IVIM参数兴趣区的选择在评估直肠癌肿瘤血管生成和淋巴血管侵犯中的应用价值

廖宗慧，袁艺，蒲红，李杭

结直肠癌是世界范围发病率和病死率最高的恶性肿瘤之一［1］。直肠癌内肿瘤血管的生成情况影响肿瘤的生物学行为以及患者治疗方案的选择和预后。目前，微血管密度（microvessel density，MVD）和血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）常用于定量评估肿瘤血管生成，是评估直肠癌患者生存率及疗效的重要指标［2］。淋巴血管侵犯（lymphovascular invasion，LVI）是指癌细胞侵犯淋巴管和血管，与淋巴结转移和不良预后有关，是病情进展的高危因素［3］。体素内不相干运动成像（intravoxel incoherent motion，IVIM）可将水分子的扩散效应和微循环灌注效应分离，反映水分子的扩散情况和局部组织的微循环灌注情况。IVIM已广泛用于直肠癌术前分期、分化等的评估［4］，但用于评估直肠癌肿瘤血管生成和LVI的研究较少。另外，由于直肠癌肿瘤组织内新生血管分布不均，高低血管密度区混杂，使兴趣区（region of interest，ROI）的选择成为影响IVIM各参数结果的重要因素。本研究旨在探讨IVIM中ROI的选择在评估直肠癌MVD、VEGF的表达和LVI中的应用价值。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取2019年1月—2020年1月于四川省人民医院行肠镜检查，术前经病理证实为直肠癌并行直肠癌手术治疗的患者54例，其中男33例，女21例，年龄34～86岁，平均年龄（63.0±12.1）岁。纳入标准：（1）均行手术治疗且术后病理结果为直肠腺癌。（2）术前均行MRI直肠序列和IVIM序列检查，MRI检查后1～2周内接受手术治疗。（3）术前未接受新辅助治疗。排除标准：MRI图像质量差，无法满足后期处理及诊断要求。

1.2 检查方法 患者MRI检查前清洁肠道，检查前20 min肌内注射盐酸山莨菪碱注射液10 mg抑制肠道蠕动。采用西门子Magnetom Aera 1.5 T磁共振设备，32通道体部相控阵线圈。扫描序列包括常规MRI序列和IVIM序列，其中常规MRI序列包括T1加权成像（T1WI）和T2加权成像（T2WI）。T1WI序列：翻转角70°，重复时间（time of repetition，TR）262 ms，回波时间（time of echo，TE）2.62 ms，层厚6.0 mm，视野（FOV）400 mm×400 mm，矩阵256×176。T2WI序列：TR 4 590 ms，TE 73 ms，层厚3.5 mm，FOV 220 mm×220 mm，矩阵256×512。横断面IVIM扫描采用单次激发回波平面成像序列，TR 6 000 ms，TE 70 ms，激励次数2，FOV 256 mm×256 mm，矩阵150×192，层厚6 mm，层间距6 mm，共取10个b值，分别为0、20、50、100、200、400、600、800、1 000及2 000 s/mm2。

1.3 影像分析 所有影像传送至第三方软件MITK（德国海德尔堡公司）扩散，由2名具有5年以上影像诊断经验的放射科医师在不知病理结果的情况下，采用双盲法独立阅片。参照文献［5］，应用容积ROI、最大层面面积ROI及小ROI法对肿块区域进行勾画，并记录纯扩散系数（D）、灌注相关假扩散系数（D*）、灌注分数（f），取2位医生测得结果平均值作为各例患者最终测量结果。

1.4 免疫组化指标判定 参照Weidner等［6］方法测定MVD，先于低倍镜（×100）下寻找3个微血管染色最丰富的区域，即热点区；然后在高倍镜（×400）下分别计数每一热点区3个视野内的微血管数。所有患者MVD中位数值为33.76（25.32，44.30），以33.76作为样本的临界值，分为低MVD（＜33.76）组和高MVD组（≥33.76）。VEGF表达参照Volm等［7］方法判定，细胞膜或细胞质染色呈棕黄色为阳性。由1名具有22年直肠病理诊断经验的医师根据美国病理学家协会（the College of American Pathologists，CAP）指南对LVI进行诊断，分为阴性组和阳性组。

1.5 统计学方法 采用SPSS 26.0软件进行数据分析。3种ROI法测得的各参数的一致性检验采用组内相关系数（ICC）分析；ICC=0表示不可信，ICC＜0.4表示信度较差，ICC＞0.75表示信度良好，ICC=1表示完全可信。符合正态分布的计量资料用±s表示，2组间比较采用独立样本t检验；不符合正态分布的计量资料以中位数与四分位数［M（P25，P75）］表示，组间比较采用Mann-WhitneyU检验。运用受试者工作特征（ROC）曲线评价诊断效能，计算相应的最佳临界值、曲线下面积（AUC）、敏感度和特异度。相关分析用Spearman秩相关。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3种不同ROI勾画方法示例 容积ROI法：在病灶的所有层面沿着其内缘进行ROI的勾画。最大层面面积ROI法：在病灶的最大层面沿着病灶边缘勾画ROI。小ROI法：在病灶的最大层面分别勾画2个小圆形ROI。典型最大层面面积ROI法和小ROI法，见图1。容积ROI方法相近，未展示。

2.2 2位医生用3种ROI法检测各参数值检测结果的一致性 容积ROI测得D值、D*值、f值的一致性最好，而IVIM的3个参数中D值诊断的一致性普遍更有优势，见表1。

