常規MRI檢查及擴散加權成像在直腸癌術前評估中的應用價值

楊宏宇，高旭，沈秀芝，鐘佳利，彭如臣*

作者單位：1.首都醫科大學附屬北京潞河醫院醫學影像科，北京 101149；2.首都醫科大學附屬北京潞河醫院普外科，北京101149

近年來，直腸癌的發病率逐年升高并趨于年輕化，隨著檢查技術和治療方式的改進，患者的生存率有所提高[1-2]，常規MRI檢查(平掃＋增強)是目前直腸癌常用的檢查技術，可提供腫瘤形態學、血流灌注等信息，但對直腸癌的整體評估仍有一定的局限性，擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)可間接反映腫瘤組織微觀結構情況，可進一步提高MRI檢查對直腸癌評估的準確性，而ADC值為DWI的量化指標，目前對直腸癌分期、環周切緣(circumferential resection margin，CRM)情況的評估價值目前尚無定論[3]，故本研究擬收集本院42例直腸癌患者的術前MRI平掃＋DWI＋增強掃描影像數據，根據其影像表現評估腫瘤的T、N分期和CRM受侵情況，并與術后病理結果進行對照研究，分析常規MRI＋DWI檢查在直腸癌術前評估中的應用價值；分析比較不同T分期、CRM陽性和CRM陰性直腸癌的ADC值差異，探討ADC值在直腸癌術前評估中的臨床應用價值，為臨床醫師制定正確的治療方案提供更多幫助，改善患者預后。

1 材料與方法

1.1 研究對象

回顧性分析2014年2月至2020年9月本院42例行盆腔MRI+DWI+增強掃描檢查后手術治療，病理證實為直腸癌的患者資料，其中男28例，女14例，年齡40～85(63.5±10.2)歲。納入標準：(1)患者MRI檢查前未做任何治療，MRI檢查后2周內手術治療并獲得病理結果；(2)年齡18～85歲；(3)患者或家屬簽署盆腔MRI檢查知情同意書。排除標準：(1)直腸占位為其他部位的惡性腫瘤轉移灶或直接侵犯。(2)圖像質量不符合閱片要求。本研究經過本單位醫學倫理委員會批準(批準文號：2020-LHKY-033-01)，免除受試者知情同意。

1.2 檢查方法

采用德國西門子3.0 T磁共振掃描儀(MAGNETOM Skyra)，患者檢查前禁食12 h，及時排便，檢查前10 min肌內注山莨菪堿減少腸蠕動。應用18通道相控陣腹部線圈置于下腹部，采取仰臥位，頭先進，掃描范圍自骶岬水平至恥骨下方。主要掃描序列有：(1)高分辨T2WI軸位：TR 4500 ms，TE 101 ms，FOV 200 mm×200 mm，矩陣320×320，層厚3 mm，層間距10%，層 數30；(2)T1WI壓脂軸位：TR 800 ms，TE 13 mm，FOV 300 mm×300 mm，矩陣256×204，層厚5 mm，層間距30%，層數30；(3)DWI序列：TR 4600 ms，TE 58 mm，FOV 400 mm×400 mm，矩陣148×111，層厚5 mm，層間距30%，層數30；(4)增強掃描為T1 VIBE序列，TR 3.22 ms，TE 1.18 mm，FOV 360 mm×360 mm，矩陣320×288，層厚4.5 mm，層間距10%，層數48。注射的對比劑為釓特酸葡胺注射液(多它靈)，采用高壓注射器經肘前靜脈注射，注射劑量0.02 mmol/kg，流速為2 mL/s。

1.3 常規MRI+DWI圖像分析

由2名經驗豐富的副主任醫師以上職稱的放射科醫師分別進行閱片，判斷出T、N分期，以及CRM是否受侵，若診斷結果不一致，則經協商討論取得一致結果作為最終結果。直腸癌分期根據美國癌癥聯合委員會直腸癌TNM分期標準(第8版)[4]。常規MRI上T1、T2期病變表現為黏膜線中斷，腸壁增厚，但未突破腸壁外緣，腸壁外脂肪間隙清晰；T3期表現為腸壁外緣不光整，凹凸不平，可有結節狀突出，病變腸壁周圍脂肪間隙內有索條狀異常信號；T4期腫瘤與周圍臟器或結構界限不清或脂肪間隙消失。T1和T2期直腸癌在常規MR圖像上分辨較為困難，且臨床治療原則相同，故本研究將兩者合并為T1～T2期進行分析[5]。影像學淋巴結轉移的形態學標準有：(1)短徑≥9 mm伴或不伴有邊緣不規則或信號不均勻或呈圓形；(2)短徑5～9 mm之間，并伴有邊緣不規則、信號不均勻、呈圓形三個征象的其中兩個征象；(3)短徑≤5 mm，并呈圓形，且邊緣不規則、信號不均勻[6]。CRM是指腫瘤到直腸系膜筋膜的距離，直腸系膜筋膜在常規MRI上表現為包繞直腸系膜脂肪的線狀低信號，當腫瘤的最外緣、直腸系膜內轉移淋巴結、癌結節或受侵的血管與筋膜的最短距離＜1 mm時，則視為CRM受侵(CRM陽性)[7]。

