3.0 T磁共振體素內不相干運動成像參數在直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤鑒別診斷中的應用

王靈華，李勇剛

直腸管狀絨毛狀腺瘤屬于直腸腺瘤的一種，包含腺管狀結構及絨毛狀結構，也叫混合性腺瘤，發生于直腸粘膜上皮，常覆蓋有黏液，可出現假癌性浸潤，即良性形態的腺體成分出現在粘膜下層，甚至肌層和漿膜下[1]。絕大多數直腸管狀絨毛狀腺瘤為單發，體積較大，直徑大多在1 cm以上，大部分基底較寬，其常規磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)表現與直腸癌重疊較大，鑒別起來比較困難。體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion，IVIM)成像是用于描述體素微觀運動的一種成像方法，其雙指數模型可以精確描述擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)組織信號衰減與b值間的關系，分別獲取反映組織擴散和微循環毛細血管灌注效應的參數[2]，包括真實擴散系數(D值)、灌注分數(f值)、灌注相關擴散系數(D*值)及表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)。本研究旨在通過比較直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤D、D*、f及ADC值，探討IVIM對直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤的鑒別診斷價值，為兩者的鑒別診斷提供一種新的參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究對象

收集2016年6月至2017年6月在蘇州大學附屬第一醫院就診的直腸病變患者50例，術前均行常規直腸磁共振及IVIM檢查，并在檢查后1～2 w手術，術后病理證實為直腸癌或直腸管狀絨毛狀腺瘤。排除標準：①磁共振檢查前進行放化療干預的患者；②因患者移動或其他原因造成MRI圖像質量較差的患者；③病灶較小，在IVIM圖像上顯示不清的患者。最后共納入41例患者，直腸癌組(30例)，其中男性18例，女性12例，中位年齡65歲；管狀絨毛狀腺瘤組(11例)，其中男性6例，女性5例，中位年齡60歲。

1.2 檢查方法

1.2.1 檢查前準備

所有患者磁共振檢查前1～2 h使用一支開塞露，排空直腸內容物，于檢查前10 min行250 ml生理鹽水(0.9%氯化鈉溶液)經肛門保留灌腸。

1.2.2 掃描序列和方法

采用3.0 T MRI掃描儀(MAGNETOM Skyra，Siemens Healthcare，Erlangen，Germany)對患者行MRI檢查，檢查時先進行矢狀位快速自旋回波T2WI掃描，再以矢狀位T2WI來定位，行軸位高分辨T2WI及常規軸位T1WI掃描，最后行軸位IVIM掃描，其定位與軸位T2WI保持一致，IVIM掃描采用單次激發平面回波序列，b值分別選取0、50、100、150、200、600、800、1000 s/mm2。掃描參數見表1。

1.3 圖像處理及分析

由兩名5年以上MRI閱片經驗的放射科診斷醫師共同閱片，應用第三方軟件MITK Diffusion對IVIM圖像進行后處理，結合T2WI圖像，在腫瘤層面手動勾畫感興趣區(region of interest，ROI)，盡量避開腫瘤邊緣、囊變及壞死區域，測得真實擴散系數(D)、灌注相關擴散系數(D*)及灌注分數(f)，ADC值在b=1000 s/mm2時的ADC圖上測量，所有參數均測量3次取平均值。

1.4 統計學分析

采用SPSS 21.0統計分析軟件對數據進行處理，所有計量資料均先驗證正態性及方差齊性，以均數±標準差(x±s)表示。兩名醫師測量結果的組內一致性采用Kappa檢驗，Kappa＜0.4，說明一致程度不夠理想，Kappa≥0.75，說明取得相當滿意的一致程度，Kappa越大，說明一致性越好。采用獨立樣本t檢驗比較兩組的D、D*、f及ADC值，采用受試者工作特性曲線(receive operating characteristic curve，ROC曲線)分析D、D*、f及ADC值對管狀絨毛狀腺瘤與直腸癌的鑒別診斷效能。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組病例的MRI表現

直腸癌患者的MRI表現為腸壁局限性結節狀、環形、半環形增厚，腸腔不規則狹窄，在T2WI序列上呈稍高信號，DWI呈高信號，ADC圖上呈均勻低信號。直腸癌癌腫IVIM序列各參數偽彩圖上，紅色代表參數值較高，藍色代表參數值較低(見圖1)。直腸管狀絨毛狀腺瘤軸位T1WI和T2WI可見由腸壁突向腸腔的軟組織腫塊，邊緣尚光滑，呈等T1、等或稍高T2信號，DWI上呈高信號，ADC圖上腫塊呈不均勻低信號(見圖2)。

