動態增強磁共振成像與直腸癌分化程度的相關性研究

沈浮， 陸建平， 陳錄廣， 王振， 陳玉坤

?

·腹部影像學·

動態增強磁共振成像與直腸癌分化程度的相關性研究

沈浮， 陸建平， 陳錄廣， 王振， 陳玉坤

目的：探討直腸癌的動態增強磁共振成像(DCE-MRI)的各參數指標與直腸癌分化程度的相關性。方法：40例經病例證實的直腸癌患者進行DCE-MRI成像，應用Tofts模型后處理得到感興趣區的微循環參數Ktrans、Kep、Ve及iAUC值，與術后病理分化程度進行Kruskal-Wallis秩和檢驗，Pearson秩相關性分析。同時選取15例未患直腸癌的對照組，將其與患者組的動態增強參數進行對照。結果：患者組病灶的Ktrans值、Kep值、Ve值、iAUC值均高于對照組，2組間差異有統計學意義(P<0.05)。直腸癌病灶的時間-信號強度曲線表現為流出型。40例直腸癌術后病理結果G1級6例，G2級21例，G3級13例。不同病理G分級組間Ktrans值、Kep值、iAUC值差異有統計學意義(P均<0.05)；Ktrans值、iAUC值與G分級有相關性(P<0.05)。結論：磁共振動態增強成像能反映直腸癌的微循環差異，其參數指標在一定程度上與直腸癌分化程度有相關性。

直腸腫瘤； 磁共振成像； 研究

動態增強磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI)是將組織毛細血管水平的血流灌注情況通過磁共振成像方式顯示出來，對腫瘤微循環灌注進行在體評價，對腫瘤良惡性程度進行定量評估[1]。本研究應用DCE-MRI技術，將腫瘤灌注參數與術后病理結果進行對照分析，旨在研究直腸癌DCE-MRI的表現及不同參數指標與直腸癌分化程度的相關性。

材料與方法

1.一般資料

表2 不同病理分化程度DCE-MRI參數比較

2.掃描方法

MR檢查均采用Siemens Skyra 3.0T磁共振掃描儀，腹部相控陣線圈。所有患者檢查前4 h禁食。掃描序列均采用常規盆腔MRI及DCE-MRI序列。常規序列包括矢狀面T2WI脂肪抑制序列，橫斷面T1WI、T2WI、DWI，冠狀面T2WI。DCE-MRI掃描橫斷面，掃描層面與T2WI一致，掃描參數：TR 3.33 ms，TE 1.23 ms，可變翻轉角9°，視野36 cm，矩陣125×192，層厚3 mm，層數30層；采用并行采集技術CAIPIRINHA及加速因子R=2。每期掃描時間為5s，共掃描75期，全程自由呼吸。在首次掃描第1期后高壓注射器經肘靜脈以3 mL/s的流率注射對比劑Gd-DTPA，劑量為0.2 mmol/kg，總劑量為15～20 mL，繼而以相同流率注射20mL生理鹽水沖管。

3.數據測量及相關病理分析

將動態增強序列得到的所有數據傳送到Siemens后處理工作站Tissue 4D模塊進行后處理，計算采用Tofts模型[6，10]。在DCE圖像上選擇包括全部直腸及周圍系膜的類圓形區域，軟件生成范圍內的DCE-MRI偽彩圖。對照T2WI圖像，觀察病灶的形態、大小、部位、浸潤深度、強化方式、周邊侵犯等特征后，在偽彩圖上選取病灶實質部分較大的層面手動勾畫病灶為感興趣區(region of interest，ROI)，面積不小于1 cm2，取3個層面測量灌注參數計算平均值：1.Ktrans值(volume transfer constant from blood plasma to extravascular extracellular space)，2.Kep值(rate constant for transfer between extravascular extracellular space and blood plasma)，Ve值(volume of extravascular extracellular space per unit volume of tissue)，iAUC值(initial area under enhancement curve)，并獲得時間-信號強度曲線。按照腫瘤分化的程度，通常將腫瘤細胞病理等級用英文字母G(Grade)來表示，級別越高表示細胞分化程度越差，異型性越大，核分裂像和/或病理性核分裂像越多見，惡性程度越高。GX：級別無法評定；G1：即高分化，細胞分化程度較好，腫瘤細胞分裂速度較慢；G2：中分化，細胞分化程度居中；G3：低分化，細胞分化程度較差；G4：未分化。40例直腸癌患者我院病理科報告G1級6例，G2級21例，G3級13例，未報告GX級及G4級。

