剪切波弹性成像在直肠癌T分期中的应用价值

程美清?吴少虹?潘嘉敏?全显跃?陈立达?梁文

【摘要】目的 探討实时二维剪切波弹性成像（SWE）联合直肠腔内超声（ERUS）在直肠癌术前浸润深度（T分期）诊断的准确性，并与ERUS和增强磁共振成像（MRI）进行比较。方法 收集85例经病理确诊为直肠癌患者的临床资料，患者均于术前进行ERUS、SWE和增强MRI检查，以术后病理T分期为金标准，分析ERUS、SWE联合ERUS和MRI这3种检查方法对直肠癌术前T分期诊断的准确性。结果 采用SWE获得的杨氏模量平均值在直肠癌各T分期中差异有统计学意义（P < 0.05）。受试者工作特征 （ROC） 曲线显示T1/T2、T2/T3、T3/T4最佳分期截断值分别为63.5、114.9和190.7 kPa，其曲线下面积为0.864～0.994。SWE联合ERUS对直肠癌患者术前T分期的诊断与病理的符合率高于ERUS（P < 0.05），稍高于MRI检查，但比较差异无统计学意义（P > 0.05）。在亚组分析中，对于T1～T2期直肠癌，SWE联合ERUS与病理分期的符合率高于ERUS和MRI（P均 < 0.05），对于T3～T4期直肠癌，MRI与病理的符合率高于ERUS（P < 0.05），稍高于SWE联合ERUS，但比较差异无统计学意义（P > 0.05）。结论SWE能够直观反映肿瘤硬度， SWE联合ERUS在直肠癌术前T分期诊断准确率高于ERUS，且稍高于增强MRI检查，尤其在T1～T2期直肠癌分期中优于MRI和ERUS。

【关键词】直肠癌;直肠腔内超声;剪切波弹性成像;核磁共振

Application of shear wave elastography in T staging of rectal cancer Cheng Meiqing， Wu Shaohong， Pan Jiamin， Quan Xianyue， Chen Lida， Liang Wen. Department of Radiology， Zhujiang Hospital， Southern Medical University， Guangzhou 510280， China

Correspongding author， Chen Lida， E-mail： chenlda@mail.sysu.edu.cn; Liang Wen， E-mail： liangwendoc@163.com

【Abstract】Objective To evaluate the diagnostic accuracy of two-dimensional shear wave elastography （SWE） combined with endorectal ultrasonography （ERUS） for preoperative invasion depth of rectal cancer （T staging）， and compare it with those of ERUS and enhanced magnetic resonance imaging （MRI）. Methods Clinical data of 85 patients pathologically diagnosed with rectal cancer were collected. All patients received ERUS， SWE and MRI before surgery. Postoperative pathological T staging was regarded as the gold standard. The diagnostic accuracy of ERUS， SWE combined with ERUS and MRI in preoperative T staging was statistically compared. Results The average of Youngs modulus measured by SWE in rectal cancer at different T stages had statistical significance （all P < 0.05）. Receiver operating characteristic curve （ROC） revealed that the optimal cut-off values for T1/T2， T2/T3， and T3/T4 were 63.5 kPa， 114.9 kPa and 190.7 kPa， respectively. The area under the curve （AUC） was 0.864-0.994. The concordance rate of T staging for SWE combined with ERUS was significantly higher than that of ERUS （P < 0.05） and slightly higher than that of enhanced MRI （P > 0.05）. In the subgroup analysis of T1 and T2 stages， the concordance rate of T staging for SWE combined with ERUS was significantly higher than those of ERUS and enhanced MRI （both P < 0.05）. However， in the subgroup analysis of T3 and T4 stages， the concordance rate of T staging for enhanced MRI was significantly higher than ERUS （P < 0.05）， and slightly higher than that of SWE （P > 0.05）. Conclusions SWE can directly detect the tumor stiffness. SWE combined with ERUS yields high accuracy in the diagnosis of preoperative T staging of rectal cancer compared with ERUS and enhanced MRI， especially in the diagnosis of preoperative T1 and T2 staging of rectal cancer.

