剪切波彈性成像在直腸癌T分期中的應用價值

程美清?吳少虹?潘嘉敏?全顯躍?陳立達?梁文

【摘要】目的 探討實時二維剪切波彈性成像（SWE）聯(lián)合直腸腔內超聲（ERUS）在直腸癌術前浸潤深度（T分期）診斷的準確性，并與ERUS和增強磁共振成像（MRI）進行比較。方法 收集85例經(jīng)病理確診為直腸癌患者的臨床資料，患者均于術前進行ERUS、SWE和增強MRI檢查，以術后病理T分期為金標準，分析ERUS、SWE聯(lián)合ERUS和MRI這3種檢查方法對直腸癌術前T分期診斷的準確性。結果 采用SWE獲得的楊氏模量平均值在直腸癌各T分期中差異有統(tǒng)計學意義（P < 0.05）。受試者工作特征 （ROC） 曲線顯示T1/T2、T2/T3、T3/T4最佳分期截斷值分別為63.5、114.9和190.7 kPa，其曲線下面積為0.864～0.994。SWE聯(lián)合ERUS對直腸癌患者術前T分期的診斷與病理的符合率高于ERUS（P < 0.05），稍高于MRI檢查，但比較差異無統(tǒng)計學意義（P > 0.05）。在亞組分析中，對于T1～T2期直腸癌，SWE聯(lián)合ERUS與病理分期的符合率高于ERUS和MRI（P均 < 0.05），對于T3～T4期直腸癌，MRI與病理的符合率高于ERUS（P < 0.05），稍高于SWE聯(lián)合ERUS，但比較差異無統(tǒng)計學意義（P > 0.05）。結論SWE能夠直觀反映腫瘤硬度， SWE聯(lián)合ERUS在直腸癌術前T分期診斷準確率高于ERUS，且稍高于增強MRI檢查，尤其在T1～T2期直腸癌分期中優(yōu)于MRI和ERUS。

【關鍵詞】直腸癌;直腸腔內超聲;剪切波彈性成像;核磁共振

Application of shear wave elastography in T staging of rectal cancer Cheng Meiqing， Wu Shaohong， Pan Jiamin， Quan Xianyue， Chen Lida， Liang Wen. Department of Radiology， Zhujiang Hospital， Southern Medical University， Guangzhou 510280， China

Correspongding author， Chen Lida， E-mail： chenlda@mail.sysu.edu.cn; Liang Wen， E-mail： liangwendoc@163.com

【Abstract】Objective To evaluate the diagnostic accuracy of two-dimensional shear wave elastography （SWE） combined with endorectal ultrasonography （ERUS） for preoperative invasion depth of rectal cancer （T staging）， and compare it with those of ERUS and enhanced magnetic resonance imaging （MRI）. Methods Clinical data of 85 patients pathologically diagnosed with rectal cancer were collected. All patients received ERUS， SWE and MRI before surgery. Postoperative pathological T staging was regarded as the gold standard. The diagnostic accuracy of ERUS， SWE combined with ERUS and MRI in preoperative T staging was statistically compared. Results The average of Youngs modulus measured by SWE in rectal cancer at different T stages had statistical significance （all P < 0.05）. Receiver operating characteristic curve （ROC） revealed that the optimal cut-off values for T1/T2， T2/T3， and T3/T4 were 63.5 kPa， 114.9 kPa and 190.7 kPa， respectively. The area under the curve （AUC） was 0.864-0.994. The concordance rate of T staging for SWE combined with ERUS was significantly higher than that of ERUS （P < 0.05） and slightly higher than that of enhanced MRI （P > 0.05）. In the subgroup analysis of T1 and T2 stages， the concordance rate of T staging for SWE combined with ERUS was significantly higher than those of ERUS and enhanced MRI （both P < 0.05）. However， in the subgroup analysis of T3 and T4 stages， the concordance rate of T staging for enhanced MRI was significantly higher than ERUS （P < 0.05）， and slightly higher than that of SWE （P > 0.05）. Conclusions SWE can directly detect the tumor stiffness. SWE combined with ERUS yields high accuracy in the diagnosis of preoperative T staging of rectal cancer compared with ERUS and enhanced MRI， especially in the diagnosis of preoperative T1 and T2 staging of rectal cancer.

