多期增強聯(lián)合iShim-DWI與T2WI對T1和T2期直腸癌術(shù)前分期的對照研究

張風光,楊開蘭,張宏凱,趙可可,高朋瑞,杜峰,白冰妹,黎海亮,曲金榮

目前,全直腸系膜切除術(shù)(total mesorectal excision,TME)仍是治療直腸癌的標準術(shù)式,輔以放化療可顯著降低腫瘤復發(fā)率[1]。臨床上T分期為T2期的直腸癌患者,首選治療方式是直接行手術(shù)切除;而部分T1期患者可選擇內(nèi)鏡下粘膜切除術(shù)或經(jīng)肛門內(nèi)鏡顯微術(shù),從而保留患者腸道功能,降低手術(shù)帶來的損傷[2]。因此直腸癌術(shù)前T1和T2期準確分期對手術(shù)治療方式的選擇有重要的指導意義。MRI是對直腸癌原發(fā)腫瘤進行術(shù)前分期的重要影像學檢查[3-4],主要采用小視野(FOV)不壓脂T2WI作為分期的主要依據(jù),而多期增強掃描及DWI通常僅為參考序列。因為目前的影像檢查無論是MRI還是腔內(nèi)超聲均不能提供完全準確的分期,如腔內(nèi)超聲僅對于T2期以內(nèi)小腫瘤有優(yōu)勢,而MRI判讀T3分期存在過分期的可能[5]。最近Wan等[6]研究發(fā)現(xiàn)由于直腸粘膜下層有豐富的血管結(jié)構(gòu),增強掃描后可見強化的血管主干,只要其存在,至少說明腫瘤沒有侵透粘膜下層,有助于T1期診斷,對T0～T1、T2期總的準確率可提高到87%。DWI通過探測水分子的運動情況反映其在人體內(nèi)的擴散程度,細胞間水分子的擴散程度是否受限反映了組織結(jié)構(gòu)的致密性,目前已廣泛應用于腫瘤的術(shù)前檢測及療效評估等[7]。但傳統(tǒng)DWI易受腸蠕動偽影和磁敏感偽影的干擾,應用于腸道檢查時價值有限。近年來研究表明,單層動態(tài)勻場技術(shù)(integrated slice-specific dynamic shimming,iShim)在掃描過程中可實時優(yōu)化每層圖像的磁場均勻性,能夠有效提高圖像分辨率及改善圖像變形。因此,本研究進一步探討動態(tài)增強聯(lián)合iShim-DWI在鑒別T1和T2期直腸癌中的診斷價值,并與單獨使用T2WI的評價結(jié)果進行對照研究,進一步提高直腸癌術(shù)前T1與T2期分期的準確性,有利于手術(shù)方式的選擇。

材料與方法

1．入組資料

回顧性篩選2020年1月-2021年12月本院經(jīng)術(shù)前腸鏡活檢病理證實的直結(jié)腸癌患者,本研究經(jīng)本院倫理委員會批準,知情同意書可以免除。入組標準為:①患者行磁共振T2WI、iShim-DWI、多期增強檢查,各序列圖像滿足診斷需求;②臨床資料及術(shù)后病理完整;③術(shù)前未做相關(guān)治療;④MRI檢查前2天內(nèi)未做腸鏡下活檢;⑤術(shù)前腸鏡活檢病理證實的直腸癌。排除不能在MRI檢查后2周內(nèi)行手術(shù)治療的患者和所有術(shù)后大體病理證實為非直腸癌患者。本研究最終納入患者122例,男75例,女47例;年齡34～77歲,平均(48.5±9.0)歲;術(shù)后大體病理結(jié)果為絨毛狀/管狀腺瘤伴高級別上皮內(nèi)瘤變,局灶癌變8例,隆起型腺癌83例,潰瘍型腺癌31例;病理分期T1期53例,T2期69例,其中侵犯淺肌層39例,侵犯深肌層30例。

