磁共振DWI预测直肠癌分化程度、T分期、淋巴结转移情况的应用价值

潘艳霞，苟文枭，张传德

(1.成都市新津县人民医院放射科，四川 成都 611430；2.成都市温江区人民医院放射科，四川 成都 611130；3.四川省医学科学院·四川省人民医院放射科，四川 成都 610072)

磁共振DWI成像是反映活体组织内水分子扩散自由度的一种特殊成像技术，在中枢神经系统应用非常广泛且技术成熟，对及时发现超急性期脑梗塞并指导临床治疗方案价值很大[1]。目前，DWI技术已广泛应用于体部脏器的检查与研究，如乳腺、子宫、前列腺、直肠等[2～5]。DWI通常通过表观扩散系数值(ADC)测量来量化评价水分子在活体组织中的扩散自由度。目前国内外已有一些文献报道利用ADC值的差异来预测直肠癌肿瘤细胞分化程度、T分期、N分期(淋巴结转移)情况，但研究结果相悖或存在差异性[6，7]。本研究探讨DWI技术在术前无创性预测直肠癌肿瘤细胞分化程度、T分期及是否伴发淋巴结转移的价值，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料2017年6月至2018年11月因临床诊断直肠肿瘤在我院行常规MRI序列及DWI检查的53例患者。纳入标准：①在MRI检查前均已接受肠镜病理活检，并被证实为原发性直肠腺癌；②未在检查前接受过放疗或化疗等相关治疗；③完成MRI检查后一周内患者接受手术治疗并获得手术病理结果。排除标准：①MRI检查后一周内未行手术治疗并获得病理结果；②其它部位的恶性肿瘤转移至直肠或直接侵犯直肠。本组男38例，女15例，年龄27～80岁[(58.3±10.4)岁]。

1.2 分组方法53例患者根据手术病理结果分为高分化腺癌组13例、中分化腺癌组30例、低分化腺癌组10例；依照2016年第八版UICC/AJCC分期系统分为T1期5例、T2期8例、T3期24例、T4期16例；淋巴结转移组17例、无淋巴结转移组36例。

1.3 检查方法检查设备为SIEMENS Aera1.5 T MRI扫描仪，采用24通道体部相控阵线圈。首先行常规平扫：包括轴位T1W、轴位T2W、矢状位T2W、冠状位T2W；然后行轴位DWI扫描(b=0、1000 s/mm2)；最后行T1W矢状位动态增强、常规轴位增强扫描。增强扫描Gd-对比剂(钆双胺注射液，GE药业公司)由高压注射器经肘正中静脉注射，对比剂剂量0.2 mmol/kg，流速3 ml/s，注射完后用20 ml生理盐水冲洗管道。具体扫描参数见表1。

表1 MRI扫描序列参数

1.4 图像后处理及数据测量所有患者的MRI检查图像均上传至MMWP Version：VE40工作站上进行处理，测量每个患者直肠癌病灶的ADC值。方法：将b=1000 s/mm2的DWI图像进行ADC图像重建，参照T2W及增强扫描图像在ADC图像上选择肿瘤显示较好的层面，尽量选择高信号区，在肿瘤范围内手动勾画3个圆形或椭圆形感兴趣区(ROI)测量其ADC值，ROI面积约15 mm2，注意避开坏死、囊变、出血及液化区域，然后取各ROI的平均ADC值作为标准值。

1.5 统计学方法采用SPSS 20.0统计学软件处理数据。计量资料以均数±标准差表示，多组间比较采用单因素方差分析及SNK-q检验，检验水准α=0.05。对相邻组间差异有统计学意义的参数值绘制受试者工作特征曲线(ROC)，计算AUC(曲线下面积)及各参数值的敏感度、特异度，确定敏感度+特异度的最大值作为区别两组的阈值。

2 结果

2.1 直肠癌不同分化程度组间ADC值比较高分化组、中分化组与低分化组ADC值分别为(1.335±0.219)mm2/s、(1.132±0.270)mm2/s、(0.876±0.097)mm2/s，组间差异均有统计学意义(P<0.05)。采用高分化组与中分化组的ADC值绘制ROC曲线，AUC为0.763、阈值为1.1790 mm2/s(敏感度0.769，特异度0.733)，见图1；采用中分化组与低分化组的ADC值绘制ROC曲线，AUC为0.967、阈值为0.9055 mm2/s(敏感度0.967，特异度1.00)，见图2。

图1 高分化与中分化直肠癌患者ADC值ROC曲线

图2 中分化与低分化直肠癌患者ADC值ROC曲线

2.2 直肠癌不同T分期组间ADC值比较T1期、T2期、T3期、T4期患者ADC值分别为(1.503±0.265)mm2/s、(1.399±0.352)mm2/s、(1.091±0.226)mm2/s、(1.031±0.349)mm2/s。仅T2与T3期患者ADC值比较，差异有统计学意义(P=0.013)。采用T2与T3期患者的ADC值绘制ROC曲线，AUC为0.742，阈值为1.5785 mm2/s(敏感度0.500，特异度0.958)，见图3。

