APT定量參數與直腸癌病理類型及分期的相關性

李娟，高雪梅，程敬亮

結直腸癌(colorectal cancer，CRC)是常見的消化道惡性腫瘤之一，30%～35%發生在直腸，90%為腺癌[1]。多種因素影響著直腸癌治療方案的選擇及預后，包括腫瘤的位置、病理類型、分級、TNM分期、環周切緣(circumferential resection margin，CRM)、壁外血管侵犯(extramural vascular invasion，EMVI)等[2-3]。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)具有無輻射、軟組織對比度高、多方位多參數成像等諸多優點，不僅可以較清晰分辨直腸腸壁各層結構，而且可以顯示直腸周圍系膜、壁外血管侵犯等情況，對臨床制定詳細治療方案具有重要的決定性作用。近年來，磁共振功能成像的應用日益廣泛，酰胺質子轉移(amide proton transfer，APT)成像是一種基于化學交換飽和轉移(chemical exchange saturation transfer，CEST)成像的無創性分子影像技術，通過定量測量不對稱性磁化傳遞比(magnetization transfer ratio asymmetry，MTRasym)3.5 ppm處的APT信號強度(APT signal intensity，APT SI)間接反映體內代謝的變化[4-6]，既往多應用于神經系統，近年來已逐漸應用于多種腫瘤組織與正常組織鑒別以及評估腫瘤細胞的惡性程度[7-8]。既往研究發現APT可以幫助判斷直腸癌病理級別及TN分期[9-11]，本研究旨在以DWI為對照，進一步探討APT定量參數與直腸癌病理類型及分期的相關性，為臨床評估直腸癌的惡性程度提供參考價值。

材料與方法

1.病例資料

收集本院2020年5月-2021年8月初診為直腸癌的患者136例，主要臨床表現有便血、排便習慣改變等。入組標準：①MRI檢查后經手術病理證實為直腸癌；②患者MRI檢查前均未經過手術、化療或放療；③MRI檢查與手術時間間隔小于1周。排除標準：①患者MRI檢查后接受新輔助治療(n=35)；②患者配合欠佳，圖像質量差(n=7)，最終入組94例，其中男59例，女35例。年齡33～83歲，平均(59±11)歲。

2.檢查方法

檢查前囑患者排空直腸，采用Philips 3.0T(Ingenia CX)超導型MR儀和18通道相控陣線圈，受試者取仰臥位，斜軸位定位垂直于病變長軸。掃描序列及參數：斜軸位T2WI高分辨序列采用快速自旋回波(TSE)序列，TR 3000 ms，TE 100 ms，FOV 180 mm×180 mm，矩陣300×235，層厚4 mm，回波鏈長度15。APT序列采用3D TSE序列，將+3.5 ppm頻率處偏移的MTRasym值以百分比水平顯示即為APT SI，APT SI=MTRasym [Δω=+3.5 ppm] (%)[5]，具體參數如下：TR 6540 ms，TE 8.3 ms，FOV 230 mm×181 mm，矩陣116×90，層厚5 mm，回波鏈長度174，總共用時6 min。DWI序列采用SE-EPI序列，TR 4421 ms，TE 77 ms，FOV 200 mm×129 mm，矩陣80×52，層厚4 mm，b值為0、800 s/mm2。

3.圖像數據處理

將患者原始數據上傳至Philips ISP v10工作站，使用IntelliSpace Portal后處理軟件計算出APT圖像，將APT與T2WI圖像進行融合，對94例直腸癌患者的APT SI及表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)圖像進行觀察、測量與分析，由兩名從事磁共振診斷的主治醫師獨立分析，評價兩位研究者之間測量結果的一致性，一致性較好時取平均值。在APT與T2WI融合圖像上手動選取感興趣區(region of interest，ROI)，將ROI復制到ADC圖像上，標準如下：①將ROI放置于病灶最大截面上，選擇全部腫瘤范圍；②避開有囊變壞死出血區域的層面，囊變壞死區一般為T1WI低、T2WI高信號，出血區一般為T1WI高信號；③為了保證對同一解剖位置數據測量的一致性，減少由于ROI位置選擇偏倚而導致的測量誤差，所有數據均測量3次，取平均值。