2．MRI檢查

采用3.0T MR掃描儀(MAGNETOM Skyra,Siemens Healthcare,Erlangen,Germany),使用腹部8通道相控線圈,所有患者在檢查前12 h清腸準備,檢查前15～20 min肌注10 mg鹽酸山莨菪堿注射液,并確認患者無相關(guān)禁忌癥。

先行常規(guī)T2WI掃描,后行iShim-DWI掃描。具體掃描參數(shù)為:橫軸面常規(guī)T2WI,TR 10000 ms,TE 123 ms,FOV 260 mm×260 mm,體素0.87 mm×0.68 mm×4.0 mm;iShim-DWI,TR 5200 ms,TE 68 ms,FOV 220 mm×220 mm,體素1.7 mm×1.7 mm×4.0 mm;T1VIBE多期增強,TR 3.41 ms,TE 1.33 ms,FOV 380 mm×380 mm,體素1.1 mm×1.1 mm×2.4 mm,層厚2.4 mm,期相為8期,注入對比劑后20 s開始連續(xù)掃描2個動脈期、間隔20 s后連續(xù)掃描2個靜脈期、間隔20 s、20 s、30 s掃描3個延遲期,多期增強掃描時間約192 s。增強掃描經(jīng)肘靜脈注入Gd-DTPA 15 mL,流率2.5 mL/s。

3．MRI圖像分析

由具有10年以上腹盆部MRI影像診斷經(jīng)驗的影像科醫(yī)師在不知病理分期結(jié)果的情況下獨立分別對T2WI、動態(tài)增強聯(lián)合iShim-DWI進行分析,每位醫(yī)師先獨立閱讀T2WI圖像,至少間隔7天后閱讀動態(tài)增強和iShim-DWI圖像;然后,兩位醫(yī)師一起共同協(xié)商閱片,采集統(tǒng)一意見為最終分期結(jié)果,并將分期結(jié)果與術(shù)后病理分期進行對照分析,同時有一位病理醫(yī)師進行病理圖片解讀。根據(jù)第7版美國癌癥聯(lián)合委員會(American Joint Committee on Cancer,AJCC)發(fā)布的直腸癌TNM分級系統(tǒng)來評價[8]。T分期:T1期腫瘤侵犯黏膜下層,T2期為腫瘤侵犯肌層但未突破肌層,T3期為腫瘤突破肌層浸潤直腸系膜但未侵犯直腸筋膜,T4期為腫瘤侵犯直腸筋膜或周圍器官。MRI根據(jù)腫瘤信號侵犯腸壁深度及肌層外侵犯情況來分期。

具體圖像評價指標包括:T2WI高信號的粘膜下層是否完整,T2WI上固有肌層的低信號是否中斷,腸壁外緣是否光整;DWI序列觀察病變基底部低信號主干是否存在及完整,低信號粘膜下層是否完整,直腸肌層是否完整連續(xù);多期增強圖像選擇延遲期圖像為主進行評價,評價欠滿意時結(jié)合動脈期及門脈期圖像。增強掃描序列評價包括病變粘膜下強化條紋是否存在及完整,肌層信號是否完整。另外觀察病變形態(tài)(隆起型及扁平型),腫瘤在各序列所顯示的信號特征。

4．統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行分析,使用Kappa一致性檢驗評估兩位放射科醫(yī)師對T分期的一致性(kappa值為0～0.20一致性較差;0.21～0.40一致性一般;0.41～0.60一致性中等;0.61～0.80一致性較好;0.81～1.00一致性非常好)。直腸癌MRI的T分期結(jié)果與術(shù)后病理T分期結(jié)果進行對照,分別計算動態(tài)增強聯(lián)合iShim-DWI,單獨T2WI對直腸癌T分期診斷符合率以及診斷敏感度、特異度、陽性預測值(positive predictive value,PPV)、陰性預測值(negative predictive value,NPV)。采用χ2檢驗比較兩種技術(shù)診斷符合率差異,P<0.05為檢驗標準。采用受試者操作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲線分析比較T2WI與多期增強聯(lián)合iShim-DWI對T分期的準確性。