图3 T2期与T3期直肠癌患者ADC值ROC曲线

2.3 直肠癌有淋巴结转移组与无淋巴结转移组ADC值比较17例有淋巴结转移组ADC值0.616～1.891 mm2/s，均值1.202 mm2/s；36例无淋巴结转移组肿瘤ADC值0.530～1.751 mm2/s，均值1.135 mm2/s；组间ADC值比较，差异无统计学意义(P=0.086)。

3 讨论

3.1 DWI的基本成像原理及弥散敏感系数(b值)选择DWI成像的理论基础是人体组织中的水分子在细胞内、外及血液中的布朗运动。水分子在活体组织中的扩散运动会受到大分子蛋白、细胞膜等的限制，水分子扩散运动限制越多，DWI信号衰减越少，图像信号强度越高。为增加DWI成像序列对水分子布朗运动的敏感性，还需人为施加两个强度及持续时间相同但方向相反的扩散敏感梯度场。

扩散敏感梯度场的场强与持续时间可以用b值来表示，单位是s/mm2。b值反映了DWI探测水分子运动的敏感性，是DWI最为重要的参数。DWI成像至少需要2个b值，一个b=0 s/mm2，另一个是根据检查部位而决定的较高b值(b=500～1000 s/mm2)。b值与信号强度的关系：s=s0e-bD，D代表水分子的扩散系数，s代表施加梯度场前的信号强度，s0代表施加梯度场后的信号强度。从这个公式可以得知b值越大对信号变化的影响越大，当水分子扩散程度相同时，b值越大，信号衰减越大，DWI探测水分子的运动越敏感；但是随着b值的升高，图像的信噪比会下降，图像质量也会相应的下降，因此选择一个合适的b值至关重要。目前认为DWI诊断直肠癌的最佳b值为b=1000 s/mm2[8，9]，其不仅能克服血流灌注及T2穿透效应对直肠癌DWI信号的影响，还能保证图像质量，能较清晰观察肿瘤以及周围组织的情况，使得直肠癌在DWI图像上的显示更为敏感、真实。

DWI的量化指标是ADC值，其大小主要根据DWI信号强度的变化来计算：ADC=(ln S1/S2)/b2-b1，ln是指自然对数，b2、b1指两种不同的b值(如b=0与b=1000 s/mm2)，S1、S2分别指两种不同b值下的DWI信号强度。通常来说，水分子的弥散越受到限制，DWI的信号衰减越少，则DWI信号强度越高，ADC值越低。因此，通过测量ADC值可以定量分析水分子的弥散特性，从而反映生物组织的一些组织学特性[10]。

3.2 ADC值预测直肠癌分化程度、T分期及淋巴结转移的价值直肠癌患者肿瘤分化程度越低，细胞异型性越明显，细胞核/细胞浆比值越大，细胞与细胞之间排列越紧密，细胞内、外可供水分子自由运动的空间越小，ADC值相应降低。本研究表明不同肿瘤细胞分化程度直肠癌组间ADC值的差异有统计学意义，并且ADC值随着分化程度的降低而降低，这与Akashi、Luís等[11，12]研究结果一致。进一步对高、中、低分化组相邻组间的ADC值进行比较发现，高分化组与中分化组、中分化组与低分化组的ADC值组间差异均有统计学意义。采用高、中分化组的ADC值绘制ROC曲线，区别高、中分化组的ADC阈值为1.1790 mm2/s(特异度0.733，敏感度0.769)；通过中、低分化的ROC曲线分析，得到1.1790 mm2/s为区别中分化与低分化的ADC阈值(特异度1.000，敏感度0.967)。

多位学者[7，11，12]认为不同T分期直肠癌的ADC值差异无统计学意义。但本组病例中不同T分期直肠癌组间ADC值差异有统计学意义，且随着T分期的升高ADC值降低，可能归因于随着肿瘤的生长，肿瘤细胞体积增大、数目增多，同时核浆比例增大，同时随着肿瘤浸润肠壁深度增加，正常细胞逐渐被肿瘤细胞代替，导致细胞内外间隙越来越小，水分子扩散范围逐渐减小，ADC值相应减低，这与Lu等[6]的研究结论相符。进一步比较相邻T分期肿瘤组的ADC值结果表明：仅T2与T3期ADC值差异有统计学意义，绘制ROC曲线后得到ADC=1.5785 mm2/s可以做为区分两组的阈值(敏感度、特异度分别为0.500、0.958)。而T1与T2期、T3与T4期ADC值比较，差异无统计学意义，分析原因可能是：①肿瘤细胞的生长是一个渐进性过程，而肿瘤对肠壁的浸润也是一个渐进性过程，这两个过程并非时刻同步；②ADC值的准确性受到微循环灌注、心跳、呼吸等除水分子扩散运动外的其它生理运动的影响[13]。

本研究中直肠癌有淋巴结转移组与无淋巴结转移组的ADC值比较，差异无统计学意义，这与Akashi等[11]的研究结果类似，表明是否出现淋巴结转移可能与个体差异等综合因素有关，而与肿瘤组织本身的水分子扩散运动无明显联系。但有文献[14～16]表明淋巴结本身的ADC值与其转移情况呈显著相关。

总之，磁共振DWI通过ADC值测量可为术前无创性评估、预测直肠癌分化程度及T分期提供有价值的信息，但其预测直肠癌是否发生淋巴结转移的作用尚待进一步探讨。