MR体素内不相干运动扩散加权成像对直肠腺癌T分期及分化程度的应用价值研究

张单霞，朱绍成，管枢，张淋，李超

MR体素内不相干运动扩散加权成像对直肠腺癌T分期及分化程度的应用价值研究

张单霞1，2，朱绍成2*，管枢1，2，张淋2，3，李超1，2

目的 通探讨体素内不相干运动扩散加权成像（intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging， IVIM-DWI）各定量参数值对直肠腺癌分期、分化程度的应用价值。材料与方法 采用GE3.0 T MR扫描仪获得48例经肠镜证实为直肠腺癌患者术前影像学资料，并收集患者术后病理资料（单纯腺癌42例，腺癌伴部分粘液腺癌6例）。利用GE AW4.5工作站对图像进行后处理，获得单纯直肠腺癌不同分期、分化程度的表观扩散系数（apparent diffusion coeffcient，ADC）、单纯扩散系数（D）、灌注相关扩散系数（D*）和灌注分数（f）值。直肠腺癌不同分期、分化程度间各参数应用ANOVA，组间两两比较采用LSD法。结果 ADC及D在直肠腺癌不同T分期及分化程度之间差异均有统计学意义，T2-T4期直肠腺癌的ADC值分别为（1.200±0.117）×10-3mm2/s、（0.913±0.104）× 10-3mm2/s、（0.786±0.450）×10-3mm2/s，D值分别为（0.737±0.055）×10-3mm2/s、（0.608±0.091）×10-3mm2/s、（0.593±0.041）×10-3mm2/s，高-低分化直肠腺癌的ADC值分别为（1.353±0.080）×10-3mm2/s、（0.984±0.028）×10-3mm2/s、（0.808±0.075）×10-3mm2/s，D值分别为（0.805±0.085）×10-3mm2/s、（0.645±0.081）×10-3mm2/s、（0.525±0.057）×10-3mm2/s，D*和f值在直肠腺癌不同 T 分期及分化程度之间差异无统计学意义。结论 直肠腺癌病灶的ADC、D值可在一定程度上反映肿瘤分期、分化特点，IVIM-DWI作为常规MR的补充序列，为临床最佳治疗方案的选择提供更多信息支持。

直肠肿瘤；腺癌；扩散加权成像；磁共振成像；体素内不相干运动

直肠癌是消化道常见的恶性肿瘤之一，如今其死亡率呈下降趋势，可能与早期筛查、诊断和更好的治疗方式选择有关。目前直肠癌的根治仍以外科手术治疗为主，TNM分期及病理分级是直肠癌预后因素中的关键因素［1］，因此对直肠癌患者进行准确的术前分期及周围器官的评估，对临床最佳治疗方案的选择及预测预后显得尤为重要。目前MRI是对直肠癌诊断、疗效评估及预测预后等方面进行全面评估的影像学手段之一。常规磁共振成像（magnetic resonance imaging， MRI）对直肠癌T分期的敏感性和特异性高达87%和75%［2］，但其仅能显示病变的形态学特征，不能反映病变的功能学特点。扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）是利用对水分子微观运动成像反映组织内部结构和病理生理学变化的功能学方法，可以提供组织功能改变的信息，提高了对病变的检出敏感性，但是DWI序列采用单指数函数模式计算方法，不能区分灌注成分和扩散成分［3］，而体素内不相干运动扩散加权成像（intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging， IVIM-DWI）利用双指数扩散衰减模式计算，其既可反映体素内组织中慢扩散成分所代表的灌注信息，又可揭示快扩散成分所代表的扩散信息，较单指数模式反映水信号的衰减情况更为精确［4］。本研究旨在探讨其在直肠腺癌术前分期、分化程度中的应用价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料

搜集河南省人民医院2015年11月至2016年5月术后病理证实为原发性直肠腺癌的患者42例，其中男23例，女19例，年龄23～84岁，平均年龄为（56.8±12.9）岁。临床表现为血便、粘液血便、大便形状改变等，患者均于术前3天内行MRI检查。