結(jié) 果

兩位放射科醫(yī)師采用多期增強聯(lián)合iShim-DWI評估直腸癌的T分期時一致性非常好(Kappa值=0.852,P<0.001),在單獨使用T2WI進行T分期時,兩者放射科醫(yī)師評估結(jié)果的一致性也非常好(Kappa值=0.836,P<0.001)。

122例直腸癌病變在常規(guī)T2WI呈稍高或稍低信號,較粘膜下層信號低,較粘膜層信號高,在DWI序列呈中高信號,在動態(tài)增強序列早期中度強化,部分明顯強化,延遲期信號減低或呈等信號。122例病例中,T1期增強序列顯示粘膜下強化條紋37例,DWI序列顯示病變基底部低信號主干存在30例。

T2WI術(shù)前診斷T1期直腸癌的診斷符合率為62.3%,其中46例過高分期;增強聯(lián)合iShim-DWI序列術(shù)前診斷T1期直腸癌的診斷符合率為87.7%,其中12例過高分期,兩者的診斷符合率差異有統(tǒng)計學意義(χ2=44.01,P<0.05,表1)。T2WI術(shù)前診斷T2期直腸癌的診斷符合率為46.7%,其中29例過高分期;增強聯(lián)合iShim-DWI序列術(shù)前診斷T2期直腸癌的診斷符合率為85.2%,其中7例過高分期,3例被低估,兩種技術(shù)的診斷符合率差異有統(tǒng)計學意義(χ2=12.90,P<0.05,表1)。

表1 多期增強聯(lián)合iShim-DWI與T2WI對直腸癌T分期的結(jié)果

增強聯(lián)合iShim-DWI、T2WI對直腸癌MRI的T1、T2分期敏感度、特異度、PPV、NPV見表1,動態(tài)增強聯(lián)合iShim-DWI與常規(guī)T2WI診斷T1分期的ROC曲線下面積分別為0.865(95%CI:0.792～0.939)和0.566(95%CI:0.462～0.670),診斷T2分期的ROC曲線下面積分別為0.852(95%CI:0.778～0.926)和0.450(95%CI: 0.347～0.553),見圖3、4。增強聯(lián)合iShim-DWI曲線下面積均大于T2WI。

討 論

直腸癌是臨床上常見的惡性腫瘤之一,患者的死亡率降低與早期篩查診斷、治療方式完善有著直接聯(lián)系[9-10]。T分期作為直腸癌預后的獨立影響因素之一,直接決定臨床治療方案的選擇[11]。MRI具有極好的軟組織分辨率及多序列、多參數(shù)、多平面成像的優(yōu)勢,在判斷腫瘤侵犯深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、系膜筋膜浸潤情況及腸壁外血管侵犯等方面均優(yōu)于其他檢查。但MRI在腫瘤接近或是侵犯分期臨界面時(粘膜下層與肌層、肌層與腸周脂肪)判斷有一定難度[12],MRI直腸癌T1期與早期T2期的鑒別是T分期的難點之一。

