IVIM-DWI多模型參數分析對宮頸癌的診斷價值

程楠， 呂星海， 任克， 盧濤， 王永峰

·腹部影像學·

IVIM-DWI多模型參數分析對宮頸癌的診斷價值

程楠， 呂星海， 任克， 盧濤， 王永峰

目的：探討體素不相干運動擴散加權成像(IVIM-DWI)多模型參數分析對宮頸癌的診斷價值。方法：對經病理證實的、未經化放療的29例宮頸癌患者(宮頸癌組)和23例宮頸正常患者(正常宮頸組)行11個b值的(0～1000 s/mm2)IVIM-DWI掃描，分別測量宮頸癌組織和正常宮頸內膜組織的單指數模型、雙指數模型及拉伸指數模型參數值，使用兩獨立樣本t檢驗比較兩組間各參數值的差異，采用受試者工作特征(ROC)曲線評價各參數值的預測值及診斷效能，采用Pearson雙側檢驗法分析宮頸癌組ADCstand值與其他參數值間的相關性，P<0.05為差異有統計學意義。結果：宮頸癌組的ADCstand、ADCslow、Ffast、DDC、α值明顯低于正常宮頸組，ADCfast高于正常宮頸組(P均<0.05)。宮頸癌組的Ⅱb期和Ⅲb期病例間各參數值差異均無統計學意義(P均>0.05)。宮頸癌組的ADCslow的ROC曲線下面積最大(0.986)，DDC的ROC曲線下面積次之(0.97)。宮頸癌組的ADCstand與ADCslow、DDC均呈正相關(r=0.898、0.629，P均<0.05)。結論：IVIM-DWI能夠有效區分宮頸癌組織與正常宮頸組織,雙指數模型參數ADCslow和拉伸指數模型參數DDC的診斷效能優于單指數模型參數ADCstand，對宮頸癌的診斷具有重要價值。

體素內不相干運動； 拉伸指數模型； 子宮頸癌； 磁共振成像； 擴散加權成像

宮頸癌是女性最常見的婦科惡性腫瘤之一，且列為全球婦女癌癥死亡原因的第3位，近年來呈增長趨勢[1]。擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)技術雖然廣泛應用于宮頸癌的術前診斷、個體化治療方案的選擇及預后療效評價等方面，但其不能準確地反映水分子的微觀運動信息。體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion，IVIM)掃描是DWI技術的延伸，可定量測量多個解析模型的參數值，用于量化體素內水分子運動的微循環灌注成分和擴散運動成分[2，3]，較傳統DWI更具優勢，近年來，已應用到前列腺癌的診斷[4]、肝纖維化嚴重程度評估[5]、乳腺良惡性病變的鑒別診斷[6]等方面。本研究采用多b值的單指數模型、雙指數模型、拉伸指數模型，探討IVIM-DWI在宮頸癌診斷中的價值。

圖1 女，57歲，宮頸癌。a) 矢狀面DWI(b=800s/mm2)示子宮頸后壁可見類圓形擴散受限高信號影，鄰近宮頸基質及深肌層受累； b) 雙指數模型各b值擴散信號強度圖顯示病灶擴散信號強度隨b值增加逐漸衰減； c) ADCstand偽彩圖示病變部位呈偏藍色信號； d) ADCslow偽彩圖示病變部位信號呈混雜藍色； e) ADCfast偽彩圖示病變內可見紅色信號； f) Ffast偽彩圖示病變部位呈黃色信號； g) DDC偽彩圖示病變部位呈深藍色信號； h) α偽彩圖示病變部位呈藍色信號。

1.研究對象

選取經病理證實的、未經化放療的29例宮頸癌患者(其中鱗癌25例，腺癌4例)作為宮頸癌組，同期選取23例因子宮肌瘤行MRI檢查的宮頸正常患者作為正常宮頸組。宮頸癌組：年齡41～79歲，中位年齡52歲；按照FIGO分期，其中Ⅱb期9例，Ⅲb期20例。正常宮頸組：年齡29～80歲，中位年齡53歲。

