2018年全球癌症统计报告显示, 结直肠癌的发病率及死亡率位于第三位及第二位, 但死亡率在全球各国家之间差异较小^[1]。2015中国癌症统计数据显示, 中国结直肠癌的发病率呈持续上升态势, 并且年轻患者的发病率逐年增高, 大部分人发现时已是中晚期, 严重影响其治疗及预后^{[2, 3]}。直肠癌预后的重要指标包括肿瘤的T、N分期、周围脉管侵犯情况、病理分化程度, 以及年龄是否大于70岁等^[4-7]。功能性MRI成像能间接反映活体组织生物学行为, 有助于肿瘤的疗效评价及预后评估, 弥散加权成像(diffusion-weighted imaging, DWI)作为一种最常用且易操作的功能成像技术, 其应用日益广泛。

使用体素内不相干运动双指数模型(intravoxel incoherent motion, IVIM)拟合不同b值的DWI图像, 可以对肿瘤的恶性程度、病理分化程度、淋巴结是否转移, 进行无创定量诊断。随着MRI技术不断发展, IVIM由用于颅内疾病的诊断^[8], 逐渐扩展用于肝脏^[9]、前列腺^[10]、宫颈^[11]、胰腺^[12]、乳腺^[13]及直肠^[14]等疾病的诊断。本文主要探讨磁共振IVIM预测直肠癌TN分期、分化、脉管侵犯的应用价值。

1 资料与方法 1.1 一般资料

选取2017年11月~2018年11月我院收治的直肠癌患者52例, 男性39例、女性13例, 均有完整的的临床及病理资料。纳入标准:术前均经内镜活检病理证实为直肠癌; 术前常规行盆腔MRI平扫、多期动态增强扫描, 以及多b值DWI扫描, 图像满足诊断要求; 均于检查后1周内行手术切除并行病理检查。排除标准:术后病理为黏液腺癌及其它非腺癌患者; 术后病理未描述分化程度的; 图像不能满足诊断要求的。最终, 纳入本研究的患者为43例, 男性34例、女性9例。

1.2 扫描方法及参数

所有患者均采用德国西门子3.0T磁共振扫描仪(Siemens VERIO), 4通道体线圈。中心位于耻骨联合上2 cm处。术前禁食6 h, 检查前, 嘱患者饮用适量的水充盈膀胱。训练患者呼吸气。

常规MRI扫描, 定位于矢状面, 横轴面及冠状位的T1WI、T2WI及脂肪抑制序列, 层厚3 mm, 间隔0.6 mm, 激励次数4。多b值DWI检查采用单次激发平面回波(SS EPI)序列轴面成像, 扫描参数:TR=5000 ms, TE=78 ms, 层厚5 mm, 间隔1 mm, FOV 380 mm×180 mm, 矩阵192×120。IVIM扫描b值取0、50、100、150、200、400、600、800、1000、1200、1500 s/mm²。MRI连续增强扫描, 层面垂直于病灶长轴, 增强扫描T1-vibe序列:TR=3.41 ms, TE=1.3 ms, 层厚3 mm, 间距0.6 mm, FOV 380 mm×210 mm, 矩阵320×224, 激励次数1~4。选用钆喷酸双甲葡胺(Gd-DTPA), 剂量0.2 mmol/kg, 经肘静脉使用高压注射器以2 mL/s进行团注, 注射后追加10~20 mL生理盐水冲管。

1.3 术后病理分期、分级及脉管侵犯标准

手术后标本由具有10年临床工作经验的病理诊断医师进行取材及分析。病理指标主要包括肿瘤T、N分期、肿瘤分化程度、周围脉管侵犯情况, 以及淋巴结转移情况。

依据2017版结直肠癌诊疗规范^[2], 肿瘤T分期分为4期, 肿瘤N分期分为3期。根据WHO 2010版结直肠癌组织学分级标准, 依照显微镜下肿瘤腺样结构的多少及腺管形态特征分为3级。周围脉管侵犯的判定标准:显微镜下送检组织的小动静脉或淋巴管的管壁受到肿瘤细胞浸润及破坏, 或直接发现管腔内瘤栓, 则定为脉管侵犯。