入组标准：（1）MR检查前经肠镜活检证实为直肠腺癌且术后病理证实为原发性直肠腺癌的患者；（2）术前未行放化疗及其他抗肿瘤方案治疗；（3）术前有完整的MR影像学资料，包括T2WI及IVIMDWI；（4）术后有完整的病理学结果；（5）无磁共振检查禁忌，女性患者未放置节育环。排除标准：（1）术后病理证实为直肠腺癌，部分粘液腺癌者；（2）检查依从性差，所获影像资料图像质量较差者；（3）体温＞38℃，可对组织弥散特性造成影响者。

1.2 检查方法

患者及家属均知情同意，并签署知情同意书。检查前准备：嘱患者检查前两天低渣饮食，检查前排空肠道及膀胱。扫描采用3.0 T超导磁共振仪（Discovery MR750， GE Healthcare， USA），8通道相控阵表面线圈作为接受线圈。检查时，所有患者先行轴位T2propeller、T1FSE、T2Focus FSE序列，最后行IVIM-DWI序列扫描。各扫描序列参数如下：T2propeller序列：TR=8526 ms，TE=74 ms，NEX 2，层厚5 mm，间距1 mm，FOV 30 mm，矩阵288×256。T1FSE序列：TR=711 ms，TE=minfull，NEX 1，层厚5 mm，间距1 mm，FOV 30 mm，矩阵288×256。小FOV T2FSE序列：TR=6082 ms，TE=85 mm，NEX 4，层厚3.5 mm，间距0 mm，FOV 20 mm，矩阵288×256。IVIMDWI序列：TR=2655 ms，TE=minimum，层厚5 mm，间距1 mm，FOV 30 mm，矩阵128×128。每层获得16个b值（0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1000、1200、1500、2000、2500、3000 s/mm2），b值不同，NEX不同，所对应NEX（2、3、3、3、3、2、2、2、2、4、8、8、10、12、14、16）。

1.3 图像分析

将扫描所得原始数据传送至GE AW4.5后处理工作站进行分析，IVIM模型的各项参数使用工作站Functool软件中MADC软件进行处理。由2名5年以上工作经验的放射科医师分别对检查图像进行阅片，结合高分辨T2WI序列图像找到病变位置，勾画感兴趣区（region of interest， ROI）。ROI选择在直肠肿瘤最大截面，同时避开出血、坏死灶及肠内容物进行手动勾画，此过程中注意保持对不同功能参数图中ROI选择的一致性，ROI选取类方形，面积为22 mm2。通过双指数模型计算获得IVIM各功能定量参数：标准表观扩散系数（apparent diffusion coefficient， ADC）值、单纯扩散系数（D）、灌注相关扩散系数（D*）和灌注分数（f），每个区域对ADC、D、D*、f值重复测量3次并取平均值作为最终ADC、D、D*、f值。

1.4 肿瘤病理学T分期与分化程度标准

采用国际抗癌联盟（International Union Against Cancer， UICC） 和美国癌症联合委员会 （American Joint Committee on Cancer， AJCC） 联合制定的第 7版直肠癌T 分期标准。T1期：肿瘤侵犯直肠黏膜层；T2 期：肿瘤侵犯肌层；T3 期：肿瘤穿透肌层至浆膜下或侵犯无腹膜覆盖的直肠旁组织；T4期：肿瘤穿透脏层腹膜或直接侵犯、粘连于其他脏器。