目前直腸癌MRI分期主要采用小FOV不壓脂T2WI序列作為分期的主要依據(jù)[13,14],其圖像顯示低信號的粘膜、肌層與中高信號粘膜下層及周圍高信號脂肪背景形成良好對比,同時病變呈稍低信號;粘膜下層高信號的存在及肌層低信號的連續(xù)性是在T2WI上區(qū)分T1與T2期的主要鑒別點。但對于部分接受放化療治療的患者,由于治療后腫瘤周圍的炎性水腫、纖維化等因素影響,會增加誤判的可能性[15-16],腫瘤周圍的炎癥反應、局部纖維化在MRI上可表現(xiàn)為與腫瘤浸潤突破腸壁類似的征象[17]。此外,T2期腫瘤邊緣常出現(xiàn)條索狀、毛刺狀等異常信號與腫瘤實性成分難以區(qū)分,這是由于促纖維增生性反應所致,同時由于掃描角度、人為評價誤差、固有肌層血管穿行等因素,導致肌層邊緣不連續(xù),往往導致過高分期;當粘膜水腫時,T2WI粘膜下高信號增寬顯示較好,當粘膜下層較薄時,高信號連續(xù)性顯示不佳,腫瘤T1期診斷困難。在肌層連續(xù)的情況下,腫塊比較大,如病變位于粘膜下與肌層分界不清的情況下,T1與T2鑒別困難。本研究中T1期中有36例高估為T2期,主要由于粘膜下層高信號顯示模糊,與淺肌層分界不清;T1期中有10例、T2期中有26例高估為T3期,主要由于腫瘤周圍炎性條索、掃描層面未能垂直病變導致肌層信號模糊不連續(xù),從而導致過高分期。

由于直腸粘膜下層有豐富的血管結(jié)構(gòu),增強掃描后可見強化的血管主干,只要其存在,至少說明腫瘤沒有浸透粘膜下層,有利于對T1期診斷;同時肌層外纖維組織增強后往往呈延遲強化,而腫瘤組織信號減低,有利于對T2期診斷,避免過高分期。本研究中53例T1期病變中增強序列顯示粘膜下強化條紋征象37例,均與大體病理分期相符合。但增強掃描也有其局限性,直腸病變、粘膜下層強化程度有時同肌層,不易區(qū)分,肌層邊緣不一定顯示完整。單獨使用時對T2期有時易高估為T3期;另外由于強化的肌層折入病變基底部時,單獨使用易誤認為粘膜下強化條紋,造成低估為T1期,本研究中有3例T2期低估為T1期。另外粘膜下增強條紋對隆起型病變顯示較為清晰,對腸壁局限性增厚病變顯示欠佳。本研究中動態(tài)增強聯(lián)合iShim-DWI序列術(shù)前直腸癌T1分期診斷符合率為87.7%,與文獻中[6]研究結(jié)果基本一致。

DWI為現(xiàn)階段唯一觀察活體水分子微觀運動的成像方式[18-19],通過測定水分子擴散情況反映細胞組織、細胞膜完整性。與纖維增生組織相比,腫瘤組織由于腫瘤細胞的過度異常增殖,腫瘤實質(zhì)細胞密度更高,間隙更小,在DWI序列中呈明顯高信號,有助于區(qū)分腫瘤纖維化與直腸周圍間隙中促纖維增生反應。同時直腸粘膜下層在DWI序列上呈低信號,其病理基礎主要是血管及間質(zhì)、脂肪組織成分為主,有利于輔助增強序列判斷血管主干完整性;另外在DWI序列上腫瘤實質(zhì)為高信號,粘膜及腸腔粘液呈中高信號,肌層稍低信號,粘膜下層呈低信號,病變與粘膜下層、肌層信號存在明顯差異,有利于判斷其是否受侵,增強T1及T2期鑒別敏感度。

