IVIM-DWI聯(lián)合DCE-MRI診斷直腸癌盆腔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的價值

康立清，郭素引，趙夢，劉鳳海，邢榮格，姜國勝，李國策

淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移與否是直腸癌術(shù)前分期的重要內(nèi)容。常規(guī)MRI可顯示淋巴結(jié)的大小、形態(tài)及信號特征，對良惡性鑒別有一定價值，但其特異性較低[1]。近年來，體素內(nèi)不相干運動擴散加權(quán)成像(intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging，IVIM-DWI)和動態(tài)對比增強磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI)技術(shù)開始用于淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷，但各自的參數(shù)閾值及診斷效能報道不一，且兩者聯(lián)合應(yīng)用報道較少。本文旨在評價IVIM-DWI、DCE-MRI定量參數(shù)對直腸癌盆腔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷效能，并探討兩者聯(lián)合應(yīng)用可否提高診斷效能。

1 材料與方法

1.1 研究對象

分析滄州市中心醫(yī)院2015年1月至2017年7月收治的45例直腸癌患者的MRI及病理資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)結(jié)腸鏡病理證實為直腸腺癌；(2)未接受過任何抗腫瘤治療；(3)無盆腔手術(shù)史者；(4)有完整手術(shù)病理資料；(5)淋巴結(jié)短徑≥5 mm，且IVIM-DWI和DCE-MRI均可測得有效參數(shù)值。最終轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)入組35枚，非轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)入組28枚。本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)。

1.2 設(shè)備及掃描方法

所有患者均于術(shù)前1周內(nèi)行盆腔MRI平掃、IVIMDWI及DCE-MRI檢查。采用GE 750W 3.0 T MRI儀和8通道相控陣線圈。IVIM采用單激發(fā)自旋回波擴散加權(quán)平面回波成像序列，取9個b值(b=0、30、50、80、100、200、400、600、800 s/mm2)，TR 4345 ms，TE minimum，F(xiàn)OV 40 cm×40 cm，矩陣128×128，NEX分別為2、3、3、3、3、2、2、2、4，層厚5 mm，層間距1.0 mm。DCE-MR采用3D-LAVA Flex序列：翻轉(zhuǎn)角15°，TR 2.9 ms，TE 1.2 ms，NEX 1，層厚5.0 mm，層間距1.0 mm，矩陣180×128，F(xiàn)OV 380 mm×380 mm。自由呼吸狀態(tài)下行60期不間斷掃描，單個時相掃描時間為5 s，第4期開始以3 mL/s的流速、0.1 mmol/kg的劑量經(jīng)肘靜脈注射Gd-DTPA，并以等量生理鹽水沖管。

1.3 資料分析

1.3.1 MRI定量參數(shù)測量

MRI數(shù)據(jù)采用GE AW 4.6工作站進行后處理。感興趣區(qū)選擇參考MRI平掃及增強，在各功能圖像同一層面上選取淋巴結(jié)強化最明顯的區(qū)域。重復(fù)測量3次取平均值。IVIM-DWI數(shù)據(jù)采用Functool軟件測量表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)、單純擴散系數(shù)(diffusion coefficient，D)、偽擴散系數(shù)(pseudo diffusion coefficient，D*)以及灌注分數(shù)(perfusion fraction，f)。DCE-MRI數(shù)據(jù)采用Gen IQ軟件測量灌注容量轉(zhuǎn)換常數(shù)(volume transfer constant，Ktrans)、細胞外血管外間隙容積比(extravascular extracellular volume fraction，Ve)及速率常數(shù)(rate constant，Kep)。

1.3.2 病理資料分析

術(shù)后所有盆腔淋巴結(jié)標(biāo)本均進行編號，經(jīng)蘇木素-伊紅染色輔以免疫組織化學(xué)技術(shù)判定良惡性后由經(jīng)驗豐富的病理科與磁共振成像科醫(yī)生共同對標(biāo)本及MRI圖像上的淋巴結(jié)進行匹配。標(biāo)本與MRI圖像匹配且可測得MRI定量參數(shù)的淋巴結(jié)納入研究，并根據(jù)病理結(jié)果分為轉(zhuǎn)移組和非轉(zhuǎn)移組。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 21.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。轉(zhuǎn)移組與非轉(zhuǎn)移組淋巴結(jié)的IVIM-DWI及DCE-MRI參數(shù)的兩兩比較，采用獨立樣本t檢驗。采用多因素Logistic回歸分析確定對診斷直腸癌盆腔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移具有顯著意義的參數(shù)。繪制受試者工作特征(reciver operating characteristic，ROC)曲線，并計算曲線下面積(area under curve，AUC)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組淋巴結(jié)短徑及IVIM-DWI參數(shù)值的比較

