表观弥散系数值在直肠癌术前分期中的应用

朱 兰 张 欢 严福华 潘自来

作者单位：上海交通大学医学院附属瑞金医院放射科



表观弥散系数值在直肠癌术前分期中的应用

朱 兰 张 欢 严福华 潘自来

作者单位：上海交通大学医学院附属瑞金医院放射科

【摘要】目的：探讨磁共振弥散加权成像（DWI）的定量指标表观弥散系数（ADC）在直肠癌术前分期中的应用价值。方法：回顾性分析经手术病理证实的直肠腺癌患者34例（突破固有肌层19例为B组，未突破15例为A组），均于术前约一周内行磁共振检查，扫描序列包括T2WI和DWI（b=0，1000s/mm2）。两名医生分析图像，统计分析T2WI区分两组病灶的特异度、敏感度、阴性预测值及阳性预测值。DWI图像上测量并分析两组病灶ADC值是否具有差异，通过ROC分析得出最佳诊断阈值及敏感度和特异度。计算组内相关系数衡量两名医生的测量一致性。采用ROC方法比较ADC与T2WI在病灶是否突破固有肌层诊断方面的差异。结果：T2WI图像上诊断为未突破6例，突破28例，特异度、敏感度、阴性预测值及阳性预测值为40%、100%、100%、67．7%。A组ADC值（1．102±0．173）×10-3mm2/s明显高于B组的（0．880±0．008）×10-3mm2/s（t=4．588，P＜0．05），ROC曲线分析获得最佳诊断阈值为0．923×10-3mm2/s，曲线下面积为0．902，敏感度及特异度为84．2%，86．7%。采用配对ROC方法比较ADC值与T2WI区分两组的准确性具有统计学意义（Z=2．025，P＜0．05）。结论：与常规T2WI相比，ADC值的应用可提高判断术前直肠癌病灶是否突破固有肌层的特异度。

【关键词】直肠癌；T分期；磁共振弥散加权成像；表观弥散系数

中国医学计算机成像杂志，2016，22：44-48

上海市科委医学引导项目134119a5900

国家临床重点专科建设项目

Chin Comput Med Imag，2016，22：44-48

Department of Radiology Ruijin Hospital, Shanghai Jiaotong University School of Medicine

Address: No.197 Ruijin Er Road, Shanghai 200025,P.R.C

Address Correspondence to PAN Zi-lai （E-mail: zilaipanlilly@163.com）

结直肠癌是消化系统常见的恶性肿瘤之一，其中直肠癌约占1/3。尤其在我国，其发病率及死亡率成上升趋势［1］，手术切除仍是其主要治愈方式。进展期直肠癌患者（术前诊断病灶已突破固有肌层和/或淋巴结转移者）术前进行新辅助放化疗可提高保肛率，降低复发率［2］，但过度的放化疗可导致肠道及性功能损害［3］，所以选择合适的病人接受术前新辅助放化疗至关重要。磁共振成像（MRI）是目前最常用的直肠癌术前分期的手段，特别是高分辨率MRI及相控阵线圈的应用，对评估直肠癌术前TN分期、脉管侵犯、直肠系膜筋膜及腹膜反折的累及情况均具有很高的准确率［4-6］。磁共振扩散加权成像（DWI）是观察活体组织中水分子的微观弥散运动的一种功能成像技术，常用ADC 值定量反映组织中水分子的扩散特性，间接反映局部组织细胞密度，新生血管数目及其血管化程度，基质含量及细胞膜完整性等组织病理生理状态。DWI最先应用于中枢神经系统病变的诊断，目前也逐渐应用于对直肠癌的诊断及新辅助放化疗疗效监测［7］。本文旨在通过测量DWI的定量指标参数表观弥散系数（ADC）来提高直肠癌术前分期的特异性。

