單、雙指數模型擴散加權成像對直腸癌轉移性淋巴結診斷價值

許梅海，尹家瑜，申煒，韋潔勤，盧平明，黃龍全，梁慧明

直腸癌患者若出現淋巴結(Lymph nodules，LN)轉移，將可能面臨更高的死亡風險。直腸癌治療方法較多，而LN轉移情況是決定治療方式的重要因素之一。目前術前判斷直腸周圍淋巴結的良、惡性仍較困難，常規CT和MRI主要依據形態學指標如大小、壞死情況等對轉移性LN進行診斷，但眾所周知這些指標并不敏感且為非特異性的。磁共振DWI技術不斷發展，改善了對直腸癌的術前分期準確性。本研究通過分析單指數模型DWI及基于體素內不相干運動(intra-voxel incoherent motion，IVIM)雙指數模型DWI在直腸癌轉移性LN中的診斷價值，探尋最佳診斷閾值，旨在提高對直腸癌的術前診斷準確性。

材料與方法

1.研究對象

本研究經本院醫學倫理委員會審核通過，所有患者簽署了知情同意書。

選取2016年12月-2019年2月在本院經病理證實為直腸腺癌的初診患者40例，其中男30例，女10例，年齡為37～89歲，平均(62.50±13.61)歲。入組標準：①臨床及病理資料完整；②已行全直腸系膜切除術，手術病理證實為直腸腺癌合并轉移性LN，且病理檢查結果能與MRI上所顯示的LN對應。排除標準：①接受過任何抗腫瘤治療；②盆腔曾經做過手術者；③有MRI檢查禁忌證；④MRI圖像質量較差，不能進行定性和定量分析。MRI檢查與手術的間隔時間為3～11天，平均(9.0±1.9)天。

2.檢查方法

使用GE Discovery MR750 3.0T超導磁共振掃描儀和16通道體部線圈，患者取仰臥位。所有患者行盆腔脂肪抑制序列T2WI、常規直腸高分辨MRI、DWI、IVIM-DWI及DCE-MRI掃描，增強掃描使用對比劑為Gd-DTPA，劑量0.2 mL/kg。常規MRI掃描序列及參數見表1。

表1 常規MRI掃描序列及參數

DWI掃描參數：采用單次激發SE-EPI序列，b值為0、800 s/mm2，TR 6575 ms，TE 72.6 ms，視野26 cm×26 cm，矩陣160×160，層厚5.0 mm，層間距1.0 mm，總掃描時間為1 min 34 s。

IVIM-DWI掃描參數：采用單次激發SE-EPI序列，在X、Y、Z軸3個方向上施加擴散敏感梯度場；共選擇10個b值，分別為0、25、50、75、100、200、400、600、800和1000 s/mm2，TR 3300 ms，TE 91 ms,層厚4.0 mm，層間距0.3 mm，視野32 cm×30 cm，激勵次數4，總掃描時間為8 min 3 s。

3.圖像后處理和分析

由兩位主治以上放射科醫師采用雙盲法獨立進行閱片分析和數據測量，意見不一致時通過共同閱片或請示上級醫師而達成一致意見，計量資料取兩位醫師測量結果的平均值。

首先，結合常規MRI序列和DCE-MRI圖像，在DWI及IVIM-DWI上確定為LN后，參考Lambregts等[1]提出的方法對直腸系膜LN進行編號。在冠狀面圖像上根據LN與原發性腫瘤的關系，將直腸系膜淋巴結分為6個類型。1型：沿腫瘤的上、下緣各畫一條水平線，與腫瘤在同一側且位于兩條水平線之間；2型：位于腫瘤上緣水平線之上，且與在腫瘤同一側；3型：位于腫瘤下緣水平線以下，與腫瘤同一側；4型：在腫瘤上、下緣水平線之間，但位于腫瘤對側；5型：在腫瘤上緣水平線以上，并位于腫瘤對側；6型：位于腫瘤下緣水平線以下，且在腫瘤對側。在橫軸面圖像上，如果腫瘤累及范圍小于直腸壁周徑的1/2，則以平行于病灶長徑的腸管中心線將直腸壁分為腫瘤的同側和對側，如果腫瘤累及范圍超過直腸壁的1/2，則以腫瘤兩邊緣的連線將直腸壁分為同側及對側(圖1)。

將DWI及IVIM-DWI原始數據傳輸至GE ADW 4.6工作站，使用FuncTool軟件包中的ADC與MADC 軟件分別對DWI圖像和IVIM-DWI圖像進行后處理。結合常規MRI平掃及增強圖像，選擇LN最大層面及其相鄰的上、下2個層面，手動繪制ROI，并避開囊變、出血和壞死等區域，ROI盡可能包含病灶的主體，測量和計算以下指標：DWI參數包括eADC值、ADC值；IVIM-DWI參數包括單純擴散系數(D)、灌注相關擴散系數(D*)和灌注分數(f)。每個參數取3個層面測量值的平均值在橫軸面T2WI上選擇LN最大層面，測量LN的長徑(L)，于長徑中點作垂直線得到短徑(S)，計算長、短徑比(L/S)。