轉(zhuǎn)移組淋巴結(jié)的短徑大于非轉(zhuǎn)移組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。IVIM-DWI參數(shù)中，轉(zhuǎn)移組淋巴結(jié)的ADC、D及D*值均值明顯低于非轉(zhuǎn)移組，其中D及D*值差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)；轉(zhuǎn)移組淋巴結(jié)的f值均值明顯高于非轉(zhuǎn)移組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。見表1，典型病例見圖1、2。

2.2 兩組淋巴結(jié)DCE-MRI參數(shù)值的比較

轉(zhuǎn)移組淋巴結(jié)的Ktrans及Ve值均大于非轉(zhuǎn)移組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)；轉(zhuǎn)移組淋巴結(jié)的Kep值大于非轉(zhuǎn)移組，差異無統(tǒng)計學(xué)意義。見表2，典型病例見圖1、2。

2.3 IVIM-DWI、DCE-MRI及兩者聯(lián)合對淋巴結(jié)良惡性的診斷效能

圖1 非轉(zhuǎn)移組淋巴結(jié)的IVIM-DWI [A：DWI，B：ADC (0.00189)，C：D (0.00153)，D：D* (0.098)，E：f (0.239)]及DCE-MRI偽彩圖[F：T2，G：Lava，H：Ktrans (0.282)，I：Ve (0.421)，J：Kep (0.697)] 圖2 轉(zhuǎn)移組淋巴結(jié)的IVIM-DWI [A：DWI，B：ADC (0.00158)，C：D (0.00083)，D：D* (0.0268)，E：f (0.405)] 及DCE-MRI偽彩圖[F：T2，G：Lava，H：Ktrans (0.815)，I：Ve (0.725)，J：Kep (1.104)]Fig. 1 IVIM-DWI [A: DWI, B: ADC (0.00189), C: D (0.00153), D: D* (0.098), E: f (0.239)] and DCE-MRI images [F: T2, G: Lava, H: Ktrans (0.282), I: Ve (0.421), J: Kep (0.697)] of non-metastatic lymph nodes. Fig. 2 IVIM-DWI [A: DWI, B: ADC (0.00158), C: D (0.00083), D: D* (0.0268), E: f (0.405)] and DCE-MRI images [F: T2, G: Lava, H: Ktrans (0.815) , I: Ve (0.725) , J: Kep (1.104)] of metastatic lymph nodes.

表1 兩組淋巴結(jié)短徑及IVIM-DWI參數(shù)值的比較(±s)Tab.1 Comparison of short diameter and IVIM-DWI parameters in two groups of lymph nodes (±s)

表1 兩組淋巴結(jié)短徑及IVIM-DWI參數(shù)值的比較(±s)Tab.1 Comparison of short diameter and IVIM-DWI parameters in two groups of lymph nodes (±s)

組別 短徑(mm) ADC (×10 -3 mm2/s) D (×10-3 mm2/s) D* (×10-3 mm2/s) f非轉(zhuǎn)移組(n=28) 6.52±1.31 1.37±0.35 1.30±0.66 75.79±52.87 0.23±0.14轉(zhuǎn)移組(n=35) 8.08±2.66 1.22±0.18 0.76±0.34 46.41±45.19 0.37±0.13 t值 2.837 -1.986 -4.149 -2.377 4.127 P值 0.006 0.054 0.000 0.021 0.000

表2 兩組淋巴結(jié)DCE-MRI參數(shù)值的比較(±s) Tab. 2 Comparison of DCE-MRI parameters in two groups of lymph nodes (±s)

表2 兩組淋巴結(jié)DCE-MRI參數(shù)值的比較(±s) Tab. 2 Comparison of DCE-MRI parameters in two groups of lymph nodes (±s)

組別 Ktrans (min-1) Ve Kep (min-1)非轉(zhuǎn)移組(n=28) 0.48±0.32 0.34±0.24 1.46±1.35轉(zhuǎn)移組(n=35) 0.84±0.38 0.55±022 1.65±0.92 t值 3.993 3.514 0.644 P值 0.000 0.001 0.522

表3 D和Ktrans值回歸分析Tab. 3 Regression analysis of D and Ktrans values

表4 D值、Ktrans及聯(lián)合預(yù)測概率P值診斷效能的兩兩比較Tab. 4 Comparison of diagnostic performance of D value, Ktrans and combined prediction probability P value

