DCE-MRI定量灌注直方圖參數(shù)對(duì)直腸癌患者壁外血管侵犯的評(píng)估價(jià)值分析*

周坤生，郭新，陳芳，彭澤標(biāo)

皖西衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院附屬醫(yī)院磁共振室 安徽六安 237010

腹腔鏡直腸癌低位前切除術(shù)是中高位直腸癌患者常用的保肛術(shù)式，具有創(chuàng)傷小、操作精細(xì)、切除病灶的同時(shí)又可保留患者正常排糞功能的優(yōu)點(diǎn)[1]。腹腔鏡直腸癌低位前切除術(shù)治療效果與患者疾病進(jìn)展階段密切相關(guān)，研究證實(shí)直腸癌壁外血管侵犯（extramural venous invasion，EMVI）在直腸癌術(shù)前評(píng)估中至關(guān)重要，可作為腫瘤局部復(fù)發(fā)、總體生存時(shí)間縮短的獨(dú)立預(yù)測(cè)指標(biāo)[2]。因此術(shù)前準(zhǔn)確評(píng)估直腸癌患者EMVI狀態(tài)對(duì)制定治療策略和改善患者預(yù)后具有重要意義。

磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）具有良好的軟組織分辨能力，在腫瘤診療過程中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。隨著MRI 技術(shù)的發(fā)展，動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振成像（dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI）在臨床中應(yīng)用越來越廣泛。DCEMRI 可通過多個(gè)參數(shù)量化腫瘤組織的血流動(dòng)力學(xué)變化，反映腫瘤血管生成和通透性變化[3]。直方圖是基于像素分布進(jìn)行圖像分析的方法，可反映腫瘤異質(zhì)性及腫瘤微環(huán)境變化[4]。目前關(guān)于DCE-MRI 在直腸癌EMVI 評(píng)估中的應(yīng)用較多，但關(guān)于DCE-MRI 定量灌注直方圖參數(shù)對(duì)EMVI 評(píng)估價(jià)值的相關(guān)研究較少。本研究通過分析DCE-MRI 定量灌注直方圖參數(shù)對(duì)EMVI的評(píng)估價(jià)值，以期為直腸癌術(shù)前精準(zhǔn)評(píng)估和臨床治療方案的選擇提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2020 年10 月至2022 年12 月在本院進(jìn)行腹腔鏡直腸癌低位前切除術(shù)治療的96 例患者的臨床資料，依據(jù)術(shù)后病理結(jié)果分為觀察組（EMVI陽(yáng)性組，n＝38）和對(duì)照組（EMVI 陰性組，n＝58）。兩組性別、年齡、組織學(xué)分類等一般資料比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性，見表1。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)審批通過，所有患者對(duì)研究?jī)?nèi)容均知情同意。

表1 兩組一般資料比較

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）符合《中國(guó)結(jié)直腸癌診療規(guī)范（2017年版）》[5]中直腸癌的相關(guān)診斷標(biāo)準(zhǔn)，TNM分期為Ⅰ～Ⅲ期；（2）所有患者均為中高位直腸癌，均實(shí)施行腹腔鏡直腸癌低位前切除術(shù)治療且經(jīng)術(shù)后病理診斷確診；（3）臨床資料完整，MRI影像數(shù)據(jù)完整。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）合并精神疾??；（2）合并肝、腎功能障礙；（3）合并其他惡性腫瘤；（4）合并感染性疾病。

