IVIM-MRI在評估透明細胞腎細胞癌病理分級中的價值

康欽欽，邊云，田冰，李晶，劉芳，郝強，陸建平

透明細胞腎細胞癌(clear cell renal cell carcinoma,CCRCC)占所有腎細胞癌亞型的近90%，是預后最差、轉移潛能最高的一種亞型。WHO-ISUP病理分級系統是CCRCC患者獨立的預后預測因素之一[1-3]。術前腎腫瘤穿刺活檢術對病理分級的診斷符合率僅46%～64%[4-6]。對于老年人和偶然發現的局限于腎臟的小腫瘤，積極主動監測治療方式在臨床越來越受到推薦[7,8]，故尋找一種能夠術前預測腫瘤病理分級的影像學方法有助于指導臨床的治療計劃和預后評估。體素內不相干運動擴散加權成像(intra voxel incoherent motion diffusion weighted imaging,IVIM-DWI)所獲得的表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient,ADC)值不僅能反映水分子的隨機擴散運動，還可體現毛細血管網內的微循環灌注情況[9-11]。本研究通過比較IVIM-DWI相關參數在不同病理分級CCRCC中的差異，并且尋找這些參數與腫瘤微血管密度(microvascular density,MVD)的相關性，旨在評估IVIM-DWI術前預測CCRCC病理分級的價值。

材料與方法

1.病例資料

本研究為前瞻性研究，全部病例均經手術切除及病理證實。對2013年1月-2019年12月間行超聲或CT平掃檢查懷疑腎占位擬行腎臟切除術的133例患者行IVIM-DWI檢查，此階段患者的納入標準如下:①原發性腎占位性病變且未接受過任何治療；②MRI檢查后1個月內行腎臟手術治療；③所有受檢者均無對比劑過敏病史、肝腎功能不全、腎臟血管性病變或其他泌尿系相關疾病。133例患者中包括109例透明細胞腎細胞癌和24例非透明細胞腎細胞癌。初始隊列研究的排除標準如下：①術前掃描發現肺、骨或淋巴結轉移者；②組織病理學分級不明(病理分級為Ⅱ-Ⅲ級、Ⅰ-Ⅱ分級或Ⅲ-Ⅳ級)；③圖像質量不佳；④免疫組化的腫瘤組織樣本不足。在109例CCRCC患者的初始隊列研究中，有27例患者因上述排除標準被排除在外。最終的研究隊列包括82例CCRCC患者，患者的平均年齡為52.2歲(范圍26～79歲)，其中男62例，平均年齡51.8歲(范圍26～76歲)，女20例，平均年齡54.7歲(范圍36～79歲)。根據WHO-ISUP分級結果將患者分為4組，分別為ISUPⅠ級組(n=14)、ISUP Ⅱ級組(n=47)、ISUP Ⅲ級組(n=15)、ISUP Ⅳ級組(n=6)。由于各級腫瘤樣本量較小，筆者采用Scelo等[12]推薦的方法，采用合并法將分級分為兩組，分別為高級別組(Ⅰ級和Ⅱ級，n=61)和低級別組(Ⅲ級和Ⅳ級，n=21)。本研究經醫院倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。

2.檢查方法

MRI檢查采用3.0T超導型磁共振儀(Signa HDXt,GE Healthcare,USA)。嵌入式體部線圈用于信號的激發，8通道體部專用相控陣線圈用于信號的接收。受檢者檢查前禁食6 h，取仰臥位，將8通道體部專用相控陣表面線圈置于受檢者腹壁前方，使其中心與臍和劍突連線的中點相一致，對受檢者進行呼吸訓練以減少呼吸運動偽影。

掃描序列及掃描參數: ①軸面抑脂FSE T2WI，TR 6316 ms，TE 72 ms，視野360 mm×360 mm～400 mm×400 mm，矩陣320×192，層厚5 mm，層間距1 mm，翻轉角90°，NEX 2，帶寬83.3 KHz。②自由呼吸觸發腎臟SS-EPI DWI，TR 6000 ms，TE 58.6 ms，視野360 mm×360 mm～400 mm×400 mm，矩陣130×96，層厚5 mm，層間距1 mm，翻轉角90°，NEX 8，帶寬250 KHz，設定9個b值分別為0、20、50、100、200、400、600、800、1000 s/mm2。