4.統計學方法

采用SPSS 17.0軟件進行統計分析。患者組與對照組的各參數符合正態分布，但方差不齊，采用Mann-Whitney檢驗比較2組間差異。直腸癌不同分化程度病變的參數比較因為涉及等級資料，采用Kruskal-Wallis秩和檢驗。相關性分析采用Spearman秩相關。P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.直腸癌DCE-MRI表現及與對照組參數比較

此次樣本數據資料中的68例患者均來自于2016年1月—2018年10月在本院進行老年股骨頸骨折治療的患者，其中男性患者以及女性患者的比例為33：35，年齡區間界定在60歲至78歲的區間范圍內，中位年齡（69.8±1.7）歲。就診區間界定在1小時至9小時的區間范圍內，中位就診時間（5.1±1.5）小時。68例患者中共包括高墜傷患者36例，交通致傷患者20例，摔傷患者12例。所有患者的基本資料均滿足此次樣本研究需要，且知情同意書均經過患者以及患者家屬簽署。

40例直腸癌患均為單發病灶，其中26例表現為腫塊樣占位，10例為腸壁局部不規則增厚，4例為局部結節狀異常信號。所有病灶均呈T1WI等信號，T2WI等高信號，脂肪抑制序列等高信號，DWI高信號。DCE-MRI可見病灶明顯強化，其時間-信號強度曲線呈“流出”型：隨對比劑到達在短時間內即出現大幅度信號升高到達峰值，早期強化后，信號強度在對比劑通過后快速下降，于增強中、后期信號強度降低≥10%(圖 1)。

對照組病灶平掃呈類似的T1WI等信號，T2WI等高信號，DCE-MRI可見病灶強化，強化程度稍低于患者組，其時間-信號強度曲線則為早期出現信號升高，后期則呈相對平臺型(圖2)。

直腸癌病灶的Ktrans值、Kep值、Ve值、iAUC值均明顯高于對照組，2組間差異有統計學意義(P<0.05，表1)。

表1 DCE-MRI各參數結果

2.DCE-MRI各參數與病理分化程度的相關性

40例直腸癌患者均手術完整切除病灶，標本送我院病理科檢驗，其中報告G1級6例；G2級21例；G3級13例，未報告GX級及G4級。G分級組間參數分析：G1～3這3組間參數Ktrans值、Kep值、iAUC值的差異有統計學意義(P<0.05)，Ve值3組間差異無統計學意義(χ2=1.972，P=0.373，表2)。G分級與灌注參數相關性分析：參數中Ktrans值、iAUC值與G分級有一定程度相關性，隨G分級的增加而升高，相關系數分別為0.396,0.575，P<0.05。而參數Kep值、Ve值則與之無顯著相關性(表3)。

表3 DCE-MRI參數與病理分化程度相關性分析

圖1 女，48歲，便血半年。 a) T2WI橫斷面示腸后壁局部占位(箭)； b) DCE-MRI的采集圖像示腸后壁占位明顯強化，略高于周邊腸壁； c) DCE-MRI的Ktrans值偽彩圖，黃綠色區域示腸壁局部占位，病灶區域Ktrans值為0.208，高于周圍周邊腸壁組織(藍色)； d) Kep值偽彩圖，該病灶顯示為紅、黃色區域，Kep值為0.588； e) Ve值偽彩圖，該病灶顯示為黃綠色區域，Ve值為0.370； f) DCE-MRI的iAUC偽彩圖，該病灶顯示為紅至黃色區域，iAUC值為37.009，高于周圍周邊腸壁組織(藍色)； g) DCE-MRI的時間-信號強度曲線圖(折線為數據連線，實線為擬合曲線)，示流出型曲線； h) 術后病理結果：腫瘤組織排列成乳頭狀、篩孔狀，腫瘤細胞立方、柱狀，核大深染，異型，呈浸潤性生長至腸壁淺肌層。診斷：直腸中分化腺癌(HE×200)。

討 論

直腸癌是常見的消化道惡性腫瘤之一，隨著我國人口的不斷老齡化和飲食結構的逐漸西方化，以結直腸癌為代表的結直腸外科疾病發病率明顯增加，這類疾病嚴重威脅我國人民健康[2]。直腸癌的術前評估十分重要，目前依靠傳統影像學方法一般僅在形態學上對腫瘤進行術前評估，而DCE-MRI作為一種結合形態學與血流動力學改變的MR成像技術，可對腫瘤分化程度進行更精確的定量評估[3]。