同時，由1名副主任醫師和1名住院醫師在西門子工作站上測量每個患者病灶的ADC值。結合T2WI壓脂、增強掃描及DWI(b值=800 s/mm2)圖像，在ADC圖像上選取腫瘤顯示最好的3個層面分別勾畫1個ROI，測量ADC值，勾畫ROI面積約15 mm2，勾畫時應避開出血、壞死及囊變區，將3個ROI所測得的ADC值之和除以3后所得的平均值作為該患者病灶的ADC值。

1.4 統計學分析

在SPSS 16.0統計學軟件上分別采用方差分析、卡方檢驗比較不同T分期患者、CRM陽性組和陰性組患者年齡、性別是否存在組間差異(年齡數據符合正態分布和方差齊性)。采用Kappa檢驗對常規MRI+DWI與病理的T、N分期及CRM診斷結果的一致性進行檢驗，檢驗水準α=0.05，Kappa值≤0.4時說明一致性較差，0.4＜Kappa值≤0.6說明中度一致，0.6＜Kappa值≤0.8時表示一致性較好，Kappa值＞0.8時表示一致性極好；分別計算常規MRI+DWI對T、N分期及CRM診斷效能。

檢驗不同T分期、CRM陽性和陰性組間ADC值是否符合正態分布和方差齊性，再采用單因素方差分析比較T1～2期、T3期、T4期三組的ADC值差異有無統計學意義，再用相鄰兩組差異有統計學意義的ADC值繪制ROC曲線，計算AUC和區別兩組間的閾值(敏感度+特異度的最大值)。采用獨立樣本t檢驗比較CRM陽性與陰性組ADC值的差異，若兩組間ADC值差異有統計學意義，再應用ADC值繪制ROC曲線，并計算AUC及區分兩組的閾值。

2 結果

2.1 病理結果

42例直腸癌患者中，腺癌38例，高級別管狀腺瘤伴癌變3例，黏液腺癌1例；高分化6例，中分化28例，低分化8例；隆起型18例，潰瘍型24例，病理分期：T1～T2期15例，T3期17例，T4期10例；N0期20例，N1期15例，N2期7例。不同T分期患者的性別、年齡組間比較差異無統計學意義(P＞0.05)，CRM陽性和陰性患者的性別、年齡組間比較差異無統計學意義(P＞0.05)(表1)。

表1 患者流行病學資料的組間比較

2.2 常規MRI+DWI評估直腸癌T、N分期及CRM情況與病理結果的比較

常規MRI+DWI評價T、N分期及CRM整體準確率分別為83.3%、81%、83.3%，與病理結果比較一致性均較好(Kappa值分別為0.745、0.691、0.642，P＜0.01)(表2～4)。常規MRI+DWI對直腸癌T、N各期及CRM的診斷效能(準確率、敏感度、特異度、陽性預測值、陰性預測值)見表5。典型直腸癌影像見圖1、2。

圖1 女，62歲，潰瘍型中分化腺癌，T2N0M0，CRM陰性，T2WI壓脂軸位(A)可見直腸左前壁不均勻增厚，腸壁外緣仍光滑，T1增強(B)顯示病變呈明顯不均勻強化，DWI(C)顯示病變呈高信號，對應ADC(D)信號減低，測得ADC=0.986×10-3 mm2/s(b=800 s/mm2)圖2 男，81歲，潰瘍型中分化腺癌，T3N1M0，CRM陰性，T2WI壓脂軸位(A)可見直腸全層不均勻增厚，腸壁外緣毛糙，病變腸壁周圍脂肪間隙內有結節(腫瘤種植)影、索條影，T1增強(B)增厚腸壁明顯不均勻強化，DWI(C)呈高信號，ADC(D)信號減低，測得ADC=0.716×10-3 mm2/s(b=800 s/mm2)

表2 常規MRI+DWI評估T分期與病理T分期比較(例)

表3 常規MRI+DWI評估N分期與病理N分期比較(例)