【Key words】Rectal cancer; Endorectal ultrasonography; Shear wave elastography; Magnetic resonance imaging

结直肠癌是全球第3常见的恶性肿瘤，在恶性肿瘤病死率中亦高居第3位[1]。在结直肠癌中，直肠癌约占1/3[2]。近年来，直肠癌发病率逐年上升，发病年龄呈年轻化趋势，且其出现典型症状时常为中晚期，预后较差，严重威胁人类健康[3]。直肠癌的准确分期对临床治疗方案、手术方式的选择以及预后评估尤为重要。目前临床上使用TNM 分期指导直肠癌患者的治疗方式与预后评估[4]。其中，评估肿瘤浸润肠壁的深度（T分期）对于直肠癌患者治疗方式的选择最为重要。对于直肠癌T分期，MRI和直肠腔内超声（ERUS）是目前公认准确率较高的影像学方法[5-6]。但MRI会受肠道蠕动、肿瘤周边炎性改变及纤维增生影响[7]。ERUS对操作者依赖性高、扫查范围局限，常导致分期过高或过低，影响临床决策[8]。

实时二维剪切波弹性成像（SWE）是近年来发展起来的超声检查新技术，能够定量获取组织的弹性模量值以反映不同组织间硬度的差别，进而通过病变组织与正常组织间硬度差异进行疾病诊断。SWE已被广泛应用于其他部位肿瘤的鉴别诊断[9]。尽管目前国内外关于SWE诊断直肠癌T分期的研究较少，但所得的结果均较为满意[10-11]。本研究旨在通过比较ERUS、MRI及SWE联合ERUS这3种方法对直肠癌术前T分期诊断的准确性，探讨SWE在直肠癌T分期中的诊断价值。

对象与方法

一、研究对象

选择2015年8月至2017年8月在中山大学附属第一医院就诊的85例直肠癌患者，纳入标准：①发现直肠肿物且术前2周内均进行ERUS、SWE和MRI检查的患者;②肿物距肛缘 ≤ 15 cm;③经病理证实为直肠腺癌并有明确T分期。排除标准：①既往有直肠肿物手术切除史或治疗史（放射治疗或化学治疗）;②无完整的ERUS、SWE和MRI图像记录或图片质量差。所有患者均签署知情同意书。本回顾性研究获中山大学附属第一医院医学伦理委员会批准。

二、方 法

1. ERUS检查

采用法国声科超声仪、经直肠腔内高频探头（SE12-3，8 MHz）。ERUS和SWE图像获取均由一位有10年以上直肠超声检查经验的医师完成。受检者检查前2 h使用磷酸钠清洁灌肠剂进行清洁灌肠。检查时取左侧卧位，屈髋屈膝，通过直肠指检初步评估肿瘤的位置，然后往橡胶套内加入适量耦合剂并罩住探头，往直肠内注入生理盐水200～500 mL以便排清肠腔内气体，同时获得较好的透声窗。探头缓慢置入肠腔，调节机器各参数以获得最佳图像。检查时记录肿瘤位置（距肛管距离）、大小、回声、浸润深度、血供情况，术前ERUS分期取决于肿瘤浸润肠壁结构及周围组织情况。根据Hildebrandt和Feifel（1985年）提出的超声分期标准（uT）判断肿瘤浸润肠壁的深度：uT1表示肿瘤浸润至黏膜或黏膜下层，uT2表示肿瘤浸润至肌层，uT3表示肿瘤浸润肠壁全层并扩展至肠周脂肪间隙，uT4表示肿瘤侵犯其他盆腔脏器或盆壁结构。