【Key words】Rectal cancer; Endorectal ultrasonography; Shear wave elastography; Magnetic resonance imaging

結直腸癌是全球第3常見的惡性腫瘤，在惡性腫瘤病死率中亦高居第3位[1]。在結直腸癌中，直腸癌約占1/3[2]。近年來，直腸癌發(fā)病率逐年上升，發(fā)病年齡呈年輕化趨勢，且其出現(xiàn)典型癥狀時常為中晚期，預后較差，嚴重威脅人類健康[3]。直腸癌的準確分期對臨床治療方案、手術方式的選擇以及預后評估尤為重要。目前臨床上使用TNM 分期指導直腸癌患者的治療方式與預后評估[4]。其中，評估腫瘤浸潤腸壁的深度（T分期）對于直腸癌患者治療方式的選擇最為重要。對于直腸癌T分期，MRI和直腸腔內超聲（ERUS）是目前公認準確率較高的影像學方法[5-6]。但MRI會受腸道蠕動、腫瘤周邊炎性改變及纖維增生影響[7]。ERUS對操作者依賴性高、掃查范圍局限，常導致分期過高或過低，影響臨床決策[8]。

實時二維剪切波彈性成像（SWE）是近年來發(fā)展起來的超聲檢查新技術，能夠定量獲取組織的彈性模量值以反映不同組織間硬度的差別，進而通過病變組織與正常組織間硬度差異進行疾病診斷。SWE已被廣泛應用于其他部位腫瘤的鑒別診斷[9]。盡管目前國內外關于SWE診斷直腸癌T分期的研究較少，但所得的結果均較為滿意[10-11]。本研究旨在通過比較ERUS、MRI及SWE聯(lián)合ERUS這3種方法對直腸癌術前T分期診斷的準確性，探討SWE在直腸癌T分期中的診斷價值。

對象與方法

一、研究對象

選擇2015年8月至2017年8月在中山大學附屬第一醫(yī)院就診的85例直腸癌患者，納入標準：①發(fā)現(xiàn)直腸腫物且術前2周內均進行ERUS、SWE和MRI檢查的患者;②腫物距肛緣 ≤ 15 cm;③經(jīng)病理證實為直腸腺癌并有明確T分期。排除標準：①既往有直腸腫物手術切除史或治療史（放射治療或化學治療）;②無完整的ERUS、SWE和MRI圖像記錄或圖片質量差。所有患者均簽署知情同意書。本回顧性研究獲中山大學附屬第一醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會批準。

二、方 法

1. ERUS檢查

采用法國聲科超聲儀、經(jīng)直腸腔內高頻探頭（SE12-3，8 MHz）。ERUS和SWE圖像獲取均由一位有10年以上直腸超聲檢查經(jīng)驗的醫(yī)師完成。受檢者檢查前2 h使用磷酸鈉清潔灌腸劑進行清潔灌腸。檢查時取左側臥位，屈髖屈膝，通過直腸指檢初步評估腫瘤的位置，然后往橡膠套內加入適量耦合劑并罩住探頭，往直腸內注入生理鹽水200～500 mL以便排清腸腔內氣體，同時獲得較好的透聲窗。探頭緩慢置入腸腔，調節(jié)機器各參數(shù)以獲得最佳圖像。檢查時記錄腫瘤位置（距肛管距離）、大小、回聲、浸潤深度、血供情況，術前ERUS分期取決于腫瘤浸潤腸壁結構及周圍組織情況。根據(jù)Hildebrandt和Feifel（1985年）提出的超聲分期標準（uT）判斷腫瘤浸潤腸壁的深度：uT1表示腫瘤浸潤至黏膜或黏膜下層，uT2表示腫瘤浸潤至肌層，uT3表示腫瘤浸潤腸壁全層并擴展至腸周脂肪間隙，uT4表示腫瘤侵犯其他盆腔臟器或盆壁結構。

2. SWE檢查

通過ERUS獲取腫瘤浸潤最深的層面，啟動SWE，將扇形感興趣區(qū)（ROI）擴展至最大，然后置于二維超聲圖像上，采用“penetration”條件。避免加壓，待圖像穩(wěn)定后凍結圖像，把圓形感興趣區(qū)（Qbox）放置其上，大小盡可能覆蓋整個腫瘤組織，同一切面進行5次測量獲取縱向的彈性模量（楊氏模量，單位為kPa），記錄5次測量的楊氏模量平均值（Emean值）進行下一步統(tǒng)計。所有ERUS及SWE圖像均存儲于機器硬盤內以便后續(xù)分析。

