體素內(nèi)不相干運動參數(shù)在直腸癌術(shù)前分期中的診斷效能研究

新疆醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院磁共振室，新疆 烏魯木齊 830011

隨著人們生活水平的不斷提高，飲食結(jié)構(gòu)與生活方式的變化，直腸癌的發(fā)病率逐年上升，目前直腸癌已成為中國常見的消化道惡性腫瘤之一［1-3］。外科手術(shù)切除是直腸癌首選的治療方法，術(shù)前分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況是外科手術(shù)選擇及患者預(yù)后評價的重要依據(jù)。因此術(shù)前直腸癌的準確診斷和分期可以幫助臨床醫(yī)師選擇最佳的治療方案，最大限度地提高腫瘤完整切除和患者存活的概率，特別是判斷出需要行新輔助放化療和保肛手術(shù)的患者，對病變進行合理有效的治療，以減少腫瘤復(fù)發(fā)率和提高患者生活質(zhì)量，從而實現(xiàn)最佳的和個性化的治療策略。

直腸內(nèi)鏡超聲、纖維結(jié)腸鏡、計算機體層成像（computed tomography，CT）和常規(guī)磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）等檢查是目前最常用的檢查方法，但各有其優(yōu)缺點［4-7］，均難以提供較為全面的功能影像學(xué)信息，因此直接影響直腸癌患者術(shù)前分期等診斷情況。體素內(nèi)不相干運動（intravoxel incoherent motion，IVIM）是用于描述體素微觀運動的成像方法，可提供組織中水分子運動的定量參數(shù)，還可反映組織灌注情況，能較為真實地反映組織水分子擴散情況，可以反映組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)和病理生理學(xué)變化，提高了診斷的準確度和靈敏度，目前已被廣泛地應(yīng)用于頭頸部及盆腔部腫瘤性病變［8-11］，但關(guān)于直腸癌IVIM序列的研究報道較少。因此，本研究于2018年6月—2019年3月，對97例結(jié)直腸癌患者進行IVIM序列MRI檢查，并對其中45例病理學(xué)標本進行血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）及微血管密度（microvascular density，MVD）檢測，探討IVIM序列各參數(shù)在直腸癌術(shù)前分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移診斷中的應(yīng)用價值。

1 資料和方法

1.1 研究對象

選取2018年6月—2019年3月于新疆醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院及石河子大學(xué)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院接受直腸癌手術(shù)治療的97例患者為研究對象，其中男性63例，女性34例，年齡34～88歲，平均年齡（58.2±11.4）歲?；颊咝g(shù)前均接受3.0 T MRI直腸序列掃描，根據(jù)美國癌癥聯(lián)合委員會（American Joint Committee on Cancer，AJCC）和國際抗癌聯(lián)盟（International Union Against Cancer，UICC）TNM委員會共同制定的《AJCC腫瘤分期手冊》（第7版）診斷標準進行分期，結(jié)果為T1期5例，T2期25例，T3期53例，T4期14例。淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移53例，無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移44例。形態(tài)學(xué)特征：隆起型29例，潰瘍型58例，浸潤型10例。隨機選取45例患者標本進行VEGF及MVD測定。

納入標準：① 手術(shù)后病理學(xué)診斷為直腸癌，且病理學(xué)診斷包括完整T分期及N分期；② 術(shù)前行常規(guī)MRI包括IVIM序列；③ MRI檢查前未接受放化療等抗腫瘤治療者；④ 無MRI檢查禁忌者；⑤ 同意并知情此項研究，簽署知情同意書。排除標準：① 患者體內(nèi)安裝有心臟起搏器等金屬異物者；② 有幽閉恐懼癥無法完成MRI檢查者；③ 經(jīng)術(shù)后病理學(xué)檢查證實為直腸黏液性癌或部分黏液性癌者；④ 患者依從性較差，檢查所獲得的影像學(xué)資料圖像較差者；⑤ 有山莨菪堿使用禁忌證，如合并前列腺增生、心臟病、青光眼者；⑥同時合并其他盆腔惡性腫瘤者。

本研究經(jīng)新疆醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院及石河子大學(xué)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院倫理委員會審查通過，并且患者均已簽署書面知情同意書。

1.2 IVIM序列MRI檢查

患者于檢查前24 h流質(zhì)飲食，檢查前1 h灌腸清潔。檢查前15～30 min肌注東莨菪堿10 mg，以減少腸蠕動偽影對檢查的干擾。檢查時患者平躺，去除身上一切含有金屬磁性的雜物，并囑咐患者平靜均勻小幅度呼吸，盡可能減少呼吸運動偽影。