2.儀器與方法

采用美國GE 3.0T signa HDxt磁共振掃描儀，8通道陣列體線圈。入組患者均行仰臥位盆腔掃描。掃描序列及參數：①橫軸面TSE T1WI，TR 450 ms，TE 102 ms，視野34 cm×34 cm，層厚6 mm，層間距0.6 mm，激勵次數2；②橫軸面TSE T2WI，TR 6000 ms，TE 102 ms，視野34 cm×34 cm，層厚6 mm，層間距0.6 mm，激勵次數2；③矢狀面TSE T2WI，TR 5000 ms，TE 102 ms，視野33 cm×33 cm，層厚6 mm，層間距0.6 mm，激勵次數2；④矢狀面IVIM-DWI,選取11個b值(b=0、10、30、50、75、100、150、300、500、800、1000 s/mm2，激勵次數分別為2、2、2、2、2、2、2、2、2、6、8)，TR 4000 ms，TE 88 ms，視野36 cm×36 cm，層厚5 mm，層間距0.5 mm，層數15，矩陣160×160，掃描時間6 min 12 s。

3.圖像分析與測量

所得數據經GE ADW 4.4工作站進行后處理，使用Functool MADC軟件得出多b值IVIM各模型參數圖。宮頸癌組：避開囊變和壞死區域，選取b=800 s/mm2時，病灶實性部分面積最大的掃描層面內，擴散受限信號較高部位手動繪制ROI，ROI面積≥50 mm2，測量3次取平均值。正常宮頸組：選取宮頸內膜顯示清晰層面，沿正常宮頸內膜的輪廓手動繪制ROI，ROI面積≥50 mm2，測量3次取平均值；所有入組病例測量的參數包括標準表觀擴散系數(standard apparent diffusion coefficient,ADCstand)、慢速表觀擴散系數(slow apparent diffusion coefficient,ADCslow)、快速表觀擴散系數(fast apparent diffusion coefficient,ADCfast)、快速擴散所占比例(Ffast)、分布擴散系數(distributed diffusion coefficient,DDC)和擴散異質性指數(α)值。

4.統計學分析

采用SPSS 17.0軟件進行統計學分析。使用Kolmogorov-Smirnov檢驗方法檢測各參數值是否符合正態分布；采用兩獨立樣本t檢驗比較兩組間各參數值的差異，同時采用同樣方法比較宮頸癌組內不同分期病例間各參數值的差異；采用Pearson雙側檢驗法分析宮頸癌組ADCstand值和其他參數值的相關性；利用受試者工作特征(ROC)曲線評價各參數值對宮頸癌的診斷效能及最佳診斷閾值。以α=0.05為檢驗水準，P<0.05為差異有統計學意義。

表1 宮頸癌組與正常宮頸組各模型參數值之間的差異

表2 各參數值對宮頸癌的診斷效能及最佳診斷閾值

結 果

IVIM-DWI掃描后經后處理軟件擬合得出的各參數值圖見圖1。宮頸癌組的ADCstand、ADCslow、Ffast、DDC、α值明顯低于正常宮頸組，ADCfast值高于正常宮頸組(P均<0.05，表1)。宮頸癌組Ⅱb期、Ⅲb期病例間ADCstand、ADCslow、ADCfast、Ffast、DDC及α值差異均無統計學意義(P均>0.05)。

各參數值對宮頸癌的診斷效能及最佳診斷閾值見表2，其中，ADCslow的ROC曲線下面積(AUC)最大(0.986)，其敏感度為100%，特異度為91.30%，診斷閾值為0.92×10-3mm2/s；DDC的AUC次之(0.970)，其敏感度為87.5%，特異度為100%，診斷閾值為1.19×10-3mm2/s(圖2)。Pearson相關性檢測結果顯示，宮頸癌組的ADCstand與ADCslow、DDC均呈正相關(r=0.898、0.629，P均<0.05)。

