DKI定量參數(shù)與直腸腺癌病理學(xué)預(yù)后因素的相關(guān)性研究

楊 帆，陳 剛

1.武漢一脈陽光醫(yī)學(xué)影像診斷中心，湖北 武漢 430000；

2.武警湖北省總隊(duì)醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，湖北 武漢 430061

直腸腺癌是胃腸道常見的惡性腫瘤，發(fā)病率逐年升高，患者確診時(shí)大多處于中晚期。目前新輔助放化療和手術(shù)切除是治療直腸腺癌的有效方法［1］，主要是針對(duì)腫瘤原發(fā)灶、局部復(fù)發(fā)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。相關(guān)影響因素包括性別、年齡、腫瘤部位、病理學(xué)分級(jí)、浸潤深度（T分期）、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移（N分期）、淋巴管血管侵犯或血管外侵犯等［2-4］。因此，早期精準(zhǔn)的診斷和臨床分期對(duì)于直腸腺癌的治療是十分重要的。評(píng)估術(shù)前分期的方法包括超聲內(nèi)鏡、計(jì)算機(jī)體層成像和功能磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI），其中功能MRI具有簡(jiǎn)單、無創(chuàng)、多參數(shù)、多序列和多方位的成像優(yōu)勢(shì)，能夠精準(zhǔn)預(yù)測(cè)腫瘤浸潤深度和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況，已成為直腸腺癌定性診斷和分期的常規(guī)檢查［3-5］。彌散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）是檢測(cè)活體組織內(nèi)非高斯分布水分子彌散運(yùn)動(dòng)的一種無創(chuàng)性的MRI功能成像技術(shù)。通過峰度系數(shù)（K值）和彌散系數(shù)（D值）等定量參數(shù)量化分子彌散偏離高斯分布的程度，能較好地反映組織微觀結(jié)構(gòu)，主要在直腸癌中進(jìn)行術(shù)前分期和療效評(píng)估［6-8］。然而，目前基于DKI定量參數(shù)直方圖分析與直腸腺癌病理預(yù)后因素的相關(guān)性研究較少［4］。

本研究擬探討DKI定量參數(shù)（D和K值）和表觀彌散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）直方圖參數(shù)與直腸腺癌病理學(xué)預(yù)后因素（腫瘤浸潤程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、病理學(xué)分級(jí)、TNM分期）的相關(guān)性，以期為臨床直腸腺癌的治療方案選擇及療效評(píng)估提供參考。

1 資料和方法

1.1 研究對(duì)象

選擇2015年1月—2018年12月武警湖北省總隊(duì)醫(yī)院收治的直腸腺癌患者126例進(jìn)行回顧性研究。126例患者中，男性73例，女性53例；＜60歲患者65例，≥60歲患者61例。納入標(biāo)準(zhǔn)：① 患者術(shù)前均行MRI和DKI序列檢查；② MRI檢查前未行新輔助放化療；③ 術(shù)后病理學(xué)檢查證實(shí)為直腸腺癌。排除標(biāo)準(zhǔn)：① DKI圖像質(zhì)量無法達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；② MRI檢查與手術(shù)時(shí)間間隔兩周以上。本研究通過武警湖北省總隊(duì)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 MRI和DKI檢查及圖像、數(shù)據(jù)分析

檢查前囑患者清淡飲食，排空大小便。檢查時(shí)患者取仰臥位，囑患者平靜呼吸。采用德國Siemens公司的MAGNETOM Avanto 1.5 T MRI儀對(duì)整個(gè)腫瘤進(jìn)行掃描，先行矢狀位快速自旋回波T2加權(quán)成像（T2-weighted imaging，T2WI）序列，再行軸位高分辨率T2WI序列、軸位多b值DKI掃描（b=0、200、500、1 000、1 500和2 000 s/mm2）、軸位T1加權(quán)成像（T1-weighted imaging，T1WI）及軸位T2WI脂肪抑制精確頻率反轉(zhuǎn)恢復(fù)（spectral presaturation attenuated inversion recovery，SPAIR）序列。DKI序列參數(shù)：重復(fù)時(shí)間為6 000 ms，回波時(shí)間為80 ms，激勵(lì)次數(shù)為2，矩陣為104×130，視野為26 cm，層厚為3 mm，層間距為0 mm，彌散敏感梯度方向數(shù)為3。

