DCE-MRI定量灌注直方图参数对直肠癌患者壁外血管侵犯的评估价值分析*

周坤生，郭新，陈芳，彭泽标

皖西卫生职业学院附属医院磁共振室 安徽六安 237010

腹腔镜直肠癌低位前切除术是中高位直肠癌患者常用的保肛术式，具有创伤小、操作精细、切除病灶的同时又可保留患者正常排粪功能的优点[1]。腹腔镜直肠癌低位前切除术治疗效果与患者疾病进展阶段密切相关，研究证实直肠癌壁外血管侵犯（extramural venous invasion，EMVI）在直肠癌术前评估中至关重要，可作为肿瘤局部复发、总体生存时间缩短的独立预测指标[2]。因此术前准确评估直肠癌患者EMVI状态对制定治疗策略和改善患者预后具有重要意义。

磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）具有良好的软组织分辨能力，在肿瘤诊疗过程中具有重要的应用价值。随着MRI 技术的发展，动态增强磁共振成像（dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI）在临床中应用越来越广泛。DCEMRI 可通过多个参数量化肿瘤组织的血流动力学变化，反映肿瘤血管生成和通透性变化[3]。直方图是基于像素分布进行图像分析的方法，可反映肿瘤异质性及肿瘤微环境变化[4]。目前关于DCE-MRI 在直肠癌EMVI 评估中的应用较多，但关于DCE-MRI 定量灌注直方图参数对EMVI 评估价值的相关研究较少。本研究通过分析DCE-MRI 定量灌注直方图参数对EMVI的评估价值，以期为直肠癌术前精准评估和临床治疗方案的选择提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2020 年10 月至2022 年12 月在本院进行腹腔镜直肠癌低位前切除术治疗的96 例患者的临床资料，依据术后病理结果分为观察组（EMVI阳性组，n＝38）和对照组（EMVI 阴性组，n＝58）。两组性别、年龄、组织学分类等一般资料比较差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性，见表1。本研究经医院伦理委员会审批通过，所有患者对研究内容均知情同意。

表1 两组一般资料比较

1.2 纳入与排除标准

纳入标准：（1）符合《中国结直肠癌诊疗规范（2017年版）》[5]中直肠癌的相关诊断标准，TNM分期为Ⅰ～Ⅲ期；（2）所有患者均为中高位直肠癌，均实施行腹腔镜直肠癌低位前切除术治疗且经术后病理诊断确诊；（3）临床资料完整，MRI影像数据完整。排除标准：（1）合并精神疾病；（2）合并肝、肾功能障碍；（3）合并其他恶性肿瘤；（4）合并感染性疾病。

1.3 方法

所有患者均在术前1 周进行DCE-MRI 检查，采用3.0T MRI扫描仪，16通道体部相控阵线圈。先行常规平扫，扫描序列包括矢状位T2WI，轴位T1WI、T2WI、T2WI 抑脂、DWI、ADC 图，冠状位T2WI，动态增强T1WI抑脂序列，轴位、矢状位、冠状位重建。T2WI 常规平扫参数：TR 4 000 ms，TE 19.5 ms。T1WI常规平扫参数：TR 600 ms，TE 10 ms，层数24，层厚3 mm，层间距0.3 mm，FOV 24 cm×24 cm，矩阵320×256，扫描时间4 min 32 s。之后行DCE-MRI检查，使用三维快速长回波序列横断面技术进行扫描，扫描参数：TR 4 ms，TE 2 ms，层厚3.5 mm，FOV 25 cm×25 cm，矩阵224×160，翻转角度8°。扫至第3相时用高压注射器经肘静脉注射钆贝葡胺注射液0.2 mmol/kg，注射速率3.5 mL/s，之后注入生理盐水20 mL 冲洗，获取DCE-MRI影像数据。将获取的影像数据上传至处理工作站，应用DCE-MRI后处理软件进行图像分析，勾画感兴趣区域（region of interest，ROI），ROI 需避开囊变、坏死、周围血管区及正常组织，获取并导出DCE-MRI 定量灌注直方图参数，用直方图统计各参数的中位数、平均值、偏度、峰度、第10百分位数和第90百分位数。

