3.0 T磁共振體素內不相干運動成像參數(shù)在直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤鑒別診斷中的應用

王靈華，李勇剛

直腸管狀絨毛狀腺瘤屬于直腸腺瘤的一種，包含腺管狀結構及絨毛狀結構，也叫混合性腺瘤，發(fā)生于直腸粘膜上皮，常覆蓋有黏液，可出現(xiàn)假癌性浸潤，即良性形態(tài)的腺體成分出現(xiàn)在粘膜下層，甚至肌層和漿膜下[1]。絕大多數(shù)直腸管狀絨毛狀腺瘤為單發(fā)，體積較大，直徑大多在1 cm以上，大部分基底較寬，其常規(guī)磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)表現(xiàn)與直腸癌重疊較大，鑒別起來比較困難。體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion，IVIM)成像是用于描述體素微觀運動的一種成像方法，其雙指數(shù)模型可以精確描述擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)組織信號衰減與b值間的關系，分別獲取反映組織擴散和微循環(huán)毛細血管灌注效應的參數(shù)[2]，包括真實擴散系數(shù)(D值)、灌注分數(shù)(f值)、灌注相關擴散系數(shù)(D*值)及表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)。本研究旨在通過比較直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤D、D*、f及ADC值，探討IVIM對直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤的鑒別診斷價值，為兩者的鑒別診斷提供一種新的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對象

收集2016年6月至2017年6月在蘇州大學附屬第一醫(yī)院就診的直腸病變患者50例，術前均行常規(guī)直腸磁共振及IVIM檢查，并在檢查后1～2 w手術，術后病理證實為直腸癌或直腸管狀絨毛狀腺瘤。排除標準：①磁共振檢查前進行放化療干預的患者；②因患者移動或其他原因造成MRI圖像質量較差的患者；③病灶較小，在IVIM圖像上顯示不清的患者。最后共納入41例患者，直腸癌組(30例)，其中男性18例，女性12例，中位年齡65歲；管狀絨毛狀腺瘤組(11例)，其中男性6例，女性5例，中位年齡60歲。

1.2 檢查方法

1.2.1 檢查前準備

所有患者磁共振檢查前1～2 h使用一支開塞露，排空直腸內容物，于檢查前10 min行250 ml生理鹽水(0.9%氯化鈉溶液)經(jīng)肛門保留灌腸。

1.2.2 掃描序列和方法

采用3.0 T MRI掃描儀(MAGNETOM Skyra，Siemens Healthcare，Erlangen，Germany)對患者行MRI檢查，檢查時先進行矢狀位快速自旋回波T2WI掃描，再以矢狀位T2WI來定位，行軸位高分辨T2WI及常規(guī)軸位T1WI掃描，最后行軸位IVIM掃描，其定位與軸位T2WI保持一致，IVIM掃描采用單次激發(fā)平面回波序列，b值分別選取0、50、100、150、200、600、800、1000 s/mm2。掃描參數(shù)見表1。

1.3 圖像處理及分析

由兩名5年以上MRI閱片經(jīng)驗的放射科診斷醫(yī)師共同閱片，應用第三方軟件MITK Diffusion對IVIM圖像進行后處理，結合T2WI圖像，在腫瘤層面手動勾畫感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，盡量避開腫瘤邊緣、囊變及壞死區(qū)域，測得真實擴散系數(shù)(D)、灌注相關擴散系數(shù)(D*)及灌注分數(shù)(f)，ADC值在b=1000 s/mm2時的ADC圖上測量，所有參數(shù)均測量3次取平均值。

1.4 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 21.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行處理，所有計量資料均先驗證正態(tài)性及方差齊性，以均數(shù)±標準差(x±s)表示。兩名醫(yī)師測量結果的組內一致性采用Kappa檢驗，Kappa＜0.4，說明一致程度不夠理想，Kappa≥0.75，說明取得相當滿意的一致程度，Kappa越大，說明一致性越好。采用獨立樣本t檢驗比較兩組的D、D*、f及ADC值，采用受試者工作特性曲線(receive operating characteristic curve，ROC曲線)分析D、D*、f及ADC值對管狀絨毛狀腺瘤與直腸癌的鑒別診斷效能。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 兩組病例的MRI表現(xiàn)