采用美國GE公司的Singa HDxt 3.0 T磁共振掃描儀（Torso線圈）對患者進行盆腔部檢查，患者取仰臥位，足先進。掃描范圍包括全盆腔；掃描序列為矢狀位T2加權(quán)成像（T2-weighted imaging，T2WI）、軸狀位高分辨T2加權(quán)成像（high resolution T2-weighted imaging，HR-T2WI）、冠狀位T2WI、軸位T1加權(quán)成像（T1 weighted-imaging，T1WI）、軸位IVIM（表1）。

表1 MRI掃描參數(shù)

1.3 圖像后處理及數(shù)據(jù)測量

由具有10年以上工作經(jīng)驗的2名放射診斷科醫(yī)師閱片并分析，IVIM序列圖像傳至GE工作站后，采用相應(yīng)軟件包進行處理得到真實擴散系數(shù)（true diffusion coefficient，D）、灌注相關(guān)擴散系數(shù)（perfusion-related diffusion coefficient，D*）及灌注分數(shù)（perfusion fraction，f）數(shù)值；在IVIM序列上選取感興趣區(qū)（region of interest，ROI），并在各參數(shù)偽彩圖相應(yīng)位置自動生成參數(shù)數(shù)值。ROI選取標準：ROI根據(jù)病變范圍選取圓形或不規(guī)則形，直腸癌患者選取直腸癌腫瘤的中心實質(zhì)部分，盡量避開腫瘤邊緣部分及中心壞死囊變區(qū)。選取病變最大層面為中心層面，連續(xù)測量3個層面，ROI使用圓圈和邊緣勾勒兩種方法，每種方法測量5次，去除最大值和最小值，取3次值的平均值作為測量數(shù)值，并將2名醫(yī)師得出的平均值作為最后數(shù)值依據(jù)。

1.4 VEGF和MVD水平

使用免疫組織化學(xué)法對標本進行染色。VEGF判斷標準：按照Volm等［12］的判斷標準，采用全自動化學(xué)發(fā)光免疫分析儀測試，VEGF常表達于細胞質(zhì)和細胞膜，細胞質(zhì)和細胞膜同時著色呈棕黃色顆粒則為陽性細胞。VEGF表達評估：以視野細胞中著色細胞所占比例進行評分，共分為0～3分。0分，無顯色劑陽性細胞數(shù)0%；1分，棕色及陽性細胞數(shù)≤25%；2分，棕色及陽性細胞數(shù)26%～50%；3分，棕褐色及陽性細胞數(shù)＞50%。陰性（-），顯色與陽性細胞數(shù)評分之和為0～2分；陽性（+），顯色與陽性細胞數(shù)評分之和為3～4分；強陽性（++），顯色與陽性細胞數(shù)評分之和為5～6分。

MVD判斷標準：按照Weider的判斷標準［11］，低倍視野下掃視整個組織切片，在腫瘤浸潤區(qū)域隨機選6個高倍視野，計算微血管數(shù)，取平均值作為MVD。微血管判斷標準：1個微血管數(shù)，與鄰近腫瘤細胞、血管或其他結(jié)締組織形成分界限清楚，呈棕黃色的陽性內(nèi)皮細胞或內(nèi)皮細胞簇，瘤硬化區(qū)和＞8個紅細胞的血管不作為計數(shù)對象，重復(fù)計數(shù)5次。

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析，定量參數(shù)統(tǒng)計描述采用±s。采用t檢驗或t′檢驗進行直腸癌Tl+T2和T3+T4分期之間、T2和T3期之間及直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移與非轉(zhuǎn)移之間IVIM參數(shù)（D、D*和f）的差異性分析；以病理學(xué)診斷為金標準，采用靈敏度、特異度、多因素受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線及曲線下面積（area under the curve，AUC）等指標對上述有意義的參數(shù)進行評價；利用Spearman秩相關(guān)分析D*和f值與VEGF和MVD的相關(guān)性，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 IVIM參數(shù)在直腸癌T1+T2與T3+T4期間的差異性及診斷效能

經(jīng)統(tǒng)計分析，在不同T分期（T1+T2與T3+T4）之間，IVIM參數(shù)D、D*、f值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P均＜0.05）；T1+T2期D值、f值均大于T3+T4期，D*值小于T3+T4期（表2）。

表2 IVIM參數(shù)在直腸癌T分期間的差異性比較

將在直腸癌T分期間差異性比較中差異有統(tǒng)計學(xué)意義的D、D*、f值進行單因素方差分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，D值在T1+T2與T3+T4期中診斷效能最高，當閾值為0.862×10-3mm2/s時，AUC為0.716，陽性預(yù)測值（positive predictive value，PPV）為80.31%，陰性預(yù)測值（negative predictive value，NPV）為59.04%，靈敏度為83.15%，特異度為60.24%；其次為f值，最后為D*值（表3）。多因素logistic分析發(fā)現(xiàn)，IVIM參數(shù)D、D*和f值3個參數(shù)綜合診斷效能最高，當閾值為0.643 mm2/s時，AUC為0.792，PPV為84.64%，NPV為62.61%，靈敏度為82.71%，特異度為65.54%（表4）。