掃描結(jié)束后，在FireVoxel圖像軟件上進(jìn)行分析，采用三維全腫瘤體積法，在每個(gè)層面勾畫腫瘤輪廓，多層融合后獲得腫瘤灶的三維感興趣區(qū)（region of interest，ROI），包含腫瘤壞死、囊變區(qū)及出血部位。根據(jù)FireVoxel軟件上彌散峰度模型及彌散加權(quán)成像單指數(shù)模型計(jì)算出定量參數(shù)（D值和K值）及ADC值，利用MATLAB和SPSS 21.0軟件對(duì)DKI定量參數(shù)（D和K值）及ADC值進(jìn)行直方圖分析，得到相應(yīng)的定量參數(shù)的平均值、偏度和峰度值。

1.3 臨床分期及觀察指標(biāo)

依據(jù)第8版美國癌癥聯(lián)合委員會(huì)（American Joint Committee on Cancer，AJCC）腫瘤分期標(biāo)準(zhǔn)［9］，根據(jù)腫瘤侵犯黏膜下層和固有肌層的范圍進(jìn)行分期（T分期），分為早期組（pT1-2）和晚期組（pT3-4）；根據(jù)淋巴結(jié)是否轉(zhuǎn)移，分為淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組（pN+）和無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組（pN0）；根據(jù)腫瘤分化程度分為低級(jí)別組（G1-2）和高級(jí)別組（G3）；臨床分期分為Ⅰ～Ⅳ期，比較不同T分期、N分期、病理學(xué)分級(jí)和臨床分期組間各定量參數(shù)（D、K和ADC值）直方圖，利用受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線分析各定量參數(shù)對(duì)直腸腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷價(jià)值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 21.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)數(shù)資料采用n%表示，計(jì)量資料采用±s表示（正態(tài)分布資料）和M（Q1，Q3）表示（非正態(tài)分布資料），組間差異采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)或非參數(shù)檢驗(yàn)（Mann-WhitneyU檢驗(yàn)）。不同臨床分期（Ⅰ～Ⅳ期）的腫瘤DKI定量參數(shù)值組間差異采用單因素方差分析（one-way ANOVA）或Kruskal-WallisH檢驗(yàn)，組間兩兩比較采用LSD法。采用Spearman相關(guān)性分析評(píng)價(jià)直腸腺癌DKI定量參數(shù)值與腫瘤不同病理學(xué)因素的相關(guān)性，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 患者臨床病理學(xué)分析

根據(jù)腫瘤部位、T分期、N分期、病理學(xué)分級(jí)、臨床分期（Ⅰ～Ⅳ期）對(duì)126例患者進(jìn)行病理學(xué)分析，具體結(jié)果見表1。

表1 患者一般臨床病理學(xué)資料

2.2 不同T分期直腸腺癌患者D、K和ADC值直方圖分析

直腸腺癌晚期組（pT3-4期）患者與早期組（pT1-2期）患者相比，D平均值和ADC平均值明顯降低，K平均值明顯升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.001，P＜0.001，P＜0.001）；D平均值和ADC平均值與直腸腺癌T分期呈負(fù)相關(guān)（r=-0.220，P=0.025；r=-0.412，P=0.010）；不同T分期直腸腺癌患者間各直方圖的偏度及峰度值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05，表2）。

表2 不同T分期直腸腺癌患者各參數(shù)直方圖結(jié)果比較

2.3 不同N分期直腸腺癌患者D、K和ADC值直方圖分析

直腸腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組（pN+）與無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組（pN0）相比，D平均值和ADC平均值降低，K平均值升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.005，P=0.039，P＜0.001）；D平均值和ADC平均值與直腸腺癌N分期呈負(fù)相關(guān)（r=-0.279，P=0.021；r=-0.316，P=0.008）；不同N分期直腸腺癌患者各直方圖的偏度及峰度值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05，表3）。

表3 不同N分期直腸腺癌患者各參數(shù)直方圖結(jié)果比較

2.4 不同病理學(xué)分級(jí)直腸腺癌患者D、K和ADC值直方圖分析

直腸腺癌不同病理學(xué)分級(jí)中，高級(jí)別組（G3）K平均值高于低級(jí)別組（G1-2），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.014）；不同病理學(xué)級(jí)別的直腸腺癌患者D平均值和ADC平均值間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；K平均值與直腸腺癌病理學(xué)分級(jí)呈正相關(guān)（r=0.240，P=0.016）；不同病理學(xué)分級(jí)直腸腺癌患者各直方圖的偏度及峰度值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05，表4）。