3.圖像處理與數據采集

本研究采用IVIM雙指數模型來計算灌注分數f、偽擴散系數D*和單純擴散系數D。雙指數模型不僅可反映組織內水分子的擴散運動，還能體現組織的微血管灌注情況，隨著b值的增大，IVIM-DWI 圖像上組織信號的衰減會受到上述這兩種因素的影響。雙指數模型的計算公式為：S/S0=(1-f)exp(-b·D*)+f exp(-b·D)，其中S 為不同b值(b>0)IVIM-DWI圖像的信號強度，S0表示b值=0時IVIM-DWI圖像的信號強度，f為灌注分數，代表局部微血管灌注情況所致的擴散占全部擴散效應的百分比。D代表單純擴散系數，反映局部組織水分子的真實擴散情況，單位為mm2/s。D*代表假性擴散系數，主要反映局部組織內與微血管灌注相關的擴散情況，單位為mm2/s[13]。

將所有患者的圖像信息上傳至GE ADW 4.4工作站，采用其自帶的后處理軟件進行圖像處理分析。由兩位具有5～10年MRI圖像閱片經驗的影像科醫生在不知病理分級的情況下進行圖像分析并取得一致意見，在獲得的后處理圖像上測量灌注分數(f)、假性擴散系數(D*)及單純擴散系數(D)值。感興趣區(region of interest,ROI)盡可能多的包括腫瘤的實性部分，盡量避開脂肪、囊變、出血壞死區域。為減少部分容積效應的影響，盡量將ROI靠近腫塊的中心位置。當腫瘤實體部分信號不均勻時，在2～3個不同的信號區域勾畫腫瘤實質的ROI，并計算以上參數的平均值，ROI面積為0.25～0.50 cm2。

4.標本的采集、處理及免疫組化染色

采用4%的中性甲醛固定溶液對標本處理后進行石蠟包埋，切片厚度為4 μm，首先進行常規H-E染色，采用WHO-ISUP核分級系統進行病理分級。分級應遵循最高原則，即當組織內腫瘤的核分級出現異質性時，應以最高分級為準，然后采用Envision法進行CD34免疫組化染色[14]。

根據Weidner等[15]報道的方法進行MVD的測量，即首先在低倍鏡視野內(×100)選取組織內MVD最高的區域，然后轉到高倍鏡視野(×400)計算5個視野的微血管數目，取平均值作為微血管密度的測量值。微血管的判斷標準：高倍鏡下與背景完全不同的棕色或褐色的內皮細胞或內皮細胞叢均作為1個血管，另外只要結構不連，分支血管也可作為1個血管計數。

5.統計學分析

利用SPSS 20.0軟件進行統計學分析。計量資料以均數±標準差表示，采用Mann-WhitneyU檢驗比較低、高級別組間腫瘤IVIM-DWI參數的差異。采用受試者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲線評估各參數值在鑒別診斷高級別與低級別組CCRCC中的效能并確定診斷閾值。低級別和高級別組CCRCC的MVD與IVIM-DWI各參數的相關性以及IVIM-DWI各參數與病理分級之間的相關性通過Spearman等級相關進行分析。以P<0.05為差異具有統計學意義。

結 果

不同病理分級CCRCC的IVIM相關參數值及MVD測量值見表1。高級別與低級別組CCRCC的D*值分別為(51.1±7.6)、(44.3±9.5)mm2/s，D值分別為(1.2±0.3)、(1.3±0.3)mm2/s，MVD測量值分別為(81.5±8.8)、(67.5±12.8)，差異均有統計學意義(P值均<0.05)。灌注分數(f)在兩組間差異無統計學意義(P>0.05，圖1)。

圖1 CCRCC患者，女，65歲，WHO-ISUP Ⅲ級，體檢發現左腎上極占位1周，近幾日肉眼血尿間歇出現，時輕時重。a)T2WI圖像；b)增強掃描實質期圖像；c)單b值DWI圖像；d)IVIM-D*圖像，相應的D*值為42.35mm2/s；e)D圖，相應的D值為1.23mm2/s；f)f圖，相應的f值為41.75%。

