表觀擴散系數ADC值與直腸癌侵襲性的相關性分析

朱蕓， 張俊祥， 魏巍

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·腹部影像學·

表觀擴散系數ADC值與直腸癌侵襲性的相關性分析

朱蕓， 張俊祥， 魏巍

目的：探討3.0T磁共振擴散加權成像(DWI)的參數表觀擴散系數(ADC)與直腸癌侵襲性之間的相關性。方法：對60例經病理證實的直腸癌患者行常規盆腔MRI及DWI掃描，測量整個腫瘤的ADC值。根據MRI圖像及術后病理結果，得到腫瘤的病理類型、分化程度、T1-2(腫瘤局限于腸壁)與T3-4(腫瘤生長突破腸壁)；N0(無淋巴結轉移)與N1-2(有淋巴結轉移)；CRM陰性(無直腸系膜筋膜浸潤)與CRM陽性(有直腸系膜筋膜浸潤)、腫瘤的大體分型、部位、年齡及性別，進行相關性比較。結果：直腸癌的ADC值在分化程度(P=0.000)、T1-2與T3-4(P=0.015)、N0與N1-2(P=0.001)、直腸系膜筋膜受累與未受累(P=0.014)之間的差異均有統計學意義。與腫瘤的大體分型(P=0.971)、部位(P=0.960)、性別(P=0.592)、年齡(r=0.038，P=0.772)之間的差異無統計學意義。結論：直腸癌的ADC值可以作為評價其侵襲性及預后的一個定量指標。

直腸腫瘤； 磁共振成像； 腫瘤侵潤

結直腸癌是世界上第三常見的癌癥，直腸癌約占結直腸癌的65%[1-2]。擴散加權成像(diffusion weighted imaging,DWI)是一種無創的影像學檢查方法，能反映生物體內水分子的擴散運動情況，提供細胞完整性及病理方面的信息。組織的表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient,ADC)反映了分子綜合微觀運動，通過對ADC值進行定量測量可以反映分子的擴散特性，間接反映組織微觀結構的變化。本研究重點探討通過DWI成像，測定腫瘤的ADC值，較為全面、系統地研究直腸癌的ADC值與其侵襲性之間的關系。

材料與方法

1.臨床資料

搜集蚌埠醫學院第一附屬醫院2014年1-11月經病理證實為直腸癌的患者60例。其中男32例，女28例，年齡42～88歲，平均(65.21±10.82)歲。所有患者術前均未行放、化療，均行MRI檢查，MRI檢查后1周內行手術治療，術后能明確相關病理資料。

2.腸道準備

所有患者在檢查前1～2d進流質飲食，檢查前1d口服聚乙二醇，檢查前禁食6～8h，檢查前10min給予鹽酸山莨菪堿(654-2)10mg肌肉注射以減少胃腸道蠕動，有心臟病、前列腺增生、青光眼的患者禁用。

3.掃描方法

取仰臥位，采用Philips Achieva 3.0T雙梯度超導型磁共振和TORSO 8通道相控陣表面線圈。掃描范圍從直腸乙狀結腸交界處至肛門。分別行常規盆腔矢狀面T2WI、軸面T2WI，T1WI。然后行DWI軸面掃描，掃描層面與軸面T2WI保持一致。DWI掃描參數：b值取0、800s/mm2，采用單次激發平面回波成像技術，TR 2750ms，TE取minimum，視野400mm×350mm，矩陣180×256，NSA=2，層數18層，層厚6mm，層間距1mm。

圖1～4 直腸癌的DWI圖及相應層面的ADC圖。 圖1 腫瘤呈新月形位于直腸左前側壁。a) DWI圖; b) ADC圖。

圖2 腫瘤呈類圓形位于直腸腸腔內。

圖3 直腸腸壁明顯不規則增厚。

圖4 腫瘤呈新月形位于直腸右側壁。

4.DWI圖像及數據處理

圖像傳輸到Extended MR Workspace EWS工作站，經Diffusion Registration后處理軟件校正后，重建出軸面ADC圖，在ADC圖上測量直腸癌的ADC值。在DWI圖像上選擇腫瘤所在的最大層面，運用functool自由筆在ADC圖上手動畫感興趣區(region of interest，ROI)，測量整個腫瘤的ADC值。由于DWI和ADC圖像存在幾何變形，因此診斷中常需要結合T2WI軸位圖像。ROI選取的基本原則：ROI的形態主要根據病灶的具體形態來決定。ROI的大小和位置的選擇要盡可能多地包括腫瘤的實性部分，盡量避開囊變壞死、血管及偽影的干擾(圖1～4)。