表4 不同病理學(xué)分級(jí)直腸腺癌患者各參數(shù)直方圖結(jié)果比較

2.5 不同臨床分期直腸腺癌患者D、K和ADC值直方圖分析

直腸腺癌不同臨床分期中，隨著臨床分期增高（Ⅰ～Ⅳ期）D平均值降低（P＜0.001），且D平均值與臨床分期呈負(fù)相關(guān)（r=-0.280，P=0.005）。

其他參數(shù)（K平均值、ADC平均值及各直方圖的偏度及峰度值）隨著臨床分期增加，組間并無差異，各直方圖參數(shù)與直腸腺癌臨床分期無明顯相關(guān)性（P＞0.05，表5）。

表5 不同臨床分期直腸腺癌患者各參數(shù)直方圖結(jié)果比較

2.6 各定量參數(shù)值對(duì)直腸腺癌患者淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷價(jià)值

126例直腸腺癌患者中，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移患者44例，利用ROC曲線進(jìn)行分析，定量參數(shù)D、K和ADC值對(duì)直腸腺癌患者淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有診斷價(jià)值，其曲線下面積（area under curve，AUC）分別為0.658、0.698、0.641，其中K值在預(yù)測(cè)直腸腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移診斷價(jià)值最大，其AUC最大［0.698（0.586～0.808）］。

定量參數(shù)D、K和ADC值的靈敏度分別為0.668、0.718、0.654，特異度分別為0.702、0.705、0.638（表6，圖1）。

表6 定量參數(shù)D、K和ADC值對(duì)直腸腺癌患者淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷價(jià)值分析

圖1 各定量參數(shù)值對(duì)直腸腺癌患者淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的ROC曲線

3 討 論

常規(guī)彌散加權(quán)成像是水分子以非高斯分布運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，可通過ADC值對(duì)細(xì)胞間隙的水分子彌散運(yùn)動(dòng)進(jìn)行無創(chuàng)性定量分析［2，5］。與彌散加權(quán)成像相比，DKI的峰度系數(shù)K值可量化水分子彌散與非高斯分布的真實(shí)偏差，反映直腸腺癌組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的復(fù)雜性，其中采用全腫瘤輪廓法的直方圖較傳統(tǒng)的ROC曲線分析，能夠更全面地反映直腸腺癌的病理學(xué)特征變化［2，6，10］。在DKI定量參數(shù)中，K值反映水分子彌散的受限程度，D值是非高斯分布校正后的ADC值，而水分子彌散非高斯分布越受限，K值越大，D值降低，可精準(zhǔn)地反映水分子在腫瘤組織的彌散程度［11-13］。

近年來，DKI模型在人體成像中的應(yīng)用受到了越來越多的關(guān)注。不少研究［2，4，11-12］使用全腫瘤體積測(cè)量法進(jìn)行DKI參數(shù)測(cè)定，發(fā)現(xiàn)DKI衍生的D值、K值及ADC值與直腸癌病理學(xué)預(yù)后因素顯著相關(guān)，包括腫瘤浸潤級(jí)別、淋巴結(jié)狀態(tài)、組織學(xué)分級(jí)和臨床分期。因此，基于DKI的直方圖相關(guān)參數(shù)可作為預(yù)測(cè)直腸癌腫瘤侵襲性的非侵入性影像學(xué)有效指標(biāo)。既往研究［14-16］提示，在晚期直腸腺癌中，腫瘤浸潤深度大，細(xì)胞增殖快，細(xì)胞新生血管多，而腫瘤微觀結(jié)構(gòu)更為不均質(zhì)和復(fù)雜，可限制水分子彌散，可表現(xiàn)為D值和ADC值下降，K值升高。在本研究中，T分期較高的患者中，D值和ADC值顯著下降，K平均值明顯升高，D平均值和ADC平均值與直腸腺癌T分期呈負(fù)相關(guān)，與既往研究［3-4，14-16］存在一致性，提示較低的D值和ADC值、較高的K值與腫瘤病理學(xué)不良預(yù)后相關(guān)，這些指標(biāo)可反映腫瘤組織輪廓的侵襲性特征和腫瘤復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)特征，考慮在侵襲性較高的直腸癌中，細(xì)胞密度的增加、腺體形成百分比增加及核多形性的顯著變化與腫瘤微觀結(jié)構(gòu)水平上組織復(fù)雜性增加相關(guān)，導(dǎo)致水分子彌散明顯受限，引起K值較高，D值和ADC值下降［4，11，17-18］。