2. SWE检查

通过ERUS获取肿瘤浸润最深的层面，启动SWE，将扇形感兴趣区（ROI）扩展至最大，然后置于二维超声图像上，采用“penetration”条件。避免加压，待图像稳定后冻结图像，把圆形感兴趣区（Qbox）放置其上，大小尽可能覆盖整个肿瘤组织，同一切面进行5次测量获取纵向的弹性模量（杨氏模量，单位为kPa），记录5次测量的杨氏模量平均值（Emean值）进行下一步统计。所有ERUS及SWE图像均存储于机器硬盘内以便后续分析。

3. MRI检查

采用德国西门子（Verio 3.0T） MRI扫描仪，配备8通道体部相控阵线圈。检查前所有患者均常规肌内注射山莨菪碱20 mg以减少肠蠕动。采用质量浓度为0.2 mmol/kg钆喷酸葡胺作为对比剂，通过高压注射器以3.0 mL/s的速率静脉注射。常规直肠MRI包括轴位、矢状位及冠状位，扩散加权成像（DWI）和增强扫描。扫描范围覆盖整个盆腔。所有MRI图像上直肠癌T分期的判断均由一位经验丰富的高年资放射科医师完成。

三、统计学处理

应用SPSS 22.0和MedCalc 15.2进行统计分析，正态分布计量资料以  表示，采用单因素方差分析比较直肠癌不同T分期间Emean值的差异，两两比较采用Games-Howell检验。以术后病理T分期（pT）为直肠癌T分期的金标准，采用受试者工作特征（ROC）曲线筛选出具有良好灵敏度和特异度的Emean值作为诊断直肠癌不同分期的截断值。3种方法与病理一致性检验采用Kappa 检验，κ值分为5个等级：较差（≤0.20），一般（0.21 ～ 0.40），中等（0.41 ～ 0.60），较好（0.61 ～ 0.80），非常好（0.81 ～ 1.0）。配对χ2检验（McNemar）用于比较SWE、ERUS和MRI在直腸癌T分期中的准确性。P < 0.05为差异有统计学意义。

结果

一、85例直肠癌患者的一般资料及病理结果

85例患者中男43例、女42例，年龄（60± 12）岁，均接受手术治疗，最终病理均为直肠腺癌，并有明确的术后病理浸润肠壁深度的分期，其中pT1有11例（13%），pT2有17例（20%），pT3有46例（54%），pT4有11例（13%）。

二、通过SWE获取各T分期的Emean值

直肠癌T1～T4期Emean值见表1。不同T分期的Emean值比较差异均有统计学意义（P < 0.05），随着肿瘤分期的增加，Emean值亦随之增高，见图1、2。ROC曲线显示T1/T2、T2/T3、T3/T4最佳分期的截断值分别为63.5、114.9和190.7 kPa，其曲线下面积（AUC）为0.864～0.994。

三、ERUS對直肠癌患者T 分期的诊断准确性

在ERUS评估直肠癌患者T分期中，对T1分期的诊断准确率为91%（10/11），其中有1例被高估为T2期;对T2分期的诊断准确率为47% （8/17），其中2例低估为T1期，7例被高估为T3期;对T3分期的诊断准确率为85%（39/46），其中5例低估为T2期，2例被高估为T4期;对T4分期的诊断准确率为36%（4/11），其中1例被低估为T2期，6例被低估为T3期。ERUS的T分期准确率为72%（61/85），与pT的一致性为κ = 0.534，其中12%（10/85）的分期被高估，16%（14/85）的分期被低估，见表2。

四、 MRI对直肠癌患者T 分期的诊断准确性

在MRI评估直肠癌患者T分期中，对T1分期的诊断准确率为64%（7/11），其中4例被高估为T2期;对T2分期的诊断准确率为47% （8/17），其中9例被高估为T3期;对T3分期的诊断准确率为91%（42/46），其中1例低估为T2期，3例被高估为T4期;对T4分期的诊断准确率为91%（10/11），其中1例被低估为T3期。MRI的T分期准确率为79%（67/85），与pT的一致性为κ= 0.652，其中19%的分期被高估（16/85），2%（2/85）的分期被低估，见表3。