2.2 兩組IVIM定量參數比較

兩名醫師分別測量兩組的f、D、D*及ADC值，Kappa檢驗示兩名醫師測量的結果均具有較好的一致性(表2)，各組參數均呈正態分布且滿足方差齊性。獨立樣本t檢驗分析顯示直腸癌組D值、ADC值低于直腸管狀絨毛狀腺瘤組，且差異均有統計學意義(P＜0.05)。D*值的平均值高于直腸管狀絨毛狀腺瘤組，但差異無統計學意義(P＞0.05)。兩組間f值差異無統計學意義(P＞0.05)，具體參數比較見表2。

2.3 ROC曲線分析結果

圖1 男性，61歲，直腸癌患者。A為軸位T1WI序列，顯示直腸腸壁不規則增厚，形成腫塊，呈等信號；B為軸位T2WI序列，腫塊呈等及稍高信號；C為DWI圖，腫塊呈明顯高信號；D為ADC圖，腫塊呈低信號；E～G分別為IVIM序列D、D*及f參數偽彩圖(紅色代表參數值較高，藍色代表參數值較低)；H為術后病理圖，證實為直腸中分化腺癌 圖2 女性，52歲，直腸管狀絨毛狀腺瘤患者。A、B分別為軸位T1WI、軸位T2WI序列，顯示由直腸壁突向腸腔的軟組織腫塊，呈等T1、等T2信號；C為DWI圖，腫塊呈明顯高信號；D為ADC圖，腫塊呈不均勻低信號；E～G分別為IVIM序列D、D*及f參數偽彩圖(紅色代表參數值較高，藍色代表參數值較低)；H為術后病理圖，證實為直腸管狀絨毛狀腺瘤Fig.1 Male, sixty-one-year-old, patient with rectal cancer. A was the axial T1-weighted imaging sequence, showing irregular rectal intestinal wall thickening, the formation of mass, was the equal signal; B was the axial T2-weighted imaging sequence, the tumor was equal and slightly higher signal;C was the DWI map, the tumor was signi fi cantly high signal; D was the ADC diagram, the tumor was low signal; E—G were IVIM sequence D, D* and f parameters pseudo-color map (red on behalf of the higher value of the parameters, blue represents the lower value); H was postoperative pathology,con fi rmed as the differentiation adenocarcinoma of rectal. Fig.2 Female, fi fty-two-year-old, patient with rectal tubulovillous adenoma. A and B were axial T1-weighted imaging and T2-weighted imaging sequence, showing the soft tissue mass of the rectal wall protruding into the intestine, all were equal signal;C was the DWI map, the tumor was signi fi cantly high signal; D was the ADC diagram, the tumor was uneven low signal; E—G were IVIM sequence D, D*and f parameters pseudo-color map (red on behalf of the higher value of the parameters, blue represents the lower value); H was postoperative pathology,con fi rmed as rectal tubulovillous adenoma.

鑒別診斷直腸管狀絨毛狀腺瘤與直腸癌時，ADC的曲線下面積為0.783，D值曲線下面積為0.842；以ADC＜1.026×10-3mm2/s作為診斷直腸癌的閾值時，其敏感性和特異性分別為81.8%、70%；以D值＜0.788×10-3mm2/s作為診斷直腸癌的閾值時，其敏感性和特異性分別為87.9%、71.1%，見圖3。

表1 矢狀位T2WI、軸位T2WI、軸位T1WI及IVIM序列掃描參數Tab.1 Sagittal T2WI, axial T2WI, axial T1WI and IVIM sequence scan parameters

表2 直腸癌組與直腸管狀絨毛狀腺瘤組IVIM參數值比較(x±s)Tab. 2 Comparison of IVIM parameters between rectal cancer and rectal tubulovillous(x±s)

