直腸癌不同表觀擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量方法的一致性研究

王 勇，王秀平

江蘇省泰州市人民醫(yī)院影像科，江蘇 泰州 225300

直腸癌不同表觀擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量方法的一致性研究

王 勇，王秀平

江蘇省泰州市人民醫(yī)院影像科，江蘇 泰州 225300

目的：比較直腸癌不同表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)的測(cè)量方法，評(píng)價(jià)其對(duì)直腸癌ADC的影響。方法：回顧性收集37例直腸癌患者，術(shù)前行MRI包括擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)(b值為0、1 000s/mm2)檢查。由2名閱片者采用3種方法獨(dú)立測(cè)量腫瘤ADC：全腫瘤測(cè)量、最大層面測(cè)量、腫瘤實(shí)性成分測(cè)量。計(jì)算不同測(cè)量方法所得ADC的一致性。結(jié)果：2名閱片者之間全腫瘤測(cè)量ADC的一致性極好(組內(nèi)相關(guān)系數(shù)為0.87)，而最大層面和實(shí)性成分測(cè)量ADC的一致性一般(組內(nèi)相關(guān)系數(shù)分別為0.56、0.58)。實(shí)性成分測(cè)量所得ADC低于全腫瘤測(cè)量(P＜0.001)和最大層面測(cè)量(P＜0.001)，而全腫瘤測(cè)量和最大層面測(cè)量所得SD值高于實(shí)性成分測(cè)量(P＜0.001、P=0.02)。結(jié)論：測(cè)量方法影響直腸癌ADC的大小和測(cè)量一致性，全腫瘤測(cè)量ADC的可重復(fù)性最優(yōu)。

直腸腫瘤；擴(kuò)散加權(quán)成像；表觀擴(kuò)散系數(shù)

直腸癌是常見(jiàn)惡性腫瘤，手術(shù)切除是其主要治療方法。但對(duì)于局部進(jìn)展期腫瘤包括T3-4期腫瘤或局部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移(≥N1)腫瘤，在術(shù)前需進(jìn)行新輔助放化療，而T、N分期主要依靠高分辨率MRI T2WI進(jìn)行評(píng)價(jià)[1-2]。近年來(lái)擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)開(kāi)始應(yīng)用于直腸癌的術(shù)前評(píng)估，尤其是表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)對(duì)直腸癌的生物學(xué)行為[3]、預(yù)測(cè)新輔助放化療療效[4]和術(shù)后復(fù)發(fā)[5]等有重要價(jià)值。然而，不同研究采用的測(cè)量方法不同，包括全腫瘤測(cè)量[6]、最大層面測(cè)量[7]或部分腫瘤實(shí)性成分測(cè)量[8]。本研究通過(guò)不同方法測(cè)量直腸癌的ADC值，并進(jìn)行比較，以評(píng)價(jià)測(cè)量方法對(duì)直腸癌ADC值的影響。

1 資料和方法

1.1 臨床資料

回顧性收集江蘇省泰州市人民醫(yī)院直腸癌患者37例，均經(jīng)腸鏡檢查后發(fā)現(xiàn)腫塊，行活檢組織病理證實(shí)為直腸癌，術(shù)前行MRI檢查?；颊咭话阍贛RI檢查后2周內(nèi)進(jìn)行手術(shù)切除腫塊?；颊咧心行?9例、女性18例；年齡52～82歲，平均68.78歲。

1.2 MRI檢查

采用SIEMENS 1.5T MRI掃描儀(Magnetom Avanto，Siemens AG，Erlangen，Germany)，梯度場(chǎng)強(qiáng)45 mT/m，切換率每毫秒200 mT/m。信號(hào)采集聯(lián)用1個(gè)6通道表面線圈和2個(gè)脊柱相控陣線圈單元。MR掃描定位片后行快速自旋回波(turbo spin-echo，TSE) T2WI矢狀位成像，然后矢狀位行T2WI斜橫斷位掃描，掃描方位垂直于腫瘤所在直腸段的長(zhǎng)軸。T2WI參數(shù)如下：重復(fù)時(shí)間(repetitive time，TR)/回波時(shí)間(echo time，TE) 3000/95 ms，層厚3 mm，層間距0 mm，矩陣272×320，視野(field of view，F(xiàn)OV) 180～240 mm，激勵(lì)次數(shù)(number of excitation，NEX)為2。DWI掃描采用單次激發(fā)自旋回波-平面回波序列(spin-echo echo planar imaging，SE-EPI)。掃描參數(shù)如下：TR/TE 3200/74 ms，層厚7mm，層間距2.1 mm，矩陣128×128，F(xiàn)OV 300～360 mm，NEX為2，b值為0和1000 s/mm2，一次屏氣中完成，常規(guī)加抑脂以減少化學(xué)位移偽影。應(yīng)用全面自動(dòng)校準(zhǔn)部分并行采集(generalized autocalibrating partially parallel acquisitions，GRAPPA)技術(shù)，加速因子為2，同時(shí)由工作站自動(dòng)重建ADC圖。