5.統計學分析

結 果

不同病理類型、分化程度的直腸癌的ADC值不同，隨著分化程度的下降，ADC值呈逐漸下降趨勢，差異有統計學意義(F=8.765,P=0.000<0.05)。不同大體分型的直腸癌的ADC值的差異無統計學意義(F=0.030,P=0.971>0.05)。不同部位的直腸癌的ADC值的差異無統計學意義(F值=0.041,P=0.960>0.05，表1)。

表1 ADC值與影響直腸癌侵襲性的方差分析

注：ADC值單位(×10-3mm2/s)。

LSD結果顯示高分化與中分化腺癌、高分化與低分化腺癌、中分化腺癌與黏液腺癌、低分化腺癌與黏液腺癌的ADC值相比，差異有統計學意義。而高分化腺癌與黏液腺癌、中分化腺癌與低分化腺癌的ADC值相比，差異無統計學意義(表2)。

圖5 ADC值鑒別高、中分化直腸腺癌的ROC曲線。 圖6 ADC值鑒別高、低分化直腸腺癌的ROC曲線。 圖7 ADC值鑒別中分化腺癌與黏液腺癌的ROC曲線。 圖8 ADC值鑒別低分化腺癌與黏液腺癌的ROC曲線。 圖9 ADC值鑒別直腸癌有無突破腸壁、淋巴結轉移、直腸系膜筋膜受累的ROC曲線。

表2 不同病理類型、分化程度的直腸癌ADC值的兩兩比較的P值

通過統計學分析得出ADC值的ROC曲線，根據約登指數確定腫瘤ADC值的最佳診斷閾值。其ROC曲線下面積、最佳ADC閾值、最大約登指數及敏感性、特異性見表3、圖5-8。

表3 ADC值對鑒別不同分化程度直腸癌的診斷效能

直腸癌ADC值在T1-2與T3-4(t=2.506，P=0.015)、N0與N1-2(t=3.556，P=0.001)、CRM陰性與陽性(t=2.526，P=0.014)間差異均有統計學意義。不同性別的患者直腸癌ADC值差異無統計學意義(t=0.539,P=0.592)，說明直腸癌的ADC值與性別無明顯相關性(表4)。

表4 ADC值與影響直腸癌侵襲性的t檢驗

當腫瘤突破腸壁生長、存在淋巴結轉移、直腸系膜筋膜受累時腫瘤ADC值明顯降低。其ROC曲線下面積、最佳ADC閾值、最大約登指數及敏感性、特異性見表5、圖9。

表5 ADC值對鑒別影響直腸癌侵襲性的診斷效能

用Pearson相關性分析年齡與腫瘤的ADC值，得出相關系數r=0.038，P=0.772，說明直腸癌的ADC值與年齡無明顯相關性。

討 論

1.DWI成像技術及發展

1827年，Robert Brown首次發現了擴散現象，擴散是指由于分子的無規律的熱運動，分子不斷地隨機改變運動方向和位置，任何分子都存在擴散運動。人體MRI成像的對象是氫質子，擴散加權成像實際上檢測的是人體組織內水分子的擴散運動狀況，來間接反映組織微觀結構的變化。當組織細胞發生病變時，其結構、功能和代謝發生改變，水分子在細胞間的擴散能力就會受到影響，表現為水分子的擴散加強或擴散受限。DWI就是通過測量水分子的異常擴散運動來反映疾病的一種影像檢查手段。1985年，Taylor和Bushel首次實現DWI成像，1986年，Denis LeBihan首次將DWI成像應用于活體，如今DWI已逐漸應用于臨床，如中樞神經系統、肝膽胰脾、乳腺等疾病的診斷。常規自旋回波DWI(spin echo DWI，SE-DWI)掃描速度慢，所需時間長，ADC值受脈搏、呼吸運動、胃腸道蠕動及血流灌注等因素影響圖像質量，故在腹盆腔應用較少。近年來隨著平面回波成像(echo planar imaging，EPI)技術的出現，通過運用并行采集技術，縮短了回波鏈長度及回波時間，加快了單位時間內K空間填充速度，減少了圖像運動偽影，能獲得較為滿意的腹盆腔DWI圖像。

