不同擴散模型在子宮內膜癌診斷中的應用

尹希，吳慧，高陽，牛廣明

作者單位：

內蒙古醫科大學附屬醫院磁共振室，呼和浩特 010000

子宮內膜癌發病率逐年上升，成為女性第四大常見惡性腫瘤[1]，大部分患者為絕經后女性。目前，絕大多數子宮內膜癌患者是根據臨床診刮術后的病理結果來進行診斷。然而，診刮術后病理結果與子宮全切術后病理結果會不完全一致，特別是對于較大的腫瘤，因為診刮術難以對腫瘤中心的組織進行取樣。此外，診刮術是相對有創的。MRI在子宮內膜癌的多學科管理中非常重要，由于形態學成像的局限性，常規的MRI更多地集中于分期。目前，應用于子宮內膜癌的不同擴散模型包括擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)、擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)、擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)、體素內不相干運動成像(intravoxel incoherent motion，IVIM)，能夠從分子水平進行子宮的無創成像。其中，DWI在對子宮內膜癌早期診斷、子宮良性疾病的鑒別診斷以及術前分期方面具有獨特的優勢，已成為傳統MRI的重要補充并逐步應用在臨床。經國內外文獻檢索，DTI、DKI、IVIM在子宮內膜癌診斷中的應用國內外都鮮有報道。

1 DWI對子宮內膜癌的診斷價值

1.1 成像原理

DWI是一種觀察細胞內和細胞外水分子的三維微觀運動的一種方法。其可視化是基于組織細胞性，細胞膜完整性和流體黏度的變化而引起的水流動性的變化[2-3]。表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)可以定量地評估擴散程度。由于細胞數量的增加，水分子的運動通常被限制在腫瘤微環境內[4]。由于這種水分子運動的限制，與鄰近的正常組織相比，大多數腫瘤顯示出更高的DWI信號強度和更低的ADC值。

1.2 在鑒別診斷中的應用

當子宮內膜癌與黏膜下肌瘤、子宮內膜息肉或內膜增生等良性疾病同時存在時常規MRI常顯示不清，在DWI上子宮內膜癌由于限制性擴散信號很高，其ADC值顯著低于子宮良性疾病和正常子宮內膜，有助于子宮內膜癌的診斷[5-7]。

1.3 在術前分期的應用

術前對子宮內膜癌進行分期對手術方案的選擇和評估預后非常重要。臨床現在使用的是國際婦產科聯盟(Federation Internationale Gynecologie Obstetrique，FIGO)提出的2009版子宮內膜癌分期方法。DWI可以對子宮肌層浸潤的深度進行準確地評估，Deng等[8]的Meta分析在DWI和MR動態增強成像(dynamic multiphase contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI)掃描之間發現了相同的靈敏度，但是當與T2WI相結合時，DWI具有明顯高于DCE-MRI的特異性。

受累淋巴結由于水分子擴散受限其ADC值較正常偏低，DWI上呈高信號。然而，這種表現是非特異性的。許多研究小組已經評估了DWI在盆腔淋巴結轉移中的作用，結果發現良性淋巴結ADC值高于惡性淋巴結，但是，部分良、惡性淋巴結的ADC值會有重疊，沒有可靠的臨界值來區分良惡性[9-11]。

1.4 對病理分級的研究價值

理論上，和高分化腫瘤對比，低分化腫瘤由于細胞增加導致水擴散減少更顯著，從而ADC值顯著降低。但是目前使用ADC值來確定子宮內膜癌的分級是有爭議的。一些學者認為分化程度高的子宮內膜樣腺癌ADC值明顯高于分化程度較低者[12-13]；另外一些學者認為ADC值對區分子宮內膜癌的病理分級無統計學意義[14-15]，原因可能是沒有考慮到另外一個變量-病理分型，導致研究的樣本中有不同的組織學亞型。

1.5 對病理分型的研究價值

根據組織學特征，子宮內膜癌分為子宮內膜樣腺癌(endometrioid endometrial adenocarcinoma，EEA)、子宮漿液性腺癌(uterine serous adenocarcinoma，SA)、透明細胞癌等。病理分型在確定治療計劃和預后評估上起著至關重要的作用。目前使用ADC值來區分子宮內膜癌的病理分型也沒有定論。一些學者在幾種分型之間未觀察到ADC值的顯著差異[12，16]；而Tian等[17]發現SA的ADC值明顯低于EEA。

