IVIM-DWI對可切除性胃腺癌脈管侵犯的預測價值

楊慧遠,曲金榮,王藝,黎海亮,吳越,趙衛杰,李靖

胃癌是全球第5常見的惡性腫瘤,病死率位居第3位[1]。根治性手術是胃癌的標準治療方案,但約26%患者出現術后早期復發[2-3]。研究顯示脈管侵犯(lymphovascular invasion,LVI)與胃癌早期復發密切相關,聯合LVI狀態和TNM分期有助于提高預后管理的精準性[4]。目前LVI的診斷仍依賴于術后病理檢查,缺少可靠的方法進行術前無創性預測。功能MRI序列,如DWI及其定量參數表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient,ADC),能無創性量化腫瘤特征及早期評估療效[5],但無法準確區分組織內水分子擴散信息與灌注信息。體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion,IVIM)DWI采用雙指數模型算法,能從體素水平分離出擴散系數(D)、灌注系數(D*)及灌注分數(f)等定量參數[6],這些參數可反映活體組織內水分子的擴散運動和微循環灌注信息[7-8]。目前,已有學者將IVIM-DWI應用于術前輔助胃癌分期及治療后的療效評估[9-10],但尚未見將其應用于評估脈管侵犯的文獻報道。本研究嘗試將IVIM-DWI應用于術前預測胃腺癌患者脈管侵犯情況,旨在提高對可切除胃癌患者風險分類的準確性。

材料與方法

1.臨床資料

本研究通過了本院倫理委員會的審批(2021-KY-0023),所有患者簽署了知情同意書。

前瞻性連續性收集2021年1月-2022年5月在本院擬行手術治療的胃腺癌患者。入組標準:①經內鏡證實為胃腺癌并擬行手術治療;②術前臨床TNM分期(clinical TNM,cTNM)評估為可切除胃癌(cT1～cT4a,N0～N1,M0);④術前1周內行常規序列MRI平掃及IVIM-DWI掃描。排除標準:①病灶最大徑<10 mm;②IVIM-DWI圖像質量差;③術后病理證實胃癌的病理類型為非腺癌。共收集84例患者,排除11例(5例因呼吸運動偽影導致IVIM-DWI圖像質量較差,3例術后病理診斷為非腺癌,3例因腫瘤直徑<10 mm導致無法準確勾畫ROI),最終入組73例。

2.MRI掃描方法

使用Siemens Magnetom Prisma 3.0 T磁共振掃描儀。檢查前禁食、禁水8 h,掃描前10 min肌內注射鹽酸消旋山莨菪堿10 mg并飲溫水800 mL充盈胃腔,囑咐患者在掃描過程中盡量保持均勻緩慢呼吸,各序列掃描參數如下。①橫軸面T1WI:采用容積內插屏氣(volumetric interpolated breath hold examination,VIBE)序列,TR 2.72 ms,TE 0.95 ms,視野360 mm×360 mm,層厚3.0 mm,激勵次數1,矩陣224×384;②橫軸面壓脂T2WI:采用自動呼吸觸發壓脂TSE序列,TR 4500～7800 ms,TE 98 ms,視野287 mm×287 mm,層厚5.0 mm,激勵次數2,矩陣276×284;③單指數模型DWI序列:采用逐層動態勻場技術(integrated specific slice dynamic shim,iShim),b值為50、800 mm2/s,TR 4500 ms, TE 61 ms,視野360 mm×360 mm,層厚5.0 mm,矩陣216×256,激勵次數2;④IVIM-DWI采用iShim技術,TR 3200 ms,TE 56 ms,視野340 mm×340 mm,矩陣216×256,層厚5.0 mm,層間距0.5 mm,共12個b值,分別為0、25、50、75、100、200、400、600、800、1000、1200和1600 s/mm2。