4.組織病理學檢查

行全直腸系膜手術切除后，由經驗豐富的病理學及放射科醫師對在MRI上編號的直腸系膜LN依次進行取材，做到LN在標本與 MRI圖像之間相匹配。根據病理結果分為轉移組及非轉移組LN。

5.統計學分析

統計分析使用SPSS 22.0統計軟件包。轉移性與非轉移性LN的短徑、長徑、L/S及常規DWI、IVIM-DWI 參數值的比較采用兩獨立樣本t檢驗。選取一組長徑和短徑均在5～10 mm的LN，比較此組內轉移性和非轉移性LN的常規DWI和IVIM-DWI參數值的差異。采用受試者工作特征(ROC)曲線分析組間差異有統計學意義的參數對良、惡性LN的鑒別診斷效能。以P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

40例直腸癌患者MRI檢查共檢出225個淋巴結，其中75個轉移性LN，150個非轉移性LN。組織病理學檢查共發現230個淋巴結，其中有81個轉移淋巴結，149個非轉移性淋巴結；在230個經病理診斷的淋巴結中僅有151個能與MRI上顯示的淋巴結相匹配，其中轉移性LN 72個，非轉移性LN 79個；不能匹配的79個淋巴結(9個轉移性LN和70個非轉移性LN)被剔除。

轉移性及非轉移性LN在T1WI上均呈等信號，T2WI上呈稍高信號，DWI上呈稍高信號(圖1～2)。轉移性和非轉移性LN各參數值的測量結果及比較見表2。除L/S外，其它各項參數值在兩組間的差異均有統計學意義(P<0.05)。

表2 轉移性和非轉移性LN各項參數值的比較

因ADC、D值及f值的組間比較的t值為負數，其ROC曲線位于參考線下方，因此只對短徑、長徑、eADC、D*這四項參數進行ROC曲線，結果見圖4和表3。四項參數中以eADC的AUC最大，對鑒別直腸系膜LN良、惡性的診斷效能最佳。

表3 根據 ROC 分析各參數對直腸系膜LN良惡性的診斷效能

在病理診斷與MRI圖像上相匹配的151個淋巴結中，長徑和短徑均在5～10 mm的轉移性和非轉移性LN分別有15個，這兩組LN的各項參數值的比較見表4。兩組間長徑、短徑、長短徑比值和f值的差異無統計學意義(P>0.05)，其它參數的組間差異有統計學意義(P<0.05)。對組間差異有統計學意義的參數進行ROC曲線分析，結果見表5。

表4 長短經無差異的轉移性與非轉移性LN各參數值的比較

表5 各參數對轉移性與非轉移性LN的診斷效能

討 論

直腸癌患者出現局部LN轉移是影響治療方式選擇和患者生存時間的重要因素，目前，對直腸癌的LN分期主要通過CT或MRI上的形態特征來判斷。然而，這些形態特征對LN轉移并不敏感且特異性不高。有研究顯示30%發生微轉移的LN是在正常大小范圍內的，另一方面，LN常在炎癥或感染性病變的刺激下出現增生而表現為體積增大。盡管形態學標準的診斷價值有限，但某些特征如LN的脂肪門丟失、不規則或邊界不清楚，以及在T2WI上信號減低或信號不均勻等，也是提示惡性LN的形態學征象，但對于這些征象的分析更依賴于閱片者的經驗，可重復性較低。

在本研究中，轉移性LN的長徑和短徑分別為(13.08±7.30)和(6.25±1.34)mm，非轉移性LN分別為(10.23±5.63)和(5.11±1.35)mm，2個指標在兩組間的差異均具有統計學意義(P<0.05)，這可能與本研究中大部分轉移性LN體積明顯增大有關。當然，近年來許多研究中采用LN的長短徑比值(L/S)作為判斷轉移性LN的參考指標。一般認為非轉移性LN的形狀為橢圓形、邊緣光滑，而轉移性LN由于惡性腫瘤細胞無序生長、多表現為圓形，因此轉移性LN的L/S常小于非轉移性LN。本研究中轉移性與非轉移性LN的L/S分別為1.28±0.20 和1.26±0.30，兩組間比較差異無統計學意義(P>0.05)，這可能與直腸癌患者的正常淋巴結、反應性淋巴結和轉移性淋巴結的直徑存在重疊有關。