直腸癌患者的MRI表現(xiàn)為腸壁局限性結節(jié)狀、環(huán)形、半環(huán)形增厚，腸腔不規(guī)則狹窄，在T2WI序列上呈稍高信號，DWI呈高信號，ADC圖上呈均勻低信號。直腸癌癌腫IVIM序列各參數(shù)偽彩圖上，紅色代表參數(shù)值較高，藍色代表參數(shù)值較低(見圖1)。直腸管狀絨毛狀腺瘤軸位T1WI和T2WI可見由腸壁突向腸腔的軟組織腫塊，邊緣尚光滑，呈等T1、等或稍高T2信號，DWI上呈高信號，ADC圖上腫塊呈不均勻低信號(見圖2)。

2.2 兩組IVIM定量參數(shù)比較

兩名醫(yī)師分別測量兩組的f、D、D*及ADC值，Kappa檢驗示兩名醫(yī)師測量的結果均具有較好的一致性(表2)，各組參數(shù)均呈正態(tài)分布且滿足方差齊性。獨立樣本t檢驗分析顯示直腸癌組D值、ADC值低于直腸管狀絨毛狀腺瘤組，且差異均有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。D*值的平均值高于直腸管狀絨毛狀腺瘤組，但差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。兩組間f值差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)，具體參數(shù)比較見表2。

2.3 ROC曲線分析結果

圖1 男性，61歲，直腸癌患者。A為軸位T1WI序列，顯示直腸腸壁不規(guī)則增厚，形成腫塊，呈等信號；B為軸位T2WI序列，腫塊呈等及稍高信號；C為DWI圖，腫塊呈明顯高信號；D為ADC圖，腫塊呈低信號；E～G分別為IVIM序列D、D*及f參數(shù)偽彩圖(紅色代表參數(shù)值較高，藍色代表參數(shù)值較低)；H為術后病理圖，證實為直腸中分化腺癌 圖2 女性，52歲，直腸管狀絨毛狀腺瘤患者。A、B分別為軸位T1WI、軸位T2WI序列，顯示由直腸壁突向腸腔的軟組織腫塊，呈等T1、等T2信號；C為DWI圖，腫塊呈明顯高信號；D為ADC圖，腫塊呈不均勻低信號；E～G分別為IVIM序列D、D*及f參數(shù)偽彩圖(紅色代表參數(shù)值較高，藍色代表參數(shù)值較低)；H為術后病理圖，證實為直腸管狀絨毛狀腺瘤Fig.1 Male, sixty-one-year-old, patient with rectal cancer. A was the axial T1-weighted imaging sequence, showing irregular rectal intestinal wall thickening, the formation of mass, was the equal signal; B was the axial T2-weighted imaging sequence, the tumor was equal and slightly higher signal;C was the DWI map, the tumor was signi fi cantly high signal; D was the ADC diagram, the tumor was low signal; E—G were IVIM sequence D, D* and f parameters pseudo-color map (red on behalf of the higher value of the parameters, blue represents the lower value); H was postoperative pathology,con fi rmed as the differentiation adenocarcinoma of rectal. Fig.2 Female, fi fty-two-year-old, patient with rectal tubulovillous adenoma. A and B were axial T1-weighted imaging and T2-weighted imaging sequence, showing the soft tissue mass of the rectal wall protruding into the intestine, all were equal signal;C was the DWI map, the tumor was signi fi cantly high signal; D was the ADC diagram, the tumor was uneven low signal; E—G were IVIM sequence D, D*and f parameters pseudo-color map (red on behalf of the higher value of the parameters, blue represents the lower value); H was postoperative pathology,con fi rmed as rectal tubulovillous adenoma.

鑒別診斷直腸管狀絨毛狀腺瘤與直腸癌時，ADC的曲線下面積為0.783，D值曲線下面積為0.842；以ADC＜1.026×10-3mm2/s作為診斷直腸癌的閾值時，其敏感性和特異性分別為81.8%、70%；以D值＜0.788×10-3mm2/s作為診斷直腸癌的閾值時，其敏感性和特異性分別為87.9%、71.1%，見圖3。

表1 矢狀位T2WI、軸位T2WI、軸位T1WI及IVIM序列掃描參數(shù)Tab.1 Sagittal T2WI, axial T2WI, axial T1WI and IVIM sequence scan parameters

表2 直腸癌組與直腸管狀絨毛狀腺瘤組IVIM參數(shù)值比較(x±s)Tab. 2 Comparison of IVIM parameters between rectal cancer and rectal tubulovillous(x±s)