1.3 方法

所有患者均在術(shù)前1 周進(jìn)行DCE-MRI 檢查，采用3.0T MRI掃描儀，16通道體部相控陣線圈。先行常規(guī)平掃，掃描序列包括矢狀位T2WI，軸位T1WI、T2WI、T2WI 抑脂、DWI、ADC 圖，冠狀位T2WI，動(dòng)態(tài)增強(qiáng)T1WI抑脂序列，軸位、矢狀位、冠狀位重建。T2WI 常規(guī)平掃參數(shù)：TR 4 000 ms，TE 19.5 ms。T1WI常規(guī)平掃參數(shù)：TR 600 ms，TE 10 ms，層數(shù)24，層厚3 mm，層間距0.3 mm，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，矩陣320×256，掃描時(shí)間4 min 32 s。之后行DCE-MRI檢查，使用三維快速長(zhǎng)回波序列橫斷面技術(shù)進(jìn)行掃描，掃描參數(shù)：TR 4 ms，TE 2 ms，層厚3.5 mm，F(xiàn)OV 25 cm×25 cm，矩陣224×160，翻轉(zhuǎn)角度8°。掃至第3相時(shí)用高壓注射器經(jīng)肘靜脈注射釓貝葡胺注射液0.2 mmol/kg，注射速率3.5 mL/s，之后注入生理鹽水20 mL 沖洗，獲取DCE-MRI影像數(shù)據(jù)。將獲取的影像數(shù)據(jù)上傳至處理工作站，應(yīng)用DCE-MRI后處理軟件進(jìn)行圖像分析，勾畫感興趣區(qū)域（region of interest，ROI），ROI 需避開囊變、壞死、周圍血管區(qū)及正常組織，獲取并導(dǎo)出DCE-MRI 定量灌注直方圖參數(shù)，用直方圖統(tǒng)計(jì)各參數(shù)的中位數(shù)、平均值、偏度、峰度、第10百分位數(shù)和第90百分位數(shù)。

1.4 觀察指標(biāo)

（1）比較兩組DCE-MRI 定量灌注直方圖參數(shù)。DCE-MRI 定量灌注參數(shù)包括容積轉(zhuǎn)運(yùn)常數(shù)（Ktrans）、速率常數(shù)（Kep）、血管外細(xì)胞外間隙容積分?jǐn)?shù)（Ve），其中Ktrans是單位時(shí)間內(nèi)對(duì)比劑從血管中向細(xì)胞外血管外間隙（extravascular extracellular space，EES）擴(kuò)散的速率；Kep是單位時(shí)間內(nèi)對(duì)比劑從EES向微血管內(nèi)反流的速率；Ve是單位時(shí)間內(nèi)對(duì)比劑從血管中滲透至EES 的容積與總體EES 容積的百分?jǐn)?shù)。平均值是指平均灰度值，可均質(zhì)性描述病灶同質(zhì)性；偏度是對(duì)灰度值分布偏離對(duì)稱情況的一種度量，對(duì)稱性越好，偏度絕對(duì)值越小；峰度是描述灰度分布是否聚集在均值附近的傾向，是相對(duì)于正態(tài)分布的對(duì)比量；百分位數(shù)可提供各像素值在最小值與最大值之間的分布信息。

（2）DCE-MRI定量灌注直方圖參數(shù)評(píng)估EMVI的效能分析。EMVI由影像科副主任醫(yī)師及以上職稱的醫(yī)師參照Smith評(píng)分系統(tǒng)[6]進(jìn)行評(píng)估，評(píng)分0～4分，0分為非結(jié)節(jié)狀腫瘤侵至腸壁肌層；1分為結(jié)節(jié)狀腫瘤侵出腸壁；2分為腫瘤周圍有供血血管但血管輪廓無異常，無血管狹窄、擴(kuò)張情況，無異常實(shí)性信號(hào)；3分為腫瘤周圍血管存在異?；芈?，血管輪廓略擴(kuò)張或有輕微血管狹窄和擴(kuò)張；4分為腫瘤周圍血管存在異?；芈暎茌喞灰?guī)則擴(kuò)張。其中，0～2分記為EMVI陰性，3～4分記為EMVI陽(yáng)性。評(píng)分越高，提示EMVI程度越重。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。計(jì)量資料以（±s）表示，比較采用t檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料用（n）表示，比較采用χ2檢驗(yàn)。繪制受試者工作特征曲線（receiver operator characteristic curve，ROC），以曲線下面積（area under curve，AUC）檢驗(yàn)DCE-MRI定量灌注直方圖參數(shù)對(duì)直腸癌患者EMVI 的評(píng)估效能，其中AUC≤0.5 表示無評(píng)估效能，0.5＜AUC≤0.7表示評(píng)估效能較差，0.7＜AUC≤0.9表示評(píng)估效能良好，AUC＞0.9 評(píng)估效能較好。以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組DCE-MRI定量灌注直方圖參數(shù)比較

觀察組Ktrans、Kep、Ve的中位數(shù)、平均值、第90百分位數(shù)均高于對(duì)照組，且Kep的第10百分位數(shù)高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；兩組Ktrans、Kep、Ve的偏度、峰度以及Ktrans、Ve的第10百分位數(shù)比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見表2。