3. MRI檢查

采用德國西門子（Verio 3.0T） MRI掃描儀，配備8通道體部相控陣線圈。檢查前所有患者均常規(guī)肌內注射山莨菪堿20 mg以減少腸蠕動。采用質量濃度為0.2 mmol/kg釓噴酸葡胺作為對比劑，通過高壓注射器以3.0 mL/s的速率靜脈注射。常規(guī)直腸MRI包括軸位、矢狀位及冠狀位，擴散加權成像（DWI）和增強掃描。掃描范圍覆蓋整個盆腔。所有MRI圖像上直腸癌T分期的判斷均由一位經(jīng)驗豐富的高年資放射科醫(yī)師完成。

三、統(tǒng)計學處理

應用SPSS 22.0和MedCalc 15.2進行統(tǒng)計分析，正態(tài)分布計量資料以? 表示，采用單因素方差分析比較直腸癌不同T分期間Emean值的差異，兩兩比較采用Games-Howell檢驗。以術后病理T分期（pT）為直腸癌T分期的金標準，采用受試者工作特征（ROC）曲線篩選出具有良好靈敏度和特異度的Emean值作為診斷直腸癌不同分期的截斷值。3種方法與病理一致性檢驗采用Kappa 檢驗，κ值分為5個等級：較差（≤0.20），一般（0.21 ～ 0.40），中等（0.41 ～ 0.60），較好（0.61 ～ 0.80），非常好（0.81 ～ 1.0）。配對χ2檢驗（McNemar）用于比較SWE、ERUS和MRI在直腸癌T分期中的準確性。P < 0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結果

一、85例直腸癌患者的一般資料及病理結果

85例患者中男43例、女42例，年齡（60± 12）歲，均接受手術治療，最終病理均為直腸腺癌，并有明確的術后病理浸潤腸壁深度的分期，其中pT1有11例（13%），pT2有17例（20%），pT3有46例（54%），pT4有11例（13%）。

二、通過SWE獲取各T分期的Emean值

直腸癌T1～T4期Emean值見表1。不同T分期的Emean值比較差異均有統(tǒng)計學意義（P < 0.05），隨著腫瘤分期的增加，Emean值亦隨之增高，見圖1、2。ROC曲線顯示T1/T2、T2/T3、T3/T4最佳分期的截斷值分別為63.5、114.9和190.7 kPa，其曲線下面積（AUC）為0.864～0.994。

三、ERUS對直腸癌患者T 分期的診斷準確性

在ERUS評估直腸癌患者T分期中，對T1分期的診斷準確率為91%（10/11），其中有1例被高估為T2期;對T2分期的診斷準確率為47% （8/17），其中2例低估為T1期，7例被高估為T3期;對T3分期的診斷準確率為85%（39/46），其中5例低估為T2期，2例被高估為T4期;對T4分期的診斷準確率為36%（4/11），其中1例被低估為T2期，6例被低估為T3期。ERUS的T分期準確率為72%（61/85），與pT的一致性為κ = 0.534，其中12%（10/85）的分期被高估，16%（14/85）的分期被低估，見表2。

四、 MRI對直腸癌患者T 分期的診斷準確性

在MRI評估直腸癌患者T分期中，對T1分期的診斷準確率為64%（7/11），其中4例被高估為T2期;對T2分期的診斷準確率為47% （8/17），其中9例被高估為T3期;對T3分期的診斷準確率為91%（42/46），其中1例低估為T2期，3例被高估為T4期;對T4分期的診斷準確率為91%（10/11），其中1例被低估為T3期。MRI的T分期準確率為79%（67/85），與pT的一致性為κ=?0.652，其中19%的分期被高估（16/85），2%（2/85）的分期被低估，見表3。