表3 IVIM參數(shù)D、D＊及f值單因素分析結(jié)果

表4 IVIM參數(shù)D、D＊及f值多因素logistic回歸分析

2.2 IVIM參數(shù)在直腸癌T2與T3期間的差異性及診斷效能

經(jīng)統(tǒng)計分析，在不同T分期（T2與T3）之間，IVIM參數(shù)D、D*值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P均＜0.05）；T2期D值均大于T3期，D*值小于T3期（表5）。

表5 直腸癌IVIM參數(shù)在T2、T3分期間的差異性

將在直腸癌T分期（T2與T3）間顯著性檢驗中差異有統(tǒng)計學(xué)意義的D、D*值進行單因素方差分析，發(fā)現(xiàn)D值在T2與T3期中診斷效能最高，當閾值為0.843×10-3mm2/s時，AUC、PPV、NPV、靈敏度、特異度分別為0.723、90.20%、51.23%、62.57%和83.46%；其次為D*值（表6）。多因素logistic分析發(fā)現(xiàn)，IVIM參數(shù)D、D*兩個參數(shù)綜合診斷效能最高，當閾值為0.627 mm2/s時，AUC、PPV、NPV、靈敏度、特異度分別為0.886、92.21%、67.75%、80.33%和84.06%（表7）。

表6 D、D＊及f值單因素分析結(jié)果

表7 多因素logistic回歸分析

2.3 IVIM參數(shù)在直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的差異性及診斷效能

經(jīng)統(tǒng)計學(xué)分析，在直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及非轉(zhuǎn)移患者中，IVIM參數(shù)僅D值差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05，表8）。

表8 直腸癌IVIM參數(shù)在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的差異性

將IVIM參數(shù)在直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及非轉(zhuǎn)移的差異性比較中差異有統(tǒng)計學(xué)意義的D值進行單因素方差分析發(fā)現(xiàn)，D值閾值為0.782×10-3mm2/s時，AUC、PPV、NPV、靈敏度、特異度分別為0.635、67.65%、71.21%、83.37%和49.26%（表9）。

表9 D、D＊及f值單因素分析結(jié)果

2.4 IVIM參數(shù)與MVD及VEGF的相關(guān)性分析

隨機選取45例患者，將其術(shù)后標本進行VEGF和MVD分析，并與IVIM參數(shù)D*、f值進行Spearman秩相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，VEGF與D*、f值之間的r為0.473、-0.432，相關(guān)系數(shù)假設(shè)檢驗差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P均＜0.05）；而MVD與D*、f值之間的r為-0.072、0.215，相關(guān)系數(shù)假設(shè)檢驗差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P均＞0.05，表10）。

表10 IVIM參數(shù)D＊值和 f值與VEGF和MVD的相關(guān)性分析

3 討 論

直腸癌具有極高的發(fā)病率和病死率，直腸癌的早期診斷及準確分期是改善患者預(yù)后、延長生存期、提高患者生活質(zhì)量的關(guān)鍵［13］。IVIM序列MRI適用于描述體素微觀運動的成像方法，其參數(shù)包括D、D*和f值，不僅可提供組織中水分子運動的定量參數(shù)，還可反映組織灌注情況，能較為真實地反映組織水分子擴散情況［14］。惡性程度高的病變由于細胞增殖旺盛，細胞核增大，導(dǎo)致水分子擴散受限，惡性程度低的病變以及良性病變擴散受限輕或不受限，以此可以對腫瘤的惡性程度、病理學(xué)分期、淋巴結(jié)的侵犯情況進行無創(chuàng)性、定量的診斷。