表5 D值、Ktrans值及聯(lián)合預(yù)測概率P值的診斷效能Tab. 5 Diagnostic efficacy of D value, Ktrans value and combined prediction probability P value

淋巴結(jié)短徑、IVIM-DWI及DCE-MRI各參數(shù)進行向前條件Logistic分析，其中納入回歸方程的參數(shù)分別為D值和Ktrans值，因此選擇用D值與Ktrans值進行聯(lián)合分析。Ktrans值與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，D值與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈負相關(guān)，兩者Logistic回歸分析結(jié)果見表3，得到轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)預(yù)測概率值回歸方程。對該Logistic回歸模型進行似然比檢驗，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(χ2=41.306，P=0.000)。同時，SPSS表中產(chǎn)生一個新變量，即聯(lián)合 診斷預(yù)測概率P值。經(jīng)ROC曲線分析，D值的AUC為0.822，Ktrans值的AUC為0.789，而聯(lián)合診斷預(yù)測概率P值的AUC提高到0.923。經(jīng)兩兩比較，聯(lián)合預(yù)測概率P值與D值及與Ktrans值A(chǔ)UC的差異(分別為Z=2.264，P=0.024和Z=2.311，P=0.021)均有統(tǒng)計學(xué)意義(表4)。D值、Ktrans值及聯(lián)合預(yù)測概率P值的最佳診斷界點分別為0.815×10-3mm2/s、0.467 mm-1和0.527，診斷淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的敏感性分別為68.6%、85.7%和91.4%，特異性分別為85.7%、67.9%和82.1%。詳見表5、圖3。

3 討論

3.1 IVIM-DWI各參數(shù)鑒別良惡性淋巴結(jié)的價值

圖3 D值、Ktrans值及兩者聯(lián)合預(yù)測概率P值鑒別直腸癌盆腔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的ROC曲線 Fig. 3 ROC curves for the differential diagnosis of benign and malignant pelvic lymph nodes by D value, Ktrans value and their combined prediction probability P value.

DWI是目前唯一能反映活體組織內(nèi)水分子擴散特性的無創(chuàng)性成像方法，可從分子水平檢測組織含水量、細胞構(gòu)成以及細胞膜完整性等信息[2]。腫瘤及轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)因細胞密度較高、細胞外間隙減小、組織間壓力升高及細胞結(jié)構(gòu)改變等因素使局部水分子擴散受限，在DWI上表現(xiàn)為高信號，ADC值減低，從而可與水腫、炎癥和壞死等病變進行鑒別，在腫瘤放化療療效的早期預(yù)測及評價中具有一定作用。然而，單指數(shù)模型的DWI和ADC值測量不僅受到水分子擴散的影響，還受到微循環(huán)灌注的影響，限制ADC值在鑒別診斷中的可靠性[3]。本研究轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)ADC值雖高于非轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

IVIM是一種使用多b值采樣的雙指數(shù)模型，可以將微循環(huán)或灌注效應(yīng)與真實的組織擴散區(qū)分開來，獲取D、D*及f值[4-5]。這種雙指數(shù)模型可更真實地反映組織水分子的擴散特性，并可同時獲取微循環(huán)灌注信息，因此，越來越多地用于良惡性腫瘤和(或)淋巴結(jié)的鑒別，在多種腫瘤分期、療效評估方面發(fā)揮了重要作用[3，6-11]。其中D值為純擴散相關(guān)參數(shù)，主要反映細胞密度和細胞外基質(zhì)組成，與細胞化程度及核漿比呈負相關(guān)[12-15]；D*值為血液微循環(huán)產(chǎn)生的偽擴散系數(shù)，與平均血流速度和平均毛細血管段長度成正比；f值為灌注分數(shù)，代表感興趣區(qū)局部微環(huán)境所致灌注效應(yīng)占總體擴散效應(yīng)的容積比率[16]。本研究轉(zhuǎn)移組淋巴結(jié)的D值、D*值均明顯低于非轉(zhuǎn)移組，f值顯著高于非轉(zhuǎn)移組，其中僅D值納入Logistic回歸方程，可能與D*值及f值受微循環(huán)灌注因素干擾有關(guān)。雖然D*值和f值均與微血管和灌注有關(guān)，但D*值反映了動態(tài)流速，f值代表與微循環(huán)相關(guān)的水運動的體積分數(shù)[3]。從微循環(huán)灌注角度講，惡性淋巴結(jié)新生血管增多，血管壁通透性高，D*值和f值均應(yīng)升高。但D*值常因細胞外間隙縮小而擴散受限；而f值則會因組織真實擴散的受限而所占擴散體積分數(shù)增加，因此可出現(xiàn)本研究所表現(xiàn)的D*值和f值“矛盾”的現(xiàn)象。部分良性病變(如炎性病變)也可出現(xiàn)高灌注現(xiàn)象，表現(xiàn)為毛細血管擴張、滲透性增加[8，17]。這種良惡性病變血流灌注的“重疊”現(xiàn)象，可能也是導(dǎo)致D*值和f值鑒別良惡性淋巴結(jié)特異性降低的原因之一。