2 DTI對子宮內膜癌的診斷價值

2.1 成像原理

DTI是基于DWI新發展的功能成像序列，可以檢測到更多關于微觀結構的信息。DWI將不同組織的水擴散的速度轉化為ADC圖進行定量分析，而DTI采用多個(至少6個)梯度方向的擴散測量，可以分別描述水分子的擴散速度和方向。參數有：平均ADC值(ADCmean)、各向異性分數(fractional anisotropy，FA)。ADCmean與水擴散速度呈正相關，FA值描述了水擴散的方向性，顯示出纖維組織的密度和走向。

2.2 對術前分期的研究價值

DTI對子宮肌壁三層結構的顯示具有獨特的優勢[18]，而且可以通過測量FA定量評估腫瘤肌層浸潤情況，優于傳統的MRI序列。Toba等[19]研究發現：用ADC值無法區分癌組織、受累淺肌層和正常深肌層，但是正常淺肌層的FA值顯著高于癌組織，而受累淺肌層FA值均明顯高于正常淺肌層。這一發現提示，FA比ADC更敏感地體現肌層浸潤引起的細微變化。他還認為癌癥侵襲誘導淺肌層內基質細胞的生長，形成了DTI各向異性區，各向異性區由緊密的、不規則的和各向異性的蜂窩狀組織排列組成，從而導致受累肌層的FA值升高。Zhang等[20]發現FA的診斷效能優于ADC。此外纖維束圖像提供了一種新的形態學方法，更直觀地看到受累纖維的不規則排列和方向，使肉眼可以確認肌層浸潤引起的間質細胞增殖。

2.3 對病理分型的研究價值

Tian等[17]發現SA組ADC、ADCmean值均顯著低于EEA組，ADCmean的診斷效能略高于ADC值。這可能是由于與EEA相比，SA細胞胞核較大，形狀不規則，嗜酸性細胞質較多[21]，因此，SA比EEA水分子受限更明顯。他還發現FA顯著高于EEA組，可能是由于SA中細胞呈乳頭狀或篩狀結構，使水分子向一定方向運動，即各向異性[21]；此外，一些研究表明，FA值隨著細胞密度的增加而增加[22]，如前所述，SA細胞密度高于EEA。受試者工作特征曲線分析結果顯示，ADCmean顯示出高靈敏度和高特異性，FA顯示低靈敏度和高特異性。綜上，DTI在區分EEA和SA方面具有較高的價值。

目前DTI應用于子宮內膜癌鑒別診斷、病理分級的研究尚未見文獻報道。

3 DKI對子宮內膜癌的診斷價值

3.1 成像原理

傳統DWI模型的一個局限性是認為水擴散遵循高斯分布，使得水分子無任何限制地擴散。Jensen等[23]認為由于組織中存在屏障(例如細胞膜)和隔室(例如細胞內和細胞外空間)，水擴散分布函數呈現為非高斯分布，非高斯分布可能是組織中的真實情況，于是引入了DKI，這是一個高階擴散模型。DKI的主要參數有：K值，即平均峰度，是應用最廣泛的DKI參數，表示與單指數高斯模型相比過度的峰度(越大的K值表示擴散偏離高斯分布的越大的偏差)，K值可以量化組織的異質性及其復雜程度：K值越大，異質性越明顯，組織結構越復雜[24]；D值為針對非高斯擴散分布校正的評估擴散程度的參數，與ADC相似。近年來，DKI在腹部[25]、盆腔器官疾病中的應用逐漸增加。

3.2 對鑒別診斷的研究價值

2017年國際醫學磁共振學會(International Society for Magnetic Resonance in Medicine，ISMRM)年會中，Fukukura等[26]提出DKI有助于子宮良惡性病變的鑒別。子宮惡性腫瘤的D值顯著低于良性腫瘤，而K值顯著高于良性腫瘤。除此之外，尚未見DKI用于子宮內膜癌鑒別診斷的相關文獻。