2.DWI成像的相關參數

DWI的相關參數有擴散敏感因子(b值)，擴散系數(D值)，表觀擴散系數(ADC值)。b值是DWI序列的重要參數，能檢測水分子擴散運動的能力。研究表明[3]高b值DWI對直腸癌診斷的敏感性及特異性高，高b值時腫瘤在DWI上為明顯高信號，正常的腸壁、糞塊及周圍組織為低信號，對比度增加，凸顯了病灶。但是取太高b值時會導致圖像信噪比下降，圖像質量差、變形嚴重，因此選擇合適的b值至關重要，應根據設備條件、所用的序列、組織部位及臨床目的的不同來調整。應注意由于T2穿透效應，一些正常結構如前列腺外周帶、精囊腺、陰莖、睪丸、子宮內膜等在DWI上也呈高信號。亓俊霞等[4]研究表明b值為1000s/mm2時，DWI圖像效果最佳，可清晰地顯示腫瘤。本研究通過多次預實驗，得出b值為800或1000s/mm2時圖像質量較好，當b值為800s/mm2時可以適當縮短掃描時間，因此本次研究選用b值為800s/mm2。在DWI圖像中信號的變化不僅僅代表水分子的擴散運動，動脈搏動、呼吸及血流灌注等各種運動都會造成信號的改變。因此我們在DWI圖像上通過組織信號強度變化來檢測到是表觀擴散系數ADC。ADC值是根據DWI圖像上的信號強度變化計算出的，ADC=ln(SI1/SI2)/(b2-b1)，其中b1、b2分別為施加的低b值和高b值，ln為自然對數，SI1、SI2分別為低b值和高b值時DWI上相同部位組織的信號強度。通過對ADC值進行定量測量從而可以反映分子的擴散特性，間接反映組織微觀結構的變化。目前已有采用DWI圖像的ADC值探討與腫瘤惡性程度的相關性研究，研究表明ADC值與腫瘤惡性程度具有一定相關性，如膠質瘤的惡性程度與ADC值呈負相關性，肝癌的惡性程度與ADC值呈負相關性，良性腦膜瘤的ADC值較惡性腦膜瘤的ADC值高等。通過對ADC值進行測量，能為良惡性腫瘤的鑒別、預測腫瘤惡性程度及診斷治療提供有價值的信息[5-7]。

3.ADC值與直腸癌侵襲性的相關關系的探討

由于直腸癌的病理分級一般在術前活檢也可以判斷，但是并非所有患者術前活檢都能準確無誤的取到病變組織，也不能對所有可疑淋巴結都逐一進行術前活檢。術前活檢也是一種有創的檢查方法，具有一定的傷害性。因此我們試圖通過研究ADC值與腫瘤侵襲性之間的關系，爭取在術前、無創的情況下，就能提供一些功能性指標。

直腸癌的ADC值明顯低于周圍正常腸壁組織，主要是由于腫瘤細胞的增殖，腫瘤細胞密度不斷增加，細胞內擴散障礙增加，導致細胞內水分子擴散運動受限。此外，當腫瘤細胞密度增加，細胞排列更緊密，細胞外水分及細胞外間隙減少，進一步限制了細胞外水分子的擴散。兩方面共同導致水分子運動明顯受限，腫瘤ADC值減低。隨著腫瘤分化程度的下降，惡性程度的增高，細胞數目越多，細胞間隙越小，細胞異型性顯著增高，核漿比加大，導致水分子擴散更加受限，ADC值更加降低。在測量腫瘤的ADC值時應盡量避免囊變壞死。主要因為組織細胞壞死，細胞膜破裂使細胞通透性增大，細胞間隙增大，水分子擴散運動增強，從而導致ADC值增高，影響測量結果的準確性。ADC值測量的變異度比較大，因此關于ROI的放置很重要，Lambregts等[8]研究表明測量整個腫瘤的ADC值一致性比較好。

高永偉等[9]研究表明隨著直腸癌分化程度的下降，ADC值逐漸降低。劉長華等[10]研究表明ADC值升高程度用于評估直腸癌患者對放化療是否敏感及放化療后降期與否有一定的價值。本實驗直腸癌的病理類型為黏液腺癌和腺癌，研究結果表明黏液腺癌與腺癌的ADC值差異具有統計學意義，提示直腸癌的ADC值與腫瘤病理類型有一定的相關性；不同分化程度的腺癌的ADC值差異具有統計學意義，且隨著分化程度的下降，ADC值逐漸減低。因此當測量的ADC值較低時，提示為低分化的可能性大。因此我們可以通過測量腫瘤的ADC值對腫瘤病理類型及分化程度進行一定的預測，為臨床提供參考。