3.2 DCE-MRI定量參數(shù)鑒別良惡性淋巴結(jié)的價值

DCE-MRI是一種基于T1WI動態(tài)增強和雙室藥代動力模型的灌注成像技術(shù)，可反映毛細血管通透性等方面的血流動力學(xué)信息[18-20]，在評價淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移方面的研究與應(yīng)用前景十分廣闊。DCE-MRI定量參數(shù)中，Ktrans反映對比劑從血管腔內(nèi)擴散到血管腔外的信息，Ve代表血管外細胞外間隙占整個體素的容積比，反映對比劑停留在血管外細胞外間隙中的百分比，間接地體現(xiàn)了血管壁的通透性。Kep反映對比劑從血管外細胞外間隙回流到血管腔內(nèi)的信息，Ve=Ktrans/Kep。本研究轉(zhuǎn)移組Ktrans、Ve值均明顯高于非轉(zhuǎn)移組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義；Kep值稍高于非轉(zhuǎn)移組，差異無統(tǒng)計學(xué)意義，與Yu等[21]的研究結(jié)果相似。雖然轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)血管通透性高，但Ktrans、Ve值均增高時，兩者的比值Kep值可變化不大。轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)紊亂、新生血管較多、微血管密度增加、內(nèi)皮細胞生長不完整、細胞外間隙減小，血管滲透性明顯增高，對比劑從新生血管腔內(nèi)流出至血管外間隙的速度加快，Ktrans值增高。本研究將Ktrans納入Logistic回歸方程符合這一特點。而Ve未納入Logistic回歸方程，可能與其還受Kep值及細胞外間隙大小等因素影響有關(guān)。另外，惡性淋巴結(jié)細胞生長速度、通透性的差異，及良惡性淋巴結(jié)的血流灌注及通透性參數(shù)的重疊現(xiàn)象，可能也是原因之一。

3.3 D值、Ktrans值及聯(lián)合診斷的價值

目前，IVIM-DWI及DCE-MRI診斷淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的研究雖多，但多使用單一參數(shù)，敏感性及特異性存在較大差異。本研究通過Logistic回歸分析對診斷直腸癌盆腔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移具有顯著意義的兩個參數(shù)D值及Ktrans值進行聯(lián)合分析，D值、Ktrans值及新變量預(yù)測概率P值診斷淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的AUC分別為0.822、0.789和0.923，聯(lián)合應(yīng)用的診斷效能較單獨應(yīng)用有所提高，且與D、Ktrans診斷效能的兩兩比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義。新變量預(yù)測概率P值大于0.527時，提示淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的概率更大，能夠在一定程度上提高淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的檢出率。聯(lián)合應(yīng)用診斷效能的提高，是因為聯(lián)合分析通過統(tǒng)計學(xué)方法上的改進，部分性地克服了單一方法缺陷所造成的效能不足。

3.4 本研究的缺陷

為了盡量確保入組淋巴結(jié)可測得有效功能參數(shù)，本研究將入組淋巴結(jié)短徑限制在5 mm以上，因此，非轉(zhuǎn)移組淋巴結(jié)的短徑均值高于臨床真實情況，兩組淋巴結(jié)短徑的比較僅限于本組的特定情形(5 mm以上)，而不能作為鑒別診斷閾值。本研究受樣本量及MRI空間分辨率等限制，所獲得結(jié)果的臨床實用價值仍有待驗證。鑒于腫瘤的異質(zhì)性及擴散與灌注之間的相互影響，大樣本紋理分析有可能進一步提高診斷效能。

總之，本研究結(jié)果提示IVIM-DWI的D值及DCEMRI的Ktrans值對直腸癌盆腔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移具有較高的診斷價值，兩者聯(lián)合應(yīng)用可進一步提高診斷效能。

利益沖突：無。