3 討論

3.1 IVIM的基本原理與應用

DWI反映的是人體組織內水分子隨機布朗運動的特點，進而間接反映組織內微觀結構的變化及特點[3]。然而活體組織中不僅有水分子的擴散，還受微循環(huán)毛細血管灌注的影響。Le等[2,4]在20世紀80年代提出了IVIM成像的概念，它是一種非有創(chuàng)性技術，可以同時獲得活體組織內真實水分子擴散運動和組織微循環(huán)灌注信息。IVIM序列采用雙指數(shù)模型，運用多個b值進行擴散信號的采樣，通過非線性最小二乘法整合得出真實擴散系數(shù)(D)、灌注相關擴散系數(shù)(D*)及灌注分數(shù)(f)。D值可以相對較為真實地反映組織血管外的自旋和細胞間液的運動，即能夠反映組織內真實水分子的擴散[5]；D*反映的是血管內水(即血液中摻雜的水)的運動，這種水隨血液一起快速運動，故稱為假擴散運動，即反映組織的微循環(huán)灌注特性；f反映D和D*兩者之間的權重，即在體素中毛細血管容積占整個組織容積的比值，大小介于0～1 之間。IVIM最早應用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，隨著影像技術的發(fā)展，IVIM逐漸開始應用于腹部[6]，比如Leng等[7]應用IVIM鑒別前列腺癌與前列腺增生，Chao等[8]使用IVIM評估胰腺癌的侵襲性以及各參數(shù)與預后的關系，還有研究表明IVIM在宮頸癌腫瘤異質性評估上具有一定的價值[9]。國內外關于IVIM在直腸癌方面的研究也越來越廣泛，并取得了一系列成果[10-13]。

3.2 IVIM定量參數(shù)及ADC值對直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤鑒別的意義

圖3 IVIM鑒別診斷直腸管狀絨毛狀腺瘤與直腸癌各參數(shù)ROC曲線Fig.3 IVIM parameters ROC curve for differential diagnosis of rectal tubulo villous adenoma and rectal cancer.

本研究發(fā)現(xiàn)直腸癌組D值低于管狀絨毛狀腺瘤組，且差異有統(tǒng)計學意義。這可能是因為與腺瘤相比，直腸腺癌細胞增殖活躍，細胞核增大，核漿比例增高，癌細胞增多且排列緊密，微血管密度增高，使細胞內外間隙均較正常細胞減小，導致腫瘤組織內水分子擴散受限，從而引起D值減低。D*與毛細血管灌注相關，受血流速度和毛細血管幾何形態(tài)影響，本研究中直腸癌組D*值要高于腺瘤組，但兩組之間差異無統(tǒng)計學意義，兩組間f值差異也無統(tǒng)計學意義。ADC主要反映細胞內外及血管內水分子的擴散，能夠定量反映分子的擴散特性，與細胞密度、細胞內外體積比及細胞膜完整性相關[14]。本研究結果顯示直腸管狀絨毛狀腺瘤組的ADC值高于直腸癌組，且差異均有統(tǒng)計學意義，這與劉艷等[15]的研究結果一致。說明直腸癌癌腫擴散較直腸管狀絨毛狀腺瘤明顯，這可能是因為相對于直腸管狀絨毛狀腺瘤，直腸癌屬于惡性腫瘤，癌腫血液循環(huán)增加，癌細胞增殖快，細胞結構致密，排列更加紊亂。本研究中關于ROI的選取，筆者首先在b=1000 s/mm2的DWI圖像上找到病灶顯示最高信號，然后在其所對應的ADC圖像上信號最低的部位手動畫取ROI，這樣可重復性相對較高[16]。

3.3 ROC曲線對直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤鑒別診斷的意義

通過ROC曲線分析發(fā)現(xiàn)，鑒別診斷直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤時，以ADC值為1.026×10-3mm2/s為臨界點，可鑒別診斷直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤，當ADC＜1.026×10-3mm2/s時，該腫塊更傾向于直腸癌；以D值為0.788×10-3mm2/s為臨界點時，當D值＜0.788×10-3mm2/s時，腫塊早更傾向于直腸癌。此外，可以發(fā)現(xiàn)ADC值較D值要高，且鑒別診斷直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤時，D值較ADC值的敏感性更高，但特異性差別不大，這可能是因為D值反映的是腫塊的真實水分子擴散系數(shù)，除外了腫塊灌注相關擴散的影響。

本研究的不足：(1)樣本量較少，可能會使統(tǒng)計結果有偏差，存在假陽性；(2)所選直腸癌病例分化程度不一，未對其分期、分級作進一步研究，這將是今后的研究重點；(3) b值的選擇沒有統(tǒng)一的標準。

綜上所述，IVIM參數(shù)可以區(qū)分直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤，D值及標準ADC值對兩者的鑒別具有較高的診斷效能，且D值的診斷效能更高。

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