1.3 ADC值測(cè)量

由2名放射科醫(yī)師分別評(píng)價(jià)，閱片者采用盲法讀片，測(cè)量ADC值并記錄平均ADC值及其SD值。ADC測(cè)量采用下列3種方法(圖1)。① 全腫瘤ADC值：閱片者在DWI (b=1 000 s/mm2)圖像上沿高信號(hào)腫瘤邊緣勾畫感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，每層覆蓋整個(gè)腫瘤，并復(fù)制ROI至相應(yīng)ADC圖，記錄每層腫瘤ADC和SD值，取平均值；② 最大層面ADC值：選擇腫瘤最大層面測(cè)量腫瘤ADC和SD值；③ 腫瘤實(shí)性成分測(cè)量：同一層面上3個(gè)ROI放置于腫瘤的實(shí)性成分(參照T2WI圖像)，計(jì)算ADC和SD平均值。

圖1 不同ROI測(cè)量方法

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

兩名閱片者之間結(jié)果的一致性采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient，ICC)。ICC值＞0.75時(shí)認(rèn)為一致性極好，0.60～0.74認(rèn)為一致性好，0.40～0.59認(rèn)為一致性一般，＜0.40認(rèn)為一致性較差。不同測(cè)量方法之間ADC和SD值(平均值)的比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)。采用SPSS 16統(tǒng)計(jì)分析軟件，P＜0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié) 果

直腸中段17例，直腸下段7例。手術(shù)方式：直腸低位前切除術(shù)(Dixon手術(shù)) 22例，腹會(huì)陰聯(lián)合直腸癌根治術(shù)(Miles手術(shù)) 15例。術(shù)后病理結(jié)果T分期：T11例，T29例，T321例，T46例；N分期：N019例，N113例，N25例。

2.1 觀察者之間ADC測(cè)量的一致性

兩名閱片者的ADC測(cè)量值及ICC值見(jiàn)表1。兩名閱片者之間全腫瘤ADC測(cè)量的ICC為0.87，一致性極好；最大層面和實(shí)性成分ADC測(cè)量的ICC分別為0.56、0.58，一致性一般。

37例直腸癌患者中，位于直腸上段13例，

表1 觀察者之間不同測(cè)量方法所得ADC值(×10-3mm2/s)的一致性

表1 觀察者之間不同測(cè)量方法所得ADC值(×10-3mm2/s)的一致性

測(cè)量方法 閱片者1 閱片者2 ICC值全腫瘤測(cè)量 1.09±0.21 1.07±0.23 0.87最大層面測(cè)量 1.14±0.24 1.05±0.26 0.56實(shí)性成分測(cè)量 0.93±0.17 1.04±0.15 0.58

2.2 不同測(cè)量方法所得ADC值

全腫瘤測(cè)量、最大層面測(cè)量、實(shí)性成分測(cè)量所得平均ADC值分別為1.08×10-3、1.10×10-3、0.99×10-3mm2/s。實(shí)性成分測(cè)量所得ADC值低于全腫瘤測(cè)量(P＜0.001)和最大層面測(cè)量(P＜0.001)；而全腫瘤測(cè)量與最大層面測(cè)量所得ADC值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.31)。全腫瘤測(cè)量、最大層面測(cè)量所得SD值高于實(shí)性成分測(cè)量(P＜0.001，P=0.02)；而全腫瘤測(cè)量與最大層面測(cè)量所得SD差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.42)。

