磁共振扫描仪(Siemens Magnetom Aera)进行矢状和冠状位扫描，32通道体部阵列线圈。扫描序列包括常规MRI和DWI序列(表1)。轴位DWI序列(b=0,800 s/mm2)。ADC图由设备自动生成。

表1 MRI扫描序列

1.3 图像分析所有数据由两名放射科诊断医师在不知病理结果的情况下独立分析图像，在后处理工作站对图像进行分析和测量，获得ADC各参数值包括ADC平均值、最大值和最小值(图1)。选取所有肿瘤实性部分层面，勾画感兴趣区(region of interest, ROI)，分别测得直肠癌所有层面的ADC最大值、最小值和平均值。为了反映肿瘤的异质性，ADC差值定义为在每层肿瘤横断面上ADC最大值与最小值之差。各参数值分别取平均值，获得整个病灶的平均参数值[3]。

图1 直肠癌患者相应MRI的T2W、DWI、ADC图像 a：轴位T2W；b：DWI图(b=800 s/mm2)；c：对应的ADC图所测得ADC最大值、最小值和平均值

1.4 病理分期及组织学分析所有患者均接受根治性切除手术且至少检查12个区域淋巴结。由1位7年经验的病理科医生进行评估，报告肿瘤的浸润深度、组织学类型、淋巴结转移和脉管或神经束膜侵犯情况。

1.5 统计学方法采用SPSS 26.0软件进行统计分析。不同ADC各参数值测量的一致性检验采用组内相关系数(ICC)检验。ICC<0.4为一致性差；0.41～0.8为一致性好；>0.8为一致性非常好。符合正态分布的计量资料以均数±标准差表示，组间比较采用t检验，不符合正态分布的计量资料以M(Q1,Q3)表示，组间比较采用Mann-WhitneyU检验。绘制受试者工作特征(ROC)曲线，计算ROC曲线下面积(AUC)，得出相应的最佳临界值、敏感性和特异性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 ADC各参数值的一致性ADC最大值、最小值、平均值和差值的组间一致性分别为0.892、0.845、0.864、0.907。

2.2 不同病理T分期直肠癌组织的ADC各参数值比较ADC平均值在未突破组中高于突破组(P=0.003)；两组ADC最大值、最小值和差值比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2 不同病理T分期直肠癌组织的ADC各参数值比较 (×10-3 mm2/s)

2.3 不同组织分化程度直肠癌组织的ADC各参数值比较ADC最大值、最小值、平均值和差值在不同分化程度的直肠癌中差异均无统计学意义(P>0.05)。见表3。

表3 不同组织分化程度直肠癌组织的ADC各参数值比较 (×10-3 mm2/s)

2.4 直肠癌组织ADC各参数值在有无淋巴结转移中的比较无淋巴结转移的ADC最大值、最小值和平均值明显高于有淋巴结转移(P<0.01)；有无淋巴结转移的ADC差值比较，差异无统计学意义(P=0.131)。见表4。

表4 直肠癌组织ADC各参数值在有无淋巴结转移中的比较 (×10-3 mm2/s)

2.5 直肠癌组织ADC各参数值在有无脉管或神经束膜侵犯中的比较ADC最大值、最小值和平均值在无脉管或神经束膜侵犯组中较高(P<0.05)；两组ADC差值比较，差异无统计学意义(P=0.084)。见表5。

表5 直肠癌组织ADC各参数值在有无脉管或神经束膜侵犯中的比较 (×10-3 mm2/s)

2.6 ADC各参数值相应的诊断效能ADC平均值在评估不同分期中，AUC=0.727。ADC最大值、最小值和平均值在评估有无淋巴结转移中，AUC=0.651、0.678、0.787。ADC最大值、最小值和平均值在评估有无脉管或神经束膜侵犯中，AUC=0.719、0.665、0.744。见图2，表6。

图2 直肠癌组织ADC各参数值在评估病理分期、淋巴结转移、脉管或神经束膜侵犯的ROC曲线 a：ADC平均值区分病理分期；b：ADC最大值、最小值和平均值区分有无淋巴结转移；c：ADC最大值、最小值和平均值区分有无脉管或神经束膜侵犯

表6 直肠癌组织ADC各参数值在病理分期、淋巴结转移、脉管或神经束膜侵犯中的诊断效能

3 讨论

直肠癌的发病率在我国呈持续上升趋势，术前准确的分期、分化程度、淋巴结转移和脉管或神经束膜侵犯对其治疗方案的选择和预后情况密切相关[9]。美国癌症联合委员会直肠癌规范化治疗指南认为为降低术后局部复发率，应对T1、T2期行直肠癌根治术，对T3、T4期应在新辅助治疗后再行根治术[10]。MRI具有无创、无辐射、良好的软组织对比度、多方位、多参数成像等优势，MRI已成为诊断直肠癌并进行术前分期的重要手段。但常规MRI序列和其他形态学检查技术(如直肠内超声检查和CT)一样，对判断有无淋巴结转移存在不足，而DWI比常规MRI形态学更有价值[11]。DWI通过ADC量化水分子的扩散特性，可以显示组织自由水分子运动情况，反映细胞间的密集程度[12]。ADC值已被广泛应用于临床工作中，但ADC最大值、最小值、平均值和差值分别对分期、分化程度、淋巴结转移和脉管或神经束膜侵犯方面的研究较少。

