直肠腺癌18F-FDG PET/CT SUV与磁共振表观弥散系数相关性分析

高晶晶，李绍东，代岳，徐慧婷，王琪

（徐州医科大学附属医院影像科，江苏徐州221002）

直肠腺癌18F-FDG PET/CT SUV与磁共振表观弥散系数相关性分析

高晶晶，李绍东，代岳，徐慧婷，王琪

（徐州医科大学附属医院影像科，江苏徐州221002）

目的：研究直肠腺癌18F-FDG PET/CT SUVmax和DWI ADC分别与病理分级的相关性，并探讨直肠腺癌SUVmax和DWI ADC值之间的定量关系。方法：回顾性分析35例直肠腺癌患者的术前PET/CT和DWI图像，测量出病灶的SUVmax和ADCmin值，分别与病理分级进行相关性分析，并将这两个参数进行相关性分析。结果：直肠腺癌SUVmax与肿瘤分化程度有明显的相关性，而不同T分期的平均SUVmax值无明显统计学差异（P＞0.05）。分化程度各组内的SUVmax多重比较中高分化与中分化（P＜0.05）、高分化与低分化（P＜0.05）的平均SUVmax有统计学差异，其他组之间均无统计学差异（P＞0.05）。直肠腺癌ADCmin值分别与肿瘤分化程度、T分期有明显相关性。多重比较显示各分化程度间的平均ADCmin均具有统计学差异（P＜0.05）。T4期分别与T1、T2、T3期间的平均ADCmin存在统计学差异，其他T分期之间无统计学差异（P＞0.05）。SUVmax和ADCmin之间有负相关关系（r=-0.540，P＜0.05）。结论：SUVmax和ADCmin值可在一定程度上反映直肠腺癌的病理分级。直肠腺癌SUVmax和ADCmin之间的负相关关系表明肿瘤的代谢活性与肿瘤的细胞结构之间存在相关性。

直肠肿瘤；腺癌；磁共振成像，弥散；体层摄影术，螺旋计算机；正电子发射断层显像术

直肠癌是消化道常见的恶性肿瘤，发病率与病死率高[1]，其中最常见的病理类型是腺癌。PET/CT是应用正电子放射性核素与特定生物分子结合的示踪剂，对相应病变分子进行识别的分子影像成像技术，是直肠癌诊断及评价远处转移的重要检查方法。18F-FDG（β-2-[18F]-Fluoro-2-deoxy-D-glucose，氟标记脱氧葡萄糖）是临床常使用的示踪剂。对于PET/CT图像，一般采用标准摄取值（SUV）进行定量化分析，可以反映肿瘤的代谢活动水平，用于肿瘤的诊断、预后及疗效评估[2-4]。磁共振扩散加权成像（DWI）是评估直肠癌另一种常用的技术，是目前唯一能够观察活体水分子扩散（布朗运动）的检查技术，不仅可以检测肿瘤，而且由DWI图像计算得来的表观弥散系数（ADC）可以提供肿瘤的细胞结构、侵袭性及肿瘤的治疗效果的重要信息[5-7]。

SUVmax和ADCmin两个参数都可以用于评估肿瘤的特性。本研究的目的是回顾性分析直肠腺癌SUVmax和ADCmin分别与病理分级的相关性，并初步探讨两者之间的相关性。

1 资料和方法

1.1 一般资料

连续收集2014年4月—2016年2月经活检病理确诊的直肠腺癌患者42例，其中7例未能入组：1例因体内金属置入物不能行磁共振检查，2例因体弱不能耐受磁共振检查，4例因PET/CT检查前进行放化疗治疗。最终入组35例患者，其中男25例，女10例，年龄范围为28～72岁（中位年龄64岁）。患者均知情同意。所有患者术前均行PET/CT（Discovery PET/CT 690）及盆腔MRI检查（3.0T Discovery MR 750W），即PET/CT-MRI检查。表1示35例直肠腺癌患者的临床资料。

表1 35例直肠腺癌患者的临床资料

1.2 影像检查方法及扫描参数

18F-FDG PET/CT扫描，患者禁食6小时以上，测量空腹血糖＜8.1mmol/L，静脉注射18F-FDG（标准计量3.7～4.44MBq/kg）后静卧60分钟进行PET/CT扫描。扫描前嘱患者排空膀胱。扫描范围为：头顶至大腿中部。扫描参数：CT电压120 kV，电流120mA，扫描层厚3.75mm，层间距3.27mm，重建算法为FBP（滤波反投影法）。PET扫描层厚3.3mm，层间距3.27mm，采集时间为3min/床位，床位数根据病人身高而定，约6～7个，扫描完成后用CT数据对PET数据进行非均匀衰减校正。

