3.0T MR IVIM-DWI在宮頸癌診斷及臨床分期中的價值

李志森， 張繼斌， 王宏， 陳雪， 錢偉亮， 錢鑫

宮頸癌是女性常見的婦科腫瘤，發病率居全球女性惡性腫瘤的第二位[1]。早期診斷和準確分期對于宮頸癌患者的治療及預后具有重要意義。MR DWI雖已廣泛應用于宮頸癌的診斷、分期及療效評估[2-3]，但由于人體組織內微循環灌注的影響，DWI單指數模型參數ADC值并不能真實反應組織內水分子的擴散信息[4]?；陔p指數模型的體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion，IVIM)成像可以有效區分組織內水分子運動的“真擴散”和微循環灌注的“假擴散”成分。本研究旨在探討IVIM-DWI定量參數在宮頸癌診斷及臨床分期中的應用價值。

材料與方法

1.研究對象

連續收集2017年1月-12月在本院就診的宮頸癌患者的影像資料。納入標準：①常規MRI及IVIM-DWI掃描，且MRI檢查前未接受任何治療；②所有受檢者均于MRI檢查后1個月內，經手術或活檢病理證實為宮頸癌；③宮頸癌病灶最大徑≥1 cm；④MRI各序列圖像清晰，滿足影像診斷及后處理要求。排除標準：①宮頸癌病灶較小(最大徑<1 cm)，無法準確勾畫病灶；②無手術或活檢病理結果。本研究中共納入宮頸癌患者32例，年齡27～76歲，平均(52.0±12.0)歲；其中鱗癌28例，腺癌3例，腺鱗癌1例。以手術及活檢病理結果作為金標準，根據國際婦產科聯盟(International Federation of Gynecology and Obstetrics，FIGO)2009年分期標準[5-6]，本研究中宮頸癌患者的臨床分期：Ⅰb期12例，Ⅱa期13例，Ⅱb期6例，Ⅲ期1例，Ⅳ期0例。搜集同期因子宮肌瘤、卵巢良性病變 等其它盆腔疾病就診的16例宮頸正?；颊呔泲D科常規及細胞學檢查排除宮頸病變，且MRI平掃及動態增強掃描顯示宮頸形態、大小及信號均無明顯異常作為對照組，年齡24～71歲，平均(51.9±13.6)歲。所有被試對本次研究內容知情同意且均無MRI檢查禁忌證。

2.MRI設備和掃描方法

使用Siemens Skyra 3.0T MR掃描儀和18通道體部線圈。掃描序列及參數如下。①橫軸面TSE-T1WI：TR 500 ms，TE 11 ms，層厚8 mm，層間距0 mm，視野240 mm×240 mm，激勵次數1；②橫軸面TSE-T2WI：TR 2980 ms，TE 104 ms，層厚8 mm，層間距0 mm，視野240 mm×240 mm，激勵次數2；③橫軸面FS-T2WI：TR 3020 ms，TE 101 ms，層厚8 mm，層間距0 mm，視野240 mm×240 mm，激勵次數2；④矢狀面TSE-T2WI：TR 6070 ms，TE 104 ms，層厚5 mm，層間距0 mm，視野240 mm×240 mm，激勵次數2；⑤IVIM-DWI序列：b值分別為0、50、100、150、200、400、800和1000 s/mm2，共8組b值，TR 3900 ms，TE 70 ms，層厚3.5 mm，層間距0 mm，視野200 mm×200 mm，掃描時間約3 min。

3.圖像后處理及數據測量

將IVIM-DWI圖像導入第三方軟件(MITK-Diffusion)進行后處理分析。結合T2WI確定病灶位置，手動勾畫感興趣區(region of interest，ROI)，經軟件自動計算出ROI的各項IVIM-DWI定量參數值，并生成雙指數模型擬合曲線圖及各項定量參數偽彩圖(圖1～2)。定量參數包括純擴散系數(pure apparent diffusion coefficient，D)、偽擴散系數(pseudo-apparent diffusion coefficient，D*)和灌注分數(perfusion fraction，f)。ROI勾畫原則：①宮頸癌組：在b值為1000 s/mm2的DWI圖像上選擇病灶實性部分且信號均勻處勾畫ROI，ROI面積≥20 mm2，避開明顯的壞死、囊變區；②宮頸正常組：在宮頸最大層面及其上下相鄰層面，沿宮頸內膜勾畫ROI，包含結合帶及肌層；③宮頸癌組及宮頸正常組的ROI均測量3次，取平均值作為最終測量值。