五、 SWE聯(lián)合ERUS對直腸癌患者T 分期的診斷準確性

在SWE聯(lián)合ERUS評估直腸癌患者T分期中，對T1分期的診斷準確率為91% （10/11），其中1例被高估為T2期;對T2分期的診斷準確率為88%（15/17），其中2例被高估為T3期;對T3分期的診斷準確率為83%（38/46），其中3例低估為T2期，5例被高估為T4期;對T4分期的診斷準確率為73%（8/11） ，其中3例被低估為T3期。SWE聯(lián)合ERUS的T分期準確率為84%（71/85），與pT的一致性為κ = 0.745，其中9%的分期被高估（8/85），7%（6/85）的分期被低估，見表4。

六、 ERUS、MRI、SWE聯(lián)合診斷準確率的比較

SWE聯(lián)合ERUS評估直腸癌T分期的準確率為84%（71/85），高于ERUS（72%，61/85）（χ2 =?4.050，P = 0.041），稍高于MRI（79%，67/85），但SWE聯(lián)合ERUS與MRI比較差異無統(tǒng)計學意義（χ2 = 0.346，P = 0.556）;ERUS與MRI比較差異亦無統(tǒng)計學意義（χ2 = 0.962，P = 0.327）。與ERUS相比，MRI在診斷直腸癌T分期上的準確率稍高，但兩者比較差異無統(tǒng)計學意義（P > 0.05）。

在亞組分析中，對于T1～T2期直腸癌，SWE聯(lián)合ERUS的分期準確率為89%（25/28），高于ERUS（64%，18/28）和MRI（54%，15/28）（χ2 =?4.000，P = 0.039;χ2=6.750，P = 0.006）。對于T3～T4期直腸癌，MRI的分期準確率為91%（52/ 57），高于ERUS（75%，43/57）（χ2=4.267，P = 0.035），稍高于SWE聯(lián)合ERUS（81%，46/57），但兩者比較差異無統(tǒng)計學意義（χ2=1.786，P = 0.180），ERUS聯(lián)合SWE并未明顯提升其分期準確率（χ2=0.364，P = 0.549）。

討論

直腸癌術前準確分期對治療方式的選擇及預后評估有重要的臨床意義[12]。準確的分期能夠為直腸癌患者選擇最佳治療方案提供有效依據(jù)，提高手術切除率及保肛率，從而延長生存時間及改善生存質量。本研究通過SWE獲取直腸癌的楊氏模量值，利用ROC曲線計算出各個T分期的截斷值，聯(lián)合ERUS獲得在直腸癌術前T分期中的診斷準確性，結果顯示SWE聯(lián)合ERUS在直腸癌T分期中的準確性為84%，明顯高于ERUS的72%，稍高于增強MR的79%，但比較差異無統(tǒng)計學意義。對于T1～T2期患者而言，SWE聯(lián)合ERUS的分期準確率達89%，高于ERUS的64%和MRI的54%，故SWE有助于為臨床治療方案的制定提供依據(jù)。

對于直腸癌分期，常用的檢查手段包括CT、MRI和ERUS[13]。其中，ERUS和MRI是目前公認為術前評估腫瘤T分期的最準確的影像學方法[6-8]。ERUS能清晰顯示直腸壁的5層結構，其T分期的準確性為65%～94%[14-15]。尤其是在直腸癌T1～T2期，分期準確性高于MRI[5]。本研究中ERUS在T分期中總的準確性略低于MRI。ERUS對操作者依賴性較高，掃查視野范圍較為局限，難以全面顯示整個直腸系膜、腹膜反折及盆壁結構，對腫瘤以外鄰近區(qū)域的病變評估不及MRI，故會出現(xiàn)分期過高或過低的現(xiàn)象[8]。MRI由于組織分辨率高，能夠清晰顯示腸壁各層結構、周圍軟組織及直腸周圍系膜等結構，從而能準確判斷腫瘤的浸潤深度。對于T3～T4期，ERUS明顯低于MRI，考慮與上述原因相關。除此之外，在直腸癌T1～T2期中，ERUS稍高于MRI，這與既往文獻報道相似[6， 12]。其可能原因是對于T1～T2期病變，ERUS能夠清晰顯示直腸壁的5層結構，有利于病變浸潤范圍的判別，而MRI對于早期直腸癌（T1～T2期）則可能因炎性、纖維增生、腸蠕動等影響產生類似腫瘤浸潤的圖像改變，導致分期過高[7]。本研究中，19%的病例在MRI上存在分期過高的現(xiàn)象，而ERUS僅12%。