方 法

1．临床资料

收集本院2014年4月至2015年2月间经手术病理证实的直肠癌患者34例，其中男23例，女11例，年龄35～81岁（平均年龄56岁）。入组标准：所有病人均为原发直肠癌患者；术前均未接受新辅助放化疗；术前均进行磁共振扫描T2WI、DWI；MRI检查后短期（2～9天）内接受根治手术。排除标准：盆腔接受过放化疗；直肠癌复发患者；未行磁共振检查者。以术后病理结果为金标准，按照病灶是否突破固有肌层分为未突破组（A）与突破组（B）两组，A组包括T1期和T2期，共15例，B组包括T3期及T4期，共19例。

2． MRI检查方法

本院采用西门子（Siemens Aera 1．5T ），病人于扫描前2小时用短柄开塞露两支清洁肠道，扫描体位为仰卧位，扫描序列包括矢状位T2WI，轴位T2WI、冠状位T2WI和弥散加权成像（DWI）（b=0，1000s/mm2）（详细参数见表1），扫描遵照划线标准为：轴位为垂直于病灶长轴，冠状位为平行于病灶长轴，扫描范围上至骶岬或病灶上缘5cm，下至肛缘。总扫描时间约为17min。

3．图像分析

3．1 常规T2WI图像：由两名5年盆腔放射诊断经验的放射科医生在不知病理结果的前提下分析T2WI图像，按照AJCC第七版标准［8］，根据病灶浸润深度进行T分期（Tx：无法评估；Tis：病灶局限于上皮内或固有层；T1期：病灶侵及黏膜下层；T2期：病灶侵及固有肌层；T3：病灶突破固有肌层；T4a：病灶累及腹膜反折；T4b：病灶侵犯邻近组织脏器）；根据病灶是否突破固有肌层，将T1及T2分入A组，T3及T4分入B组，意见不一致时协商取得一致（见组图1）。

3．2 ADC值测量：ADC图在DWI序列扫描结束时自动产生。两名经验丰富的放射科医生参照DWI图像，在DWI图上划感兴趣区（ROI），并将ROI复制到ADC图上，测量病灶的ADC值，ROI以包括层面内肿瘤最大范围为准，同时避开坏死囊变区，每个病灶测三次，以平均值作为病灶的最终ADC值。

4． 统计学分析

运用Medcalc 14．0和SPSS 16．0软件进行统计学分析。参照病理结果，统计分析T2WI图像判断病灶是否突破固有肌层的特异度、敏感度、阴性预测值及阳性预测值。A、B两组间ADC值采用两独立样本t检验。并绘制ROC曲线，计算曲线下面积、最佳阈值及其相应的敏感度和特异度。采用ROC方法比较ADC值与T2WI判断病灶是否突破固有肌层的差异。对两名医生测量的ADC值进行一致性检验，ICC值≤0．6说明一致性较差， ICC值在0．61～0．80之间，说明一致性较好，ICC值≥0．81认为两者一致性非常好。P＜0．05认为具有统计学意义。

结 果

1． T2WI 图像分析结果

34例患者根据常规T2WI图像的判断结果为A 组6例，B组28例，其中A组包括T1期 2例，T2期4例，B组包括T3期19例，T4期9例，T2WI判断病灶是否突破固有肌层的特异度、敏感度、阴性预测值及阳性预测值分别约40%、100%、100%、67．9%（表2）。

2． DWI定量分析结果

根据DWI图像及ADC图像测得A、B两组的ADC值分别为（1．102±0．173）×10-3mm2/s，（0．880±0．008）×10-3mm2/s，两组有统计学差异（t=4．588，P＜0．05）（见图3），ROC曲线下面积为0．902（95% CI 0．798～1．066），ROC曲线得到的最佳阈值为0．923×10-3mm2/s，此时ADC值判断病灶是否突破固有肌层的敏感度及特异度分别为84．2%，86．7%（见图4）。两名医生ADC测量结果一致性非常好，ICC值为0．853。