高分化：分化好的腺体占肿瘤组织的75%以上；中等分化：分化好的腺体占肿瘤组织的25%～75%；低分化：分化好的腺体少于肿瘤组织的25%。

1.5 统计学分析

图1 A为直肠癌患者的轴位T2WI像，显示右后壁局部黏膜增厚，病理证实为T1期直肠腺癌（箭指示直肠肿瘤区）；B～D分别为同一患者扩散加权像、ADC伪彩图、D伪彩图 图2 A为直肠癌患者的轴位T2WI像，显示右侧壁不规则增厚，外缘尚光整，病理证实为 T2 期直肠癌（箭指示直肠肿瘤区）；B～D分别为同一患者扩散加权像、ADC伪彩图、D伪彩图 图3 A为直肠癌患者的轴位T2WI像，显示左侧壁不规则增厚，病理证实为 T3期直肠癌（箭指示直肠肿瘤区）；B～D分别为同一患者扩散加权像、ADC伪彩图、D伪彩图 图4 A为直肠癌患者的轴位T2WI像，显示肠壁不规则增厚，周围可见条索影，病理证实为T4 期直肠癌（箭指示直肠肿瘤区）；B～D分别为同一患者扩散加权像、ADC伪彩图、D伪彩图Fig.1 A is axial T2 plan of a patient with rectal adenocarcinoma， It displays the mucosa of right rear wall is thick and the pathology confrmed the stage is T1（arrowhead represent the location of rectal adenocarcinoma）； B—D： It displays respectively the DWI， ADC， D map of the same patient with 1A. Fig.2 A is axial T2 plan of a patient with rectal adenocarcinoma， It displays the right wall is thick and the pathology confrmed the stage is T2（arrowhead represent the location of rectal adenocarcinoma）； B—D： It displays respectively the DWI， ADC， D map of the same patient with 2A. Fig.3 A is axial T2 plan of a patient with rectal adenocarcinoma， It displays the left wall is thick and the pathology confrmed the stage is T3（arrowhead represent the location of rectal adenocarcinoma）； B—D： It displays respectively the DWI， ADC， D maps of the same patient with 3A. Fig.4 A is axial T2 plan of a patient with rectal adenocarcinoma， It displays the rectal wall is thick and the pathology confrmed the stage is T4（arrowhead represent the location of rectal adenocarcinoma）；B—D： It displays respectively the DWI， ADC， D map of the same patient with 4A.

采用SPSS 17.0统计分析软件包对数据进行统计学分析，计量资料以均数±标准差（x±s）表示。直肠腺癌不同T分期、不同分化程度间IVIMDWI定量参数的比较时，若Levene方差齐性检验表明方差齐性则采用单因素方差分析，组间两两比较采用 LSD法检验；若方差不齐，则采用非参数检验，组间两两比较采用Bonferroni法检验。P＜0.05表示差异具有统计学意义。观察者之间及观察者内部各参数一致性检验采用Bland-Altman绘图分析方法。

2 结果

2.1 所有患者分期及分化程度的衡量均以术后病理结果为金标准

纳入样本术后病理T分期示：T1期1例，T2期11例，T3期19例，T4期11例，由于T1期样本量过少，可能导致统计结果出现偏倚，故T1期不列入以下比较范围。IVIM各定量参数与病变T 分期的关系如表 1所示，T2与T3期间ADC、D值95%可信区间（×10-4）分别为：3.313～4.971、0.734～1.839；T2与T4期间ADC、D值95%可信区间（×10-4）分别为：2.132～3.605、1.359～2.602；T3与T4期间ADC、D值95%可信区间（×10-4）分别为：0.537～2.010、0.143～1.248，结果显示ADC及 D 值随T分期的增加呈现逐渐下降的趋势且差异均有统计学意义（P均＜0.05），且D值较ADC值更能准确评价肿瘤T分期；D*随T分期的增加呈上升趋势，但其差异不具统计学意义（P=0.306）；f值在直肠腺癌T分期间的差异无统计学意义。不同T分期直肠腺癌癌肿在T2WI、弥散加权图、ADC和D伪彩图见图1～4。

表1 不同病理学分期的IVIM-DWI各参数值比较Tab.1 The comparison of parameters of IVIM-DWI between pathologic T stage

表2 不同组织学分化的IVIM-DWI各参数值比较Tab.2 The comparison of parameters of IVIM-DWI between histological differentation

表3 Bland-Altman方法绘图分析结果Tab.3 The results of Bland-Altman method

2.2 纳入样本术后病理组织学分化程度

高分化3例，中分化29例，低分化10例。IVIM各定量参数与病变组织学分化程度的关系如表 2所示，高、中分化间ADC、D值95%可信区间（×10-4）分别为：2.059～5.315、0.685～2.498；高、低分化间ADC、D值95%可信区间（×10-4）分别为：3.679～7.213、1.812～3.781；中、低分化间ADC、D值95%可信区间（×10-4）分别为：0.775～2.743、0.657～1.753；结果显示ADC及D值随分化程度的降低呈现逐渐下降的趋势且差异均有统计学意义（P均＜0.05），且D值较ADC值更能准确地评价肿瘤的恶性程度；D*与f值在直肠腺癌分化程度间的差异无统计学意义。