五、 SWE联合ERUS对直肠癌患者T 分期的诊断准确性

在SWE联合ERUS评估直肠癌患者T分期中，对T1分期的诊断准确率为91% （10/11），其中1例被高估为T2期;对T2分期的诊断准确率为88%（15/17），其中2例被高估为T3期;对T3分期的诊断准确率为83%（38/46），其中3例低估为T2期，5例被高估为T4期;对T4分期的诊断准确率为73%（8/11） ，其中3例被低估为T3期。SWE联合ERUS的T分期准确率为84%（71/85），与pT的一致性为κ = 0.745，其中9%的分期被高估（8/85），7%（6/85）的分期被低估，见表4。

六、 ERUS、MRI、SWE联合诊断准确率的比较

SWE联合ERUS评估直肠癌T分期的准确率为84%（71/85），高于ERUS（72%，61/85）（χ2 = 4.050，P = 0.041），稍高于MRI（79%，67/85），但SWE联合ERUS与MRI比较差异无统计学意义（χ2 = 0.346，P = 0.556）;ERUS与MRI比较差异亦无统计学意义（χ2 = 0.962，P = 0.327）。与ERUS相比，MRI在诊断直肠癌T分期上的准确率稍高，但两者比较差异无统计学意义（P > 0.05）。

在亚组分析中，对于T1～T2期直肠癌，SWE联合ERUS的分期准确率为89%（25/28），高于ERUS（64%，18/28）和MRI（54%，15/28）（χ2 = 4.000，P = 0.039;χ2=6.750，P = 0.006）。对于T3～T4期直肠癌，MRI的分期准确率为91%（52/ 57），高于ERUS（75%，43/57）（χ2=4.267，P = 0.035），稍高于SWE联合ERUS（81%，46/57），但两者比较差异无统计学意义（χ2=1.786，P = 0.180），ERUS联合SWE并未明显提升其分期准确率（χ2=0.364，P = 0.549）。

讨论

直肠癌术前准确分期对治疗方式的选择及预后评估有重要的临床意义[12]。准确的分期能够为直肠癌患者选择最佳治疗方案提供有效依据，提高手术切除率及保肛率，从而延长生存时间及改善生存质量。本研究通过SWE获取直肠癌的杨氏模量值，利用ROC曲线计算出各个T分期的截断值，联合ERUS获得在直肠癌术前T分期中的诊断准确性，结果显示SWE联合ERUS在直肠癌T分期中的准确性为84%，明显高于ERUS的72%，稍高于增强MR的79%，但比较差异无统计学意义。对于T1～T2期患者而言，SWE联合ERUS的分期准确率达89%，高于ERUS的64%和MRI的54%，故SWE有助于为临床治疗方案的制定提供依据。

对于直肠癌分期，常用的检查手段包括CT、MRI和ERUS[13]。其中，ERUS和MRI是目前公认为术前评估肿瘤T分期的最准确的影像学方法[6-8]。ERUS能清晰显示直肠壁的5层结构，其T分期的准确性为65%～94%[14-15]。尤其是在直肠癌T1～T2期，分期准确性高于MRI[5]。本研究中ERUS在T分期中总的准确性略低于MRI。ERUS对操作者依赖性较高，扫查视野范围较为局限，难以全面显示整个直肠系膜、腹膜反折及盆壁结构，对肿瘤以外邻近区域的病变评估不及MRI，故会出现分期过高或过低的现象[8]。MRI由于组织分辨率高，能够清晰显示肠壁各层结构、周围软组织及直肠周围系膜等结构，从而能准确判断肿瘤的浸润深度。对于T3～T4期，ERUS明显低于MRI，考虑与上述原因相关。除此之外，在直肠癌T1～T2期中，ERUS稍高于MRI，这与既往文献报道相似[6， 12]。其可能原因是对于T1～T2期病变，ERUS能够清晰显示直肠壁的5层结构，有利于病变浸润范围的判别，而MRI对于早期直肠癌（T1～T2期）则可能因炎性、纤维增生、肠蠕动等影响产生类似肿瘤浸润的图像改变，导致分期过高[7]。本研究中，19%的病例在MRI上存在分期过高的现象，而ERUS仅12%。

