DKI在直腸癌病理分級和分期中的應(yīng)用價值

黃炎文 王子元 龔志剛 王輝 楊辰瑤 劉坤 袁杰 詹松華

2019年發(fā)布的《2015年中國惡性腫瘤流行情況 分析》顯示，在我國，結(jié)直腸癌的發(fā)病率在男性及女性中分別位居第4位和第3位，死亡率分別為第5位和第4位［1］。但是近年美國結(jié)直腸癌發(fā)病率和死亡率持續(xù)下降，而我國結(jié)直腸癌發(fā)病率和死亡率不斷升高。目前我國直腸癌發(fā)病和診治情況不容樂觀，因此提高直腸癌的診療水平具有重要意義。

彌散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）是一種反映體內(nèi)水分子非高斯分布彌散運動狀態(tài)的MRI新技術(shù)，最早在2005年由紐約大學(xué)Jenson教授等［2］提出，是彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）技術(shù)的延伸。DKI提供彌散峰度（K值）和彌散系數(shù)（D值）這2個參數(shù)，可以反映組織的異質(zhì)性［3］。目前已經(jīng)應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)［4］、前列腺［5］和乳腺［6］等部位的病變，但在直腸癌的研究中還較少。本研究旨在研究DKI定量參數(shù)K值和D值及常規(guī)表觀彌散系數(shù)（ADC）值在直腸癌不同分組中的差異，探討DKI在直腸癌診斷、分級、分期及預(yù)后評估中的價值。

方 法

1.臨床資料

前瞻性收集自2019年2月16日至2020年1月18日，經(jīng)上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院病理證實為直腸癌并行直腸常規(guī)高分辨率MRI和DKI序列掃描的患者納入研究，共計38例。其中男20例，女18例，年齡35~83歲，平均（65.45±11.32）歲。研究對象納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡18~75歲；一般狀況尚可；直腸指診、腸鏡、CT或MRI檢查發(fā)現(xiàn)直腸占位且懷疑直腸癌者；無遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，可手術(shù)切除；術(shù)前未行新輔助放化療；無全身系統(tǒng)性疾病，肝腎功能正常；無起搏器及人造心臟瓣膜等植入術(shù)；未經(jīng)放化療；無幽閉恐懼癥，可配合磁共振檢查；磁共振檢查與手術(shù)時間間隔不超過1周；簽署參加本研究的知情同意書。本研究已獲得上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)（2019-750-105-01）。

2.MRI檢查方法

掃描設(shè)備為德國西門子MAGNETOM Skyra 3.0 T智能磁共振儀。術(shù)前MRI掃描：入組患者檢查前排空大小便。線圈選擇18通道體部相控陣表面線圈，體表定位標(biāo)記為恥骨聯(lián)合上緣，掃描范圍覆蓋直腸全段。掃描方案：掃描時首先進(jìn)行矢狀位定位掃描，在腫瘤層面設(shè)計與直腸壁垂直的正交軸位圖像，冠狀位圖像定位垂直于橫軸位。常規(guī)MRI掃描方案：橫斷位T2WI（層厚5 mm）；高分辨率正交軸位T2WI［層厚2 mm，視野（FOV）35 cm］、矢狀位T2WI、冠狀位T2WI、正交軸位T1WI。彌散掃描參數(shù)：重復(fù)時間（TR）/回波時間（TE）7 200 ms/88 ms，F(xiàn)OV 200 mm×200 mm，層厚2 mm，體素大小0.9 mm×0.9 mm×2.0 mm，層數(shù)40，b值分別為0和1 000 s/mm2；共啟用4個彌散梯度場（b值分別為0、700、1 400和2 100 s/mm2），彌散敏感梯度場同時取X、Y和Z3個方向。

3.圖像分析

DKI和DWI圖像采集完成后上傳至工作站，使用德國西門子公司自主研發(fā)的后處理軟件（Diffusion Toolbox）進(jìn)行后處理。得到K值、D值的參數(shù)圖和ADC值圖。感興趣區(qū)域（region of interest，ROI）的選?。航Y(jié)合常規(guī)軸位T2WI圖像顯示的解剖細(xì)節(jié)，分別選取腫瘤實質(zhì)較大處和距腫瘤1 cm以上正常腸壁的3個層面。在參數(shù)圖上手動勾畫ROI，勾畫時注意避開囊變區(qū)、壞死區(qū)、腸道內(nèi)容物及直腸系膜。分別將腫瘤實質(zhì)和正常腸壁勾畫ROI并測得DKI參數(shù)K值、D值和DWI參數(shù)ADC值。