3 討論

3.1 IVIM的基本原理與應用

DWI反映的是人體組織內水分子隨機布朗運動的特點，進而間接反映組織內微觀結構的變化及特點[3]。然而活體組織中不僅有水分子的擴散，還受微循環毛細血管灌注的影響。Le等[2,4]在20世紀80年代提出了IVIM成像的概念，它是一種非有創性技術，可以同時獲得活體組織內真實水分子擴散運動和組織微循環灌注信息。IVIM序列采用雙指數模型，運用多個b值進行擴散信號的采樣，通過非線性最小二乘法整合得出真實擴散系數(D)、灌注相關擴散系數(D*)及灌注分數(f)。D值可以相對較為真實地反映組織血管外的自旋和細胞間液的運動，即能夠反映組織內真實水分子的擴散[5]；D*反映的是血管內水(即血液中摻雜的水)的運動，這種水隨血液一起快速運動，故稱為假擴散運動，即反映組織的微循環灌注特性；f反映D和D*兩者之間的權重，即在體素中毛細血管容積占整個組織容積的比值，大小介于0～1 之間。IVIM最早應用于中樞神經系統，隨著影像技術的發展，IVIM逐漸開始應用于腹部[6]，比如Leng等[7]應用IVIM鑒別前列腺癌與前列腺增生，Chao等[8]使用IVIM評估胰腺癌的侵襲性以及各參數與預后的關系，還有研究表明IVIM在宮頸癌腫瘤異質性評估上具有一定的價值[9]。國內外關于IVIM在直腸癌方面的研究也越來越廣泛，并取得了一系列成果[10-13]。

3.2 IVIM定量參數及ADC值對直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤鑒別的意義

圖3 IVIM鑒別診斷直腸管狀絨毛狀腺瘤與直腸癌各參數ROC曲線Fig.3 IVIM parameters ROC curve for differential diagnosis of rectal tubulo villous adenoma and rectal cancer.

本研究發現直腸癌組D值低于管狀絨毛狀腺瘤組，且差異有統計學意義。這可能是因為與腺瘤相比，直腸腺癌細胞增殖活躍，細胞核增大，核漿比例增高，癌細胞增多且排列緊密，微血管密度增高，使細胞內外間隙均較正常細胞減小，導致腫瘤組織內水分子擴散受限，從而引起D值減低。D*與毛細血管灌注相關，受血流速度和毛細血管幾何形態影響，本研究中直腸癌組D*值要高于腺瘤組，但兩組之間差異無統計學意義，兩組間f值差異也無統計學意義。ADC主要反映細胞內外及血管內水分子的擴散，能夠定量反映分子的擴散特性，與細胞密度、細胞內外體積比及細胞膜完整性相關[14]。本研究結果顯示直腸管狀絨毛狀腺瘤組的ADC值高于直腸癌組，且差異均有統計學意義，這與劉艷等[15]的研究結果一致。說明直腸癌癌腫擴散較直腸管狀絨毛狀腺瘤明顯，這可能是因為相對于直腸管狀絨毛狀腺瘤，直腸癌屬于惡性腫瘤，癌腫血液循環增加，癌細胞增殖快，細胞結構致密，排列更加紊亂。本研究中關于ROI的選取，筆者首先在b=1000 s/mm2的DWI圖像上找到病灶顯示最高信號，然后在其所對應的ADC圖像上信號最低的部位手動畫取ROI，這樣可重復性相對較高[16]。

3.3 ROC曲線對直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤鑒別診斷的意義

通過ROC曲線分析發現，鑒別診斷直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤時，以ADC值為1.026×10-3mm2/s為臨界點，可鑒別診斷直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤，當ADC＜1.026×10-3mm2/s時，該腫塊更傾向于直腸癌；以D值為0.788×10-3mm2/s為臨界點時，當D值＜0.788×10-3mm2/s時，腫塊早更傾向于直腸癌。此外，可以發現ADC值較D值要高，且鑒別診斷直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤時，D值較ADC值的敏感性更高，但特異性差別不大，這可能是因為D值反映的是腫塊的真實水分子擴散系數，除外了腫塊灌注相關擴散的影響。

本研究的不足：(1)樣本量較少，可能會使統計結果有偏差，存在假陽性；(2)所選直腸癌病例分化程度不一，未對其分期、分級作進一步研究，這將是今后的研究重點；(3) b值的選擇沒有統一的標準。

綜上所述，IVIM參數可以區分直腸癌與直腸管狀絨毛狀腺瘤，D值及標準ADC值對兩者的鑒別具有較高的診斷效能，且D值的診斷效能更高。

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