DWI作為一種無創性MR功能成像技術，對良惡性腫瘤的鑒別診斷和轉移性LN的判斷具有一定價值，較常規MRI序列具有更大優勢。許多研究已證實惡性腫瘤性病變或轉移性LN較良性腫瘤性病變或良性LN具有更低的ADC值[2-6]，本研究中LN轉移組的ADC值亦小于非轉移組[分別為(1.181±0.137)×10-3和(1.530±0.190)×10-3mm2/s]，這可能是因為轉移性LN內腫瘤細胞增殖活躍，細胞密度高且排列致密，造成細胞外間隙縮小，導致水分子活動受限，ADC值降低。但本研究中兩組間ADC值的差別無統計學意義，這可能與T2透過效應有關，這也說明基于單指數模型擴散加權成像計算得到的ADC值不能完全真實反映病變的彌散屬性。在剔除了長、短徑差異的轉移性與非轉移性LN中，ADC值的診斷效能相對低。而eADC值是通過病灶在DWI上的信號強度除以其在T2WI上的信號強度而得到，eADC值不受T2穿透效應的影響，因此eADC值能較為真實地反映水分子的擴散情況。本研究中LN轉移組的eADC值(0.726±0.168)高于非轉移組(0.297±0.074)，且兩組間差異有統計學意義，與相關文獻的研究結果基本一致[7-8]。擴散受限區較周邊正常組織在ADC圖上呈相對低信號，而在eADC圖上呈相對較高信號。eADC圖既符合觀察習慣，且有利于對病灶內部結構的顯示，同時也能進一步進行定量分析[9]。在本研究中，eADC閾值為0.419時，診斷轉移性LN具有較高的敏感度(100%)和特異度(97.5%)。選取長、短徑無統計學差異的轉移性與非轉移性LN進行比較，其eADC閾值(0.428)也在0.4左右，相應的診斷敏感度和特異度(分別為93.3%和93.3%)也較高，這說明 eADC值對于鑒別良、惡性LN具有一定臨床意義。

IVIM-DWI可以分別獲得組織內真實水分子擴散運動和組織微循環灌注信息，與傳統的DWI相比，具有獨特的優勢。IVIM-DWI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多個擴散和灌注相關參數：單純擴散系數(D)，代表體素內單純的水分子擴散運動，又稱慢擴散(slow-ADC)；灌注相關擴散系數(D*)，代表組織內與微循環灌注相關的擴散運動，又稱快擴散(fast-ADC)；灌注分數(f)，代表組織內微循環灌注占總擴散的容積率。近年來，IVIM-DWI在直腸癌及LN轉移中的應用越來越廣泛，并取得一定的研究成果[10-13]。

IVIM-DWI中獲得的D值所反映的組織學特征與DWI參數中的ADC值類似。Qiu等[14]利用IVIM-DWI分析直腸癌LN轉移，結果顯示轉移性LN的ADC和D值均低于非轉移性LN。在本研究中轉移性LN的D值為(1.154±0.175)×10-3mm2/s，也低于良性LN[(1.497±0.224)×10-3mm2/s]，表明轉移性LN中水分子的擴散受限較非轉移性LN明顯，這與轉移性LN的瘤細胞排列緊密、核大深染、核分裂象明顯有關。本研究中轉移組的D值低于相應的ADC值[(1.181±0.14)×10-3mm2/s]，這可能與D值剔除了灌注帶來的“偽擴散”有關，能更準確地反映組織內水分子擴散運動的情況[15]。但在本研究中D值在兩組間的差異無統計學意義，在剔除了長、短徑的差異后，雖然D值在轉移性與非轉移性LN間差異有統計學意義，但其診斷效能相對較低(敏感度為46.7%，特異度為6.7%)。這與Qiu等[14]認為D值在轉移與非轉移性LN的鑒別中具有較高的敏感性的研究結論不一致，筆者分析原因可能與納入研究中的壞死性LN所占比例不同有關，因為D值是反映腫瘤細胞增殖與液化壞死共同作用的結果。

D*值與平均血流速度和平均毛細血管的長度相關，Chandarana等[16]學者在腎臟病變的研究中發現有明顯強化的腎臟病變的D*值高于非強化病變，提示D*值可反映組織內的血流灌注情況。邱麟等[17]研究表明直腸癌腫塊的D*值高于正常直腸壁。在本研究中，轉移性LN的D*值高于非轉移性LN[分別為(27.916±23.28)×10-3和(8.66±2.48)×10-3mm2/s]，且兩組間差異有統計學意義，其病理基礎可能是腫瘤細胞生長快、血管豐富且血管通透性增加。在本研究中，D*閾值為12.25×10-3mm2/s時，診斷轉移性LN具有較高的敏感度(94.4%)和特異度(100%)；此外，我們選取長徑和短徑無統計學差異的一組轉移性與非轉移性LN進行進一步分析，其D*閾值為12.45×10-3mm2/s，診斷轉移性LN的敏感度(93.3%)基本無變化，特異度(73.3%)稍下降，但仍能說明 D*值有助于了解良惡性LN的灌注情況。

f值與腫瘤血管分布和微循環灌注有關，就理論而言，f值應與反映組織微循環灌注的D*值的診斷特性一致，但本研究中未發現f值在良、惡性LN間有明顯差異(0.255±0.123 vs. 0.421±0.150)，這與文露等[13]的研究結果一致，說明f值不是鑒別良、惡性LN的敏感指標。原因可能是由于f測值與掃描參數和b值的選擇有關[18]，f值否能用來鑒別良惡性LN尚需要進一步研究。

綜上所述，DWI參數中的eADC值與IVIM-DWI參數中的D*值對直腸癌轉移性LN的診斷具有一定臨床意義，以eADC值的診斷效能最高。