準(zhǔn)確判斷淋巴結(jié)是否轉(zhuǎn)移在直腸腺癌的臨床病理學(xué)分期、指導(dǎo)精準(zhǔn)治療及預(yù)后評(píng)估等方面有著重要作用［19］。在本研究中，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組D平均值和ADC平均值降低，K平均值升高，且D平均值和ADC平均值與直腸腺癌N分期呈負(fù)相關(guān)，考慮直腸腺癌周圍腫瘤細(xì)胞密度高，新生血管反應(yīng)，腫瘤浸潤引起周圍淋巴管血管產(chǎn)生纖維增生，導(dǎo)致腫瘤及周圍結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水分子彌散引起各參數(shù)值的變化。在本研究中，ROC曲線分析顯示DKI定量參數(shù)（D值、K值和ADC值）可能是判斷直腸腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的重要指標(biāo)。通過對(duì)直方圖D、K和ADC的綜合分析，研究發(fā)現(xiàn)K值的特異度最高，AUC最高，這與其他研究［2，6，17，20-22］結(jié)果存在一致性。亦有些研究［4］報(bào)道，K值判斷腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的靈敏度和特異度并不存在顯著差異。這些研究報(bào)道的不一致可能是由于相對(duì)較小的患者群體和不平衡的人口分布所致；另一個(gè)原因可能是測(cè)量技術(shù)的差異，例如全腫瘤體積ROI法并非傳統(tǒng)的ROI測(cè)量法，這些因素均可導(dǎo)致不同的結(jié)果。

在既往研究［2，4］中已證實(shí)在高度惡性腫瘤患者中發(fā)現(xiàn)較高的K值，較低的D值和ADC值。在本研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果，定量參數(shù)K值升高與病理組織學(xué)級(jí)別較高的腫瘤相關(guān)，以及與腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移顯著正相關(guān)?？赡芘c高級(jí)別腫瘤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分化程度低，病灶易囊性壞死，病灶彌散受限有關(guān)［2，6-7］。另外，在本研究中，隨著臨床分期增高（Ⅰ～Ⅳ期）D平均值降低，且D平均值與臨床分期呈負(fù)相關(guān)，考慮為在高臨床分期的直腸腺癌患者中，腫瘤細(xì)胞排列緊密、細(xì)胞浸潤深度大，細(xì)胞內(nèi)外水分子高度受限，引起相應(yīng)DKI參數(shù)值變化。因此，本研究中DKI定量參數(shù)值在直腸癌病理學(xué)分級(jí)、臨床分期及預(yù)后判斷中發(fā)揮著重要作用。

本研究也存在一定的局限性。首先，本研究是一項(xiàng)回顧性研究，可能存在一定的選擇偏倚，對(duì)于部分局部進(jìn)展期直腸癌患者由于接受新輔助放化療后被排除在外，研究人群有所受限。其次，由于研究的樣本量尚小，可能出現(xiàn)部分群體人口分布不平衡現(xiàn)象，研究的結(jié)果適用性受限。因此，為了進(jìn)一步驗(yàn)證本研究的結(jié)果，今后有必要進(jìn)行更大規(guī)模的前瞻性多中心隊(duì)列研究。第三，本研究未分析DKI參數(shù)與直腸癌免疫組織化學(xué)特征（如Ki-67增殖指數(shù)等指標(biāo)）的相關(guān)性，將一些免疫組織化學(xué)特征納入危險(xiǎn)分層分析中顯然是必要的。

綜上所述，本研究表明使用全腫瘤體積法測(cè)量的直方圖分析DKI相關(guān)參數(shù)指標(biāo)對(duì)直腸腺癌患者病理學(xué)分級(jí)程度具有較高的診斷價(jià)值。腫瘤侵襲度越高，D值和ADC值明顯下降，K值明顯升高，且各DKI定量參數(shù)（D值、ADC值和K值）對(duì)直腸腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有一定預(yù)測(cè)價(jià)值，特別是K參數(shù)，與直腸癌高病理學(xué)分級(jí)相關(guān)。今后需進(jìn)一步研究以確定DKI指標(biāo)在臨床實(shí)踐中是否可作為預(yù)測(cè)直腸癌病理學(xué)侵襲性的有效影像學(xué)生物標(biāo)志物。