基于MRI多參數聯合對T3期直腸癌亞分期的診斷價值

許蕾， 邵瑞， 李紅蕾， 王椋

結直腸癌的發病率在惡性腫瘤中位居第三位，約1/3起源于直腸[1]。美國國家綜合癌癥網絡(National Comprehensive Cancer Network，NCCN)指南中，對T3期直腸癌推薦術前行新輔助放化療(neoadjuvant chemoradiotherapy，NCRT)，認為可以提高手術切除率和患者的無瘤生存率(disease free survival，DFS)。但在臨床工作中，部分患者對NCRT不耐受，可發生骨髓抑制或神經、消化等諸多系統的嚴重不良反應。部分研究者認為當T3期直腸癌病變浸潤深度超過固有肌層<5 mm，CRM陰性或無淋巴結轉移時，行全直腸系膜切除術(total mesorectal excision，TME)后5年無病生存率可達85%，局部復發率僅為3%[2-3]；特別是T3期直腸癌浸潤深度<1 mm的患者與T2期患者預后一致[4-5]。因此，對T3期直腸癌患者尤其是NCRT不耐受患者，術前行精準影像預測腫瘤的亞分期具有重要的臨床意義。直腸高分辨MRI及對比增強掃描可很好地顯示病變的形態學特征，已常規應用于直腸腫瘤的術前診斷和分期。DWI反映的是組織細胞內水分子擴散功能，并通過ADC值的定量分析來反映組織內水分子擴散受限的程度。但是上述方法單獨應用時，無論從病變的形態、MRI半定量或定量參數方面的研究均有一定局限性，本研究旨在通過優化組合MRI多序列獲得多參數信息，探討多參數MRI提高T3期直腸癌術前精準亞分期的診斷效能。

材料與方法

1.一般資料

將2015年01月-2018年06月在本院經手術病理證實為T3期直腸癌的52例患者納入本次研究。其中男34例，女18例，年齡34～79歲，中位數58.1歲。納入標準：①MRI掃描序列規范，包括直腸高分辨成像、動態增強T1WI及DWI；②TME術后經病理證實為T3期且有精準亞分期結果的直腸癌患者。排除標準：①MRI掃描序列不完整或圖像偽影重，不能滿足診斷要求；②術前進行了抗腫瘤的相關治療；③有幽閉恐懼癥者；④有碘對比劑過敏者；⑤肝腎功能不全患者。

2.檢查方法

使用Siemens Trio TIM 3.0T超導MR掃描儀和體部相控陣專用線圈。患者取頭先進、仰臥位，檢查前未行腸道準備。掃描序列及參數如下。橫軸面高分辨T2WI：TR 3800 ms，TE 95 ms，層厚3 mm，視野220 mm×100 mm，激勵次數2；橫軸面T1WI：TR 550 ms，TE 11 ms，層厚3 mm，激勵次數2，視野220 mm×100 mm；橫軸面單次激發EPI序列DWI：TR 3400 ms，TE 81 ms，層厚4 mm，視野234 mm×100 mm，激勵次數10，擴散敏感系數b值50～1000 s/mm2；直腸DCE-MRI采用橫軸面三維擾相快速梯度回波序列：TR 3.87 ms，TE 1.41 ms，層厚3 mm，視野250 mm×100 mm，翻轉角10°，激勵次數1。注射對比劑之前先行第1期掃描，隨后應用高壓注射器以2.0 mL/s的流率團注15 mL對比劑GD-DTPA，注射完畢后以相同流率注射等量生理鹽水沖管；注入對比劑20 s后連續采集15期圖像。

3.圖像分析

所有數據傳入Simense Syngo工作站，使用Mean-Curve軟件進行圖像后處理。在DCE-MR圖像上，選擇病灶最大層面，于瘤體內實性區域勾畫ROI，避開壞死、囊變及血管區，即可生成時間-信號強度曲線(time-intensity curve，TIC)，并進行半定量參數的測量；在橫軸面高分辨T2WI上測量病灶的長徑及周徑；在DWI上選擇病灶最大層面，觀察病灶內擴散受限區域的累及范圍。

由2位具有5年以上盆腔影像診斷經驗的放射科醫師共同閱片，測量分析并記錄腫瘤的以下各項數據：①病變整體形態學指標(長徑、周徑)；②壁外索條影的形態學特點(粗短型、細長型)；③DWI病變擴散受限分布位置(壁內、壁外)；④TIC曲線類型及半定量參數值，包括達峰時間(maximum enhancement time，Tmax)和早期強化率(early enhancement ratio，EER)。Tmax為TIC曲線上最大信號強度所對應的時間；EER的計算公式如下：

(1)