表1 不同CCRCC的IVIM-DWI各參數值及MVD值比較

IVIM-DWI參數、ISUP分級及MVD的相關性分析結果見表2。D*、D及MVD值均與透明細胞癌的病理分級相關，其中D*值與病理分級呈正相關(r=0.346，P<0.05)，D值與病理分級呈負相關(r=-0.315，P<0.05)。MVD值與病理分級呈顯著正相關(r=0.617，P<0.05)。灌注分數與透明細胞癌的病理分級無明顯相關性。D*值及D值均與MVD存在相關性，其中D*值與MVD呈顯著正相關(r=0.585,P<0.05)，而D值與MVD呈負相關(r=-0.337,P<0.05，圖2～5)。

表2 IVIM-DWI參數、ISUP分級、MVD之間的相關性分析

ROC曲線分析結果顯示，D值、D*值鑒別高、低級別CCRCC的ROC曲線下面積均為0.7(圖6)。D值、D*值的診斷閾值分別為1.2 mm2/s、44.4 mm2/s，敏感度分別為70.0%、60.7%，特異度分別為70%、90%。

圖6 a)D值鑒別診斷高、低級別CCRCC的ROC曲線；b)D*值鑒別診斷高、低級別CCRCC的ROC曲線。

討 論

本研究首先對82例CCRCC患者進行IVIM-DWI研究，獲得了能夠反映腫瘤組織水分子擴散情況的參數即單純擴散系數(D)、腫瘤組織內微循環血管灌注情況所導致的水分子擴散參數即假性擴散系數(D*)以及反映腫瘤組織內微血管血流灌注情況的參數即灌注分數(f)；然后對上述82例CCRCC患者的病理切片進行CD34免疫組化分析以量化腫瘤組織內MVD，以評估IVIM-DWI所獲得的相關參數與不同級別透明細胞癌MVD的相關性。本研究結果顯示D*及D值在不同病理分級CCRCC中差異有統計學意義，且兩者均與WHO-ISUP分級有一定相關性。通過免疫組化分析，本研究發現不同病理分級透明細胞癌的MVD差異有統計學意義，且與D*值呈明顯正相關，與D值呈負相關，與f值無明顯相關性。

D、D*值與病理分級：本研究結果顯示，D*值在不同病理分級CCRCC中存在統計學差異，且與CCRCC分級呈正相關(P<0.05)。以往諸多研究報道D、D*值均與細胞密度相關，細胞密度越大，D和D*值越小[16,17]。然而，另有研究報道ADC值與細胞密度無明顯相關性[18]。本研究結果顯示，不同病理分級CCRCC之間有明顯的D和D*值差異，高級別CCRCC的D*值較低級別CCRCC高，而D值較低級別CCRCC略低。筆者分析其原因可能是腫瘤的病理分級越高，血供越豐富，血流微循環所致的D*值越大，但高分級腫瘤組織的細胞粘度或細胞膜的屏障作用加強，從而使得組織內水分子的擴散運動受限，故D值減低[19,20]。本研究結果顯示，D和D*值鑒別診斷高級別與低級別CCRCC的最佳閾值分別為1.2 mm2/s和44.4 mm2/s，診斷敏感度分別為70%、60%，特異度分別為90%、70%。

灌注分數與病理分級：本研究結果顯示，f值與CCRCC的病理分級無明顯相關性(相關系數r=-0.071,P=0.526)。但也有研究發現f值與CCRCC分級呈明顯相關性，這可能是由于高級別透明細胞癌血供更豐富，血容量較低級別透明細胞癌增加的緣故[21]。由于90%以上的腎臟血容量存在于腎臟皮質內，腎皮質的平均灌注分數(f)值明顯高于腎髓質[22]。本研究得出兩者無相關性結論的原因可能與高級別CCRCC的患者數量較少有關，未來還需要加大樣本量行進一步研究。