術(shù)前準確評估直腸癌的TNM分期對于手術(shù)方法的選擇具有重要意義，在本研究中，主要從IVIM參數(shù)在T1+T2期和T3+T4期之間及T2和T3期之間的差異性進行研究，原因主要在于T1、T2期患者可以直接接受手術(shù)治療，T3、T4期患者理論上需要輔助放化療，之后再接受手術(shù)治療，然而在臨床上T2、T3期之間區(qū)分較為困難，所以探究IVIM各參數(shù)在T2、T3期中的差異性，對于治療方案的選擇至關(guān)重要。本研究結(jié)果提示，在T1+T2期與T3+T4期之間，IVIM參數(shù)D、D*、f值均差異有統(tǒng)計學(xué)意義，且T1+T2期D值大于T3+T4期、T2期D值明顯大于T3期，兩者的結(jié)果具有一致性，且與其他腫瘤研究結(jié)果一致［15-17］；說明直腸癌患者T分期增加，直腸癌組織中擴散受限明顯增加，這可能與病變組織癌變嚴重、血液微循環(huán)增加、腫瘤的細胞結(jié)構(gòu)更為致密、排列更紊亂有關(guān)；D*主要通過對組織局部微循環(huán)血流灌注速度進行檢測，以達到反映局部組織血流灌注狀態(tài)的目的，本研究發(fā)現(xiàn)，T3+T4期患者直腸癌組織D*高于T1+T2期患者，T2期D*值明顯小于T3期，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，可能是由于T分期增加，病變組織癌變嚴重，腫瘤細胞增殖活躍，直腸癌組織血液微循環(huán)增加所致；f值是指MRI可探測到的組織匯總毛細血管網(wǎng)內(nèi)水分子的體積分數(shù)，與正常血管的生成具有直接關(guān)系，在本研究中，T1+T2期f值明顯大于T3+T4期，T2、T3期f值差異無統(tǒng)計學(xué)意義，其他研究［18-19］也發(fā)現(xiàn)，f值變異性較大，具體原因還需結(jié)合其他部位腫瘤的研究進行進一步分析。為進一步了解IVIM參數(shù)T分期的診斷效能，本研究對相關(guān)參數(shù)進行單因素及多因素分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，IVIM參數(shù)D、D*、f這3個參數(shù)綜合診斷的AUC最大，對直腸癌的診斷效能最好；對于IVIM參數(shù)對T2、T3分期診斷效能研究發(fā)現(xiàn)，D、D*綜合診斷對T2、T3分期診斷效能最高，由此提示在術(shù)前診斷時應(yīng)綜合IVIM參數(shù)D、D*、f進行綜合診斷，以提高診斷效能，有助于術(shù)前評估直腸癌的惡性程度，這對臨床醫(yī)師對患者制訂合適的治療方案有重要的臨床指導(dǎo)價值。

本研究進一步分析IVIM參數(shù)在直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移與非轉(zhuǎn)移情況下是否有差異，發(fā)現(xiàn)IVIM參數(shù)僅D值差異有統(tǒng)計學(xué)意義，原因可能在于腫瘤細胞轉(zhuǎn)移至淋巴組織后，在淋巴結(jié)內(nèi)部腫瘤細胞增殖，導(dǎo)致細胞密度增加、細胞間隙變窄，使淋巴液在包膜下竇中的自由移動被侵入的腫瘤細胞阻斷、破壞，水分子擴散也受到限制，所以D值減小。在本研究中還發(fā)現(xiàn)，D*值與f值在直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移與非轉(zhuǎn)移方面差異無統(tǒng)計學(xué)意義，與龍玲［20］研究一致，但與Qiu等［21］研究相矛盾，因此具體D*值和f值與淋巴結(jié)內(nèi)部病理學(xué)情況之間的關(guān)系還需進一步研究。

VEGF和MVD是評估腫瘤組織內(nèi)血管生成情況常用的指標，通過評估腫瘤組織內(nèi)血管生成情況，間接反映組織腫瘤的生長速度，同時也反映病變對周圍組織的浸潤、轉(zhuǎn)移等生物學(xué)行為，對提示腫瘤患者預(yù)后及臨床醫(yī)師制訂治療方案具有重要意義［22］。因此，通過研究IVIM參數(shù)與VEGF及MVD的相關(guān)性，以尋找術(shù)前可反映以上兩指標的影像學(xué)參數(shù)，對于直腸癌患者的治療和預(yù)后至關(guān)重要。本研究通過對VEGF和MVD與IVIM參數(shù)D*、f值進行Spearman秩相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，VEGF與D*呈正相關(guān)，與f值負相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)假設(shè)檢驗差異有統(tǒng)計學(xué)意義；出現(xiàn)此趨勢的原因可能由于VEGF表達越高的組織，其細胞有絲分裂活動較強，腫瘤內(nèi)血管新生和腫瘤本身的增長具有促進作用，血管生成越多，組織灌注越高，則D*越高；與此同時，上述過程中并未形成功能性的血管，導(dǎo)致f值降低。這些結(jié)果提示，可通過IVIM參數(shù)中D*、f值在一定程度上預(yù)測直腸癌組織VEGF的表達情況，為臨床治療提供依據(jù)。

綜上所述，本研究通過分析IVIM參數(shù)與直腸癌分期的差異性發(fā)現(xiàn)，IVIM參數(shù)的綜合性診斷對直腸癌分期的診斷效能較高，IVIM參數(shù)的D*、f值能在一定程度上預(yù)測直腸癌組織VEGF表達情況，為患者的治療及預(yù)后提供臨床依據(jù)。但本研究也存在樣本量小、檢查方法單一等不足，有可能導(dǎo)致研究結(jié)果存在一定的偏倚，需要進一步擴大樣本量進行驗證。