3 討 論

人體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散程度與細(xì)胞內(nèi)外間隙大小密切相關(guān)。DWI能無(wú)創(chuàng)檢測(cè)人體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)情況，ADC可定量描述組織內(nèi)水分子擴(kuò)散程度，腫瘤惡性程度越高，水分子擴(kuò)散衰減慢，ADC越小，在高b值DWI上表現(xiàn)為明顯高信號(hào)。因此，DWI不僅對(duì)直腸癌檢出有價(jià)值[9]，對(duì)腫瘤治療反應(yīng)也有預(yù)測(cè)價(jià)值[4,7-8]。但Curvo-Semedo[10]等研究表明，ADC預(yù)測(cè)直腸癌術(shù)前放化療療效的價(jià)值有限，推測(cè)可能原因是ADC的測(cè)量易出現(xiàn)誤差，尤其是ADC圖上腫瘤的邊界顯示不清，ROI的大小和位置的微小變化即可導(dǎo)致ADC的明顯變化。本研究亦表明，ROI的大小和位置影響ADC測(cè)量的一致性。比較3種不同ADC測(cè)量方法，發(fā)現(xiàn)全腫瘤測(cè)量所得ADC的一致性(ICC=0.87)優(yōu)于最大層面測(cè)量(ICC=0.56)和實(shí)性成分測(cè)量(ICC=0.58)，表明分析ADC圖的體素越多，越能代表腫瘤真實(shí)的ADC，可重復(fù)性越高。

本研究結(jié)果還顯示，不同的ROI選擇對(duì)直腸癌ADC有一定影響。直腸癌實(shí)性成分測(cè)量所得ADC低于全腫瘤和最大層面測(cè)量。直腸癌實(shí)性成分中水分子擴(kuò)散的限制程度明顯高于腫瘤纖維化和腫瘤壞死，因此實(shí)性成分少，ROI測(cè)量所得ADC明顯低，但其并不能反映腫瘤的整體情況。有研究證明，全腫瘤測(cè)量所得ADC值對(duì)腫瘤治療反應(yīng)的預(yù)測(cè)價(jià)值明顯優(yōu)于腫瘤局部測(cè)量[11]。另有研究針對(duì)結(jié)直腸癌CT灌注掃描，發(fā)現(xiàn)灌注掃描參數(shù)與ROI大小和位置密切相關(guān)，全腫瘤測(cè)量中腫瘤血流狀態(tài)最可靠[12]。這也解釋了全腫瘤測(cè)量所得ADC的變異度(即SD值)高于實(shí)性成分測(cè)量的原因，因?yàn)槿[瘤測(cè)量所得ADC包括腫瘤的全部，如腫瘤實(shí)質(zhì)部分、纖維化、黏液變及腫瘤壞死，能更好地代表腫瘤的異質(zhì)性，更適合評(píng)價(jià)腫瘤治療反應(yīng)。另一方面，全腫瘤測(cè)量所得ADC與最大層面測(cè)量之間無(wú)顯著差異，這在臨床工作中有重要意義。目前，全腫瘤測(cè)量還沒(méi)有商業(yè)化的自動(dòng)或半自動(dòng)測(cè)量軟件，需花費(fèi)大量時(shí)間；而最大層面測(cè)量花費(fèi)時(shí)間相對(duì)較短，臨床較易推廣。此外，觀察者之間最大層面測(cè)量差異明顯，可重復(fù)性相對(duì)較差。

本研究存在一定的局限性：首先，本研究是回顧性分析，病例數(shù)相對(duì)較少；其次，本科室在臨床常規(guī)檢查中只采用了2個(gè)b值(0和1 000 s/mm2)，而ADC可能受微循環(huán)灌注的影響。近年來(lái)多b值DWI技術(shù)如體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像(intravoxel incoherent motion，IVIM)[13]、擴(kuò)散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)[14]開(kāi)始用于直腸癌定量研究，但目前尚未常規(guī)用于臨床。綜上所述，直腸癌的ADC測(cè)量受ROI大小和位置的影響，全腫瘤測(cè)量方法的可重復(fù)性優(yōu)于最大層面和小ROI實(shí)性成分測(cè)量。

[1] BEETS-TAN R G, BEETS G L. Rectal cancer: review with emphasis on MR imaging [J]. Radiology, 2004, 232(2): 335-346.

[2] 饒圣祥,曾蒙蘇,陳財(cái)忠,等. 直腸癌T分期高分辨MRI技術(shù)應(yīng)用及其病理對(duì)照研究 [J]. 放射學(xué)實(shí)踐, 2007, 22(2): 124-127.

[3] AKASHI M, NAKAHUSA Y, YAKABE T, et al. Assessment of aggressiveness of rectal cancer using 3-T MRI: correlation between the apparent diffusion coefficient as a potential imaging biomarker and histologic prognostic factors [J]. Acta Radiol, 2014, 55(5): 524-531.