D、D*值與MVD：相關研究分析了基于單指數模型DWI所獲得的ADC值與腫瘤組織內MVD之間的關系[23]，但其所使用的單指數模型只能反映水分子的總體擴散情況，并不能將血流灌注情況所導致的水分子擴散運動的差異表現出來。而根據Huuse等[23]研究的雙指數模型，可以更好地描述組織中信號的衰減程度與不斷增加的b值之間的關系，并且能分別得到單純反映水分子組織擴散率的參數和反映組織微循環灌注情況的定量IVIM參數。本研究結果顯示，D*和D值均與腫瘤組織的MVD顯著相關。此外，盡管惡性腫瘤的生物學行為類似，但相關研究發現D*值和f值在不同器官組織腫瘤間存在明顯差異[24]，筆者推測這種差異是由于血管灌注情況不同所導致的；本研究結果也證實了這一點，MVD與D*值顯著相關，D*值代表組織內毛細血管的微循環灌注情況，表明MVD與腫瘤的血流灌注密切相關。

灌注分數與MVD：本研究結果表明灌注分數(f)值與MVD值無明顯相關性，反映了腫瘤組織的血容量與其微血管密度無明顯相關性，腫瘤組織體積較大時，其微血管密度減低，但其血容量可能并不會低于低級別腫瘤。此外，在不同的組織器官惡性腫瘤中，D值的差異性并不明顯，這可能從側面印證了惡性腫瘤的單純水分子擴散特征可能是相似的。

MVD與組織病理學分級：腫瘤的組織病理學分級目前是CCRCC預后模型中唯一的一種基于組織學的預后指標[25]。MVD可簡單量化腫瘤組織的血管生成能力，CCRCC的血供非常豐富，故腫瘤的MVD為透明細胞癌比較標志性的免疫組化指標。MVD也是CCRCC不同病理分級的獨立預測指標。既往研究表明，不同病理分級透明細胞癌CT增強模式的差異是由血管生成能力所導致，與腫瘤組織的MVD密切相關[26]。本研究結果顯示，腫瘤組織的MVD與病理Fuhrman分級呈正相關，MVD越高，Fuhrman分級越高，這與之前的研究結果不同[27]。原因可能是本研究將Fuhrman Ⅲ及Ⅳ級患者歸為高級別組且FuhrmanⅣ級的患者僅有6例，免疫組化結果顯示Fuhrman Ⅳ級患者的MVD值最小，Fuhrman Ⅲ級的MVD較Ⅱ級腫瘤略高，故導致MVD值與病理Fuhrman分級呈正相關的結果。在以后的研究中筆者還將擴大Ⅰ級和Ⅳ級患者的樣本量進行四種病理分級的研究。

另外有一些研究表明，利用不需外源性示蹤劑的MRI技術，如動脈自旋標記成像(arterial spin labeling,ASL)，也可用于腎臟腫瘤良惡性及不同病理分級的鑒別診斷，但ASL的掃描技術及對MR灌注參數的計算較IVIM-DWI更具挑戰性[26]。未來筆者可以將ASL-DWI聯合掃描技術用于腎腫瘤的病理分級及良惡性的評估研究中，可能會進一步闡釋腎臟腫瘤特別是CCRCC的微環境。

本研究存在以下局限性：首先，本研究樣本量較小，尤其Fuhrman Ⅳ級患者只有6例，主要是多數Ⅳ級CCRCC患者發現時已經發生轉移或伴靜脈癌栓，未來還需更大樣本量的前瞻性研究來評估驗證我們的初期結論。其次，雖然當腫瘤信號不均勻時，筆者選擇2～3個實性部分區域進行ROI的勾畫，取其平均值，但為了減少容積效應盡量將ROI放置于腫瘤的中心位置，導致獲取的參數不能充分評估腫瘤組織的異質性。最后，本研究僅對腫瘤實性部分進行了IVIM-DWI分析，忽略了腫瘤的囊變壞死區域對IVIM-DWI參數的影響。故以后在對腎臟腫瘤定量影像特征的研究中還需將全腫瘤ROI技術納入研究并進行分析比較。

綜上所述，基于IVIM-DWI參數在不同病理分級CCRCC之間的差異及其與MVD的相關性，筆者認為IVIM-DWI可作為一種無創評估術前不同病理分級CCRCC的影像手段,達到術前評估預后的目的。DWI成像速度快且不需要使用外源性對比劑，對于一部分合并有侵襲性基礎疾病、適合隨訪的腎臟小腫瘤、老年人或肝腎功能不全患者具有良好的應用前景，可為臨床隨訪或主動監測提供一種無創的影像方法。