討 論

本研究將拉伸指數模型與單、雙指數模型相結合，定量測量和分析宮頸癌患者IVIM-DWI各模型的參數值，結果顯示IVIM-DWI可以量化宮頸癌組織內的微循環灌注和擴散運動成分，為臨床提供有利的影像學信息。

單指數模型的參數ADCstand，它是活體組織微循環灌注及水分子擴散兩者綜合作用的擬合[2]，近似于傳統DWI的ADC。部分研究[7-10]指出ADC與細胞密度成反比。本研究中，宮頸癌組織的ADCstand值低于正常宮頸組織，這與宮頸癌細胞密度增大，細胞外間隙減少，水分子擴散明顯受限有關。ADCstand值的減低有助于區分正常組織與腫瘤組織，這與Liu等[11]的研究結果一致。另外，本組宮頸癌Ⅱb期與Ⅲb期病例間的ADCstand值差異無統計學意義，可能與本組不同分期的宮頸組織的惡性分化程度相似有關。

雙指數模型的參數分別為ADCslow、ADCfast和Ffast。本研究測得的宮頸癌組織的ADCslow值明顯低于正常宮頸組織，源于宮頸癌細胞的異型性和過度增殖使細胞間純水分子擴散明顯受限；腫瘤細胞核增大而胞漿減少，細胞內的水分子擴散亦受限，從而使代表細胞內外的真正水分子擴散效應的ADCslow降低，這與Luciani等[3]的研究結果一致。另外，本研究得出，ADCslow與ADCstand呈明顯正相關(r=0.898，P<0.05)，表明ADCslow越低，ADCstand越低，惡性程度越高[12]，由此，通過ADCslow值的大小變化，可推測出不同部位腫瘤組織的惡性程度，為治療方案的選擇及預后提供更多有價值的信息。本研究結果顯示，宮頸癌組及正常宮頸組的ADCstand值均高于ADCslow值，即含有兩種運動信息的ADCstand值高于代表一種真正水分子擴散的ADCslow值，超出部分可認為是受微循環灌注影響的部分，該結果從側面證實雙指數模型的優勢，即提煉真正的水分子擴散運動信息，排除微循環灌注因素的影響。

本研究中，宮頸癌組的ADCfast值高于正常宮頸組,表明腫瘤組織的灌注大于正常宮頸組織，這一結果符合宮頸癌組織動脈供血增加的特性，與Yamashita等[13]的研究結果一致。另外，ADCfast只反應毛細血管網內血液流動擴散信息，排除其他細胞外水分子擴散的影響，提示ADCfast可有效反映宮頸癌組織的微循環灌注情況。Lemke等[14]認為至少選擇10個b值才能減小參數值的誤差，多個低b值更能有效減小ADCfast值的誤差，所得結果更能準確反應組織灌注擴散的特點。鑒于此，本研究首次采用7個低b值(b<200 s/mm2)。即使有些研究指出ADCfast值不夠穩定[15，16]，但本研究結果顯示其對于反映宮頸癌組織的微循環具有重要意義。

圖2 各參數值的ROC曲線。a) ADCslow的AUC最大(0.986)，DDC次之(0.970)； b) ADCfast的AUC為0.830。

本研究中，宮頸癌組的Ffast值低于正常宮頸組。Ffast是反映灌注因素在所有擴散因素中所占比值。雖然惡性腫瘤組織內不規則新生毛細血管網豐富，但腫瘤組織內除了純水分子的擴散，還存在微觀的囊變及壞死灶、毛細血管間隙內的水分子擴散運動等，這些因素綜合作用導致宮頸癌組織內的血流灌注絕對值增加的同時，灌注因素在所有復雜的擴散形式(包括正常內膜腺體的分泌及導管內液體的流動[17])及相互影響中所占的比例減低。另外，Ffast值的減低還可能與腫瘤組織中的微血管形態不規則及纖維組織的存在導致灌注減小有關[18]。由于Ffast能夠反映腫瘤組織的灌注信息，且不需要注射對比劑，因此有助于無創性的檢測宮頸癌的生物學特性。

