單、雙指數模型擴散加權成像對非小細胞肺癌Ki-67表達的預測價值

黨珊，師衛華，韓冬，馬光明，楊琪，段海峰，于勇，2，趙靜，于楠，2*，王少彧

在我國，肺癌發病率與病死率居惡性腫瘤之首；其中，約80%～90%為非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)[1]。肺癌起病隱匿，發現時多數已處于中、晚期，無法進行外科干預，放化療是主要治療手段。腫瘤細胞增殖狀態的有效檢測可以反映腫瘤的預后；Ki-67是一種和腫瘤細胞增殖緊密相關的核抗原，對于非小細胞肺癌，Ki-67是有效的生物標記物，其表達高低與非小細胞肺癌的預后密切相關，可用來反映腫瘤細胞的增殖活性[2]。但Ki-67檢測需要病理標本，為有創檢查，部分病人難以配合，因此無法了解腫瘤增殖情況。

擴散加權成像可以無創地對在體腫瘤進行評估，能反映腫瘤的功能信息；擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)為單指數擴散模型，DW的表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)值可以用來評價腫瘤的病理分級[3]。而體素內不相干運動擴散加權成像(intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM)，是雙指數擴散模型，包含水分子的真性擴散及微循環灌注形成的假性擴散兩部分，可用于量化擴散運動和血流灌注情況，可以為腫瘤的內部特征及療效評估提供幫助[4]。

本研究采用MR-IVIM、DWI方法，觀察非小細胞肺癌IVIM各參數及ADC值與免疫組化半定量指標Ki-67之間的相關性，為非小細胞肺癌分化程度提供影像學依據。

1 材料與方法

1.1 被試資料

本研究通過我院倫理委員會批準，入組患者均簽署知情同意書。收集我院2016年10月至2018年6月間非小細胞肺癌患者60例，其中男性41例，女性19例，年齡35～81 (62.6±9.0)歲。納入標準：(1)經纖維支氣管鏡、CT引導下肺穿刺活檢或外科手術等證實為非小細胞肺癌；(2)患者無MR檢查禁忌證，且可以耐受MR檢查；(3) MRI檢查前均未進行治療。排除標準：(1)患者臨床、免疫組化相關信息不全；(2) DWI、IVIM圖像偽影明顯者。

1.2 MRI檢查及圖像分析

采用MAGNETOM skyra 3.0 T (Siemens HealthCare，Germany)磁共振成像設備，18通道體線圈，患者取仰臥位，掃描序列包括：軸位T1WI (radial volumetric interpolated breath-hold examination，radial VIBE)、T2WI (BLADE)、DWI及IVIM序列，DWI與IVIM為自由呼吸狀態掃描；軸位radial VIBE掃描參數：TR 2.79 ms，TE 1.39 ms，voxel size 1.2 mm×1.2 mm×1.2 mm，反轉角5°，激勵次數(NEX)為1，矩陣320×320，FOV 380 mm×380 mm，掃描時間為5 min 30 s；軸位T2 BLADE序列：TR 2200.00 ms，TE 89.00 ms，層厚4.0 mm，反轉角103°，NEX為1，矩陣320×320，掃描時間約2 min 55 s。采用ishim-DWI序列行軸位掃描，掃描參數：TR 7425 ms，TE 60 ms，FOV 400 mm×400 mm，矩陣104×128，b=50，800 s/mm2，層厚5 mm，層間距1 mm，掃描層數45層，平均掃描時間3 min 14 s。IVIM掃描參數包括：TR 6000 ms，TE 58 ms，FOV 380 mm×380 mm，矩陣108×134，b=0、50、100、150、200、400、600、800 s/mm2，層厚5 mm，層間距1 mm，掃描層數35層，平均掃描時間6 min 13 s。使用body diffusion toolbox軟件測量D、D*、f及ADC 值。由2名從事體部MRI工作5年以上放射科醫師采用雙盲法進行圖像測量，取平均值。感興趣區選取DWI病灶信號強度最高的層面及其上、下2個層面共3個層面測量平均值。

