APT定量参数与直肠癌病理类型及分期的相关性

李娟，高雪梅，程敬亮

结直肠癌(colorectal cancer，CRC)是常见的消化道恶性肿瘤之一，30%～35%发生在直肠，90%为腺癌[1]。多种因素影响着直肠癌治疗方案的选择及预后，包括肿瘤的位置、病理类型、分级、TNM分期、环周切缘(circumferential resection margin，CRM)、壁外血管侵犯(extramural vascular invasion，EMVI)等[2-3]。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)具有无辐射、软组织对比度高、多方位多参数成像等诸多优点，不仅可以较清晰分辨直肠肠壁各层结构，而且可以显示直肠周围系膜、壁外血管侵犯等情况，对临床制定详细治疗方案具有重要的决定性作用。近年来，磁共振功能成像的应用日益广泛，酰胺质子转移(amide proton transfer，APT)成像是一种基于化学交换饱和转移(chemical exchange saturation transfer，CEST)成像的无创性分子影像技术，通过定量测量不对称性磁化传递比(magnetization transfer ratio asymmetry，MTRasym)3.5 ppm处的APT信号强度(APT signal intensity，APT SI)间接反映体内代谢的变化[4-6]，既往多应用于神经系统，近年来已逐渐应用于多种肿瘤组织与正常组织鉴别以及评估肿瘤细胞的恶性程度[7-8]。既往研究发现APT可以帮助判断直肠癌病理级别及TN分期[9-11]，本研究旨在以DWI为对照，进一步探讨APT定量参数与直肠癌病理类型及分期的相关性，为临床评估直肠癌的恶性程度提供参考价值。

材料与方法

1.病例资料

收集本院2020年5月-2021年8月初诊为直肠癌的患者136例，主要临床表现有便血、排便习惯改变等。入组标准：①MRI检查后经手术病理证实为直肠癌；②患者MRI检查前均未经过手术、化疗或放疗；③MRI检查与手术时间间隔小于1周。排除标准：①患者MRI检查后接受新辅助治疗(n=35)；②患者配合欠佳，图像质量差(n=7)，最终入组94例，其中男59例，女35例。年龄33～83岁，平均(59±11)岁。

2.检查方法

检查前嘱患者排空直肠，采用Philips 3.0T(Ingenia CX)超导型MR仪和18通道相控阵线圈，受试者取仰卧位，斜轴位定位垂直于病变长轴。扫描序列及参数：斜轴位T2WI高分辨序列采用快速自旋回波(TSE)序列，TR 3000 ms，TE 100 ms，FOV 180 mm×180 mm，矩阵300×235，层厚4 mm，回波链长度15。APT序列采用3D TSE序列，将+3.5 ppm频率处偏移的MTRasym值以百分比水平显示即为APT SI，APT SI=MTRasym [Δω=+3.5 ppm] (%)[5]，具体参数如下：TR 6540 ms，TE 8.3 ms，FOV 230 mm×181 mm，矩阵116×90，层厚5 mm，回波链长度174，总共用时6 min。DWI序列采用SE-EPI序列，TR 4421 ms，TE 77 ms，FOV 200 mm×129 mm，矩阵80×52，层厚4 mm，b值为0、800 s/mm2。

3.图像数据处理

将患者原始数据上传至Philips ISP v10工作站，使用IntelliSpace Portal后处理软件计算出APT图像，将APT与T2WI图像进行融合，对94例直肠癌患者的APT SI及表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)图像进行观察、测量与分析，由两名从事磁共振诊断的主治医师独立分析，评价两位研究者之间测量结果的一致性，一致性较好时取平均值。在APT与T2WI融合图像上手动选取感兴趣区(region of interest，ROI)，将ROI复制到ADC图像上，标准如下：①将ROI放置于病灶最大截面上，选择全部肿瘤范围；②避开有囊变坏死出血区域的层面，囊变坏死区一般为T1WI低、T2WI高信号，出血区一般为T1WI高信号；③为了保证对同一解剖位置数据测量的一致性，减少由于ROI位置选择偏倚而导致的测量误差，所有数据均测量3次，取平均值。

4.病理类型及分期

直肠癌根据术后病理结果分为黏液腺癌、普通腺癌。根据WHO分级标准，普通腺癌分为G1(高分化，>95%腺管形成)、G2(中分化，50%～95%腺管形成)、G3(低分化，<50%腺管形成)，根据两层分级系统，G1及G2为低级别腺癌，G3为高级别腺癌；根据术后肿瘤侵及深度依据美国癌症联合委员会(American Joint Committee on Cancer，AJCC)分期标准进行T分期，将其分为早期和晚期，早期为病变局限于固有肌层，包括pT1期、pT2期，晚期为病变超过固有肌层，包括pT3期、pT4期；根据术后病理进行淋巴结分期，分为pN0(无淋巴结转移)、pN1(1-3个淋巴结转移)、pN2期(≥4个淋巴结转移)；CRM、EMVI、神经侵犯和脉管癌栓均分为阳性组和阴性组。