表2 兩組DCE-MRI定量灌注直方圖參數(shù)比較 min，±s

表2 兩組DCE-MRI定量灌注直方圖參數(shù)比較 min，±s

項(xiàng)目觀察組（n＝38）對(duì)照組（n＝58）t P Ktrans中位數(shù)平均值偏度峰度第10百分位數(shù)第90百分位數(shù)0.4±0.1 0.4±0.1 0.2±0.1 0.8±0.2 2±0.1 4±0.1 0.8±0.2 0.2±0.1 0.3±0.1 6±0.20.4±0.1 0.0.0.3±0.1 0.3±0.1 0.2±0.1 4.511 5.005 0.231 1.097 0.803 7.132＜0.001＜0.001 0.818 0.275 0.424＜0.001 Kep中位數(shù)平均值偏度峰度第10百分位數(shù)第90百分位數(shù)0.0.6±0.2 0.6±0.1 1.7±0.8 0.4±0.1 0.9±0.2 0.4±0.1 0.6±0.1 1.6±0.7 0.3±0.2 0.6±0.1 7.132 6.653 0.493 0.408 2.535 7.297＜0.001＜0.001 0.623 0.684 0.013＜0.001 Ve中位數(shù)平均值偏度峰度第10百分位數(shù)第90百分位數(shù)0.5±0.1 0.5±0.1 0.2±0.1 0.2±0.1 0.3±0.1 0.6±0.2 0.4±0.1 0.4±0.1 0.2±0.1 0.1±0.1 0.3±0.1 0.5±0.1 3.990 3.571 0.873 1.383 1.470 2.461＜0.001 0.001 0.385 0.172 0.145 0.016

2.2 DCE-MRI 定量灌注直方圖參數(shù)評(píng)估EMVI 的效能分析

將上述EMVI 陰性組和EMVI 陽(yáng)性組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)值作為檢驗(yàn)變量，直腸癌患者的EMVI情況作為狀態(tài)變量（陽(yáng)性＝1，陰性＝0）納入效能分析，繪制ROC 曲線圖，見圖1、圖2、圖3。Kep第10百分位數(shù)和Ve第90百分位數(shù)的評(píng)估效能較差（0.5＜AUC≤0.7）；Ktrans中位數(shù)、平均值、第90百分位數(shù)，Kep中位數(shù)、平均值、第90百分位數(shù)，Ve中位數(shù)、平均值的評(píng)估效能良好（0.7＜AUC≤0.9），其中Kep中位數(shù)、平均值、第90百分位數(shù)的評(píng)估效能相對(duì)較好（AUC≥0.8），見表3。

圖1 Ktrans的ROC曲線

圖2 Kep的ROC曲線

圖3 Ve的ROC曲線

表3 DCE-MRI定量灌注直方圖參數(shù)評(píng)估EMVI的效能分析

3 討論

目前，臨床評(píng)估直腸癌EMVI的首選影像學(xué)方法是CT和MRI，CT掃描范圍大且可觀察直腸以外的組織和器官，但其對(duì)軟組織的分辨能力較差[7-8]；常規(guī)MRI 具有良好的軟組織分辨能力，但其空間分辨率低，易受直腸運(yùn)動(dòng)偽影影響[9-10]。DCE-MRI可通過造影劑來增強(qiáng)組織之間的MRI 信號(hào)，可有效提高組織圖像對(duì)比度[9]。直方圖是基于腫瘤ROI進(jìn)行分析，可提供整個(gè)病灶的信息，體現(xiàn)ROI 內(nèi)像素強(qiáng)度的灰度頻數(shù)、降低采樣偏差干擾，提高診斷、評(píng)估、預(yù)測(cè)等應(yīng)用的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性[11-12]。因此，臨床或可從DCE-MRI 定量灌注直方圖參數(shù)來評(píng)估直腸癌患者EMVI風(fēng)險(xiǎn)。