1.3 病理分析及臨床相關資料

所有標本經石蠟包埋、切片、常規HE染色以及免疫組化染色，由本院病理科高年資醫師診斷得出病理結果。Ki-67采用國際標準的免疫組化二步法進行檢驗，Ki-67以細胞核染成棕黃色或者褐色為陽性細胞。Ki-67在低倍至高倍鏡下觀察、計數并做好記錄染色陽性的腫瘤細胞百分數(%)。

1.4 統計學分析

使用SPSS 24.0軟件，采用組內相關系數(the intraclass correlation coefficient，ICC)計算2名放射科醫師對D、f、D*、ADC值測量的一致性，1表示完全一致，0表示不一致，ICC值超過0.75表示有非常高的可靠性。采用Klomogorov-Smirnov方法對D、D*、f、ADC及Ki-67值行正態性檢驗，符合正態分布者用用均數±標準差表示，不符合正態分布者用中位數(P25，P75)表示。采用Spearman相關方法分析IVIM各參數D、D*、f及ADC 值與Ki-67之間的相關性。P＜0.05認為差異有統計學意義。

2 結果

圖1 男，52歲，低分化腺癌，軸位D (A)、D* (B)、f (C)、T2WI (D)及ADC (E)圖可見左肺下葉軟組織腫塊，D=913.0×10-6 mm2/s，D*=190.5×10-6 mm2/s，f=181.7 (%)，ADC=959.5×10-6 mm2/s (b=0，800 sec/mm2)。免疫組化Ki-67高表達(Ki-67=60%)(F)Fig. 1 A 52-year-old man, poorly differentiated adenocarcinoma, axial D (A), D* (B), f (C), T2WI (D) and ADC (E) map, the lesion was in the left lower lobe. D=913.0×10-6 mm2/s, D*=190.5×10-6 mm2/s, f=181.7 (%),ADC=959.5×10-6 mm2/s (b=0, 800 sec/mm2). Immunohistochemistry map showed the high Ki-67 expression (Ki-67=60%) (F).

圖2 肺腺癌ADC值與Ki-67表達呈負相關關系(r=-0.424，P=0.008)；非小細胞肺癌ADC值與Ki-67呈負相關關系(r=-0.335，P=0.009)，非小細胞肺癌D值與Ki-67呈負相關(r=-0.330，P=0.01)Fig. 2 The ADC value of lung adenocarcinoma was negatively correlated with the Ki-67 expression (r=0.424, P=0.008). The D and ADC value of non-small cell lung cancer was negatively correlated with the Ki-67 expression (ADC value: r=-0.335, P=0.009)(D value: r=-0.330, P=0.01).

表1 肺腺癌及鱗癌ADC、D、D*、f值Tab. 1 The ADC, D, D*, f value of lung adenocarcinoma and squamous carcinoma

共60例非小細胞肺癌患者，病灶平均大小約(3.65±1.56) cm；病理類型分別為腺癌40例，鱗狀細胞癌17例，腺鱗癌2例，大細胞癌1例。兩位放射科醫師測量ADC值的一致性為0.976，f值一致性為0.761，D值一致性為0.760，D*值一致性為0.970；2名放射科醫師對各參數的測量一致性高。肺腺癌與鱗癌擴散加權成像各參數值如表1。一例肺腺癌患者圖像如圖1。肺腺癌、非小細胞肺癌擴散加權成像各參數與Ki-67間相關關系散點圖如圖2。非小細胞肺癌ADC值與Ki-67呈負相關(r=-0.335，P=0.009)，D值與Ki-67呈負相關(r=-0.330，P=0.01)；肺腺癌ADC值與Ki-67呈負相關(r=-0.424，P=0.008)；肺鱗癌各擴散加權參數與Ki-67無顯著相關性。非小細胞肺癌f、D*值與Ki-67無顯著相關關系。