本研究发现ADC各参数值随着病理分期增高呈下降趋势，与Liu等结果一致[7，13]。随着肿瘤恶性程度的增加，细胞密度增加，细胞核浆比例增大，且肿瘤细胞排列紧密，使细胞外水分子扩散受限[14]。此外，本研究发现ADC平均值可以区分未突破组与突破组的直肠癌，且预测价值较高。而ADC最大值、最小值和差值在不同分期中无明显差异，与先前研究发现ADC最小值可区分病理分期不一致[7]。这可能与Liu等采用将ROI置于肿瘤在ADC图上信号最低区域有关，而本研究采用全肿瘤体积法，ROI覆盖整个肿瘤区域，能有效减少取样误差造成的偏倚，能更好地反映整个肿瘤组织学特性。

在肿瘤分化中，肿瘤分化程度越高，ADC值越大，与李奎德等结果一致[15]。可能与肿瘤不同分化主要取决于细胞的异型性有关。肿瘤细胞分化程度较低时，肿瘤细胞异型性增加，细胞密度和核质比增加，结构更复杂而导致扩散受限[15]。但本研究中ADC最大值、最小值、平均值和差值在不同分化程度的直肠癌组织中无差别，与Liu等研究发现ADC平均值和ADC最小值在不同肿瘤分化有统计学意义不一致[7，15]。究其原因可能为：①李奎德等认为ROI的不同测量方法会对结果有影响且容积ROI法预测价值更准确[15]。②Woo等认为可能是细胞密度和微循环等共同作用于水分子运动，导致水分子扩散受限，而灌注效应可能是影响ADC参数值的重要因素[16]。③Liu等认为由于肿瘤分化的异质性，同一肿瘤存在不同的分化水平，只有在肿瘤细胞增殖最活跃的区域才能真正反映肿瘤的恶性和生物学行为，而病理标本和影像学图像不能一一对应[7]。

淋巴结转移是无病生存率和局部复发率的重要预后因素[17]。MRI通过形态学检测淋巴结的准确性较差，一般认为在62%～85%[18]。而对原发肿瘤进行测量来预测淋巴结是否转移的相关研究较少。随着淋巴结转移的出现，ADC各参数值逐渐降低，与之前研究一致[3，7,17]，在一定程度上反映了淋巴结转移情况的出现与原发肿瘤情况有一定关系。可能与ADC参数值反映了水分子的扩散运动有关，肿瘤生物学行为越恶性，ADC值越低，淋巴结越容易发生转移[15]。Li等发现ADC差值能准确预测淋巴结转移(AUC=0.935)[3]。而本研究发现ADC差值不能预测淋巴结转移且ADC平均值的诊断效能更高，究其原因：①可能与ROI的选择有关，Li等采用在肿瘤层面绘制多个13～40 mm2大小的ROI，选取ROI中的最小ADC值作为ADC最小值[3]。②可能与纳入病例数有关，Li等总共纳入58例，其中淋巴结转移28例，而本研究纳入109例，且淋巴结转移为46例[3]。

脉管或神经束膜侵犯与预后相关。脉管或神经束膜侵犯组的ADC各参数值低于无脉管或神经束膜侵犯组，与之前研究一致[19]。可能是由于当肿瘤侵犯脉管神经，肿瘤细胞排列密度增加，微血管密度增加，细胞间隙减小，水分子扩散运动受限[20]。且ADC平均值的预测价值高于ADC其他参数，可能与ADC平均值反映了肿瘤的异质性，也包括ADC最大值和ADC最小值有关。

本研究的局限性：①为回顾性研究且可能存在数据偏倚，未突破组较少只有17例，低分化只有23例，脉管或神经束膜侵犯只有17例。②ADC图像仅由两个b值计算所得，今后可选择更多b值减小血流灌注对ADC参数值的影响。③本研究仅评估了有无淋巴结转移情况，没有对具体N分期做进一步评估。

综上所述，ADC图像提供的ADC最大值、最小值、平均值和差值可用于评估不同分期、淋巴结转移和脉管或神经束膜侵犯情况，尤其是ADC平均值在术前评估直肠癌淋巴结转移、突破固有肌层、和脉管或神经束膜侵犯中具有重要价值。