3.圖像后處理

由兩位具有5年以上診斷經驗的主治醫師在不知曉病理結果的情況下,分別利用FuncTool軟件包中的MADC軟件獨立完成分析和測量。參照橫軸面壓脂T2WI,在b=800 s/mm2的IVIM-DWI圖像中選擇腫瘤最大層面,沿腫瘤邊緣手動勾畫ROI后,即可自動獲得D、D*及f值和對應的偽彩圖。在常規DWI(b=50、800 s/mm2)自動衍生的ADC圖上選擇相同位置和大小的ROI測量病灶的ADC值。腫瘤厚度:在橫軸面壓脂T2WI中選擇腫瘤最大層面,測量與其長軸垂直的最大短徑。

4.病理學分析

手術中取材的全部腫瘤標本進行脫蠟、制片和HE染色,由一位具有9年工作經驗的病理醫師閱片,脈管侵犯陽性的診斷標準:鏡下顯示腺癌細胞浸潤至周圍小血管和淋巴管,相應管腔內出現明確的腫瘤細胞鑲嵌和粘附。同時記錄其它病理指標,包括病理T分期、分化程度和Lauren分型及鄰近淋巴結轉移情況。

5.統計學分析

統計學分析使用SPSS 22.0和Medcalc 17.2軟件。首先采用Kolomogorov-Smimov檢驗分析計量資料是否符合正態分布,符合正態分布時數據以均數±標準差表示,不符合則以中位數(四分位數)表示。采用組內相關系數(intraclass correlation coefficient,ICC)分析兩位閱片者測量的各參數值的一致性,ICC<0.40、0.40～0.59、0.60～0.74和0.75～1.00分別代表一致性差、中等、好和非常好[11]。采用student-t檢驗或Mann-WhitneyU檢驗比較兩組間連續變量值的差異。采用卡方檢驗或Fisher’s確切概率法比較分類資料的差異。采用Logistic回歸分析篩選脈管侵犯的獨立危險因素。采用ROC曲線評估MRI各定量參數預測脈管侵犯的效能,并計算AUC、敏感度、特異度、陽性預測值、陰性預測值及最佳閾值。采用Delong檢驗比較各參數之間AUC的差異。以雙側P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.臨床病理特征

73例中,男48例、女性25例,年齡39～81歲,平均(60.7±10.4)歲。腫瘤厚度10.60～39.12 mm,平均(18.63±6.87) mm。LVI組49 例(67.12%,圖1),無LVI組24例。兩組之間病理T分期、淋巴結轉移及腫瘤分化程度的差異有統計學意義(P<0.05),其它臨床和病理資料的組間差異無統計學意義(P>0.05),詳見表1。

圖1 賁門及小彎側低分化胃腺癌患者,男,76歲,術后病理證實存在脈管侵犯。a)術前橫軸面壓脂T2WI,示腫瘤位于賁門,呈均勻的稍高信號,在此腫瘤最大層面上測量其厚度為21.90 mm;b)DWI(b=800 s/mm2)圖,顯示腫瘤呈明顯高信號,選擇腫瘤最大實性層面沿其輪廓手動勾畫ROI(玫紅色);c)ADC圖,顯示腫瘤呈低信號(紅箭),ADC值為0.977×10-3mm2/s;d)D偽彩圖,藍色色階代表參數值較低,紅色代表參數較高,胃壁腫瘤病灶區域呈綠色,其D值為0.854×10-3mm2/s,低于正常胃壁;e)D*偽彩圖,藍色色階代表參數值較低,紅色代表參數較高,胃壁腫瘤病灶區域呈藍綠色為主混雜色階,其D*值為9.56×10-3mm2/s,與胃壁差異不顯著;f)f偽彩圖,藍色色階代表參數值較低,紅色代表參數較高,胃壁腫瘤病灶區域呈綠色和紅色表現,其f值為0.462。

表1 有、無LVI組臨床和病理特征的比較

2.一致性分析

兩位醫師測量的腫瘤厚度、ADC、D、D*和f值的ICC分別為0.974(95%CI:0.934～0.989)、0.925(95%CI:0.900～ 0.944)、0.945(95%CI:0.911～0.978)、0.878(95%CI:0.792～0.943)和0.893(95%CI:0.829～0.951),一致性均非常好。