本研究應(yīng)用DCE-MRI 影像技術(shù)并選擇Extend Tofts 藥代動(dòng)力學(xué)模型，通過后處理軟件自動(dòng)生成定量灌注直方圖參數(shù)，進(jìn)而對(duì)比兩組DCE-MRI定量灌注直方圖參數(shù)，結(jié)果顯示觀察組Ktrans、Kep、Ve的中位數(shù)、平均值、第90百分位數(shù)均高于對(duì)照組，且Kep的第10 百分位數(shù)高于對(duì)照組，說明EMVI 陽(yáng)性的直腸癌患者腫瘤血管增生程度及通透性更高。考慮原因?yàn)槟[瘤細(xì)胞進(jìn)入血液循環(huán)的過程中為滿足自身生長(zhǎng)需求，會(huì)刺激機(jī)體血管生長(zhǎng)因子釋放來促進(jìn)腫瘤周圍及內(nèi)部生成大量新生血管，所以直腸癌EMVI陽(yáng)性患者腫瘤新生微血管較多、血流豐富，新生血管通透性且血管內(nèi)皮細(xì)胞間隙加大，在注射對(duì)比劑后可迅速向微血管及其表面滲透，所以發(fā)生EMVI的患者的DCE-MRI 影像學(xué)表現(xiàn)為Ktrans、Kep及Ve的中位數(shù)、平均值、第10 百分位數(shù)、第90 百分位數(shù)增大[13]。張海平等[14]及呂霞等[15]研究均指出直腸癌EMVI 陽(yáng)性患者的腫瘤細(xì)胞可通過血管或淋巴細(xì)胞脫離腫瘤原發(fā)部位進(jìn)入血液循環(huán)并在循環(huán)中存活，并促進(jìn)微血管增生，增加血管通透性。此外，直腸癌EMVI陽(yáng)性患者新生血管增加，血管內(nèi)高血流狀態(tài)會(huì)增加流體靜水壓，對(duì)比劑易向EES擴(kuò)散[16]，這可能也是導(dǎo)致直腸癌EMVI陽(yáng)性患者的Ktrans、Kep及Ve的中位數(shù)、平均值、第10百分位數(shù)、第90百分位數(shù)升高的原因。

為進(jìn)一步探究DCE-MRI 定量灌注直方圖參數(shù)對(duì)直腸癌EMVI 的評(píng)估價(jià)值，筆者繪制了ROC 曲線并對(duì)其進(jìn)行分析，結(jié)果顯示Kep第10百分位數(shù)和Ve第90百分位數(shù)的評(píng)估效能較差（0.5＜AUC≤0.7）；而Ktrans中位數(shù)、平均值、第90百分位數(shù)，Kep中位數(shù)、平均值、第90 百分位數(shù)，Ve中位數(shù)、平均值的評(píng)估效能良好（0.7＜AUC≤0.9），其中Kep中位數(shù)、平均值、第90百分位數(shù)評(píng)估效能相對(duì)較好（AUC≥0.8）。直腸癌EMVI陽(yáng)性患者的腫瘤細(xì)胞可通過血管及淋巴系統(tǒng)進(jìn)入血液循環(huán)，在增殖過程中促進(jìn)新生血管的生成，而這些新生血管的內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)尚不完整，導(dǎo)致腫瘤組織中的微血管密度增大、血管壁通透性增加[17]。DCE-MRI 定量灌注參數(shù)中，Ktrans反映腫瘤局部微血管血流狀態(tài)及其表面滲透面積，Ve則反映EES中對(duì)比劑容量，Ktrans參數(shù)可能會(huì)受到血流灌注的影響，而Ve可能會(huì)受到腫瘤密度和腫瘤間質(zhì)的影響，而Kep值大小與上述兩個(gè)參數(shù)有關(guān)，即Kep＝Ktrans/Ve[14]，可綜合反映Ktrans、Ve兩個(gè)參數(shù)的情況，這可能是其對(duì)直腸癌EMVI評(píng)估效果較好的原因之一。

綜上所述，DCE-MRI定量灌注直方圖參數(shù)Kep中位數(shù)、平均值、第90 百分位數(shù)對(duì)直腸癌患者EMVI狀態(tài)的評(píng)估效能相對(duì)較好，可為直腸癌術(shù)前評(píng)估EMVI狀態(tài)和制定治療方案提供一定的參考依據(jù)。然而，本研究存在一定的局限性：一是樣本量較少，所得結(jié)果可能存在偏倚，可擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步研究；二是目前臨床上關(guān)于腫瘤疾病類的直方圖參數(shù)研究多集中在中位數(shù)、平均值、百分位數(shù)等參數(shù)，本研究納入分析的直方圖參數(shù)有限，未來可將更多有意義的直方圖參數(shù)納入分析，以更全面地了解DCE-MRI定量灌注參數(shù)在直腸癌中的評(píng)估價(jià)值。

利益沖突聲明全體作者均聲明不存在與本文相關(guān)的利益沖突。