PET/CT检查完成后，利用该转运系统，患者可在不改变体位的前提下进行盆腔MRI成像。3.0T MRI盆腔检查，采用体部8通道相控阵线圈。扫描范围包括两侧髂前上棘到耻骨联合。扫描序列包括常规Ax T1WI、Ax T2FSE、Sag T2FSE，低位直肠癌加扫Cor T2FSE。

Ax fs DWI序列：TR 6 200 ms，TE 66 ms，b=0，1000 s/mm2，层厚5.0mm，层间距2mm，视野380mm×380mm，矩阵128×128。

1.3 图像处理

用Volume View软件显示PET/CT的图像融合，在PET/CT图像的轴向、矢状面和冠状面进行视觉评估，手动绘制包含整个病变的ROI，自动计算得出SUVmax值。

使用单指数衰变模型自动生成ADC图。在DWI（b=1 000 s/mm2）的图像上，沿着肿瘤高信号的边界手工绘制感兴趣区域（ROI），在相应的ADC图上测量ADC值。从所有含肿瘤的断层上获得的最小的ADC值定义为ADCmin。图1示病灶SUVmax和ADCmin的测量方法。

图1 51岁直肠中分化腺癌患者。PET（图1a）和PET/CT（图1b）示病灶SUV摄取增加，手动绘制包含整个病变的ROI，得到SUVmax值。图1c：DWI（b=1 000 s/mm2）序列上病变弥散受限，呈高信号，手工绘制ROI，在ADC map（图1d）自动生成ADC值。Figure 1.Images of 51-year-old patient with moderately differentiated rectal adenocarcinoma.PET(Figure 1a)and PET/CT(Figure 1b)demonstrated elevated FDG uptake.The ROI was manually drawn around the entire lesion,and the SUVmax value was got.The lesion showed corresponding diffusion impairment on DWI(Figure 1c,b=1 000 s/mm2).After manual delineation of ROI on DWI,ADC value would be automatically generated on the ADC map(Figure 1d).

1.4 相关病理分析

肿瘤的分化程度由病理报告获取，分为高分化、中分化与低分化，含不同分化组织时以较低分化程度为准；T分期由手术病理及随访结果为标准。

1.5 统计学处理

肿瘤各分化程度、肿瘤T分期的SUVmax与ADCmin数据采用单因素方差分析（One-Way ANOVA），数据分析时均行Levene方差齐性检验，方差齐性时应用Tukey多重比较法处理分析肿瘤分化程度、T分期内各组ADC数据的差异，方差不齐时采用Welch检验，组间比较采用Dunnett’s T3。数据符合正态分布时采用Pearson相关分析，数据不符合正态分布时采用Spearman’s相关性（非参数检验）用来分析SUVmax和ADCmin值之间的关系。统计分析使用SPSS 16.0软件。P值小于0.05表明差异有统计学意义。

2 结果

35例直肠腺癌患者中，高分化14例，中分化10例，低分化11例；术后病理及随访结果示：T1期2例，T2期5例，T3期25例，T4期3例。各分化程度、T分期所对应平均SUVmax、ADCmin见表2，3所示。

各分化程度的直肠腺癌病灶SUVmax值具有统计学意义（P<0.05），而不同T分期的直肠腺癌病灶SUVmax值无明显统计学差异（P=0.281）。分化程度各组内的SUVmax多重比较见图2所示，分化程度组高分化与中分化（P<0.05）、高分化与低分化（P<0.05）的平均SUVmax均有统计学差异。

表2 SUVmax与不同病理分级、T分期之间的关系

表3 ADCmin与不同病理分级、T分期之间的关系

图2 不同分化程度直肠腺癌的平均SUVmax。Figure 2.Comparison of mean SUVmax of rectal adenocarcinoma according to pathological grading.

图3 不同分化程度直肠腺癌的平均ADCmin。Figure 3.Com parison of mean ADCmin values of rectal adenocarcinoma according to different pathological grading.

图4 不同T分期直肠腺癌的平均ADCmin。Figure 4.Compa rison of mean ADCmin values of rectal adenocarcinoma according to the T stage.