3.ADC和IVIM-DWI參數值的組間比較

ADC和IVIM-DWI參數值的組間比較結果詳見表2。有、無脈管侵犯組間ADC、D和f值的差異均有統計學意義(P<0.05),而D*值的差異無統計學意義(P>0.05)。

表2 兩組間胃癌病灶ADC及IVIM-DWI參數值的比較

4.ADC及IVIM-DWI參數值預測脈管侵犯的效能

多因素Logistic回歸分析結果詳見表3。f值和腫瘤厚度是胃癌伴有LVI的獨立危險因素,其OR值分別為686.801和1.302。Hosmer-Lemeshow檢驗顯示聯合兩者預測LVI的概率與實際LVI發生率的一致性較高(χ2=7.424,P=0.593)。

表3 胃腺癌脈管侵犯的危險因素

采用ROC曲線分析對組間差異有統計學意義的定量參數及聯合模型的診斷效能進行評估,結果見表4和圖2。結果顯示:ADC、D、f、腫瘤厚度和聯合模型(f+腫瘤厚度)均能有效評估脈管侵犯(P<0.05),其中以聯合模型的AUC(0.897)最大,其次為腫瘤厚度(0.821)。

圖2 ADC、D、f、腫瘤厚度及聯合模型(D+腫瘤厚度)術前預測胃腺癌脈管侵犯的ROC曲線,聯合模型的AUC為0.897,大于腫瘤厚度(AUC=0.821)、D(AUC=0.792)、f(AUC=0.727)和ADC(AUC=0.686)的AUC。

表4 DWI參數和腫瘤特征評估胃腺癌脈管侵犯的效能

采用Delong檢驗比較各參數及聯合模型AUC的差異,結果顯示聯合模型的AUC顯著高于ADC(Z=3.016,P=0.003)和 f(Z=2.815,P=0.004),而與D和腫瘤厚度之間AUC的差異無統計學意義(Z=1.196,P=0.055;Z=1.947,P=0.052);單一參數的AUC進行兩兩比較,結果顯示腫瘤厚度的AUC高于ADC(Z=2.032,P=0.042),其余參數之間AUC的差異均無統計學意義(P>0.05)。

討 論

本研究通過前瞻性將IVIM-DWI序列用于可切除性胃癌的術前評估,探討其定量參數術前預測LVI的潛能,初步證實D和f值能較準確地預測胃癌患者的LVI狀態,f和腫瘤厚度是LVI的獨立預測指標,聯合兩者可進一步提高預測效能。

LVI是腫瘤細胞浸潤血管和淋巴管結構的過程,是胃癌區域擴散的重要途經[3]。研究證實腫瘤血管生成與LVI高度相關[12]。血管內皮生長因子能同時誘導新生血管和淋巴管生成[13],促使腫瘤細胞侵入脈管結構[13-14],增加腫瘤細胞進入血液循環的風險。Fujita等[15]發現LVI是影響胃癌患者術后復發的獨立危險因素,有LVI者術后復發率高達76.67%(23/300),顯著高于LVI陰性組的0.99%(1/101)。Lu等[4]研究發現無淋巴結轉移的胃癌人群中,LVI陽性者的3年和5年生存率分別為78.3%和70.0%,均顯著低于LVI陰性組的92.5%和88.3%,他們推薦將LVI納入TNM系統以期提高個體化預后。盡管LVI具有重要的預后意義,但確定有無LVI卻只能依靠手術后病理診斷,具有滯后性,無法用于早期風險評估,因此篩選與LVI密切相關的術前影像學指標具有重要的臨床意義。Ma等[16]基于多期增強CT的強化特點來無創性預測LVI,但常規CT檢查缺少功能學參數,無法全面準確地反映胃癌的特性[16]。近期研究基于能譜CT的碘基值術前評估LVI,但能譜CT有其固有局限性,如輻射損害較大、軟組織分辨率低等[17]。雖然有文獻報道,基于常規CT圖像構建的影像組學模型預測LVI的效能較高,但其結果缺少獨立的外部驗證、泛化性較差[18]。IVIM-DWI是功能MRI序列,在胃癌的評估等方面的應用日益增多,近期Zeng等[9]對IVIM-DWI術前評估胃癌分期的潛能進行了分析,結果提示較低的D值與較高的TN分期相關。IVIM-DWI參數D聯合動態增強MRI定量參數在預測胃癌新輔助化療療效時的AUC為0.922,且與患者中位及2年無復發生存率密切相關[10]。上述研究初步證實了IVIM-DWI在胃癌評估中的應用價值,其定量參數可無創性量化腫瘤細胞密度和微循環灌注狀態,為術前評估LVI提供新的功能學成像方法。