4.統計學分析

圖1 患者，女，47歲，宮頸鱗癌FIGO分期Ⅰb期。a)T2WI示宮頸前后唇有中等信號灶(箭)；b) DWI示宮頸癌病灶呈明顯高信號(箭)； c) 參數f的偽彩圖，示宮頸癌病灶呈藍色信號(箭)； d) IVIM-DWI模型擬合曲線圖，顯示D值為0.83×10-3mm2/s，D*值為17.39×10-3mm2/s，f值為10.99%。 圖2 患者，女，45歲，宮頸鱗癌FIGO分期Ⅱb期。a)T2WI示宮頸前后唇有中等信號灶，邊界欠清(箭)； b) DWI示宮頸癌病灶呈明顯高信號(箭)； c) 參數f的偽彩圖，示宮頸癌病灶呈藍色信號(箭)； d) IVIM-DWI模型擬合曲線圖，顯示D值為0.77×10-3mm2/s，D*值為18.88×10-3mm2/s，f值為8.49%。

結 果

1.宮頸癌組與宮頸正常組的比較

宮頸癌組與宮頸正常組的的IVIM-DWI定量參數值機組間比較結果見表1。宮頸癌組的D和f值均低于宮頸正常組，差異有統計學意義(P<0.001)，而D*值在兩組間的差異無統計學意義(P>0.05)。

表1 宮頸癌組與宮頸正常組IVIM-DWI定量參數值的比較

2.FIGO早期和晚期宮頸癌組的比較

FIGO分期早期和晚期宮頸癌IVIM-DWI定量參數值及組間比較結果見表2。D、D*和f值在兩組間的差異均無統計學意義(P>0.05)。

表2 FIGO早、晚期宮頸癌組的IVIM-DWI定量參數值的比較

3.IVIM-DWI定量參數對宮頸癌的診斷效能

D值診斷宮頸癌的AUC為0.952，當診斷閾值為0.9×10-3mm2/s時，敏感度和特異度分別為87.50%和93.75%；f值的AUC為0.981，以13.63%作為診斷閾值時，敏感度和特異度分別為93.75%和100%(圖3)。

圖3 定量參數D、f的ROC曲線圖，示其AUC分別為0.952和0.981，表明2個參數具有較高的診斷效能。

討 論

DWI基于傳統的擴散理論，即水分子在生物體內呈無規則的布朗運動。惡性腫瘤增殖活躍，細胞密度及細胞內大分子物質增加，水分子在細胞內外的擴散運動受限，DWI單指數模型參數ADC值可定量分析病變組織內水分子擴散信息，目前已廣泛應用于宮頸癌的診斷、分期及預后評估[2-3]。但是，由于人體組織內細胞結構的復雜性以及毛細血管血流灌注的影響，水分子在細胞內外的擴散運動并不完全符合高斯分布，因此ADC值并不能真實反映組織內水分子的擴散信息[4]。Le Bihan等[7]于20世紀80年代首先提出了IVIM理論。IVIM理論基于生物體內的微觀運動可以分為兩部分：一部分為細胞內及細胞間的水分子擴散，另一部分為毛細血管內的血流灌注。采用多b值DWI成像及雙指數模型算法，可以很好地區分水分子的擴散運動和毛細血管的灌注成分，在不注射對比劑的情況下，同時獲得反映病變組織內水分子擴散和血流灌注的定量參數，包括純擴散系數(D)，反映體素內純水分子擴散信息；偽擴散系數(D*)，反映體素內微循環灌注信息；灌注分數(f)，代表體素內微循環灌注效應占總體擴散效應的百分比。