[4] JUNG S H, HEO S H, KIM J W, et al. Predicting response to neoadjuvant chemoradiation therapy in locallyadvanced rectal cancer: diffusion-weighted 3 Tesla MR imaging [J]. J Magn Reson Imaging, 2012, 35(1): 110-116.

[5] MOON S J, CHO S H, KIM G C, et al. Complementary value of pre-treatment apparent diffusion coefficient in rectal cancer for predicting tumor recurrence [J].Abdom Radiol (NY), 2016, 41(7): 1237-1244.

[6] SUN Y S, ZHANG X P, TANG L, et al. Locally advanced rectal carcinoma treated with preoperative chemotherapy and radiation therapy: preliminary analysis of diffusion-weighted MR imaging for early detection of tumor histopathologicdownstaging [J]. Radiology, 2010, 254(1): 170-178.

[7] DZIK-JURASZ A, DOMENIG C, GEORGE M, et al.Diffusion MRI for prediction of response of rectal cancer to chemoradiation [J]. Lancet, 2002, 360(9329): 307-308.

[8] KIM S H, LEE J M, HONG S H, etal. Locally advanced rectal cancer: added value of diffusion-weighted MR imaging in the evaluation of tumor response to neoadjuvant chemo- and radiation therapy [J]. Radiology, 2009, 253(1): 116-125.

[9] RAO S X, ZENG M S, CHEN CZ, et al.The value of diffusion-weighted imaging in combination with T2-weighted imaging for rectal cancer detection [J]. Eur J Radiol, 2008, 65(2): 299-303.

[10] CURVO-SEMEDO L, LAMBREGTS D M, MAAS M, et al. Rectal cancer: assessment of complete response to preoperative combined radiation therapy with chemotherapy—conventional MR volumetry versus diffusion-weighted MR imaging [J]. Radiology, 2011, 260(3): 734-743.

[11] ROTH Y, TICHLER T, KOSTENICH G, et al. Highb-value diffusion-weighted MR imaging for pretreatment prediction and early monitoring of tumor response to therapy in mice [J]. Radiology, 2004, 232(3): 685-692.

[12] GOH V, HALLIGAN S, GHARPURAY A,etal.Quantitative assessment of colorectal cancer tumor vascular parameters by using perfusion CT: influence of tumor region of interest [J]. Radiology, 2008, 247(3): 726-732.

[13] YU X P, WEN L, HOU J, et al. Discrimination between metastatic and nonmetastatic mesorectal lymph nodes in rectal cancer using intravoxel incoherent motion diffusion-weighted magnetic resonance imaging [J].Acad Radiol, 2016, 23(4): 479-485.

[14] YU J, HUANG DY, LI Y, et al. Correlation of standard diffusion-weighted imaging and diffusion kurtosis imaging with distant metastases of rectal carcinoma [J]. J Magn Reson Imaging, 2016, 44(1): 221-229.

Interobserver variability for different methods of tumor apparent diffusion coefficient measurement in rectal cancer

WANG Yong, WANG Xiuping

(Department of Radiology, Jiangsu Taizhou People’s Hospital, Taizhou 225300,Jiangsu Province, China)

WANG Xiuping E-mail: wangxiuping126@126.com

Objective:To evaluate the interobserver variability for different methods of tumor apparent diffusion coefficient(ADC) measurement in rectal cancer.Methods:A total of 37 patients with rectal cancer were analyzed retrospectively. They underwent MRI including diffusion weighted imaging (DWI) (b values: 0 and 1 000 s/mm2). The mean ADC values were measured by two readers using three region of interest (ROI) protocols: whole-volume, single slice and small solid samples. The values of ADC and standard deviation (SD) and interobserver variability were compared.Results:Intraclass correlation coefficient (ICC) for whole-volume measurement was excellent (0.87), while for single slice and small solid sample measurements were moderate (ICC:0.56 for single slice, 0.58 for small solid sample). ADC values measured by small solid sample method were signi ficantly lower than those by whole-volume (P＜0.001) and single slice (P＜0.001). The SDs calculated by whole-volume and single slice methods were signi ficantly larger than that by small solid sample method (P＜0.001 and P=0.02, respectively).Conclusion:ADC values and interobserver variability are in fluenced by different measurement methods. There peatability of whole-volume method is the best.

Rectal neoplasm; Diffusion weighted imaging; Apparent diffusion coefficient

R445.2

A

1008-617X(2017)04-0285-04

2017-03-23

2017-04-22)

王秀平 E-mail：wangxiuping126@126.com