其中SIpost是動態增強第3期圖像上病灶的信號強度，SIpre是平掃圖像上病灶的信號強度。

4.統計學分析

使用SPSS 17.0軟件進行統計分析。以病理結果為金標準，按照腫瘤浸潤超出固有肌層的深度分為T3Ⅰ組(<5 mm)和T3Ⅱ組(≥5 mm)。采用χ2檢驗比較兩組病變的瘤體形態特征、壁外索條影的形態特征、TIC曲線類型、DWI上擴散受限區的分布等指標的差異。采用兩獨立樣本t檢驗比較兩組病變的DCE半定量參數間(Tmax和EER)的差異。建立Logisitc回歸模型，以病理結果為應變量，自變量采用組間差異具有統計學意義的指標，構建聯合參數模型并評價其診斷效能。以P<0.05為差異具有統計學意義。

結 果

1.MRI各參數比較

不同亞分期T3期直腸癌的各項MRI參數/征象的比較見表1。T3Ⅰ組中壁外索條影以細長型多見，DWI上擴散受限區主要累及直腸壁內(圖1)；T3Ⅱ組中壁外索條影以粗短型多見，DWI上擴散受限區多累及至直腸壁外(圖2)。兩組間病變周徑、壁外索條形態學、DWI擴散受限區的分布這3項特征的差異具有統計學意義(P<0.05)；而兩組間病變長徑和TIC曲線類型的差異無統計學意義(P>0.05)。

表1 兩組中各項MRI參數/特征的比較 (例)

兩組病變的半定量參數測量結果及組間比較見表2。兩組間EER值的差異具有統計學意義(P<0.05)，Tmax值的差異無統計學意義(P>0.05)。

表2 直腸癌T3亞分期半定量參數比較

2.各項MRI參數聯合診斷效能

將組間差異有統計學意義的參數逐步構建聯合診斷方程，其診斷效能指標見表3。其中，以病變周徑+壁外索條形態+DWI上擴散受限區的分布+EER四項參數聯合診斷的約登指數最高，達0.732，ROC曲線下面積(Az)為0.887(95% CI：0.847～0.912)，相應的診斷敏感度及特異度分別為85.24%和87.34%。

表3 各參數聯合對T3期直腸癌亞分期的診斷效能指標

討 論

1.MRI各項參數對T3期直腸癌亞分期的診斷效能

MRI是目前結直腸癌術前分期的重要檢查方法，在腫瘤的定位診斷、判斷腫瘤浸潤深度、決定切除范圍等方面準確性較高。NCCN指南中推薦對T3期直腸癌患者行NCRT，認為該方法可有效控制局部復發及轉移。但臨床工作中發現部分患者對NCRT不能耐受，是否所有T3期直腸癌患者都適于行NCRT尚存在爭議。部分研究者認為T3期直腸癌浸潤深度對患者的預后和術前治療方案選擇存在較大的差異，浸潤深度超過固有肌層<5 mm、環周切緣(circumferential resection margin，CRM)陰性或無淋巴結轉移時，TME術后5年無病生存率及局部復發率分別為85%及3%[2-3]。因此，對T3期直腸癌患者尤其是不能耐受NCRT的患者進行精準的亞分期評估具有十分重要的臨床意義。根據腫瘤浸潤深度，RSNA將T3期直腸癌分為3個亞分期：<5 mm為T3a，5～10 mm為T3b，>10 mm為T3c。本研究中重點關注浸潤深度<5 mm的腫瘤，因此僅將患者分為T3Ⅰ(T3a)和T3Ⅱ(T3b+T3c)兩組。

T3期的診斷標準為腫瘤穿透固有肌層達周圍直腸系膜，測量腫瘤在直腸系膜內的浸潤深度是亞分期的診斷標準。正確判斷直腸系膜內的MRI表現是腫瘤浸潤還是炎性纖維化增生、炎性擴張血管等非腫瘤浸潤性表現也是亞分期診斷中的難點及關鍵所在。高分辨T2WI上有可能將T3Ⅰ組腫瘤周圍直腸系膜內的炎性纖維化增生、炎性擴張血管誤認為是腫瘤浸潤而導致分期過度。謝偉等[6]通過研究直腸系膜內壁外索條的邊緣及強化方式來進行兩者的鑒別，癌性索條邊緣欠光滑且無或僅為輕度強化，非癌性索條影邊緣多比較光滑且通常有明顯強化。本研究在既往研究的基礎上，進一步將壁外索條的形態進行分類，結果顯示粗短型索條且邊緣毛糙時提示腫瘤浸潤的可能性更大；細長型索條且邊緣光滑、向遠端移行似“鼠尾狀”時，則多提示為炎性纖維化或擴張血管影。筆者分析造成兩者形態學差異的病理基礎是腫瘤細胞生長速度快慢不一，周圍直腸系膜以疏松脂肪結締組織為主，腫瘤細胞更容易向周圍組織擴散浸潤生長，部分成“土豆芽”狀；而炎性纖維化則是纖維組織細胞過度增生并伴有炎性細胞的沉積，走行相對規則、細長。T3Ⅰ組由于腫瘤浸潤深度僅在5mm之內，部分患者顯示欠清或不確切時，可通過分析腫瘤的整體形態學指標來進行亞分期的判斷。既往有研者究認為腫瘤侵犯直腸周徑的程度與病理T分期之間呈正相關[7-8]，但目前尚未見對腫瘤亞分期進行評估的相關研究。本研究結果顯示，以侵犯直腸周徑1/2為界，T3Ⅰ組與T3Ⅱ組間的差異具有顯著統計學意義，提示腫瘤侵犯直腸周徑的范圍對判定T3期直腸癌亞分期有一定價值。