1.4 图像分析与数据采集

所有图像均由两名具有10年以上腹部MRI阅片经验的医师采用盲法进行, 当出现较大分歧时, 经商讨获得共识。将患者的IVIM序列图像导入MTK软件进行分析。选取合适的感兴趣区域(region of interest, ROI), 所有ROI均在遵循以下原则的基础上人工绘制:选取肿瘤截面积最大层面, 参照平扫T2WI高清扫描图像及弥散图像, 选取实性成分最明显区域, 避开出血、坏死、囊变及其内大血管组织, 同一患者在不同时间测量3次, 取其平均值, 最后, 通过软件计算D值、D^*值及f值等IVIM参数值。

1.5 统计学分析

采用SPSS 21.0对数据进行统计分析。计量资料经正态性检验, 对符合正态分布的数据均用(x±s)表示, 两组之间比较采用独立样本t检验或U检验。多组间比较采用单因素方差分析, 进而采用LSD法对各组间有统计学意义的指标进行两两比较, P＜0.05为具有统计学意义。采用两组有统计学意义的参数值绘制ROC, 计算曲线下面积及各参数的敏感度、特异度及阈值。

2 结果

纳入本研究的43例患者中, T1期4例、T2期8例、T3期13例、T4期18例; N0期26例、N1期10例、N2期7例; 高分化腺癌(Ⅰ级)5例、中分化腺癌(Ⅱ级)36例、低分化腺癌(Ⅲ级) 2例; 根据肿瘤是否突破肌层, 分为早期组T1+T2期12例, 晚期组T3+T4期31例; 有脉管侵犯11例、无脉管侵犯32例。

2.1 磁共振IVIM各参数在肿瘤T分期各指标的比较 2.1.1 不同T分期相关指标比较

单因素方差分析结果显示, 不同T分期患者D、D^*值各组总体差异均有统计学意义(P＜0.05), f值则无统计学意义(P>0.05)。见表 1。

2.1.2 T1+T2期与T3+T4期患者各参数比较

两独立样本t检验结果显示:T3+T4期患者D^*值明显高于T1+T2期患者, D值低于T1+T2期患者, 差异均有统计学意义(P＜0.05), 而二者的f值无统计学差异(P>0.05)。见表 2。

2.1.3 IVIM参数值对T1+T2与T3+T4两组分期的ROC曲线

ROC曲线分析显示, D、D^*及D+D^*联合诊断T分期的曲线下面积分别为0.704、0.788、0.839(P＜0.05), 对T分期有较好的诊断价值, 而D+D^*值联合诊断T分期时灵敏度为71.0%、特异度为83.3%, 其应用价值最高。见表 3。

2.2 磁共振IVIM各参数在病理分级各指标的比较

单因素方差分析结果显示, 不同病理分级患者, f值各组差异无统计学意义(P>0.05), D、D^*值则有统计学意义(P＜0.05)。各组间D、D^*值两两比较有统计学意义(P＜0.05)。见表 4。Spearman相关性分析结果显示, 病理分级与f值的相关性无统计学意义(P>0.05);与D值呈负相关(r_s＜0, P＜0.05);与D^*值呈正相关(r_s>0, P＜0.05)。见表 5。

2.3 IVIM参数在脉管侵犯各指标的比较

两独立样本t检验结果显示, 有无脉管侵犯患者f、D、D^*值差异均无统计学意义(P>0.05)。见表 6。

2.4 IVIM参数对有无淋巴结转移指标的分析

两独立样本t检验结果显示, 有淋巴结转移患者D值低于无淋巴结转移患者, 差异有统计学意义(P＜0.05)。f、D^*值差异无统计学意义(P>0.05), D值对淋巴结转移的ROC曲线下面积为0.767(P＜0.05)。数据见表 7、表 8。典型病例见图 1。