各分化程度（P<0.05）、T分期（P<0.05）的直肠腺癌病灶ADCmin值均具有统计学意义。分化程度、T分期各组内的平均ADCmin多重比较见图3，4所示。各分化程度间的平均ADCmin均具有统计学差异（P<0.05）。T4期分别与T1、T2、T3期间的平均ADCmin存在统计学差异。

35例直肠腺癌患者的平均SUVmax为16.571±5.339，平均ADCmin为（0.853±0.373）×10-3mm2/s。SUVmax和ADCmin之间有负相关（r=-0.54，P<0.05）。图5显示SUVmax和ADCmin的负相关关系。

图5 直肠腺癌SUVmax与ADCmin的负相关关系。Figure 5.Negative correlation between SUVmax and ADCmin.

3 讨论

功能影像学技术可以提供生理和代谢信息，用于补充传统影像技术的解剖学信息。PET/CT和DWI两种分子影像技术都可以用于肿瘤特性和预后的评估。而且恶性肿瘤往往在PET图像上SUV值增加，在DWI序列上ADC值减低。因此本研究旨在研究SUVmax、ADCmin与病理分级及T分期的相关性，并初步探讨SUVmax和ADCmin的定量相关关系。

3.1 SUVmax与不同病理分级、T分期之间的关系

PET/CT SUVmax是反映肿瘤葡萄糖代谢的半定量指标，因此SUV能在一定程度的反映恶性肿瘤患者的病理分级，这一点已经得到多数学者研究认可[8]。ROI的设置范围的大小可以显著影响SUV值，但其最大SUV值不会变化，因此本文均采用SUVmax以减少误差。

理论上，恶性肿瘤细胞增殖活性增加，需要更多葡萄糖提供能量，病灶对FDG的摄取就会增加，导致SUVmax升高。肿瘤FDG显像在肿瘤细胞增殖方面已有大量研究，大多认为FDG摄取与肿瘤细胞的增殖相关[9]。葡萄糖的代谢速率在不同分化程度的肿瘤也不尽相同。本研究结果显示直肠腺癌高分化与中分化（P<0.05）、高分化与低分化（P<0.05）的平均SUVmax均有统计学差异，而且随分化程度的减低，SUVmax呈升高的趋势。Chen等[10]宫颈鳞癌的研究中SUVmax在高分化组与低分化组之间有显著的统计学差异，高分化组明显低于低分化组。肿瘤的T分期由肿瘤的浸润深度所决定，直接反映恶性肿瘤的侵犯性。在张木根[11]食管鳞癌的研究中，SUVmax在不同T分期之间差异存在统计学意义（P<0.05），本研究中不同T分期的直肠腺癌病灶SUVmax值无明显统计学意义（P=0.281）。这一结果可能由于各个分期的病例数差距悬殊，直肠腺癌SUVmax与T分期之间的相关性需要进一步的研究。

3.2 ADCmin与不同病理分级、T分期之间的关系

肿瘤细胞密度和肿瘤内间质成分的增加都与肿瘤的恶性程度和预后相关，而这些因素可以影响肿瘤的ADC值[12]。为了有效地克服灌注、T2穿透效应对直肠癌扩散成像的影响，b=1 000 s/mm2是直肠癌扩散成像的较佳b值。在我们的研究中定义的ADCmin是从每个连续含肿瘤的层面手工绘制的ROI中获得的最小值，因为含最小ADC的地区反映了肿瘤细胞最密集或增殖最活跃的部分[13]。

直肠癌肿瘤细胞核增大，核浆比变大，组织内细胞外间隙及细胞内间隙均较正常细胞减小，导致肿瘤组织的水分子的扩散受限，ADC值较正常组织降低。本研究中各分化程度的直肠腺癌病灶ADCmin值均具有统计学意义（P<0.05），且随分化程度减低，ADCmin值有减低的趋势。在其他部位肿瘤ADC值与分化程度的相关研究中，Shimofusa等[14]研究发现前列腺癌组织的ADC值与其Gleason评分呈负相关，提示肿瘤组织分化程度越差时，相应的ADC值越低。Payne等[15]研究表明在高-中分化的宫颈癌组织的ADC值明显高于低分化宫颈癌组织，差异有统计学意义。ADCmin与T分期的相关性研究中，仅T4期与T1、T2、T3期三组间的平均ADCmin存在统计学差异。

3.3 SUVmax和ADCmin的定量相关关系

SUV是由PET/CT获得的定量参数，代表了肿瘤组织的FDG浓聚的活性。SUV与肿瘤细胞的密集程度、分化程度有关[16-17]。另一方面，DWI是肿瘤常用的磁共振功能成像技术，可以反映组织水分子的布朗运动。研究表明水分子的布朗运动与细胞的密集程度呈负相关，可能是密集的细胞限制了间质内水分子的扩散。而且ADC值还与肿瘤的分化恶性程度呈负相关，肿瘤的侵袭性越高，ADC值越低[18]。