1.4 观察指标

（1）比较两组DCE-MRI 定量灌注直方图参数。DCE-MRI 定量灌注参数包括容积转运常数（Ktrans）、速率常数（Kep）、血管外细胞外间隙容积分数（Ve），其中Ktrans是单位时间内对比剂从血管中向细胞外血管外间隙（extravascular extracellular space，EES）扩散的速率；Kep是单位时间内对比剂从EES向微血管内反流的速率；Ve是单位时间内对比剂从血管中渗透至EES 的容积与总体EES 容积的百分数。平均值是指平均灰度值，可均质性描述病灶同质性；偏度是对灰度值分布偏离对称情况的一种度量，对称性越好，偏度绝对值越小；峰度是描述灰度分布是否聚集在均值附近的倾向，是相对于正态分布的对比量；百分位数可提供各像素值在最小值与最大值之间的分布信息。

（2）DCE-MRI定量灌注直方图参数评估EMVI的效能分析。EMVI由影像科副主任医师及以上职称的医师参照Smith评分系统[6]进行评估，评分0～4分，0分为非结节状肿瘤侵至肠壁肌层；1分为结节状肿瘤侵出肠壁；2分为肿瘤周围有供血血管但血管轮廓无异常，无血管狭窄、扩张情况，无异常实性信号；3分为肿瘤周围血管存在异常回声，血管轮廓略扩张或有轻微血管狭窄和扩张；4分为肿瘤周围血管存在异常回声，血管轮廓不规则扩张。其中，0～2分记为EMVI阴性，3～4分记为EMVI阳性。评分越高，提示EMVI程度越重。

1.5 统计学方法

采用SPSS 25.0软件进行数据处理。计量资料以（±s）表示，比较采用t检验。计数资料用（n）表示，比较采用χ2检验。绘制受试者工作特征曲线（receiver operator characteristic curve，ROC），以曲线下面积（area under curve，AUC）检验DCE-MRI定量灌注直方图参数对直肠癌患者EMVI 的评估效能，其中AUC≤0.5 表示无评估效能，0.5＜AUC≤0.7表示评估效能较差，0.7＜AUC≤0.9表示评估效能良好，AUC＞0.9 评估效能较好。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组DCE-MRI定量灌注直方图参数比较

观察组Ktrans、Kep、Ve的中位数、平均值、第90百分位数均高于对照组，且Kep的第10百分位数高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）；两组Ktrans、Kep、Ve的偏度、峰度以及Ktrans、Ve的第10百分位数比较差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2。

表2 两组DCE-MRI定量灌注直方图参数比较 min，±s

表2 两组DCE-MRI定量灌注直方图参数比较 min，±s

项目观察组（n＝38）对照组（n＝58）t P Ktrans中位数平均值偏度峰度第10百分位数第90百分位数0.4±0.1 0.4±0.1 0.2±0.1 0.8±0.2 2±0.1 4±0.1 0.8±0.2 0.2±0.1 0.3±0.1 6±0.20.4±0.1 0.0.0.3±0.1 0.3±0.1 0.2±0.1 4.511 5.005 0.231 1.097 0.803 7.132＜0.001＜0.001 0.818 0.275 0.424＜0.001 Kep中位数平均值偏度峰度第10百分位数第90百分位数0.0.6±0.2 0.6±0.1 1.7±0.8 0.4±0.1 0.9±0.2 0.4±0.1 0.6±0.1 1.6±0.7 0.3±0.2 0.6±0.1 7.132 6.653 0.493 0.408 2.535 7.297＜0.001＜0.001 0.623 0.684 0.013＜0.001 Ve中位数平均值偏度峰度第10百分位数第90百分位数0.5±0.1 0.5±0.1 0.2±0.1 0.2±0.1 0.3±0.1 0.6±0.2 0.4±0.1 0.4±0.1 0.2±0.1 0.1±0.1 0.3±0.1 0.5±0.1 3.990 3.571 0.873 1.383 1.470 2.461＜0.001 0.001 0.385 0.172 0.145 0.016

2.2 DCE-MRI 定量灌注直方图参数评估EMVI 的效能分析

将上述EMVI 阴性组和EMVI 阳性组比较差异有统计学意义的参数值作为检验变量，直肠癌患者的EMVI情况作为状态变量（阳性＝1，阴性＝0）纳入效能分析，绘制ROC 曲线图，见图1、图2、图3。Kep第10百分位数和Ve第90百分位数的评估效能较差（0.5＜AUC≤0.7）；Ktrans中位数、平均值、第90百分位数，Kep中位数、平均值、第90百分位数，Ve中位数、平均值的评估效能良好（0.7＜AUC≤0.9），其中Kep中位数、平均值、第90百分位数的评估效能相对较好（AUC≥0.8），见表3。