3．DWI和T2WI的比较

采用ROC方法比较ADC值与T2WI判断病灶是否突破固有肌层的差异，两者间差异具有统计学意义（P＜0．05）。

图1 66岁男性病人。A．矢状位示病灶位于直肠中段； B．轴位示稍低信号的病灶占据约1/2肠周，固有肌层结节状突出，见多发条索影； C．DWI图像灶表现为信号增高； D．ADC图测量ADC值为1．202×10-3mm2/s；术后病理证实病灶浸润至固有肌层，未突破，周围多发纤维条索

表1 MRI扫描参数

表2 T2WI判断病灶是否突破固有肌层的结果

图3 A、B两组ADC值结果。

图4 A、B两组ADC值的ROC曲线图。

讨 论

磁共振扩撒加权成像（DWI）利用不同组织内水分子扩散性能不同而成像，局部组织细胞密度，新生血管数目及其血管化程度，基质含量及细胞膜完整性等均可影响组织DWI图像特点。然而DWI图像分辨率较低，对肠壁的分层（黏膜层、黏膜下层、固有肌层等结构）难以显示，因此单纯应用DWI 进行术前T 肿瘤分期难度较大。依据单指数模型产生的定量参数表观弥散系数（ADC），ADC值反映病灶的表观弥散性能，与肿瘤分化程度及肿瘤内部细胞的密度之间有相关性。肿瘤组织核浆比增高，肿瘤细胞增多且排列紧密，细胞外间隙减小，水分子扩散受限，导致ADC 值降低，即肿瘤恶性程度越高，肿瘤细胞增生越活跃，水分子受限越明显，则相应的ADC值越低。 Bäuerle等人的研究表明，直肠癌患者肿瘤的ADC值与正常直肠壁有显著差异［9］，本研究根据直肠癌病灶是否突破固有肌层分为未突破和突破两组，未突破组的ADC值明显大于突破组，ADC值分别为（1．102±0．173）×10-3mm2/s，（0．880±0．008）×10-3mm2/s，两者具有统计学差异（P ＜0．01），这是因为，病灶突破固有肌层是病灶发展浸润的结果，也就是突破组的病灶的恶性程度要高于未突破组，这与Sun及Boone 的研究结果一致，病灶的ADC值与直肠癌原位病灶的浸润深度密切相关，随着浸润深度的增加，病灶的ADC值降低［10-11］。

手术切除虽然是直肠癌患者最常用的治愈方式，但对进展期直肠癌进行术前放化疗可有效降低原位复发率及提高保肛率［2］，高分辨MRI对评估直肠癌原发灶TN分期，直肠系膜筋膜（MRF）、腹膜反折、肛提肌显示或累及情况及肿瘤外脉管侵犯（EMVI）均具有较高效能［5，12］。其中T、N分期及直肠系膜筋膜的累及与否与手术方式相关，特别是T分期。但由于受瘤周的促纤维结缔组织反应，血管穿行，炎性反应及磁共振扫描层厚、层间距的影响，在临床工作中经常出现误判，高估或低估T分期，虽然很多研究发现病灶的信号强度、形态（针状、结节状）等有助于判断病灶是否突破固有肌层［13］，但是准确率波动于59～95%［12，14，15］，本研究中，利用T2WI判断直肠癌病灶是否突破固有肌层的特异度、敏感度、阴性预测值及阳性预测值分别约40%、100%、100%、67．7%，而利用ADC值判断直肠癌病灶是否突破固有肌层的ROC曲线下面积为0．902，以0．923×10-3mm2/s为阈值，此时ADC值判断病灶是否突破固有肌层的敏感度及特异度分别为84．2%，86．7%，特异度明显提高，敏感度稍有下降，两种方法差异具有统计学意义。特异度的提高意味着过度分期的可能性降低，避免了不合适的术前放化疗，提高手术治愈率，减轻患者负担。敏感度较常规T2WI有所下降，即有低估T分期的风险，可能增加了复发及远处转移的可能性，但随着对病灶浸润深度与预后之间的关系的认识增加，病灶突破固有肌层小于5mm与未突破固有肌层的患者预后并无明显差异［16］。