本實驗研究結果還表明ADC值與腫瘤的病理T、N分期以及直腸系膜筋膜有無受累之間有一定的相關性。腫瘤生長超過腸壁比腫瘤局限于腸壁內的ADC值低，有淋巴結轉移的患者比無淋巴結轉移的患者的ADC值低，直腸系膜筋膜受累的患者比未受累的患者的ADC值低。高分辨率MRI的層厚較薄及空間分辨率高，能清晰地顯示直腸腸壁的結構，在高分辨MRI T2WI中，由內向外依次是高信號的黏膜及黏膜下層、低信號的固有肌層；最外面是明顯高信號的直腸周圍脂肪組織。而腫瘤的信號是介于高信號的脂肪組織與低信號的肌層之間，在DWI上呈明顯高信號。DWI成像及腫瘤ADC值的測量不僅有利于直腸癌的診斷，在術前分期方面也有重要作用。亓俊霞等[4]研究表明高分辨MRI聯合DWI進行T分期更有優勢。作者既往也做過關于直腸癌T分期的相關研究，得出高分辨MRI對T分期的準確性為76.7%，聯合DWI圖像后對T分期的準確性為88.3%，明顯高于單獨使用高分辨MRI。本次研究對腫瘤ADC值的評價，在一定程度上預測腫瘤生長是否超過腸壁，也有利于T分期的判斷。

淋巴結在DWI圖像上呈高信號，但僅靠DWI圖像也不能區分正常、炎性及轉移性淋巴結。現有一些學者企圖通過測量淋巴結的ADC值來區分轉移性與非轉移性淋巴結，通過評價組織細胞內水分子擴散能力的差異來進行鑒別。曲春陽等[11]研究表明非轉移性淋巴結的平均ADC值為(1.06±0.30)×10-3mm2/s，轉移性淋巴結的平均ADC值為(0.74±0.21)×10-3mm2/s，他認為當淋巴結的ADC值為0.98×10-3mm2/s時，是診斷淋巴結轉移性與非轉移性的最佳閾值，其敏感度為63.7%，特異度為93.2%。但目前對于轉移性與非轉移性淋巴結之間的鑒別仍未有一個統一的標準，兩者的ADC值之間存在一定的重疊。這可能與使用的機器、MRI的磁場強度、掃描參數、年齡、性別、不同的b值、ROI的位置、面積的大小及體溫等因素有關[12-13]。本次研究還表明ADC值與大體分型、腫瘤發生的部位、性別、年齡等無明顯相關性。 因此，綜上所述，通過測量直腸癌的ADC值，可以為臨床初步評估直腸癌的侵襲性提供一種新方法或思路的可能。

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A correlation analysis between apparent diffusion coefficient value and the invasiveness of rectal cancer

ZHU Yun,ZHANG Jun-xiang,WEI Wei.

Department of Radiology,the First Affiliated Hospital of Bengbu Medical College,Anhui 233004,China

Objective:To investigate the correlation between the parameters of the apparent diffusion coefficient (ADC) of the magnetic resonance diffusion weighted imaging (DWI) and invasiveness of rectal cancer.Methods:60 cases of rectal cancer patients underwent pelvic routine MRI and DWI imaging.The ADC value was measured for the whole tumor.Also according to MRI and pathological results,the correlation was analyzed between the rectal cancer pathological type,degree of differentiation,pathological T and N staging,mesorectal fascia involvement,tumor gross type,tumor position,and age and gender of the patients.Results:The ADC value of rectal cancer was of statistical significance with differentiated degree (P<0.000),T1-2 and T3-4 (P=0.015),pathology N0 and N1-2 (P=0.001),affected mesorectal fascia and unaffected one (P=0.014).The ADC value of rectal cancer had no statistical significance with gross type of tumor (P=0.971),tumor position (P=0.960),gender (P=0.592).There is no significant correlation between the ADC value and age (r=0.038,P=0.772) of the patient.Conclusion:The ADC value of rectal cancer can be used as a quantitative index to evaluate the invasiveness and prognosis of tumor.

Rectal neoplasms; Magnetic resonance imaging; Neoplasms invasiveness

233004 安徽，蚌埠醫學院第一附屬醫院放射科(朱蕓、張俊祥)；安徽省第二人民醫院CT/MRI科(魏巍)

朱蕓(1988-)，女，安徽宿州人，碩士，住院醫師，主要從事腹部影像診斷工作。

張俊祥，E-mail：zjx218@163.com

R735.37; R445.2

A

1000-0313(2016)10-0952-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.10.011

2015-11-27

2016-05-04)