圖1 患者，男，57歲，直腸中分化腺癌T3a期。a)橫軸面T2WI示直腸癌鄰近的直腸壁外可見索條影，邊緣光滑，呈細長型(箭)； b)橫軸面T1WI示壁外索條呈“鼠尾狀”向遠端移行(箭)； c)橫軸面DWI示病變擴散受限區僅累及直腸壁內(箭)；d)冠狀面T2WI示病變右側直腸系膜內壁外索條形態影呈細長型(箭)。圖2 患者，男，74歲，直腸中分化腺癌T3b 期。a)橫軸面T2WI示直腸癌鄰近直腸壁外可見索條影，邊緣毛糙，呈粗短型(箭)；b)橫軸面T1WI示壁外索條呈“土豆芽狀”(箭)； c)橫軸面DWI示病變擴散受限區已經累及至直腸壁外(箭)；d)冠狀面T2WI示病變鄰近的右側直腸系膜內可見壁外索條影呈粗短型(箭)。

DWI通過檢測水分子的微觀運動來反映病理狀態下各組織成分中水分子的功能變化，直腸癌病灶內腫瘤細胞增殖活躍、核漿比例高和細胞外間隙水分減少等特點，使得其在DWI上表現為擴散受限，ADC值下降。既往有研究結果顯示，高分辨力DWI-讀出方向分段采樣平面回波成像(readout segmentation of long variable echo-trains，RESOLVE)序列對于術前判斷直腸癌是否突破固有肌層即T2期和T3期的鑒別具有較高的參考價值[9]。本研究中則進一步分析DWI上擴散受限的位置分布，結果顯示擴散受限的位置分布與腫瘤浸潤范圍密切相關，當DWI上擴散受限區域僅位于直腸壁內時，高度提示亞分期為T3Ⅰ。唯一不足的是DWI圖像容易受磁場不均勻性的影響，圖像上出現變形的比例較高，因此測量病變的ADC值得到定量結果來進行分析的效果并不確定，因此未納入本次研究中。

DCE-MRI可以通過TIC曲線及EER、Tmax等參數來評價腫瘤的血管生成情況，從而有利于良惡性直腸腫瘤的鑒別[9-10]。本研究結果顯示，針對T3亞分期TIC曲線類型的鑒別診斷價值不大。DCE-MRI半定量參數與腫瘤浸潤范圍之間密切相關，EER和Tmax主要反映了對比劑在注射后在病變區的滲透速度、微血管密度和血管通透性的情況，腫瘤的組織學分級與半定量參數間呈正相關[11-13]。反映腫瘤血管生成情況的微血管計數(microvessel calculation，MVC)與EER具有顯著相關性，而微血管面積(microvessle area，MVA)與Tmax之間具有顯著相關性。本研究結果顯示，EER在兩組間的差異具有統計學意義，而Tmax的組間差異則無統計學意義。筆者認為兩組中腫瘤血管異常增殖速度均明顯增加，故EER值均表現為明顯升高，但隨著亞分期的遞增，腫瘤存在大量動靜脈瘺且MVA逐漸增高，能反映腫瘤MVA指標的EER顯示出兩者的差異性。

2.多參數優化組合的診斷效能

直腸高分辨MRI及DCE-MRI檢查作為直腸癌術前分期的主要影像檢查方法已廣泛應用于臨床，但其對直腸癌術前分期的準確性仍有不足[14-15]。DWI通過測量ADC值可區分腫瘤和非腫瘤病灶，但ADC值測量受諸多因素的影響，故單獨應用DWI仍具有局限性。為了避免單一指標的局限性，有必要合理利用、整合多項參數對病變進行診斷。Logistic回歸分析可以在某一敏感度下獲得最大的特異度，也能在某一特異度下獲得最大的敏感度，從而可獲得最大ROC曲線下面積。本研究結果顯示新構建的聯合診斷方程中，以病變周徑+壁外索條的形態+DWI擴散受限分布位置+EER四項參數聯合診斷的約登指數最高，為0.73，ROC曲線下面積為0.887(95% CI：0.847～0.912)，診斷敏感度及特異度分別為85.24%和87.34%。

3.本研究的局限性

本研究的局限性：樣本量偏少，有待于今后擴大樣本量進一步對MRI在T3期直腸癌亞分期診斷中的效能指標進行深入探討；在今后的研究中可考慮引入定量參數如容量轉運常數(Ktrans)、速率常數(Kep)、血管外細胞外間隙容積百分比(Ve)等定量參數。

綜上所述，MRI多參數聯合診斷可提高對T3期直腸癌亞分期的診斷價值。