T1WI序列對組織血管外細胞外間隙(extravascular extracellular space，EES)的對比劑對比很敏感，當注入對比劑后，對比劑從血管內擴散到EES時，磁共振信號明顯增高，增高的信號強度與對比劑的濃度兩者呈非線性放大效應。在采集DCE-MRI數據后，運用Tofts藥代動力學雙室模型分析，可獲得動態灌注的時間-信號強度曲線，同時還可得到灌注量化參數Ktrans、Kep、Ve和iAUC值，可以評價感興趣區的血流灌注和血管通透性[4]。

由于腫瘤細胞增生導致血管壓力增高的機械因素與腫瘤細胞內的分子水平異常共同作用，會導致新生的腫瘤血管結構異常，表現為血管滲漏、形態扭曲、管壁擴張且易發生交聯。由于血管內皮細胞形態異常，為內皮細胞提供營養的周細胞(pericyte)連接疏松或缺失，內皮與基底膜之間以及基底膜與血管周細胞之間有很大的縫隙，血管內皮細胞間隙增大或者血管成熟度變差，使得腫瘤新生血管具有很高的通透性和脆性[5]。

DCE-MRI反映血管通透性最常用的參數是容積轉移常數Ktrans[6]。Ktrans表示對比劑從血管進入組織間隙的速率，來反映腫瘤局部微血管血流狀態及其表面滲透面積。而Kep相反，反映血漿與血管外細胞外間隙之間的速率，是從EES回流入微血管內的轉移速率。

圖2 男，35歲，排便不盡感1年，偶感肛門疼痛，少量便血，指檢可及直腸腫物(箭)。 a) T2WI橫斷面示腸壁右側異常信號占位； b) DCE-MRI的采集圖像示腸壁占位強化基本相當于周邊腸壁； c) DCE-MRI的Ktrans值偽彩圖像示腸壁較均勻藍色，ROI的Ktrans值為0.100； d) Kep值偽彩圖，病灶顯示為黃綠色區域，Kep值為0.428； e) Ve值偽彩圖，該病灶顯示基本為藍色，Ve值為0.336； f) DCE-MRI的iAUC偽彩圖，該病灶顯示為藍色區域，iAUC值為18.834，類似于周圍周邊腸壁； g) 對照組DCE-MRI的時間-信號曲線圖，示速升平臺型曲線； h) 病理結果：腸黏膜下層囊腫形成，內充滿粘液，局部見粘液外溢形成粘液湖。周圍腺體結構和細胞均無異型，黏膜下層周圍纖維組織增生，慢性炎細胞浸潤，血管擴張充血。診斷：深在性囊性結直腸炎(HE×100)。

本研究結果顯示，直腸癌病灶的Ktrans值較對照組升高，且與病理G分級有正相關性(r=0.393，P=0.012)，隨G分級增加而升高。直腸癌Kep值較對照組也升高，雖然Kep值與G分級相關性無統計學意義，但中低分化組的Kep值也相應較高?？赡艿臋C制是因為腫瘤新生血管豐富且結構異常，使對比劑流入增加，而血管內皮細胞發育不完善、血管通透性強導致對比劑滲出增加，同時存在動靜脈交通，引起灌注短路[7]。同時分化程度低的直腸癌核分裂像多，細胞密度高，對于營養物質需求增高，需要更高的血液灌注水平，也可能導致低分化組的血流灌注水平高于高分化組。

Ve為血管外細胞外間隙體積百分數，主要反映在EES中對比劑濃度占整個體素的百分比[8]。在本研究中直腸癌Ve值雖然高于對照組，但是與病理分化程度無相關性。Ve值與EES中對比劑濃度有關，雖然癌腫局部微血管滲透性高，但在EES中則相對缺乏差異，今后還需繼續積累資料進行深入研究發掘其臨床意義。

此外，還有半定量參數增強曲線下的初始面積iAUC，該值與腫瘤內流入的血量、腫瘤灌注以及腫瘤組織間隙有關，是綜合反映腫瘤的血流、瘤體的整體血流灌注以及腫瘤間質空間指數的半定量參數[9]。本研究結果顯示直腸癌病灶的iAUC值較對照組升高，且與分化程度有相關性?？赡艿脑蚴浅四[瘤新生血管造成的血管通透性改變外，腫瘤組織分化程度低，其細胞形態和組織結構上異型性大，細胞密度高，組織間隙小，綜合影響導致了iAUC值的升高。