3.3 對病理分級的研究價值

與ADC值相似，低分化腫瘤較高分化腫瘤D值顯著降低；異質性和復雜性增加會導致低分化腫瘤K值的顯著增高。Chen等[27]在子宮內膜癌的研究中也證實了此觀點。DKI的D值和K值的組合可以提高病理分級的診斷效能。通過分析直方圖，Nougaret等[13]表明在低分化腫瘤中ADC值10%顯著低于高分化的腫瘤，Chen等[27]發現D值10%與K值90%的組合診斷效能顯著高于ADC值的10%的診斷效能。D值10%和K值90%分別代表腫瘤細胞性和異質性，這兩者都是腫瘤的重要病理特征。此外，Chen等[27]還發現分化程度越低的腫瘤對應的直方圖分布曲線越向左偏移且形狀更加不對稱。直方圖分布曲線也是反映腫瘤異質性和復雜性的重要工具，因此，子宮內膜癌的病理分級也可以通過直方圖分布的形狀來估計。這表明在病理分級中DKI模型可能比傳統DWI更有前景，DKI可以作為一種可行的技術來描述女性子宮非高斯水擴散行為的真實現象。

目前DKI應用于子宮內膜癌術前分期、病理分型的研究尚未見文獻報道。

4 IVIM對子宮內膜癌的診斷價值

4.1 成像原理

越來越多的研究表明DWI信號和ADC值既受到水擴散的影響，還受到微循環或血液灌注的影響，因此，從包含灌注效應的DWI單指數模型得到的ADC值可能會限制 ADC在鑒定病變中的可靠性[28-31]。Bihan等[32]于1986年提出，當使用足夠的b值采樣和利用IVIM模型的雙指數曲線擬合分析時，可以將血液灌注與實際擴散效應分開。IVIM的參數有：D(真擴散系數)，反映剔除了微循環灌注的水擴散狀態；D*(假擴散系數)，反映毛細血管血流速度[33]；f (灌注分數)，通常與毛細血管血流量和血管密度的分數體積相關[34]。IVIM的主要優勢在于它能夠實現同時采集擴散和灌注參數，因此可以在相應的實體病變內提供兩種測量值，而不需要進一步的處理步驟。

4.2 對鑒別診斷的研究價值

目前IVIM應用于子宮內膜癌鑒別診斷的研究僅有兩篇文獻報道[35-36]，主要限于與正常子宮內膜IVIM各參數特征的對比及鑒別診斷。孟楠等[35]的研究中，b=0、20、40、80、160、200、400、600、800、1000 s/mm2，結果為子宮內膜癌D值、f值顯著低于正常子宮內膜，D*與正常子宮內膜的差異無統計學意義。Liu等[36]的研究中，b=0、30、50、100、150、200、500、800、1000、1500、2000、2500、3000 s/mm2，結果為子宮內膜癌D值、f值顯著低于正常子宮內膜，而D*顯著高于正常子宮內膜。子宮內膜癌通常具有比正常子宮內膜更大的細胞直徑和更密集的細胞導致水分子擴散受限[37-38]，所以子宮內膜癌D值較正常子宮內膜偏低。D*的結果兩篇文獻不一致，大多數研究者認為IVIM灌注參數可能取決于多種因素，如組織微循環中的復雜相互作用，毛細血管網絡的豐度，毛細血管的滲透性，交換表面積，間質體積和組織間液壓[28-31]，也有可能與b值選取不同有關。Liu等[36]認為子宮內膜癌f值偏低可能是因為f值對正常子宮的螺旋小動脈敏感，當癌細胞破壞了螺旋小動脈時f值降低。關于單指數ADC和D值的關系，孟楠等[35]和Liu等[36]觀點不完全一致。孟楠等[35]的結果為兩者呈顯著正相關且D值普遍低于ADC值，也證實了D值排出了灌注的觀點。Liu等[36]的研究結果表明宮內膜癌D值與ADC值相近，他認為可能是由于子宮內膜癌中由于灌注參數f值顯著降低，所以擴散信號衰減并不像正常子宮內膜中那樣表現出明確的雙指數函數。子宮內膜癌D*值、f值和DCE-MRI結果互相矛盾，DCE-MRI和IVIM灌注參數的關系值得進一步研究。

目前IVIM應用于子宮內膜癌術前分期、病理分級、病理分型的研究尚未見文獻報道。

綜上所述，不同擴散模型彌補了MRI常規掃描序列的許多不足之處，在無創的條件下，通過一系列定量、半定量數據分析，為子宮內膜癌的鑒別診斷、術前分期、病理分級、病理分型提供了重要信息。然而，目前DTI、DKI、IVIM對子宮內膜癌診斷的研究仍然較少，還需要進一步拓展、充實。