4.病理類型及分期

直腸癌根據術后病理結果分為黏液腺癌、普通腺癌。根據WHO分級標準，普通腺癌分為G1(高分化，>95%腺管形成)、G2(中分化，50%～95%腺管形成)、G3(低分化，<50%腺管形成)，根據兩層分級系統，G1及G2為低級別腺癌，G3為高級別腺癌；根據術后腫瘤侵及深度依據美國癌癥聯合委員會(American Joint Committee on Cancer，AJCC)分期標準進行T分期，將其分為早期和晚期，早期為病變局限于固有肌層，包括pT1期、pT2期，晚期為病變超過固有肌層，包括pT3期、pT4期；根據術后病理進行淋巴結分期，分為pN0(無淋巴結轉移)、pN1(1-3個淋巴結轉移)、pN2期(≥4個淋巴結轉移)；CRM、EMVI、神經侵犯和脈管癌栓均分為陽性組和陰性組。

5.統計學分析

結 果

1.直腸癌病理類型及分期

直腸癌根據術后病理結果分為黏液腺癌12例(圖1)，普通腺癌82例(圖2)。82例直腸普通腺癌根據術后病理分為低級別腺癌63例(G2)，高級別腺癌19例(G3)；pT1-2期共33例(5例pT1期，28例pT2期)，pT3-4期共49例(41例pT3期，8例pT4期)； pN0期56例，pN1-2期26例(15例pN1期，11例pN2期)；CRM陰性82例；EMVI陽性20例，EMVI陰性62例；神經侵犯陽性20例，陰性62例；脈管癌栓陽性24例，陰性58例。

圖1 女，50歲，直腸黏液腺癌。a)T2WI斜軸位，直腸腸腔內團塊狀混雜長T2信號影(箭)，病變累及肌層，右側局部突破肌層；b)APT-T2WI 融合圖，APT SI為3.6%，c)ADC圖，ADC值為1.53×10-3mm2/s。圖2 男，58歲，直腸普通腺癌。a)T2WI斜軸位，直腸腸腔內團塊狀稍長T2信號影(箭)，病變累及肌層；b)APT-T2WI 融合圖，APT SI 為2.5%，c)ADC圖，ADC值為0.91×10-3mm2/s。

圖3 APT SI、ADC鑒別直腸黏液腺癌與普通腺癌的ROC曲線。圖4 APT SI鑒別低級別與高級別直腸普通腺癌的ROC曲線。

2.直腸癌不同分組的APT SI、ADC值比較

兩名醫師測量APT SI、ADC值的ICC分別為0.827、0.815，一致性良好。直腸黏液腺癌APT SI、ADC值高于普通腺癌，差異具有統計學意義(P<0.001，表1)。低級別普通腺癌APT SI低于高級別普通腺癌，差異具有統計學意義(P<0.05)；其余直腸普通腺癌不同分組間APT SI及ADC值差異均無統計學意義(P>0.05，表2)。

3.APT SI、ADC值在直腸黏液腺癌與普通腺癌鑒別以及普通腺癌病理分級中的ROC曲線分析

APT SI鑒別直腸黏液腺癌與普通腺癌的AUC為0.936，最佳診斷閾值為2.5%時，診斷敏感度為1.13×10-3mm2/s時，診斷敏感度和特異度分別為85.4%和100%。APT SI和ADC值的AUC差異無統計學意義(Z=1.603，P=0.108)，見圖3。APT SI在低級別與高級別普通腺癌鑒別中的AUC為0.728，以2.5%作為最佳診斷閾值，其診斷的敏感度為87.5%，特異度為52.6%(圖4)。

表1 直腸癌不同病理類型APT SI及ADC值的比較

和特異度分別為76.8%和100%。ADC值鑒別直腸黏液腺癌與普通腺癌的AUC為0.982，最佳診斷閾值

表2 直腸普通腺癌不同分組APT SI及ADC值的比較

討 論

常規高分辨率MR成像，特別是小FOV、薄層T2WI橫軸面序列能提供直腸癌術前分期的情況，但無法提供功能學方面的信息。DWI是一種較成熟的MR功能成像技術，通過探測組織內水分子的擴散運動來反映生理或病理狀態下組織微環境變化的情況，但容易受到腸蠕動偽影干擾。CEST成像是在磁化轉移和化學交換理論基礎上發展起來的一種新型磁共振分子影像技術，APT成像技術是其中一種最先進入臨床的分支，通過定量酰胺質子磁化轉移比例反映蛋白質濃度，是目前唯一可以在體、無創、無輻射、無示蹤劑來探測游離蛋白質含量的技術。