綜合以上幾個參數的特點，筆者認為理論上DCE-MRI的參數能反映直腸癌的微循環差異，在一定程度上與直腸癌分化程度有相關性。

實體腫瘤組織往往是非勻質的，為了保證MRI測量的腫瘤興趣區與病理研究的區域一致，本研究選取病灶3個層面手動勾畫整個病灶為感興趣區，測量灌注參數計算平均值，因此基本可以代表病灶整體的灌注參數特點。同時還應注意的是腸壁病灶形態往往欠規則，并且周圍可以有炎癥反應及血管侵犯造成腸壁與周圍脂肪分界欠清，如果按照病灶外緣畫取ROI會造成測量不準確，故勾畫ROI時需要避免過于貼近病灶邊緣。

本研究存在的不足之處為3組間病例數量不均一，分化程度較好的病例樣本數較少，故今后還需要大樣本進一步研究。

[1] Cha S.Perfusion MR imaging: basic principles and clinical applications[J].Magn Reson Imaging,2003,11(3):403-413.

[2] 池畔．結直腸外科的熱點和進展[J]．中華消化外科雜志,2015,14(1):19-20．

[3] Vriens D,van Laarhoven HW,van Asten JJ,et al.Chemotherapy response monitoring of colorectal liver metastases by dynamic Gd DTPA enhanced MRI perfusion parameters and18F-FDG PET metabolic rate[J].J Nucl Med,2009,50(11):1777-1784.

[4] Paldino MJ,Barboriak DP.Fundamentals of quantitative dynamic contrast-enhanced MR imaging[J].Magn Reson Imaging Clin NAm,2009,17(2):277-289.

[5] Jain RK．Normalization of tumor vasculature：an emerging concept in anti-angiogenic therapy[J]．Science，2005,307(5706):58-62．

[6] Tofts PS,Brix G,Buckley DL,et al.Estimating kinetic parameters from dynamic contrast enhanced T1-weighted MRI of a diffusable tracer:standardized quantities and symbols[J].J Magn Reson Imaging,1999,10(3):223-232.

[7] Teifke A,Behr O,Schmidt M,et al.Dynamic MR imaging of breast lesions:correlation with microvessel distribution pattern and histologic characteristics of prognosis[J].Radiology,2006,239(2):351-360.

[8] 宋瓊,馬靜,饒圣祥,等.MR全肝增強灌注Tofts模型分析對肝癌微循環功能狀態的影像生物學標記物的評價研究[J].放射學實踐，2013,28(6):662-665.

[9] 史紅媛,田迎,羅松,等.動態增強MRI、擴散加權成像及光學成像聯合監測抗血管生成治療后腫瘤反應的動物實驗研究[J].中華放射學雜志，2012，46(3):269-274.

[10] Franiel T,Hamm B,Hricak H.Dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging and pharmacokinetic models in prostate cancer[J].Eur Radiol，2011,21(3):616-626.

Objective：To investigate the diagnostic value of dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) in evaluation of rectal cancer，and explore the correlation between the parameters and rectal cancer pathological differentiation.Methods:40 patients with histologically proven rectal cancer were studied by preoperative DCE-MRI.All of the data were transferred to workstation for analyzing the microcirculation parameters of region of interest by using the Tofts model,which included Ktrans,Kep,Veand iAUC,then they were compared with postoperative pathology,the results were statistically analyzed.15 patients without rectal cancer were selected and compared with the cancer group.Results:The Ktrans,Kep,Ve，iAUC of the rectal cancer were higher than those of the normal group (P<0.05).The time-signal intensity curve belonged to the outflow type.The postoperative pathological results：6 cases were G1，21 cases were G2，13 cases were G3.The Ktransand iAUC had a positive correlation with the degree of pathological differentiation,P<0.05.Conclusion:The parameters of DCE-MRI can reflect the difference of blood supply in different tissues of the rectal cancer and have certain effect in the evaluation of the differentiation degree.

Rectal neoplasms, Magnetic resonance imaging； Research

200433 上海，中國人民解放軍第二軍醫大學長海醫院放射科

沈浮(1985-)，男，上海人，碩士，住院醫師，主要進行直腸磁共振的相關研究工作。

陸建平，E-mail：cjr.lujianping@vip.163.com

R735.37; R445.2

A

1000-0313(2015)10-1031-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2015.10.014

2015-05-21

2015-07-20)

Correlations of dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging parameters with pathological differentiation in rectal cancer SHEN Fu,LU Jian-ping,CHEN Lu-guang,et al.Department of Radiology,Changhai Hospital,Shanghai 200433,P.R.China