IVIM-DWI定量參數中D值反映了組織內水分子的擴散信息。本研究結果顯示，宮頸癌組的D值為(0.81±0.12)×10-3mm2/s，宮頸正常組的D值為(1.17±0.15)×10-3mm2/s，宮頸癌組的D值低于宮頸正常組(P<0.001)，這與Lee等[8]、程楠等[9]學者的研究結果一致。與正常宮頸組織相比，宮頸癌細胞增殖旺盛，細胞數量及細胞內蛋白質等大分子物質合成增加，使得水分子在細胞內外的擴散運動受限，因此宮頸癌組的D值減低，提示D值可以區分宮頸癌與正常宮頸組織。IVIM-DWI定量參數D*和f均反映組織的血流灌注信息，D*值與血流速度有關，而f值與血容量有關[10]。多數學者研究認為D*值在宮頸癌組與正常宮頸組間無統計學差異[8,11-12]，本組研究也表現出類似的結果。但也有學者的研究結果顯示宮頸癌組的D*值低于正常宮頸組[13]。導致分析上述研究結果出現分歧的原因：①D*值的穩定性及測量重復性差[14-15]，這使得D*值的測量存在一定的偏差；②各研究組間MRI設備和所選取的b值不同，導致研究結果缺乏可比性；③各研究組間病例組成(病理類型、分化程度等)的差異也會對研究結果產生影響。因此關于D*值的診斷價值仍需進一步的研究。本研究結果顯示，宮頸癌組的f值低于正常宮頸組(P<0.001)，這與既往多數學者的研究結果相符[8-9,11-12]。盡管惡性腫瘤新生血管增加，但f值反映的是血流灌注成分在總體擴散效應中所占的百分比。宮頸癌細胞排列緊密，間質壓力增加，導致病灶內血管受壓，毛細血管血流量減少；此外宮頸腺管內腺體分泌以及導管內液體流動也會增加整個病灶的擴散效應[16]，使得微循環灌注效應相對減低，因此宮頸癌組f值低于正常宮頸組。由于f值反映了病變區的血流灌注信息，且無需注射對比劑，因此IVIM-DWI定量參數具有無創反映宮頸癌組織血供特征的潛能。

本研究利用ROC曲線探討IVIM-DWI定量參數D和f對宮頸癌的診斷效能。研究發現，D和f均具有較高的診斷效能，其AUC分別為0.952和0.981，敏感度分別為87.50%和93.75%，特異度分別為93.75%和100%。程楠等[9]的研究結果亦顯示定量參數D和f具有較高的診斷效能。但本研究中，f值的最佳診斷閾值為13.63%，與程楠等[9]的研究結果差異較大，分析原因可能與MRI設備、后處理軟件以及所選b值的不同有關，從而導致研究結果存在差異。

宮頸癌患者的治療及預后與其病理類型、臨床分期密切相關。早期宮頸癌(FIGO分期Ⅰ～Ⅱa期)多采取手術治療，而晚期宮頸癌(FIGO分期Ⅱb～Ⅳ期)則推薦以放化療為主的綜合治療[17]。目前，臨床醫師主要通過婦科檢查確定宮頸癌的臨床分期，但婦科檢查存在一定的主觀性和經驗性，對宮旁浸潤情況不能作出準確判斷。因此，在本研究中我們比較了IVIM-DWI定量參數(D、D*和f)在早期和晚期宮頸癌組間的差異性，但各參數在兩組間的差異均無統計學意義(P>0.05)。分析原因可能由于宮頸癌的臨床分期主要與病灶大小及浸潤程度有關，而定量參數D、D*和f則反映了病灶內細胞密度及微循環灌注情況，其主要與宮頸癌的病理類型和分化程度密切相關[12,18]。此外，本研究中，晚期宮頸癌的病例數量較少，可能會對研究結果造成一定的影響。因此，關于IVIM-DWI定量參數D、D*和f對早期和晚期宮頸癌的診斷價值，有待增加宮頸癌病例數量、細化其病理類型及分化程度后進一步研究。

本研究的局限性：①本研究中宮頸癌病例數量較少，數據結果可能存在偏差，因此仍需進一步擴大樣本數量；②IVIM-DWI序列b值的選擇及分布缺乏具體的標準，如何合理地設置b值的大小及分布需要進一步探索。

IVIM-DWI采用多b值DWI和雙指數模型算法，可以同時獲取反映水分子擴散和微循環灌注的定量參數，較傳統DWI可以提供更多有價值的信息。IVIM-DWI定量參數D和f可以區分宮頸癌與正常宮頸組織，且具有較高的診斷效能。IVIM-DWI定量參數D、D*和f在早期和晚期宮頸癌組間差異無統計學意義，尚無法有效區分早期與晚期宮頸癌。