3 討論

3.1 IVIM、DWI及Ki-67概述

擴散加權成像可以無創地提供功能信息，臨床應用廣泛；目前應用于臨床的擴散加權成像包括單指數模型擴散加權成像及雙指數模型擴散加權成像；DWI為單指數擴散模型，該模型假設水分子的微觀運動僅受水分子的影響，ADC值代表水分子的擴散情況。IVIM是雙指數擴散模型，假設水分子的微觀運動不僅受水分子擴散的影響，還受到毛細血管內血管微循環灌注所致的“假擴散”效應的影響，該模型在無需對比劑情況下便可區別病灶的灌注與擴散信息，f值為灌注分數，代表體素內微循環灌注占總體擴散的比率，其主要受微循環灌注血流量的影響；D值為擴散系數，代表單純的水分子擴散運動；D*值為假擴散系數，代表體素內微循環灌注相關的擴散運動，主要受微循環灌注中血流速度和毛細血管長度的影響。當b值較低時，微循環灌注在ADC值中所占比例較大，隨著b值增加，微循環灌注在ADC值所占比例逐漸減小[4-6]。

Ki-67是一種單克隆抗體，位于細胞核內，可能與細胞有絲分裂和細胞周期有關，可以反映腫瘤細胞的增殖能力。研究表明，Ki-67蛋白在非小細胞肺癌組織的陽性表達率顯著高于正常組織，其表達高低與非小細胞肺癌的預后密切相關，可用來反映非小細胞肺癌癌細胞的增殖活性。Ki-67高表達是NSCLC預后不良的一個因素，即隨著Ki-67表達升高，腫瘤細胞增殖更活躍、分化程度更低，患者預后更差[7-8]。國外有學者研究發現，隨著Ki-67表達增加，非小細胞肺癌生存率更低，Ki-67可以用來評估NSCLC尤其是腺癌患者的預后[9]。

3.2 IVIM、DWI與Ki-67相關關系與可能原因分析

本研究結果表明，肺腺癌ADC值與Ki-67呈負相關關系；非小細胞肺癌ADC值、D值與Ki-67呈負相關關系，f、D*值與Ki-67無顯著相關關系。有研究表明，惡性腫瘤細胞密度較大，擴散受限更明顯；故肺癌ADC、D值低于良性肺腫塊及肺不張組織[10-12]；此外，ADC值定量分析可以用來評估肺癌的病理分級和腫瘤細胞密度[3]。另有研究發現，肺癌ADC值與Ki-67呈負相關，與本研究結果一致，這表明ADC值可用來評估肺癌的侵襲性及預后[13-14]。IVIM各參數中，D值代表體素內單純的水分子擴散運動；單指數擴散模型中ADC值的差異主要由IVIM-D值的差異造成[4]。本研究中，肺腺癌ADC值、非小細胞肺癌ADC值、IVIM-D值與Ki-67間的負相關關系，與文獻報道一致。

3.3 D?、f值與Ki-67無顯著相關性的可能原因分析

IVIM各參數受多種因素影響，如腫瘤的異質性、技術不穩定性等。以往有研究表明，IVIM低b值中各參數的測量更容易出現測量誤差，對噪聲更敏感[15-16]。加之，D*和f不止受一個生理過程影響，可能同時依賴于微血管解剖、血管通透性和血流動力學等生物學行為之間的相互作用[17]。另外，雖然IVIM中低b值時各參數受血管灌注因素影響較大，但可能也受到其他體內液體流動的影響，如淋巴液、腦脊液、唾液腺等[18-20]。由此可見，D*、f值與Ki-67無顯著相關性可能與以上原因有關。

3.4 本研究的局限性

目前，雙指數模型DWI序列所選用的b值在國內、外尚無具體標準，各研究所選b值不盡相同，且掃描時間較長，容易有呼吸運動及心臟搏動等偽影，可能會給結果帶來一定偏差，在以后的研究中需對b值進行優化。此外，國際上對病灶內各參數測量的感興趣區選取尚無統一標準，這可能會對結果造成一定影響。

綜上所述，單、雙指數模型擴散加權成像參數ADC值、D值有望成為預測非小細胞肺癌Ki-67表達的影像學指標，為通過影像學方法預測非小細胞肺癌侵襲性及預后提供臨床依據。然而IVIM序列還存在一些缺點，有待進一步優化。

利益沖突：無。