2.3 一致性分析

Bland-Altman绘图分析方法结果（表3）表明观察者内部及观察者之间测量ADC、D、D*、f值重复性良好。

3 讨论

DWI是一种无创性MR功能成像技术，通过检测活体组织内水分子扩散运动来反映组织内部结构变化及病理生理状态，如：细胞膜完整性、细胞密度等，但DWI序列采用单指数函数模式计算方法，不能区分灌注成分和扩散成分。1986年，Le Bihan率先提出了体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion， IVIM）的概念，通过采集包含低b值的多个DWI图像，可对组织水分子弥散及微循环灌注信息进行分离。在低b值（b＜200 s/mm2）时，DWI图像更多地反映了组织内微循环的灌注信息，随着b值的增加（b＞200 s/mm2）时，DWI图像更多地体现组织内水分子的扩散信息。Ichikawa等［5］研究认为高b值DWI-MR在肠道肿瘤中的诊断能力，其敏感性和特异性可高达91%和100%。原则上b值越多，所获得的信息越丰富，但同时需要更长的扫描时间。IVIM利用双指数扩散衰减模式计算，可揭示并区分反映组织内部的扩散信息和灌注信息，较单指数模式反映水信号的衰减情况更为精确。应用IVIM双指数模型进行图像分析，可得到反映组织水分子扩散和微循环灌注信息的定量参数标准ADC、D、D*、f值。IVIM-DWI最早应用于中枢神经系统疾病的研究，已被广泛应用于鼻咽、乳腺及腹部实质脏器病变诊断的研究中［6-10］，目前IVIM-DWI在直肠癌研究中的应用相对较少［11］，本研究采用包含16个b值的IVIM-DWI序列，旨在探讨其定量参数与直肠腺癌分期、分化程度相关性。

TNM分期是影响直肠癌最佳治疗方案的选择及预后的关键因素之一。目前关于IVIM-DWI定量参数与直肠癌分期相关性方面的研究仍较少，且研究结果不尽相同。本研究显示ADC及D值随T分期的增加呈现逐渐下降的趋势且差异均有统计学意义（P均＜0.05），与Attenberger、韩帅等［12-16］研究结果一致，但也有文献［15］报道称ADC值与肿瘤T分期无明显相关性，可能与采用不同扫描序列、b值的选择及ROI的选定有关，ADC和D值与肿瘤T分期有无相关性，仍需要多中心、大样本研究证实。D*和f值均是反映组织灌注特性的参数，D*代表组织内由于微循环灌注所致的扩散效应，主要反映微循环灌注中毛细血管平均长度及血管内血流速度，f值反映组织内毛细血管的丰富程度，本研究显示，D*随T分期的增加呈现升高的趋势，可能与直肠腺癌细胞生长快，血管通透性增高有关，但本研究中D*和f值在直肠腺癌不同T分期之间的差异无统计学意义。

肿瘤的分化程度可以反映其恶性程度，肿瘤分化程度越低，其恶性程度越高，细胞异形性越严重，核浆比例增大，单位组织内细胞的密度就越大，细胞排列越紊乱，组织内水分子的扩散就越受限。本研究显示随着组织学分化程度的降低，直肠腺癌患者肿瘤ADC值、D值均呈下降趋势，且均具统计学意义，与Akashi、Curvo-Semedo等［15-17］研究结果一致。IVIM的定量参数D*、f均可反映组织微循环灌注信息，但与直肠癌病理分级并无明显相关性，与邱麟等［17］研究结果一致。

本研究尚存在一定的局限性：（1）本研究纳入样本量较少；（2）本研究所有数据的测量均为在肿瘤最大层面手动画感兴趣区得出，虽然感兴趣面积相同且测量3次取均值，但此方法获得的数据仍不能完全准确地反映直肠癌复杂的生物学特性。

综上所述，IVIM-DWI序列获得的ADC、D、D*及f值定量参数信息，可在一定程度上反映组织病理生理状态。ADC和D随肿瘤T分级的增加而呈现下降的趋势，随肿瘤分化程度的降低而呈现下降的趋势，其有望成为评估肿瘤T分期及恶性程度的无创性手段之一。IVIM-DWI序列对直肠癌术前评估及预测预后有重要的临床价值，可以作为常规MRI的补充序列，为临床最佳治疗方案的选择提供更多信息支持。

［1］ Deliu IC， Georgescu EF， Bezna MC. Analysis of prognostic factors in colorectal carcinoma. Rev Med Chir Soc Med Nat Iasi， 2014， 118（3）：808-816.