本次研究不足之一在于样本量小，所得的ROC曲线诊断最佳阈值尚不足以推广，需要更大的样本量才能获得可推广的阈值。其次，由于黏液腺癌及印戒细胞癌在直肠的发生率低，本次研究过程中，只有1例经肠镜活检证实的低分化黏液腺癌，因已远处转移未接受磁共振检查及手术治疗而未能入组。黏液腺癌及印戒细胞癌因病灶内部含较多黏液，在T2WI上具有比较特征的表现，即病灶表现为明显的信号增高，与普通腺癌的稍低信号不同，病灶内部组织弥散受限并不显著，ADC值一般较大［17］。最后，大量的研究表明病灶未突破固有肌层与突破固有肌层部分小于5mm患者的预后无明显差异， 因此根据病灶突破固有肌层的深度可将T3分期分为T3a（＜1mm），T3b（1～5mm）及T3c（≥5mm），而T3aN0的患者并不需要进行术前新辅助放化疗［18］，本研究未能将此考虑入分组，可能存在一些偏倚。

总之，与常规T2WI相比，ADC值的应用可提高直肠癌患者病灶是否突破固有肌层的特异度。

参 考 文 献

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The Value of Diffusion-weighted Magnetic Resonance Imaging in the Staging of Preoperative Primary Rectal Cancer

ZHU Lan，ZHANG Huan，YAN Fu-hua，PAN Zi-lai

【Abstract】Purpose: To explore the performance of apparent diffusion coefficient （ADC） value in the T staging of preoperative primary rectal cancer. Methods：MR examination including T2-weighted imaging（T2WI）and diffusion-weighted magnetic resonance imaging（DWI）of 34 surgically resected rectal adenocarcinomas in 33 patients was retrospectively analyzed. Pathological examinations revealed 15 T1-T2 （Group A） and 19 T3-T4 （Group B） rectal adenocarcinomas. Two experienced radiologists reviewed the images and classified T staging of each tumor on T2-weighted imaging by mutual agreement. The diagnostic sensitivity, specificity, positive predictive value （PPV） and negative predictive value （NPV） of T2WI for T staging were evaluated based on pathological results. Two experienced radiologists drew regions of interest （ROI） on the DWI images and ADC map to calculate mean ADC value of each tumor, and inter-observer agreement between the two radiologists was calculated. Receiver operating characteristic （ROC） analysis was used to analyze and compare the difference of ADC value and T2WI in differentiating T1-2 group and T 3-4 group. Results: On T2WI, the specificity, sensitivity, PPV and NPV was 40%, 100%, 100% and 67.7%, respectively. The mean ADC value of Group A was （1.102±0.173）×10-3mm2/s, which was higher than that in Group B whose mean ADC value was （0.880±0.008）×10-3mm2/s （P＜0.05）, and the inter-book=50,ebook=50observer agreement was perfect, the intra-class correlation coefficient （ICC） was 0.853. The ADC value threshold for differentiating Group A from Group B was 0.923×10-3mm2/s. When the ADC value threshold was used for the diagnosis, the area under curve （AUC） of was 0.902, and the sensitivity was 84.2% and specificity was 86.7%. The difference in T staging between T2WI and ADC value was with statistical significant （P＜0.05）. Conclusion: ADC value can be used to improve the specificity in judging whether the muscularis propria layer was invasted by the lesion.

【Key words】Rectal cancer；T staging；Diffusion-weighted magnetic resonance imaging；Apparent diffusion coefficient

收稿时间:（2015.07.07;修回时间：2015.11.20）

基金项目：国家自然科学基金 No. U1532107，81171312，81272746，

通信作者：潘自来 （电子邮箱：zilaipanlilly@163.com ）

通信地址：上海市黄浦区瑞金二路197号，上海 200025

中图分类号：R445.2

文献标志码：A

文章编号：1006-5741（2016）-01-0044-05