3 讨论 3.1 IVIM各参数在直肠癌术前T分期中比较

目前, IVIM参数预测直肠癌分期虽有一些报道, 但结果存在差异。本研究显示D、D^*值在T分期中具有统计学差异, 而f值差异则无统计学意义。D值反应的是真实弥散系数。有研究表明^[14], 正常组织或良性病变的D值明显高于恶性肿瘤。本研究表明, 随着T分期增加, D值减小, 与文献报道近似。推测可能随着肿瘤分期增加, 异质性更明显, 肿瘤细胞数量及密度增加, 导致水分子扩散空间减少, 弥散受限。D^*值主要反映组织的微循环灌注情况。本研究显示随着T分期增加, D^*值增加, 可能与肿瘤内毛细血管增多, 血管通透性增高有关。活体组织内动静脉瘘的形成, 血流的速度更快, D^*值则越高。f值又称灌注相关分数, 主要反应毛细血管的丰富程度。多项研究显示f值差异性较大, 有研究认为良性组织的f值较恶性组织高^[15、16], 也有研究则相反^[17]。本研究显示, f值在肿瘤T分期方面无统计学意义。可能与肿瘤恶性程度增加, 肿瘤血管组织混乱、结构不稳定、渗漏异常、微循环有效灌注较少相关。此外, 不同的TR及TE时间, 可能导致f值结果的不同^[18]。

高分辨MRI成像是直肠癌T分期的主要常规方法, 然而其对直肠病灶周围组织系炎症水肿、纤维增生或肿瘤浸润等鉴别存在很大困扰, 导致T分期诊断较为困难^[19]。本研究MRI功能成像结果显示, T3+T4期组的D值低于T1+T2期组, 前者D^*值高于后者, 而各参数D+D^*联合应用时显示ROC曲线下面积最大, 为0.839, 灵敏度为71.0%、特异度为83.3%, 具有较高的应用价值。因此, 当高分辨MRI对T1+T2期及T3+T4期患者鉴别困难时, 功能成像D值、D^*值有一定的提示意义。

3.2 IVIM参数与病理分级之间的比较

本研究显示肿瘤病理分级越高, D值越低, D^*值越高。D值与病理分级呈负相关, D^*值呈正相关, f值无明显统计学意义, 这与Du等^[20]的研究结果相符。其机理可能为, 肿瘤分化越差细胞排列越紊乱密集, 细胞核分裂现象增多、核浆比越大, 细胞间隙越小, 细胞内水分子扩散运动越受限, D值越低。反之, 分化程度高的肿瘤D值就越高。D^*值与肿瘤病理分级呈正相关, 随着病理分级增加, 肿瘤的血供更丰富, 血流更快, 微循环灌注更容易表达, D^*值就越高。由于f值受血管数量、通透性、表面积或细胞外间隙容积等诸多因素影响, 因而产生的结果差异性较多、不稳定, 其在病理分级各组之间无明显统计学意义。

3.3 IVIM参数与脉管侵犯之间的比较

直肠周围脉管浸润, 指肿瘤细胞侵犯固有肌层以外的脉管系统, 如血管及淋巴管, 是远处转移、局部复发, 以及总生存期的重要预后指标。本研究中, D、D^*及f值在有无脉管侵犯两组之间无明显差异, 可能与本研究入组有脉管侵犯的病例较少, 导致统计结果误差较大, 待后续大样本进一步研究。

3.4 IVIM参数对是否有淋巴结转移的直肠癌的分析

本研究表明有淋巴结转移的直肠癌患者, D值更低, D^*及f值在两组间无明显差异, 这与Yu等^[21]和Yamada等^[22]研究结果类似, 表明有淋巴结转移的直肠癌病灶内水分子弥散受限程度及细胞异质性较无淋巴结转移患者更明显。与侵袭性较弱的直肠肿瘤相比, 侵袭性较强的肿瘤组织中, 细胞数量的增加及细胞内微结构更加复杂, 导致组织内屏障增多, 限制了水的扩散。也有研究认为, 直肠癌淋巴结转移主要跟病理分级及淋巴管、血管是否受侵等密切相关^[23], 同时也受病程长短及个体差异性的影响, 而与病灶本身微循环灌注无明显关联。

本研究存在一定局限性:病例数较少; b值选取的不同及测量者之间的差异; 采用单层ROI勾画而非肿瘤全体积参数分析, 不能充分反映肿瘤的异质性而, 因而可能现偏倚现象。

IVIM参数D、D^*可以辅助直肠癌T分期, D+D^*联合应用时诊断效能最高。D^*、D与病理分级分别呈正、负相关性, 可以预测直肠癌病理分化程度。D值可以辅助诊断直肠癌是否发生淋巴结转移, 但IVIM参数不能预测直肠癌周围脉管是否有侵犯。