黏液腺癌是直腸腺癌的一種常見亞型，預后較差，對新輔助放化療不敏感，病理上腫瘤黏液成分超過50%[12]，術前活檢常因取材有限難以對其進行準確的組織學分型，黏液腺癌有一定特點，T2WI多表現為高或稍高信號，但有時信號混雜，與普通腺癌鑒別困難。本研究中直腸黏液腺癌APT SI高于普通腺癌，根據文獻報道，APT SI主要取決于內源性移動蛋白及多肽，也受細胞內PH環境的影響，此外，細胞密度、黏蛋白以及新生血管生成也會影響其信號值[13-14]。黏液腺癌以腫瘤細胞高黏液分泌為特征，可能是導致APT SI較高的原因。直腸黏液腺癌ADC值高于普通腺癌，與之前研究結果相一致[15]，考慮因為腺癌細胞漂浮于黏液中，排列較疏松，水分子擴散運動受限相對小，所以ADC值較高。APT SI的ROC曲線下面積稍低于ADC值，但兩者間差異無統計學意義，表明APT、ADC參數有助于直腸黏液腺癌的鑒別診斷，對治療方案的選擇具有重要意義。

組織學分級是影響直腸癌預后的重要因素之一，本研究中低級別普通腺癌的APT SI低于高級別腺癌，這與既往研究一致[9-10]，APT有助于鑒別直腸癌的病理分級。Sotirios等[16]研究發現APT可以鑒別低級別與高級別膠質瘤，并可以預測組織病理級別。Yin等[17]研究表明，APT SI在前列腺癌中明顯高于良性前列腺增生，并與Gleason評分有很強的相關性。這些研究均表明惡性腫瘤的APT SI明顯高于良性或正常組織，且隨著病理級別的而增加，高級別腫瘤中APT SI較高可能與大量蛋白質生成、細胞增殖迅速和新生血管生成有關。本研究中ADC值在高級別與低級別直腸癌中差異無統計學意義，與郭達等[18]研究不一致，與Zhu等[19]研究一致，DWI能否鑒別腫瘤分級尚需進一步研究。

直腸癌的分期與無病生存和局部復發密切相關，本研究采用術后病理回顧性分析APT SI、ADC與腫瘤分期的相關性，APT SI在pT1-2與pT3-4期、pN1-2與pN0期差異無統計學意義，既往研究顯示T分期晚期和淋巴結轉移時APT SI較高，與本研究結果不一致[9-10]，考慮與既往研究未納入T1或T4期病例，N分期陽性率不同有關。本研究中ADC在pT1-2與pT3-4期、pN1-2與pN0期差異無統計學意義，表明不同TN分期腫瘤微環境差異可能不大，林曉君等[20]報道ADC圖像紋理分析可用于鑒別直腸癌AJCC分期Ⅰ～Ⅱ期與Ⅲ期，即pN0期與pN1-2期。

EMVI指腫瘤所在腸管固有肌層外的血管腔內出現腫瘤浸潤，EMVI陽性是直腸癌的獨立預后因素，與局部復發、遠處轉移、腫瘤相關死亡等不良事件密切相關。Chen等[10]研究發現EMVI陽性者的APT SI高于EMVI陰性者，但本研究顯示EMVI不同分組間APT SI的差異無統計學意義，考慮可能與EMVI狀態的陽性率不同有關(本研究中為24.4%，既往研究中為50.8%)，判斷EMVI狀態仍需要結合高分辨T2WI圖像以提高診斷的準確性。本研究中不同分組的ADC值差異無統計學意義，張景等[21]發現DWI腫瘤體積測量可以幫助判斷EMVI狀態。CRM，即全直腸系膜切除術(total mesorectal excision，TME)的手術切緣，CRM陽性者局部復發率高、生存率低，需采用術前新輔助放化療以縮小腫瘤、降低腫瘤分期，本研究中環周切緣均為陰性，考慮因為術前CRM懷疑陽性者進行新輔助治療而未納入本研究。

神經侵犯與脈管癌栓也是關系到直腸癌復發、轉移和術后輔助治療的病理因素，本研究中APT SI、ADC在神經侵犯、脈管癌栓不同組間中差異無統計學意義，謝玉海等[22]報道ADC值可以鑒別神經脈管侵犯，與本研究結果不一致，考慮可能與分組不同有關，既往研究將神經脈管侵犯合為一組，而本研究將神經與脈管侵犯分開進行分析。

本研究存在一定的局限性：首先，本研究收集直腸癌的病理類型相對較少，未納入淋巴瘤、神經內分泌腫瘤等，需要進一步擴大樣本量繼續研究。其次，本研究排除了進行新輔助治療的直腸癌患者，可能會造成選擇的偏倚。最后，本研究未將APT SI、ADC與Ki-67、P53等免疫組化指標進行相關性分析，需要在以后工作中收集完整資料進行下一步研究。

綜上，在直腸癌中，APT可反映腫瘤組織微結構的復雜性，并間接反映腫瘤細胞增殖程度，有助于直腸黏液腺癌與普通腺癌的鑒別，可幫助預測直腸癌患者的病理分級。