2.3 不同MVD、VEGF表达及LVI患者3种ROI测量方法所得参数值比较

2.3.1 MVD MVD低、高表达者中仅容积ROI测量的D值差异有统计学意义（P＜0.05），而最大层面面积ROI与小ROI测量的D、D*、f值差异均无统计学意义，见表2。

2.3.2 VEGF VEGF阴、阳性组间患者仅容积ROI和小ROI测量的D值差异有统计学意义（P＜0.05）。最大层面面积ROI测量的D、D*、f值差异均无统计学意义，见表3。

2.3.3 LVI LVI阴性和阳性组间患者仅容积ROI测量的D值差异有统计学意义（P＜0.05），而最大层面面积ROI与小ROI测量的D、D*、f值差异均无统计学意义，见表4。

2.4 容积ROI D值评估MVD、VEGF和LVI及小ROI D值评估VEGF的诊断效能 选2.3中不同MVD、VEGF及LVI表达者IVIM参数比较差异有统计学意义的指标行ROC曲线分析，结果显示，通过容积ROI的D值判断MVD、VEGF及LVI效果较好，尤其判断MVD高表达的敏感度有优势；小ROI的D值诊断VEGF阴性表达的特异度较优，见图2、3，表5。

Tab.1 Comparison of consistency of test result of different measurement methods and different doctors表1 不同测量方法中不同医生检测结果一致性比较

Tab.2 Comparison of IVIM parameters in rectal cancer patients with different MVD expressions表2直肠癌组织中不同MVD患者IVIM各参数比较

Tab.3 Comparison of IVIM parameters between patients with different VEGF expressions in rectal cancer表3 直肠癌组织中不同VEGF表达者IVIM各参数比较

Tab.4 Comparison of IVIM parameters between patients with different LVI status in rectal cancer表4 直肠癌组织中不同LVI情况IVIM各参数比较

Fig.2 ROCs of volume ROI D in evaluation of MVD,VEGF and LVI图2容积ROI D值评估MVD、VEGF和LVI的ROC曲线

Tab.5 Diagnostic performance of ROI D value in evaluation of MVD,VEGF and LVI表5 ROI D值评估MVD、VEGF和LVI的诊断效能

Fig.3 ROC of small ROI D in evaluation of VEGF图3小ROI D值评估VEGF的ROC曲线

3 讨论

术前准确评估肿瘤血管生成情况和LVI情况对治疗方式的选择和预后有重要影响。Zuo等［8］研究发现，抗肿瘤血管药物可通过抑制VEGF刺激的内皮细胞迁移和增殖来降低MVD。另有研究显示，LVI阳性患者有更高的结直肠癌复发率和较低的总体生存率［3］。常规扩散加权成像采用单指数模型，易受微循环灌注影响，而IVIM采用双指数模型，可以同时反映水分子的扩散情况和局部组织的微循环灌注情况［9］。IVIM值测量方法包括不同层面选择和病灶轮廓勾画，但Lambregts等［10］研究表明，不同层面的选择对结果无影响，因此病灶不同ROI的勾画成为研究重点。本研究结果显示，不同医生评估IVIM的3个参数值中容积ROI法的一致性更好，最大层面面积ROI法和小ROI法的一致性较差，推测其原因可能是容积ROI法勾画了整个肿瘤的体积，可重复性和稳定性更好，同时可以更好地获得肿瘤内固有异质性［11］，而最大层面面积ROI法和小ROI法因为肿瘤实性部分选择的不同而产生不同的结果，可重复性和稳定性较差［5］。

本研究显示，MVD低、高表达者中仅容积ROI测量的D值差异有统计学意义，与郭瑞等［12］等发现D值与MVD相关的结论一致，表明D值可用于术前评估直肠癌MVD的不同表达。推测其原因：（1）肿瘤内部MVD越高，肿瘤周围间质内成纤维细胞越多，水分子受限程度越大，扩散受限［12］。（2）MVD越高，癌细胞增殖越活跃，癌细胞增多且排列紧密，使细胞内、外间隙均较正常细胞减小，导致肿瘤组织内水分子扩散受限［13］。本研究中，VEGF阴、阳性患者小ROI和容积ROI测量的D值差异有统计学意义。李泓享等［14］则认为D值与VEGF无相关性，与本研究不同，其原因可能是因为该研究每层取3个小ROI来获得相应参数，导致D值的组间一致性较低，进而使结果产生偏倚；同时小ROI的选择区域避开了坏死、囊变区域，使ROI内肿瘤病灶偏实性，与病理结果可能存在偏差；而容积ROI覆盖了整个肿瘤信号，更能反映肿瘤真实的组织学特征［5］。本研究中，LVI阳性者容积ROI的D值较阴性者降低，而直肠癌LVI阳性与可能肿瘤水分子扩散有关，肿瘤侵犯淋巴管和血管会增加癌细胞排列密度，使细胞间隙减小，水分子扩散受限，这与卢乐等［4］研究一致。另外，朱海滨等［15］研究表明，肿瘤最大层面勾画ROI所测的淋巴血管侵犯组的D值高于未侵犯组，但认为最大层面勾画ROI所得结果并不能完全反映整个肿瘤的生物学行为。

综上所述，IVIM影像提供的D、D*、f值可在一定程度上反映直肠癌血管生成情况，尤其是容积ROI法测得的D值能更客观准确地用于术前评估MVD、VEGF和LVI的状态。但本研究存在样本量较小、ROI的选择和病理取材部位无法保证完全一致等问题，可能对IVIM各参数测量有一定影响。