傳統(tǒng)DWI序列應用于腸道檢查時,易受腸蠕動偽影及磁敏感偽影干擾,導致圖像質(zhì)量不佳及圖像變形。iShim-DWI是在常規(guī)單次激發(fā)EPI序列的基礎上采用逐層動態(tài)勻場的方式,使采集區(qū)域B1場均勻度大幅提高,降低了相鄰兩種磁化率差別較大的組織引起的的磁敏感偽影,明顯提高了圖像的成像質(zhì)量,很大程度上改善了圖像的幾何變形和減輕了偽影。目前,iShim在乳腺、前列腺、膀胱、腎臟、甲狀腺和全身擴散方面有較多的研究和較好的圖像質(zhì)量[20-24], 然而在直腸癌診斷圖像質(zhì)量方面的報道較少。本研究采用iShim-DWI 技術(shù),使病變及粘膜下低信號顯示更加清晰,有效提高圖像分辨率及改善圖像變形。DWI和增強序列聯(lián)合應用,可以明顯提高T1和T2期診斷。筆者認為,在肌層連續(xù)的情況下,如沒有出現(xiàn)粘膜下強化帶及DWI低信號主干,傾向于提示T2期診斷可能性,如出現(xiàn)則提示T1期診斷可能性。DWI粘膜下低信號存在(圖1、2)提示至少沒有侵及肌層。另外DWI序列對顯示肌層邊緣連續(xù)性效果較好,可彌補增強序列不足,有助于T2期鑒別。本研究中4例增強序列粘膜下條紋主干顯示不清,DWI序列彌補其不足,清晰顯示粘膜下低信號輪廓,糾正分期,提高T1期診斷符合率。但部分病例中也存在DWI序列粘膜下低信號顯示模糊,而增強掃描序列粘膜下強化條紋顯示較清晰,二者互相彌補,增強鑒別敏感度。

圖1 a)T2WI橫軸面示管壁增厚呈軟組織影,管壁邊緣毛糙,周圍可見索條影,同時粘膜下高信號影顯示不清,對粘膜下及肌層侵犯不易判斷;b)DWI(b值=800 s/mm2)示病變擴散受限呈中高信號,肌層邊緣連續(xù),根部可見低信號影(箭),提示粘膜下層血管及纖維脂肪組織;c)增強橫軸面示肌層邊緣連續(xù),可見粘膜下強化條紋影(箭);d)增強矢狀面示肌層邊緣連續(xù),可見粘膜下強化條紋影(長箭),部分可見二級分支(短箭),說明腫瘤沒有浸透粘膜下層,提示T1期;e)鏡下見腫瘤細胞(長箭)侵及粘膜下層(短箭,HE,×100)。圖2 a)T2WI橫軸面示管壁不均勻增厚,管壁邊緣毛糙,周圍可見索條影,對粘膜下及肌層侵犯不易判斷;b)DWI(b值=800 s/mm2) 示病變擴散受限呈中高信號,粘膜下層呈低信號(長箭),肌層邊緣連續(xù),局部低信號粘膜下層中斷不連續(xù)(短箭),提示侵及肌層;c)增強橫軸面示病變呈稍低信號,肌層邊緣完整,結(jié)合DWI,提示T2期;d)鏡下見腫瘤細胞(長箭)侵及肌層(短箭,HE,×100)。

本研究ROC曲線分析(圖3、4)提示,增強聯(lián)合iShim-DWI對直腸癌T1、T2分期的診斷效能高于常規(guī)T2WI,對直腸癌MRI的T1分期敏感度、NPV、符合率高于T2WI,對直腸癌MRI的T2分期敏感度、特異度、PPV、NPV、符合率高于T2WI。

圖3 動態(tài)增強聯(lián)合DWI-iShim與常規(guī)T2WI診斷T1分期的ROC曲線。ROC曲線下面積分別為0.865和0.566。 圖4 動態(tài)增強聯(lián)合DWI-iShim與常規(guī)T2WI診斷T2分期的ROC曲線。ROC曲線下面積分別為0.852和0.450。

本研究也有一定的局限性:增強序列顯示的粘膜下條紋主干及DWI顯示的粘膜下條狀低信號影的存在對病變是否局限于粘膜層鑒別能力有限,僅能提示至少沒有浸透粘膜下層,粘膜下血管主干及二級血管分支完整可能提示病變局限于粘膜層,由于例數(shù)較少尚需要進一步研究。另外,本研究中T1期病例相對較少,需要加大樣本量進一步研究證實。

綜上所述,與T2WI相比,磁共振多期增強聯(lián)合iShim-DWI有助于提高直腸癌T1及T2期分期的準確性,可作為直腸癌T分期的主要參考序列,對手術(shù)治療方式的選擇有重要的指導意義,有助于改善臨床個體化治療策略。