4.病理資料分析

依據(jù)切除腺癌標(biāo)本顯微鏡下腺管形態(tài)學(xué)特征及腺樣結(jié)構(gòu)數(shù)量將直腸腺癌分為高分化、中分化、低分化腺癌。Ki67染色結(jié)果采用相對定量法，隨機觀察5個高倍視野（×200倍），以每個視野下Ki67陽性腫瘤細(xì)胞數(shù)/腫瘤細(xì)胞總數(shù)×100%的平均數(shù)作為Ki67標(biāo)記指數(shù)。

5.統(tǒng)計學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。首先使用Kolmogorov-Smirnov檢驗對各組的DKI參數(shù)（K值和D值）、ADC值進(jìn)行正態(tài)性檢驗。應(yīng)用單因素方差分析比較DKI參數(shù)ADC值、K值和D值，在直腸腺癌分化程度、T分期之間的差異，并對各分組兩兩間的差異，采用LSD檢驗。

應(yīng)用受試者操作特征曲線（receiver operator characteristic，ROC）曲線，比較各參數(shù)鑒別高分化組、中分化組和低分化組的診斷效能。采用Spearman相關(guān)分析評價分析K值、D值和ADC值與Ki67的相關(guān)性。應(yīng)用獨立樣本t檢驗，分析ADC值、K值和D值與壁外血管和神經(jīng)侵犯程度之間的關(guān)系。P＜0.05被認(rèn)為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1.DKI定量參數(shù)（K值和D值）及ADC值在直腸癌及正常腸壁統(tǒng)計分析

直腸癌腫瘤實質(zhì)區(qū)與正常腸壁K值、D值及ADC值差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），如表1所示。其中有7例患者由于正常腸壁偽影明顯，無法用于分析、提取參數(shù)。直腸癌ADC值的ROC曲線下面積為0.321（P=0.011）；K值 曲 線 下 面 積 為0.621（P=0.087）；D值曲線下面積為0.243（P＜0.001）。因此K值在直腸癌中診斷效能最大。

表1 K值、D值和ADC值在腫瘤實質(zhì)區(qū)及正常腸壁的差異±s

表1 K值、D值和ADC值在腫瘤實質(zhì)區(qū)及正常腸壁的差異±s

部位腫瘤實質(zhì)區(qū)正常腸壁F值P值例數(shù) 38 31 ADC值×10-6/(mm2·s-1)795.29±120.72 918.69±200.48 9.982 0.002 K值×10-6/(mm2·s-1)867.47±116.57 786.46±142.62 6.745 0.012 D值×10-6/(mm2·s-1)1 436.98±337.34 1 849.25±603.58 12.841 0.001

2.DKI定量參數(shù)（K值和D值）及ADC值在不同直腸癌分化程度間的比較

DKI定量D值及ADC值在不同分化程度組中差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），但K值差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），如表2所示。ADC值的ROC曲線下面積為0.816（P=0.041）；K值曲線下面積為0.390（P=0.476）；D值曲線下面積為0.732（P=0.134），如圖1所示。因此ADC在直腸癌分化程度效能最大，D值也具有很好的診斷效能。

表2 K值、D值和ADC值在高、中、低分化組間的差異±s

表2 K值、D值和ADC值在高、中、低分化組間的差異±s

分化程度高分化中分化低分化F值P值例數(shù)4 28 6 ADC值×10-6/(mm2·s-1)914.70±112.88 798.87±105.90 698.92±130.43 4.656 0.015 K值×10-6/(mm2·s-1)825.88±165.59 855.51±102.78 951.02±128.46 2.054 0.143 D值×10-6/(mm2·s-1)1 724.20±423.08 1 459.41±300.53 1 140.82±270.06 4.560 0.017

圖1 典型病例（71歲女性，中位直腸中分化腺癌患者）影像

3.DKI定量參數(shù)（K值和D值）及ADC值在不同直腸癌分期間的比較

DKI定量K值和D值及ADC值在T2、T3和T4中單因素方差分析及兩兩比較，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），如表3所示。ADC值的ROC曲線下面積為0.752（P=0.073）；K值曲線下面積為0.176（P=0.021）；D值曲線下面積為0.855（P=0.012）。因此D值在直腸癌分期中診斷效能最大。

表3 K值、D值和ADC值在T分期組間的差異±s

表3 K值、D值和ADC值在T分期組間的差異±s

分化程度T2期T3期T4期F值P值例數(shù)5 29 4 ADC值×10-6/(mm2·s-1)919.26±163.74 782.18±102.46 735.35±118.01 3.800 0.032 K值×10-6/(mm2·s-1)740.62±99.15 886.48±106.71 888.23±131.55 3.954 0.028 D值×10-6/(mm2·s-1)1 829.04±309.24 1 392.32±301.73 1 270.70±337.35 5.009 0.012

Ki67與ADC值、K值和D值均未見明顯相關(guān)性（P＞0.05）。在血管和神經(jīng)侵犯程度評估中，ADC值、K值和D值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