SWE作為超聲新技術，通過測量剪切波的速度或組織楊氏模量定量評估病變或組織的硬度。SWE彩色圖像可直觀反映組織硬度分布，彈性圖像中從深藍色到深紅色提示目標組織的硬度逐漸增加。目前SWE已廣泛用于病變的鑒別診斷及組織硬度評估中[9]。本研究顯示直腸癌各分期的Emean值比較差異有統(tǒng)計學意義，Emean值隨著腫瘤分期的增高而逐漸增加，與既往研究的結果一致[10-11]。病理學上，在直腸癌進展過程中，腫瘤的惡變可能從腺瘤的頭部逐漸擴散到莖部、基底，最后擴展到整個病灶[16]。這可解析直腸癌的硬度隨著浸潤深度的增加而增高，因此，腫瘤的Emean值可以作為T分期的一個重要的診斷指標。

SWE可以準確評價腫瘤不同分期之間的硬度差異，其分期不受人眼視覺主觀限制，故較ERUS、MRI更為客觀地評價T分期，能夠彌補ERUS、MRI在分期上的不足。本研究中，對于ERUS、MRI而言，判斷T2期腫瘤的浸潤深度準確性均較低，T2期易被高估為T3期。T2期的準確判斷對于直腸癌患者的預后至關重要，可避免由于腫瘤被高估為T3期而采取術前放射治療或化學治療等措施，導致過度治療[17]。T2期被高估主要由于腫瘤附近的炎性反應、結締組織增生性反應等因素使其表現(xiàn)為腸壁外層的不規(guī)則低回聲區(qū)，與腫瘤浸潤腸外脂肪組織聲像圖相似。SWE聯(lián)合ERUS能夠有效地糾正ERUS、MRI過度分期的弊端，對于T2期腫瘤診斷準確率高達88%，高于ERUS和MRI。對于T1期腫瘤的評估，MRI亦容易高估腫瘤的分期，其分期準確率僅為64%，而SWE聯(lián)合ERUS也在一定程度上避免過度分期，T1期準確率達91%。此外，分期過低則可使患者喪失新輔助治療或根治性手術的機會，同時局部復發(fā)的危險性亦隨之增加[23]。對于T4期腫瘤，ERUS由于難以顯示腹膜反折等盆腔結構，往往容易低估腫瘤的分期，本研究中，T4期腫瘤ERUS的準確率較低（36.4%），使用SWE聯(lián)合ERUS能在一定程度上提高其診斷準確率（72.7%）。因此，SWE能為臨床提供腫瘤的硬度信息，彌補ERUS和MRI的不足，提高術前影像學T分期的準確性。

既往研究顯示MRI對于T3～T4期直腸癌的分期優(yōu)于ERUS，與本研究結果一致[11-12]。本研究發(fā)現(xiàn)MRI在T3～T4直腸癌分期準確性亦稍高于SWE聯(lián)合ERUS，但差異無統(tǒng)計學意義，這可能是由于SWE成像是基于ERUS上產生的，ERUS本身存在操作者依賴性較高、掃查視野范圍局限等客觀因素，有可能影響SWE的圖像質量，這一推斷還有待進一步大樣本研究驗證。

本研究存在以下局限性：第一，研究為單中心、回顧性研究，樣本量較小，還需在大樣本人群進一步驗證。第二，我們未納入不同病理類型的腫瘤，如間質瘤、淋巴瘤等，對其他直腸腫瘤的適用性尚待驗證。第三，未分別比較不同部位的直腸癌3種影像學方法分期的準確性。

綜上所述，直腸癌的硬度隨著腫瘤浸潤深度（T分期）的增加而增高，SWE利用直腸癌的硬度值輔助分期，聯(lián)合ERUS的分期準確率明顯高于ERUS，稍高于MRI，特別在T1～T2直腸癌分期中，SWE聯(lián)合ERUS進行分期優(yōu)勢明顯，故SWE可能對腫瘤治療方案的確定和患者預后評估有較大幫助。

參 考 文 獻

[1] Siegel R L， Miller K D， Jemal A. Cancer statistics， 2019. CA Cancer J Clin， 2019， 69（1）：7-34.