图1 Ktrans的ROC曲线

图2 Kep的ROC曲线

图3 Ve的ROC曲线

表3 DCE-MRI定量灌注直方图参数评估EMVI的效能分析

3 讨论

目前，临床评估直肠癌EMVI的首选影像学方法是CT和MRI，CT扫描范围大且可观察直肠以外的组织和器官，但其对软组织的分辨能力较差[7-8]；常规MRI 具有良好的软组织分辨能力，但其空间分辨率低，易受直肠运动伪影影响[9-10]。DCE-MRI可通过造影剂来增强组织之间的MRI 信号，可有效提高组织图像对比度[9]。直方图是基于肿瘤ROI进行分析，可提供整个病灶的信息，体现ROI 内像素强度的灰度频数、降低采样偏差干扰，提高诊断、评估、预测等应用的准确性及可重复性[11-12]。因此，临床或可从DCE-MRI 定量灌注直方图参数来评估直肠癌患者EMVI风险。

本研究应用DCE-MRI 影像技术并选择Extend Tofts 药代动力学模型，通过后处理软件自动生成定量灌注直方图参数，进而对比两组DCE-MRI定量灌注直方图参数，结果显示观察组Ktrans、Kep、Ve的中位数、平均值、第90百分位数均高于对照组，且Kep的第10 百分位数高于对照组，说明EMVI 阳性的直肠癌患者肿瘤血管增生程度及通透性更高。考虑原因为肿瘤细胞进入血液循环的过程中为满足自身生长需求，会刺激机体血管生长因子释放来促进肿瘤周围及内部生成大量新生血管，所以直肠癌EMVI阳性患者肿瘤新生微血管较多、血流丰富，新生血管通透性且血管内皮细胞间隙加大，在注射对比剂后可迅速向微血管及其表面渗透，所以发生EMVI的患者的DCE-MRI 影像学表现为Ktrans、Kep及Ve的中位数、平均值、第10 百分位数、第90 百分位数增大[13]。张海平等[14]及吕霞等[15]研究均指出直肠癌EMVI 阳性患者的肿瘤细胞可通过血管或淋巴细胞脱离肿瘤原发部位进入血液循环并在循环中存活，并促进微血管增生，增加血管通透性。此外，直肠癌EMVI阳性患者新生血管增加，血管内高血流状态会增加流体静水压，对比剂易向EES扩散[16]，这可能也是导致直肠癌EMVI阳性患者的Ktrans、Kep及Ve的中位数、平均值、第10百分位数、第90百分位数升高的原因。

为进一步探究DCE-MRI 定量灌注直方图参数对直肠癌EMVI 的评估价值，笔者绘制了ROC 曲线并对其进行分析，结果显示Kep第10百分位数和Ve第90百分位数的评估效能较差（0.5＜AUC≤0.7）；而Ktrans中位数、平均值、第90百分位数，Kep中位数、平均值、第90 百分位数，Ve中位数、平均值的评估效能良好（0.7＜AUC≤0.9），其中Kep中位数、平均值、第90百分位数评估效能相对较好（AUC≥0.8）。直肠癌EMVI阳性患者的肿瘤细胞可通过血管及淋巴系统进入血液循环，在增殖过程中促进新生血管的生成，而这些新生血管的内皮细胞结构尚不完整，导致肿瘤组织中的微血管密度增大、血管壁通透性增加[17]。DCE-MRI 定量灌注参数中，Ktrans反映肿瘤局部微血管血流状态及其表面渗透面积，Ve则反映EES中对比剂容量，Ktrans参数可能会受到血流灌注的影响，而Ve可能会受到肿瘤密度和肿瘤间质的影响，而Kep值大小与上述两个参数有关，即Kep＝Ktrans/Ve[14]，可综合反映Ktrans、Ve两个参数的情况，这可能是其对直肠癌EMVI评估效果较好的原因之一。

综上所述，DCE-MRI定量灌注直方图参数Kep中位数、平均值、第90 百分位数对直肠癌患者EMVI状态的评估效能相对较好，可为直肠癌术前评估EMVI状态和制定治疗方案提供一定的参考依据。然而，本研究存在一定的局限性：一是样本量较少，所得结果可能存在偏倚，可扩大样本量进一步研究；二是目前临床上关于肿瘤疾病类的直方图参数研究多集中在中位数、平均值、百分位数等参数，本研究纳入分析的直方图参数有限，未来可将更多有意义的直方图参数纳入分析，以更全面地了解DCE-MRI定量灌注参数在直肠癌中的评估价值。

利益冲突声明全体作者均声明不存在与本文相关的利益冲突。