［2］ Al-Sukhni E， Milot L， Fruitman M， et al. Diagnostic accuracy of MRI for assessment of T category， lymph node metastases， and circumferential resection margin involvement in patients with rectal cancer： a systematic review and meta-analysis. Ann Surg Oncol，2012， 19（7）： 2212-2223.

［3］ Kim CK， Park BK， Kim B. Diffusion-weighted MRI at 3 T for the evaluation of prostate cancer.AJR Am J Roentgenol， 2010， 194（6）：1461-1469.

［4］ Mulkem RV， Barnes AS， Hakeret SJ， et al. Biexponential characterization of prostate tissue water diffusion decay corves qver an extended b-factor range. Magn Reson Imaging， 2006， 24（5）： 563-568.

［5］ Ichikawa T， Erturk SM， Motosugi U， et al. High-B-value diffusionweighted MRI in colorectal cancer. Am J Roentgenol， 2006，187（1）： 181-184.

［6］ Zhang SX， Jia QJ， Zhang ZP. Intravoxel incoherent motion mri：emerging applications for nasopharyngeal carcinoma at the primary site. Eur J Radiol， 2014， 24（8）： 1998-2004.

［7］ Liu C， Liang C， Liu Z.Intravoxel incoherent motion （ivim） in evaluation of breast lesions： comparison with conventional dwi. EurJ Radiol， 2013， 82（12）： e782-789.

［8］ Li SN， Cui XL， Li J， et al. The value of intravoxel incoherent motion model of diffusion weighted imaging in differentiating benign from malignant breast lesions. Chin J Magn Reson Imaging， 2015， 6（7）：506-512.李树楠， 崔晓琳， 李静， 等. MR扩散加权成像体素内不相干运动模型对于鉴别乳腺良恶性病变诊断价值的研究. 磁共振成像， 2015，6（7）： 506-512.

［9］ Dyvorne H， Jajamovich G， Kakite S， et al. Intravoxel incoherent motion diffusion imaging of the liver： Optimal b-value subsampling and impact on parameter precision and reproducibility. Eur J Radiol，2014， 83（12）： 2109-2113.

［10］ Pang Y， Turkbey B， Bernardo M. Intravoxel incoherent motion imaging for prostate cancer： an evaluation of perfusion fraction and diffusion coefficient derived from different b-value combinations. Magn Reson Med， 2013， 69（2）： 553-562.

［11］ Kang YJ， Zhang H. The value of magnetic resonance diffusion weighted imaging in rectal cancer diagnosis. Chin J Magn Reson Imaging， 2015， 6（2）： 155-160.康英杰， 张皓. 磁共振弥散加权成像在直肠癌检查中的价值. 磁共振成像， 2015， 6（2）： 155-160.

［12］ Attenberger UI， Pilz LR， JN Morelli， et al. Multi-parametric MRI of rectal cancer -Do quantitative functional MR measurements correlate with radiologic and pathologic tumor stages？. Eur J Radiol， 2014， 83（7）： 1036-1043.

［13］ Lu ZH， Qian WX， Cao WH， et al. Value of diffusion-weighted MRI in the diagnosis of T staging for rectal cancer. Chinese Journal of Gastrointestinal Surgery， 2015， 18（3）： 257-261.陆志华， 钱伟新， 曹文洪， 等. 磁共振扩散加权成像对直肠癌 T 分期的诊断价值. 中华胃肠外科杂志， 2015， 18（3）： 257-261.