SWE作为超声新技术，通过测量剪切波的速度或组织杨氏模量定量评估病变或组织的硬度。SWE彩色图像可直观反映组织硬度分布，弹性图像中从深蓝色到深红色提示目标组织的硬度逐渐增加。目前SWE已广泛用于病变的鉴别诊断及组织硬度评估中[9]。本研究显示直肠癌各分期的Emean值比较差异有统计学意义，Emean值随着肿瘤分期的增高而逐渐增加，与既往研究的结果一致[10-11]。病理学上，在直肠癌进展过程中，肿瘤的恶变可能从腺瘤的头部逐渐扩散到茎部、基底，最后扩展到整个病灶[16]。这可解析直肠癌的硬度随着浸润深度的增加而增高，因此，肿瘤的Emean值可以作为T分期的一个重要的诊断指标。

SWE可以準确评价肿瘤不同分期之间的硬度差异，其分期不受人眼视觉主观限制，故较ERUS、MRI更为客观地评价T分期，能够弥补ERUS、MRI在分期上的不足。本研究中，对于ERUS、MRI而言，判断T2期肿瘤的浸润深度准确性均较低，T2期易被高估为T3期。T2期的准确判断对于直肠癌患者的预后至关重要，可避免由于肿瘤被高估为T3期而采取术前放射治疗或化学治疗等措施，导致过度治疗[17]。T2期被高估主要由于肿瘤附近的炎性反应、结缔组织增生性反应等因素使其表现为肠壁外层的不规则低回声区，与肿瘤浸润肠外脂肪组织声像图相似。SWE联合ERUS能够有效地纠正ERUS、MRI过度分期的弊端，对于T2期肿瘤诊断准确率高达88%，高于ERUS和MRI。对于T1期肿瘤的评估，MRI亦容易高估肿瘤的分期，其分期准确率仅为64%，而SWE联合ERUS也在一定程度上避免过度分期，T1期准确率达91%。此外，分期过低则可使患者丧失新辅助治疗或根治性手术的机会，同时局部复发的危险性亦随之增加[23]。对于T4期肿瘤，ERUS由于难以显示腹膜反折等盆腔结构，往往容易低估肿瘤的分期，本研究中，T4期肿瘤ERUS的准确率较低（36.4%），使用SWE联合ERUS能在一定程度上提高其诊断准确率（72.7%）。因此，SWE能为临床提供肿瘤的硬度信息，弥补ERUS和MRI的不足，提高术前影像学T分期的准确性。

既往研究显示MRI对于T3～T4期直肠癌的分期优于ERUS，与本研究结果一致[11-12]。本研究发现MRI在T3～T4直肠癌分期准确性亦稍高于SWE联合ERUS，但差异无统计学意义，这可能是由于SWE成像是基于ERUS上产生的，ERUS本身存在操作者依赖性较高、扫查视野范围局限等客观因素，有可能影响SWE的图像质量，这一推断还有待进一步大样本研究验证。

本研究存在以下局限性：第一，研究为单中心、回顾性研究，样本量较小，还需在大样本人群进一步验证。第二，我们未纳入不同病理类型的肿瘤，如间质瘤、淋巴瘤等，对其他直肠肿瘤的适用性尚待验证。第三，未分别比较不同部位的直肠癌3种影像学方法分期的准确性。

综上所述，直肠癌的硬度随着肿瘤浸润深度（T分期）的增加而增高，SWE利用直肠癌的硬度值辅助分期，联合ERUS的分期准确率明显高于ERUS，稍高于MRI，特别在T1～T2直肠癌分期中，SWE联合ERUS进行分期优势明显，故SWE可能对肿瘤治疗方案的确定和患者预后评估有较大帮助。

参 考 文 献

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（收稿日期：2021-03-22）

（本文編辑：林燕薇）