表4 常規MRI+DWI評估環周切緣結果與病理環周切緣結果對比(例)

表5 常規MRI+DWI對直腸癌的診斷效能(%)

2.3 不同T分期ADC值組間比較

T1～2期組ADC值范圍是(0.764～1.287)×10-3mm2/s，平均值0.968×10-3mm2/s，T3期組ADC值范圍是(0.514～1.035)×10-3mm2/s，平均值0.845×10-3mm2/s，T4期組ADC值范圍是(0.411～0.812)×10-3mm2/s，平均值0.697×10-3mm2/s；三組ADC值均符合正態分布和方差齊性，方差分析結果顯示T1～2與T3組，T3組與T4組間ADC值差異均有統計學意義(P=0.01)。

采用T1～2期與T3期組的ADC值繪制ROC(圖3)曲線得出AUC為0.722，閾值為0.9396×10-3mm2/s(敏感度=0.882，特異度=0.533)；采用T3期與T4期的ADC值繪制ROC曲線(圖4)得出AUC為0.829，閾值為0.8258×10-3mm2/s(敏感度=1.000，特異度=0.647)。

圖3 T1～2組與T3組直腸癌病灶的ADC值ROC曲線：AUC為0.722，當ADC=0.9396×10-3 mm2/s時，敏感度+特異度的值最大(敏感度=0.882，特異度=0.533)，即將此值視為ADC區分T1～2組與T3組直腸癌的閾值 圖4 T3組與T4組直腸癌病灶的ADC值ROC曲線：AUC為0.829，當ADC=0.8258×10-3 mm2/s時，敏感度+特異度的值最大(敏感度=1.000，特異度=0.647)，即將此值視為ADC區分T3組與T4組直腸癌的閾值 圖5 CRM陽性組與CRM陰性組直腸癌病灶的ADC值ROC曲線：AUC為0.736，當ADC=0.8424×10-3 mm2/s時，敏感度+特異度的值最大(敏感度=0.800，特異度=0.704)，即將此值視為ADC區分CRM陽性與CRM陰性直腸癌的閾值

2.4 CRM陽性組與陰性組ADC值比較結果

CRM陽性組ADC值范圍為(0.5136～0.9944)×10-3mm2/s，平 均ADC值 為0.77×10-3mm2/s，陰 性 組ADC值 范 圍 為(0.4114～1.287)×10-3mm2/s，平均值為0.899×10-3mm2/s，兩組間的ADC值符合正態分布和方差齊性，兩組間的ADC值比較顯示差異有統計學意義(P=0.015)。繪制ROC曲線(圖5)所得AUC為0.736，閾值 為0.8424×10-3mm2/s(敏 感度=0.800，特異度=0.704)。

3 討論

3.1 常規MRI+DWI在直腸癌T分期評估中的應用

T分期是直腸癌預后的獨立影響因素之一，決定臨床治療方案的選擇[8-9]。腫瘤周圍的炎癥反應、局部纖維化在MRI上可表現為與腫瘤浸潤突破腸壁類似的征象[10]，T2期可能會被誤判為T3期，兩者主要的鑒別點在于T2WI上固有肌層的低信號是否中斷，腸壁外緣是否光整。部分腫瘤與鄰近臟器位置緊密但無侵犯，可能會導致T3期過高診斷為T4期；T3或T4期的過低分期主要與部分容積效應和腫瘤的“顯微鏡浸潤”有關，故而常規MRI+DWI診斷時則需要利用各個序列的優勢，對圖像進行多方位聯合、細致的分析，本研究結果顯示常規MRI+DWI對直腸癌各T分期的診斷有較高的準確度、敏感度及特異度，整體準確率達到83.3%，與先前的研究結果基本一致[11-12]，研究顯示，直腸內注水增強對比方法可使病變顯示更加清楚[13]，在保證安全的前提下，可推廣此種方法，提高病變的診斷準確率。

3.2 常規MRI+DWI在直腸癌N分期評估中的應用

區域淋巴結轉移是直腸癌的主要擴散方式，是新輔助化療的指征之一[14]，術前淋巴結轉移的識別較為困難，正常淋巴結，反應性淋巴結和轉移淋巴結在大小上有很大的重疊[15]，本研究將淋巴結的大小、形態、邊緣和信號改變特點綜合分析來判斷其良惡性，與病理結果一致性較好，總體診斷準確率為81%，與文獻報道的研究結果基本符合[16-17]。有時轉移淋巴結的大小在正常范圍內而在常規MRI+DWI上其邊緣、信號變化并不明顯，可能會導致評估錯誤，所以評估轉移性淋巴結時還需要參考腫瘤發生的部位，腫瘤的大小以及腫瘤浸潤的深度等情況進行綜合判斷[18-19]。