本研究結果顯示LVI組的ADC和D值均低于無LVI組,可能的原因是腫瘤侵犯脈管結構,導致腫瘤細胞數目增多,細胞外間隙縮小,水分子擴散受限,造成ADC和D值下降。研究發現ADC值雖然主要反映水分子擴散運動的情況,但也受到毛細血管網灌注效應的影響[6]。IVIM-DWI參數中的D排除了微循環灌注的干擾,能反映真實的腫瘤組織的擴散情況,因此較ADC具有更高的預測效能,與既往研究結果一致[7,9-10]。D*反映微循環狀態,理論上講脈管侵犯時腫瘤新生血管增多,導致微循環灌注增高。本研究結果顯示LVI組的D*值雖較高,但與無LVI組之間的差異無統計學意義(P>0.05)。筆者認為,這一結果可能與腺癌少血供的特點有關[19],也可能與樣本量和低b值的選擇有關。D*的計算依賴于成像時較多的低b值(≤200 s/mm2)采集,其測量值易受噪聲的影響,穩定性和可重復性較低[20],因此,D*值術前評估胃癌LVI的價值需進一步驗證。既往的研究顯示f值有助于鑒別胃癌N分期[9],但不能有效預測新輔助化療療效[10]。f代表微循環灌注因素占總體擴散狀態的比例,與毛細血管通透性和毛細血管網密度密切相關[21]。本研究中LVI組的f值較低,其機制尚不清晰,可能是有LVI時腫瘤細胞浸潤脈管結構,影響毛細血管通透性所致[7-10,21]。

本研究結果顯示腫瘤厚度是LVI的獨立危險因素,即較大的腫瘤更易發生LVI。腫瘤厚度是腫瘤浸潤深度的量化體現,與淋巴結轉移和T分期呈高度正相關[22],而后兩者是促進LVI發生的關鍵因素[23]。但腫瘤厚度易受胃腔充盈程度和胃癌非球形生長方式的影響[24],其在胃癌的應用需進一步探究。有研究證實聯合LVI和病理TN分期能提高患者預后[4],即相同TN分期的胃癌患者,如有LVI則可能預后更差并適合更密集的術后輔助治療和隨訪[3,4],因此,IVIM-DWI聯合腫瘤厚度術前預測LVI,可能會助力胃癌人群的風險分類。

本研究存在一定的局限性:第一,樣本量小,只分析了胃腺癌,排除了黏液腺癌,因其ADC值較高,可能會影響預測參數的篩選和效能分析。第二,基于腫瘤的最大層面勾畫二維ROI,無法反映腫瘤的全域信息,可能存在選擇偏倚。第三,既往研究發現基于>10個b值的IVIM序列測量的定量參數值,具有最佳的可重復性[25],本研究中設置了12個b值,與其它對胃癌進行IVIM研究的結果不完全一致,如Zeng等[9]研究中采用了0～1600 s/mm2共8組b值,Zhu等[10]則設置了0～1200 s/mm2共10組b值完成IVIM序列[9-10],即胃癌IVIM序列的b值設定和應用尚未形成規范和共識,需大樣本研究進一步驗證。

總之,IVIM-DWI定量參數中的D和f值能術前有效評估胃腺癌脈管侵犯狀態,f值和腫瘤厚度是影響LVI發生的獨立危險因素,兩者聯合診斷可提高預測效能。