本研究结果发现SUVmax和ADCmin值之间存在负相关关系。Cafagna等[19]对38例恶性肿瘤患者病灶的SUV及ADC值进行测量，来探讨PET/CT和DWI之间可能存在的相关性，然而结果并没有显示这两个参数之间的显著相关性。这个结果可能是由于这一研究包括不同类型的恶性肿瘤或是计算ADC值的方法不同。Ho等[20]发现宫颈肿瘤SUVmax与ADCmin之间无显著相关性，但是相对ADCmin（定义为ADCmin/ADCmean）和相对SUVmax（SUVmax/SUVmean）之间存在显著负相关关系，PET/CT和DWI可能对该种癌症类型的临床评估起到互补作用。Gu等[21]评估直肠腺癌PET/CT和DWI参数之间的相关性，发现SUVmax和ADCmin（r=-0.450，P=0.009）之间存在负相关关系，这与我们的研究结果相似。直肠腺癌SUV和ADC之间显著负相关表明了肿瘤代谢活动与细胞结构之间的相关性。

我们的研究有一些局限性。在我们的研究中我们只评估了SUVmax和ADCmin之间的相关性，结合多个参数如ADCmean、肿瘤体积、总扩散率指数、SUVmean和总的糖酵解指数可能提供关于肿瘤的更加全面的信息。一些因素可能会影响SUV和ADC的测量值，而且本研究采用单一指数模型通过不同b值计算的ADC值，基于体素内部不相干运动（IVIM）的双指数模型的可以提供ADC值以外的组织学特征参数，能更精确反映组织内微循环灌注和真性扩散[22]。

综上所述，直肠腺癌患者的SUVmax和ADCmin可以作为判断肿瘤分级的生物学标志，而且两者具有负相关性，它们反映了肿瘤代谢最活跃和细胞最密集的部分，可以提供生理病理学的定量资料。

[1]Siegel RL,Miller KD,Jemal A.Cancer Statistics[J].CA Cancer J Clin,2015,65(1):5-29.

[2]Grassetto G,Marzola MC,Minicozzi A,et al.18F-FDG PET/CT in rectal carcinoma:where are we now?[J].Clin Nucl Med,2011,36(10):884-888.

[3]Grassetto G,Capirci C,Marzola MC,et al.Colorectal cancer:prognostic role of18F-FDG-PET/CT[J].Abdom Imaging,2012,37(4):575-579.

[4]Song I,Kim SH,Lee SJ,et al.Value of diffusion-weighted imaging in the detection of viable tumour after neoadjuvant chemoradiation therapy in patients with locally advanced rectal cancer:comparison with T2weighted and PET/CT imaging[J].Br J Radiol,2012,85(1013):577-586.

[5]Türkbey B,ArasÖ,Karabulut N,et al.Diffusion-weighted MRI for detecting and monitoring cancer:a review of current applications in body imaging[J].Diagn Interv Radiol,2012,18(1):46-59.

[6]Koh DM,Collins DJ,Orton MR.Intravoxel incoherent motion in body diffusion-weighted MRI:reality and challenges[J].AJR,2011,196(6):1351-1361.

[7]Kim SH,Lee JM,Hong SH,et al.Locally advanced rectal cancer:added value of diffusion-weighted MR imaging in the evaluation of tumor response to neoadjuvant chemo-and radiation therapy[J].Radiology,2009,253(1):116-125.

[8]闫圆圆，黄勇，李文武，等.食管鳞状细胞癌FDG PET/CT显像SUVmax与肿瘤增殖、侵袭和血管生成的关系[J].中华核医学与分子影像杂志，2012，32（1）：36-38.

[9]穆殿斌，王绍平，杨文锋，等.食管癌组织中葡萄糖转运蛋白1表达和Ki67抗原标记指数与PET/CT显示的18F-FDG摄取水平相关[J].中华肿瘤杂志，2007，29（1）：30-33.

[10]Chen F,You XY,Yu CJ,et al.The influence of histopathological type and differentiation of cervical cancer to SUV[J].Chin J Nucl Med Mol Imaging,2012,32(3):223-224.

[11]张木根.FDG PET/CT显像SUV（max）与食管鳞癌病理分化的相关性研究[J].实用癌症杂志，2013，28（5）：575-576.

[12]张文娟，蒋健，叶建军，等.扩散加权成像ADC值与直肠癌预后因素的相关性研究[J].中国医学影像技术，2013，29（10）：1665-1669.