［14］ Han S， Wang LF， Shao NN， et al. Assessment of Introvoxel Incoherent Motion Sequence in Preoperative Staging of rectal cancer. J Clin Radiol， 2015， 34（12）： 1929-1933.韩帅， 王立峰， 邵楠楠， 等. 体素内不一致运动序列评估直肠癌术前病理分级的可行性研究. 临床放射学杂志， 2015， 34（12）： 1929-1933.

［15］ Akashi M， Nakahusa Y， Yakabe T， et a1. Assessment of aggressiveness of rectal cancer using 3 T MRI： correlation between the apparent diffusion coeffcient as a potential imaging biomarker and histologic prognostic factors. Aeta Radiol， 2013， 55（5）： 524-531.

［16］ Curvo-Semedo L， Lambregts DM， Maas M， et al. Diffusion-weighted MRI in rectal cancer： apparent diffusion coefficient as a potential noninvasive marker of tumor aggressiveness. J Magn Reson Imaging，2012， 35（6）： 1365-1371.

［17］ Qiu L， Cai XR， Liu SR， et al. 3.0 T MR Intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging in preoperative diagnosis of rectal carcinoma. Chin J Med Imaging Technol， 2015， 31（9）： 1349-1353.邱麟， 蔡香然， 刘斯润， 等. 3.0 T磁共振体素内不相干运动扩散加权成像术前检查直肠癌. 中国医学影像技术， 2015， 31（9）： 1349-1353.

The value of MR intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging in T stage and differentiated degree of rectal adenocarcinoma

ZHANG Dan-xia1，2， ZHU Shao-cheng2*， GUAN Shu1，2， ZHANG Lin2，3， LI Chao1，21Graduate Department of Xinxiang Medical University， Xinxiang 453003， China
2People's Hospital of Henan Province， Zhengzhou 450003， China
3Zhengzhou University， Zhengzhou 450003， China
*

Objective： To investigate the value of intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging （IVIM-DWI） quantitative parameters in T stage and differentiated degree of rectal adenocarcinoma. Materials and Methods： Fourtyeight cases of rectal adenocarcinoma confirmed by colonoscopy underwent 3.0 T MR examination，their clinicopathologic data were collected （42 cases were pure adenocarcinoma， 6 cases were adenocarcinoma with partial mucinous adenocarcinoma）. GE AW4.5 workstation was used to calculate the value of ADC， D， D*and f of various T stages and differentiated degree. All parameters of various T stages and differentiated degree were compared by ANOVA and comparison between the two groups by LSD. Results： The ADC and D value in various T stage and in various degrees of differentiation were all statistically significant， for rectal adenocarcinoma of T2-T4， the value of ADC were （1.200±0.117）×10-3mm2/s， （0.913±0.104）× 10-3mm2/s， （0.786±0.450）×10-3mm2/s， The value of D were （0.737±0.055）×10-3mm2/s，（0.608±0.091）×10-3mm2/s， （0.593±0.041）×10-3mm2/s， the value of ADC in high， medium and low differentiation were （1.353±0.080）×10-3mm2/s， （0.984±0.028）×10-3mm2/s，（0.808±0.075）×10-3mm2/s respectively， the value of D in high， medium and low differentation were （0.805±0.085）×10-3mm2/s， （0.645±0.081）×10-3mm2/s，

Rectal neoplasms； Adenocarcinoma； Diffusion weighted imaging； Magnetic resonance imaging； Intravoxel incoherent motion（0.525±0.057）×10-3mm2/s， D*and f value were no signifcant difference. Conclusion： ADC and D value are able to refect T stage and differentiation features of rectal adenocarcinoma， IVIM-DWI can serve as a complement sequence for conventional MR sequences， can provide more information to choose the best treatment.

1.新乡医学院研究生处，新乡 453003

2.河南省人民医院，郑州 450003

3.郑州大学，郑州 450003

朱绍成，E-mail：zsc2686@163.com

2016-05-26接受日期：2016-07-25

R445.2；R735.37

A

10.12015/issn.1674-8034.2016.08.001

张单霞， 朱绍成， 管枢， 等. MR体素内不相干运动扩散加权成像对直肠腺癌T分期及分化程度的应用价值研究. 磁共振成像， 2016， 7（8）： 561-566.