[2] Brenner H， Kloor M， Pox C P. Colorectal cancer. Lancet， 2014， 383（9927）：1490-1502.

[3] 姚遠，林鋒.青年人直腸癌49例外科治療體會. 新醫(yī)學， 2002， 33（8）：475-476.

[4] Edge S B， Compton C C. The American Joint Committee on Cancer： the 7th edition of the AJCC cancer staging manual and the future of TNM. Ann Surg Oncol， 2010， 17（6）：1471-1474.

[5] Haanen J B A G， Carbonnel F， Robert C， Kerr K M， Peters S， Larkin J， Jordan K; ESMO Guidelines Committee. Management of toxicities from immunotherapy： ESMO Clinical Practice Guidelines for diagnosis， treatment and follow-up. Ann Oncol， 2017， 28（suppl_4）：iv119-iv142.

[6] Chan B P H， Patel R， Mbuagbaw L， Thabane L， Yaghoobi M. EUS versus magnetic resonance imaging in staging rectal adenocarcinoma： a diagnostic test accuracy meta-analysis. Gastrointest Endosc， 2019， 90（2）：196-203.e1.

[7] Park J S， Jang Y J， Choi G S， Park S Y， Kim H J， Kang H， Cho S H. Accuracy of preoperative MRI in predicting pathology stage in rectal cancers： node-for-node matched histopathology validation of MRI features. Dis Colon Rectum， 2014， 57（1）：32-38.

[8] Cote A， Graur F， Lebovici A， Mois E， Al Hajjar N， Mare C， Badea R， Iancu C. The accuracy of endorectal ultrasonography in rectal cancer staging. Clujul Med， 2015，88（3）：348-356.

[9] Tian W S， Lin M X， Zhou L Y， Pan F S， Huang G L， Wang W， Lu M D， Xie X Y. Maximum value measured by 2-D shear wave elastography helps in differentiating malignancy from benign focal liver lesions. Ultrasound Med Biol， 2016， 42（9）：2156-2166.

[10] Chen L D， Wang W， Xu J B， Chen J H， Zhang X H， Wu H， Ye J N， Liu JY， Nie Z Q， Lu M D， Xie X Y. Assessment of rectal tumors with shear-wave elastography before surgery： comparison with endorectal US. Radiology， 2017， 285（1）：279-292.

[11] Fan Z， Cong Y， Zhang Z， Li R， Wang S， Yan K. Shear wave elastography in rectal cancer staging， compared with endorectal ultrasonography and magnetic resonance imaging. Ultrasound Med Biol， 2019， 45（7）：1586-1593.

[12] Waage J， Taylor F， Read J， Brown G. Imaging assessment of early rectal cancer. Recent Results Cancer Res， 2014， 203：3-14.

[13] Heo S H， Kim J W， Shin S S， Jeong Y Y， Kang H K. Multimodal imaging evaluation in staging of rectal cancer. World J Gastroenterol， 2014， 20（15）：4244-4255.

[14] Ptok H， Marusch F， Meyer F， Wendling P， Wenisch H J， Sendt W， Manger T， Lippert H， Gastinger I. Feasibility and accuracy of TRUS in the pre-treatment staging for rectal carcinoma in general practice. Eur J Surg Oncol， 2006， 32（4）：420-425.

[15] Zorcolo L， Fantola G， Cabras F， Marongiu L， DAlia G， Casula G. Preoperative staging of patients with rectal tumors suitable for transanal endoscopic microsurgery （TEM）： comparison of endorectal ultrasound and histopathologic findings. Surg Endosc， 2009， 23（6）：1384-1389.

[16] Laghi A， Bellini D， Petrozza V， Piccazzo R， Santoro G A， Fabbri C， van der Paardt M P， Stoker J. Imaging of colorectal polyps and early rectal cancer. Colorectal Dis， 2015， 17 （Suppl 1）： 36-43.

[17] Marusch F， Ptok H， Sahm M， Schmidt U， Ridwelski K， Gastinger I， Lippert H. Endorectal ultrasound in rectal carcinoma： do the literature results really correspond to the realities of routine clinical care？ Endoscopy， 2011， 43（5）：425-431.

（收稿日期：2021-03-22）

（本文編輯：林燕薇）