[13]Lee EJ,terBrugge K,Mikulis D,et al.Diagnostic value of peritumoral minimum apparent diffusion coefficient for differentiation of glioblastoma multiforme from solitary metastatic lesions[J].AJR,2011,196(1):71-76.

[14]Shimofusa R,Fujimoto H,Akamata H,et al.Diffusion-weighted imaging of prostate cancer[J].J Comput Assist Tomogr,2005,29(2):149-153.

[15]Payne GS,Schmidt M,Morgan VA,et al.Evaluation of magnetic resonance diffusion and spectroscopy measurements as predictive biomarkers in stage 1 cervical cancer[J].Gynecol Oncol,2010,116(2):246-252.

[16]Herholz K,Pietrzyk U,Voges J,et al.Correlation of glucose consumption and tumor cell density in astrocytomas.A stereotactic PET study[J].Neurosurgery,1993,79(6):853-858.

[17]Gu J,Yamamoto H,Fukunaga H,et al.Correlation of GLUT-1 overexpression,tumor size,and depth of invasion with18F-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose uptake by positron emission tomography in colorectal cancer[J].Dig Dis Sci,2006,51(12):2198-2205.

[18]朱进，成志强，杨明利，等.直肠腺癌MRI表观扩散系数值与分化程度相关性的初步研究[J].实用放射学杂志，2015，31（6）：938-941.

[19]Cafagna D,Rubini G,Iuele F,et al.Whole-body MR-DWIBS vs[18F]-FDG-PET/CT in the study of malignant tumors:a retrospective study[J].Radiol Med,2012,117(2):293-311.

[20]Ho KC,Lin G,Wang JJ,et al.Correlation of apparent diffusion coefficients measured by 3T diffusion-weighted MRI and SUV from FDG PET/CT in primary cervical cancer[J].Eur J Nucl Med Mol Imaging,2009,36(2):200-208.

[21]Gu J,Khong PL,Wang S,et al.Quantitative assessment of diffusion-weighted MR imaging in patients with primary rectal cancer:correlation with FDG-PET/CT[J].Mol Imaging Biol,2011,13(5):1020-1028.

[22]李琼，张泉，孙浩然，等.应用扩散加权成像双指数模型评价慢性肾脏病的初步研究[J].临床放射学杂志，2012，31（7）：970-974.

Correlation of standardized uptake value on fluorodeoxyglucose PET/CT with apparent diffusion coefficient in patients w ith rectal adenocarcinoma

GAO Jing-jing,LI Shao-dong,DAI Yue,XU Hui-ting,WANG Qi
(Department of Radiolgy,Affiliated Hospital of Xuzhou Medical University,Xuzhou Jiangsu 221002,China)

Objective:The aim of this study was to assess the correlation of maximum standardized uptake values(SUVmax)and minimum apparent diffusion coefficient(ADCmin)with pathological grade respectively,and assess the quantitative relationship between SUVmax and DWI ADC values in rectal adenocarcinoma.M ethods:Preoperative PET/CT and pelvic MRI imaging of thirty-five patients with rectal adenocarcinoma were retrospectively analysed.After measurement of SUVmax and ADCmin,correlation analysis was conducted.Results:The mean SUVmax were significantly different among groups classified by histologic differentiation grades.The differences of mean SUVmax among T-stage groups were not significant(P＞0.05).Tukey’s post hoc test showed statistical differences of mean SUVmax between well and moderately differentiated groups,well and poorly differentiated groups(P＜0.05).The ADCmin was significantly different when comparing groups classified by histologic differentiation grade and T stage.The mean ADCmin of different groups differed significantly with each other(P＜0.05).In the T-stage groups,only the mean ADCmin of stage T4 tumor was significantly different from that of each the other three T stages(P＜0.05).A significantly negative correlation was found between SUVmax and ADCmin(r=-0.540;P＜0.05).Conclusion:SUVmax and ADCmin values can reflect pathologic features of rectal cancer.The significantly negative correlations between SUVmax and ADCmin suggest an association between tumor cellularity and metabolic activity in rectal adenocarcinoma.

Rectal neoplasms;Adenocarcinoma;Diffusion magnetic resonance imaging;Tomography,spiral computed;Positron-emission tomography

R735.37；R730.261；R817.4；R814.42；R445.2

A

1008－1062（2017）01－0055－05

2016-04-25

高晶晶（1990-），女，安徽亳州人，住院医师。E-mail：869256201@qq.com

李绍东，徐州医科大学附属医院影像科，221002。E-mail：LSDD6911@163.com