5.统计学分析

结 果

1.直肠癌病理类型及分期

直肠癌根据术后病理结果分为黏液腺癌12例(图1)，普通腺癌82例(图2)。82例直肠普通腺癌根据术后病理分为低级别腺癌63例(G2)，高级别腺癌19例(G3)；pT1-2期共33例(5例pT1期，28例pT2期)，pT3-4期共49例(41例pT3期，8例pT4期)； pN0期56例，pN1-2期26例(15例pN1期，11例pN2期)；CRM阴性82例；EMVI阳性20例，EMVI阴性62例；神经侵犯阳性20例，阴性62例；脉管癌栓阳性24例，阴性58例。

图1 女，50岁，直肠黏液腺癌。a)T2WI斜轴位，直肠肠腔内团块状混杂长T2信号影(箭)，病变累及肌层，右侧局部突破肌层；b)APT-T2WI 融合图，APT SI为3.6%，c)ADC图，ADC值为1.53×10-3mm2/s。图2 男，58岁，直肠普通腺癌。a)T2WI斜轴位，直肠肠腔内团块状稍长T2信号影(箭)，病变累及肌层；b)APT-T2WI 融合图，APT SI 为2.5%，c)ADC图，ADC值为0.91×10-3mm2/s。

图3 APT SI、ADC鉴别直肠黏液腺癌与普通腺癌的ROC曲线。图4 APT SI鉴别低级别与高级别直肠普通腺癌的ROC曲线。

2.直肠癌不同分组的APT SI、ADC值比较

两名医师测量APT SI、ADC值的ICC分别为0.827、0.815，一致性良好。直肠黏液腺癌APT SI、ADC值高于普通腺癌，差异具有统计学意义(P<0.001，表1)。低级别普通腺癌APT SI低于高级别普通腺癌，差异具有统计学意义(P<0.05)；其余直肠普通腺癌不同分组间APT SI及ADC值差异均无统计学意义(P>0.05，表2)。

3.APT SI、ADC值在直肠黏液腺癌与普通腺癌鉴别以及普通腺癌病理分级中的ROC曲线分析

APT SI鉴别直肠黏液腺癌与普通腺癌的AUC为0.936，最佳诊断阈值为2.5%时，诊断敏感度为1.13×10-3mm2/s时，诊断敏感度和特异度分别为85.4%和100%。APT SI和ADC值的AUC差异无统计学意义(Z=1.603，P=0.108)，见图3。APT SI在低级别与高级别普通腺癌鉴别中的AUC为0.728，以2.5%作为最佳诊断阈值，其诊断的敏感度为87.5%，特异度为52.6%(图4)。

表1 直肠癌不同病理类型APT SI及ADC值的比较

和特异度分别为76.8%和100%。ADC值鉴别直肠黏液腺癌与普通腺癌的AUC为0.982，最佳诊断阈值

表2 直肠普通腺癌不同分组APT SI及ADC值的比较

讨 论

常规高分辨率MR成像，特别是小FOV、薄层T2WI横轴面序列能提供直肠癌术前分期的情况，但无法提供功能学方面的信息。DWI是一种较成熟的MR功能成像技术，通过探测组织内水分子的扩散运动来反映生理或病理状态下组织微环境变化的情况，但容易受到肠蠕动伪影干扰。CEST成像是在磁化转移和化学交换理论基础上发展起来的一种新型磁共振分子影像技术，APT成像技术是其中一种最先进入临床的分支，通过定量酰胺质子磁化转移比例反映蛋白质浓度，是目前唯一可以在体、无创、无辐射、无示踪剂来探测游离蛋白质含量的技术。