3.3 常規MRI+DWI在直腸癌CRM診斷中的應用

歐洲醫學學會腫瘤學臨床實踐指南中指出，CRM陽性時，腫瘤局部復發和外轉移風險增加，遠期生存率較差[20]，MRI技術是判斷CRM情況較為可靠的檢查方法，有研究提示，如果術前常規MRI+DWI顯示CRM＜1 mm時，其死亡風險比CRM＞1 mm的患者高了99%[4]，把CRM＜1 mm作為其受累的標準時有較高的特異度和陰性預測值[21-22]，故本研究以CRM＜1 mm為陽性標準，42例患者中有16例常規MRI+DWI診斷CRM陽性，與病理結果的一致性較好，陽性預測值為75%，16例中有4例判斷錯誤，主要原因是部分距離CRM小于1 mm的增生淋巴結誤判為轉移淋巴結，以及原發腫瘤周圍的炎性反應導致直腸周圍脂肪間隙渾濁、纖維增生延伸至直腸系膜筋膜在常規MR圖像上誤認為是腫瘤已經侵犯直腸系膜筋膜；還有3例CRM陽性病例誤判為CRM陰性，回顧發現有1例為與CRM距離小于1 mm的癌結節，由于其直徑＜5 mm且形態規則，邊緣光滑而誤判為非轉移性淋巴結；另外2例是原發腫瘤在MRI圖像上顯示與CRM距離大于1 mm，而病理顯示腫瘤已侵犯直腸系膜筋膜。

3.4 DWI在直腸癌診斷中的應用

DWI序列可以反映組織細胞水分子的微觀運動，腫瘤細胞由于細胞核增大，細胞核與核漿比例增加，與正常細胞相比，細胞內外空間減少，限制了水分子擴散，從而在DWI序列上表現為高信號。ADC值是量化水分子擴散程度的指標，水分子擴散越受限，ADC值越低，所以ADC值在一定程度上反映了組織細胞的生物學特性，研究發現腫瘤的分化程度越低，對應的ADC值越低[23]。以往研究顯示T3～4期比T1～2期的ADC值有下降的趨勢[24]，但直腸癌T分期與ADC值是否有關目前尚存在爭議[24-25]，而CRM情況與ADC值的關系尚無研究報道，本研究同樣發現T分期越高的直腸癌測得ADC值越低，并將CRM陽性和陰性腫瘤的ADC值進行比較分析，發現CRM陽性組ADC值明顯低于CRM陰性組，且上述ADC值的差異均有統計學意義，利用ADC值繪制ROC曲線的AUC＞0.5，并得到了ADC區分相鄰T分期以及CRM陽性和陰性的閾值，說明隨著腫瘤浸潤深度的增加，更多的正常細胞被腫瘤細胞代替，同時腫瘤細胞不斷發育，水分子擴散受限程度可能進一步加重，表現出ADC值的進一步降低。T分期和CRM都是直腸癌預后的獨立危險因素，提高其術前的評估準確率對于改善預后有重要意義，除了常規MRI，本研究發現腫瘤的ADC值也可作為一項參考指標用于直腸癌的術前評估，提高診斷效能，具有推廣價值。由于淋巴結體積相對較小，選取ROI測量ADC值的誤差較大，本研究未將ADC值用于轉移性淋巴結的判斷，相信隨著MRI技術的不斷進步，可以實現小視野DWI等多種方法進行直腸的掃描，將進一步提高直腸癌T、N分期等方面評估的準確性[3]。

3.5 本研究的不足和展望

本研究還存在一定不足，本研究樣本量相對不足，可能使統計結果產生偏差，因此需要在后續的工作中擴大樣本量，并對術后或化療的患者做更多的縱向研究，在指導臨床治療選擇方面更有意義。其次，本研究ADC值的測量是通過對三個ROI的ADC值取平均值后獲得的，這可能不能完全代表整個腫瘤整體情況。本研究僅對常規MRI和DWI序列進行了分析研究，下一步工作中希望引入更多MRI新技術對直腸癌的診治及預后評估進行探討和分析。

3.6 結論

本研究結果表明常規MRI+DWI對直腸癌術前局部T、N分期、CRM的評估準確率較高，DWI序列是直腸癌評估不可或缺的MRI序列，ADC值可作為一種無創的影像生物標志物，為直腸癌的整體評估提供更多有價值的信息，相信隨著MRI技術的不斷發展，未來會在直腸癌的診斷方面發揮著越來越重要的作用。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。