拉伸指數模型有兩個參數值，分別為DDC和α值。本研究發現，由于宮頸癌組織細胞內、外水分子擴散受限，影響擴散速率，DDC值較正常宮頸組織低；同時，DDC與ADCstand明顯正相關(r=0.629，P<0.05)，這與Kwee等[19]的研究結果一致。另外，Payne等[12]指出腫瘤組織內DDC越小，ADC值越小，病理級別越高，惡性程度越大，提示DDC可評估宮頸腫瘤組織的惡性程度。本研究中，宮頸癌組織的α值比正常宮頸組織低，證明腫瘤組織異質性的改變：包括細胞的高度異型現象，即細胞大小不一，形態不規則；腫瘤的新生毛細血管及血管結構的異質性；微觀壞死灶等。α值不僅適用于腫瘤術前異質性的評估，也可以通過監測α值的變化，評估宮頸腫瘤組織的預后及療效。

本研究中ROC曲線結果顯示，鑒別宮頸癌與正常宮頸組織的最佳參數為ADCslow，其次為DDC，由于兩者的AUC均>0.9，可認為兩者的診斷價值高度準確[20]。另外，本研究中，ADCslow敏感度較高，可用來排除宮頸癌的存在；而DDC特異度較高，可用來確定宮頸癌的存在。

本研究的不足之處：①所選ROI的實性程度不同，可能存在微觀囊變區，從而影響檢測結果；②由于高、低b值選擇個數的不同，可能影響某些參數的穩定性。

總之，多b值的IVIM-DWI能有效的鑒別宮頸癌組織與正常宮頸組織；雙指數模型的ADCslow和拉伸指數模型的DDC的診斷效能最佳。

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Diagnostic value of intravoxel incoherent motion DWI multiple models parameter analyses in cervical cancer

CHENG Nan，LV Xing-hai，REN Ke，et al.

Department of Radiology，the First Hospital of China Medical University，Shenyang 110010，China

Objective:To investigate the diagnostic value of intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging (IVIM-DWI) with multiple models parameter analyses in cervical cancer.Methods:29 cases of patients with pathologically confirmed cervical cancer without the radiotherapy and 23 cases of patients with normal cervix with uterus myoma underwent IVIM scan with 11 b values (0～1000s/mm2).The parameter values of the monoexponential model,the biexponential model and the stretched-exponential model were calculated respectively in cervical cancer tissue and the normal cervical endometrial tissue,and compared using two independent samplettest.The prediction parameters and diagnostic efficiency were compared by drawing receiver operating characteristic curve (ROC).The ADCstandwas correlated with the ADCslow、ADCfast、Ffast、DDC and α by using Pearson correlation analysis.P<0.05 was considered to indicate a significant difference.Results:The ADCstand、ADCslow、Ffast、DDC and α of cervical cancer were significantly lower than those of normal cervix,the ADCfastof cervical cancer was higher than that of normal cervix (P<0.05).Analysis revealed no statistically significant difference of all parameter values between the two stages (Ⅱb、Ⅲb) of cervical cancer (P>0.05).The largest areas under ROC curve was the cervical cancer ADCslow(0.986) and the second was the cervical cancer DDC (0.97 ).The ADCstandof cervical cancer was positively correlated with ADCslowand DDC (r=0.898,0.629,P<0.05).Conclusion:IVIM-DWI can be used to reflect the characteristics of the microenvironment of cervical cancer.Diagnostic efficiency of the ADCslowand DDC was better than that of ADCstand,ADCslowand DDC have important value for the diagnosis of cervical cancer.

Intravoxel incoherent motion; Streched exponential model; Cancer of cervix; Magnetic resonance imaging; Diffusion weighted imaging

110010 沈陽，中國醫科大學第一醫院放射科

程楠(1984-)，女，黑龍江克山縣人，碩士 ，主治醫師，主要從事腹部影像學診斷工作。

劉屹，E-mail：liuyicmu@sina.cn

R445.2; R737.33

A

1000-0313(2017)02-0157-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.02.013

2016-08-24

2016-12-25)