討 論

DWI是一種非侵入性的功能成像技術(shù)，可以提供腫瘤微環(huán)境中水分子擴(kuò)散的信息。ADC值可反映水分子彌散受限狀態(tài)，但其基于水分子的彌散符合高斯分布。實際上，人體由不同組織構(gòu)成，各組織的細(xì)胞類型、細(xì)胞密度及血供情況均有差異，水分子的彌散并非呈高斯分布。DKI通過參數(shù)量化分析生物組織內(nèi)水分子非高斯彌散活動，獲得更精確的彌散信息，更真實地反映復(fù)雜的組織微觀結(jié)構(gòu)，從而能夠在無對比劑情況下較好地評價病變。DKI技術(shù)可以得到定量參數(shù)D值及K值，D值為給定方向上的表觀彌散系數(shù)，K值是一個無量綱的值，用來量化真實水分子彌散位移與理想的非受限高斯分布彌散位移的偏離大小。K值越大，代表興趣區(qū)內(nèi)非高斯彌散分布模型下的水分子真實彌散受限情況越顯著，細(xì)胞微環(huán)境越復(fù)雜。ADC值、K值和D值這3種參數(shù)從根本上講都反映組織中細(xì)胞內(nèi)外水分子的彌散運動狀況，細(xì)胞內(nèi)外水分子彌散運動狀況受包括細(xì)胞核、細(xì)胞器的改變、核質(zhì)比、細(xì)胞密度、細(xì)胞外間質(zhì)成分、細(xì)胞內(nèi)外水分子比例等多種因素的影響。我們的研究結(jié)果顯示，直腸癌腫瘤實質(zhì)較正常直腸腸壁K值明顯增高，D值和ADC值明顯減低。這是由于直腸癌腫瘤實質(zhì)區(qū)細(xì)胞增殖快，從而使細(xì)胞密度增高、細(xì)胞排列更加緊密；同時快速增殖導(dǎo)致血液供給不足，細(xì)胞缺血壞死；腫瘤細(xì)胞促進(jìn)周圍纖維結(jié)締組織增生，而使整個腫瘤實質(zhì)區(qū)組織結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，水分子運動偏離高斯運動的程度越大［7］。因此K值、D值和ADC值均可以用于直腸癌的診斷。

直腸癌的分化程度是影像預(yù)后的重要因素之一［8］。隨著腫瘤分化程度的減低，腫瘤內(nèi)部細(xì)胞結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，新生血管和壞死結(jié)構(gòu)更多，異質(zhì)性更大，因此水分子運動明顯受限，且偏離高斯運動的程度也越大［9］。本研究發(fā)現(xiàn)D值和ADC值在不同分化程度組中具有顯著統(tǒng)計學(xué)差異。低分化組D值和ADC值最低，高分化組最高。因此D值和ADC值可以用于評估直腸癌分化程度，其中ADC值的診斷效能最大。本研究中K值在不同程度分化組中并沒有顯著統(tǒng)計學(xué)差異，這與先前的研究結(jié)果部分不一致，Zhu等［10］的研究結(jié)果顯示，K值在直腸癌分化程度中的診斷效能最大，文自強等［11］認(rèn)為DKI參數(shù)在直腸癌分化程度中沒有顯著差異。本研究中，高分化組和低分化組病例相對較少，這可能是由統(tǒng)計誤差所致，未來的研究需要增加更多的樣本量、細(xì)化病理分級類型等。但本次研究為進(jìn)一步應(yīng)用DKI進(jìn)行直腸癌分化程度和預(yù)后評估奠定了很好的基礎(chǔ)。

直腸磁共振是在直腸癌術(shù)前分期中具有很重要作用的影像手段，且具有較高的可重復(fù)性［12］。直腸TNM分期以腫瘤對腸壁的浸潤深度進(jìn)行T分期。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著T分期的增高，ADC值和D值降低，而K值增高。這可能是由于與早期直腸癌相比，晚期直腸癌隨著浸潤深度的增加，細(xì)胞增殖更活躍，細(xì)胞數(shù)目增多，排列更緊密，新生血管更多，腫瘤組織的微觀結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜和不均質(zhì)，因此水分子的彌散方式也更加復(fù)雜，彌散受限更明顯，從而導(dǎo)致ADC值和D值降低，D值增高［13］。其中D值的診斷效能更大，這與先前的研究結(jié)果一致［14］。

綜上，本研究結(jié)果表明DKI定量參數(shù)D值、K值及ADC值在直腸癌診斷中具有重要的價值；D值和ADC值能夠反映直腸癌分化程度，其中ADC值相關(guān)性更高；D值、K值和ADC值在直腸癌不同分期中均具有顯著性差異，其中D值的差異更顯著。由此可見，DKI定量參數(shù)對于臨床診斷直腸癌、評估和預(yù)測侵襲性方面具有重要的臨床價值。