黏液腺癌是直肠腺癌的一种常见亚型，预后较差，对新辅助放化疗不敏感，病理上肿瘤黏液成分超过50%[12]，术前活检常因取材有限难以对其进行准确的组织学分型，黏液腺癌有一定特点，T2WI多表现为高或稍高信号，但有时信号混杂，与普通腺癌鉴别困难。本研究中直肠黏液腺癌APT SI高于普通腺癌，根据文献报道，APT SI主要取决于内源性移动蛋白及多肽，也受细胞内PH环境的影响，此外，细胞密度、黏蛋白以及新生血管生成也会影响其信号值[13-14]。黏液腺癌以肿瘤细胞高黏液分泌为特征，可能是导致APT SI较高的原因。直肠黏液腺癌ADC值高于普通腺癌，与之前研究结果相一致[15]，考虑因为腺癌细胞漂浮于黏液中，排列较疏松，水分子扩散运动受限相对小，所以ADC值较高。APT SI的ROC曲线下面积稍低于ADC值，但两者间差异无统计学意义，表明APT、ADC参数有助于直肠黏液腺癌的鉴别诊断，对治疗方案的选择具有重要意义。

组织学分级是影响直肠癌预后的重要因素之一，本研究中低级别普通腺癌的APT SI低于高级别腺癌，这与既往研究一致[9-10]，APT有助于鉴别直肠癌的病理分级。Sotirios等[16]研究发现APT可以鉴别低级别与高级别胶质瘤，并可以预测组织病理级别。Yin等[17]研究表明，APT SI在前列腺癌中明显高于良性前列腺增生，并与Gleason评分有很强的相关性。这些研究均表明恶性肿瘤的APT SI明显高于良性或正常组织，且随着病理级别的而增加，高级别肿瘤中APT SI较高可能与大量蛋白质生成、细胞增殖迅速和新生血管生成有关。本研究中ADC值在高级别与低级别直肠癌中差异无统计学意义，与郭达等[18]研究不一致，与Zhu等[19]研究一致，DWI能否鉴别肿瘤分级尚需进一步研究。

直肠癌的分期与无病生存和局部复发密切相关，本研究采用术后病理回顾性分析APT SI、ADC与肿瘤分期的相关性，APT SI在pT1-2与pT3-4期、pN1-2与pN0期差异无统计学意义，既往研究显示T分期晚期和淋巴结转移时APT SI较高，与本研究结果不一致[9-10]，考虑与既往研究未纳入T1或T4期病例，N分期阳性率不同有关。本研究中ADC在pT1-2与pT3-4期、pN1-2与pN0期差异无统计学意义，表明不同TN分期肿瘤微环境差异可能不大，林晓君等[20]报道ADC图像纹理分析可用于鉴别直肠癌AJCC分期Ⅰ～Ⅱ期与Ⅲ期，即pN0期与pN1-2期。

EMVI指肿瘤所在肠管固有肌层外的血管腔内出现肿瘤浸润，EMVI阳性是直肠癌的独立预后因素，与局部复发、远处转移、肿瘤相关死亡等不良事件密切相关。Chen等[10]研究发现EMVI阳性者的APT SI高于EMVI阴性者，但本研究显示EMVI不同分组间APT SI的差异无统计学意义，考虑可能与EMVI状态的阳性率不同有关(本研究中为24.4%，既往研究中为50.8%)，判断EMVI状态仍需要结合高分辨T2WI图像以提高诊断的准确性。本研究中不同分组的ADC值差异无统计学意义，张景等[21]发现DWI肿瘤体积测量可以帮助判断EMVI状态。CRM，即全直肠系膜切除术(total mesorectal excision，TME)的手术切缘，CRM阳性者局部复发率高、生存率低，需采用术前新辅助放化疗以缩小肿瘤、降低肿瘤分期，本研究中环周切缘均为阴性，考虑因为术前CRM怀疑阳性者进行新辅助治疗而未纳入本研究。

神经侵犯与脉管癌栓也是关系到直肠癌复发、转移和术后辅助治疗的病理因素，本研究中APT SI、ADC在神经侵犯、脉管癌栓不同组间中差异无统计学意义，谢玉海等[22]报道ADC值可以鉴别神经脉管侵犯，与本研究结果不一致，考虑可能与分组不同有关，既往研究将神经脉管侵犯合为一组，而本研究将神经与脉管侵犯分开进行分析。

本研究存在一定的局限性：首先，本研究收集直肠癌的病理类型相对较少，未纳入淋巴瘤、神经内分泌肿瘤等，需要进一步扩大样本量继续研究。其次，本研究排除了进行新辅助治疗的直肠癌患者，可能会造成选择的偏倚。最后，本研究未将APT SI、ADC与Ki-67、P53等免疫组化指标进行相关性分析，需要在以后工作中收集完整资料进行下一步研究。

综上，在直肠癌中，APT可反映肿瘤组织微结构的复杂性，并间接反映肿瘤细胞增殖程度，有助于直肠黏液腺癌与普通腺癌的鉴别，可帮助预测直肠癌患者的病理分级。