IVIM-DWI聯合DCE-MRI診斷直腸癌盆腔淋巴結轉移的價值

康立清，郭素引，趙夢，劉鳳海，邢榮格，姜國勝，李國策

淋巴結轉移與否是直腸癌術前分期的重要內容。常規MRI可顯示淋巴結的大小、形態及信號特征，對良惡性鑒別有一定價值，但其特異性較低[1]。近年來，體素內不相干運動擴散加權成像(intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging，IVIM-DWI)和動態對比增強磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI)技術開始用于淋巴結轉移的診斷，但各自的參數閾值及診斷效能報道不一，且兩者聯合應用報道較少。本文旨在評價IVIM-DWI、DCE-MRI定量參數對直腸癌盆腔淋巴結轉移的診斷效能，并探討兩者聯合應用可否提高診斷效能。

1 材料與方法

1.1 研究對象

分析滄州市中心醫院2015年1月至2017年7月收治的45例直腸癌患者的MRI及病理資料。納入標準：(1)結腸鏡病理證實為直腸腺癌；(2)未接受過任何抗腫瘤治療；(3)無盆腔手術史者；(4)有完整手術病理資料；(5)淋巴結短徑≥5 mm，且IVIM-DWI和DCE-MRI均可測得有效參數值。最終轉移性淋巴結入組35枚，非轉移性淋巴結入組28枚。本研究經本院醫學倫理委員會批準。

1.2 設備及掃描方法

所有患者均于術前1周內行盆腔MRI平掃、IVIMDWI及DCE-MRI檢查。采用GE 750W 3.0 T MRI儀和8通道相控陣線圈。IVIM采用單激發自旋回波擴散加權平面回波成像序列，取9個b值(b=0、30、50、80、100、200、400、600、800 s/mm2)，TR 4345 ms，TE minimum，FOV 40 cm×40 cm，矩陣128×128，NEX分別為2、3、3、3、3、2、2、2、4，層厚5 mm，層間距1.0 mm。DCE-MR采用3D-LAVA Flex序列：翻轉角15°，TR 2.9 ms，TE 1.2 ms，NEX 1，層厚5.0 mm，層間距1.0 mm，矩陣180×128，FOV 380 mm×380 mm。自由呼吸狀態下行60期不間斷掃描，單個時相掃描時間為5 s，第4期開始以3 mL/s的流速、0.1 mmol/kg的劑量經肘靜脈注射Gd-DTPA，并以等量生理鹽水沖管。

1.3 資料分析

1.3.1 MRI定量參數測量

MRI數據采用GE AW 4.6工作站進行后處理。感興趣區選擇參考MRI平掃及增強，在各功能圖像同一層面上選取淋巴結強化最明顯的區域。重復測量3次取平均值。IVIM-DWI數據采用Functool軟件測量表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)、單純擴散系數(diffusion coefficient，D)、偽擴散系數(pseudo diffusion coefficient，D*)以及灌注分數(perfusion fraction，f)。DCE-MRI數據采用Gen IQ軟件測量灌注容量轉換常數(volume transfer constant，Ktrans)、細胞外血管外間隙容積比(extravascular extracellular volume fraction，Ve)及速率常數(rate constant，Kep)。

1.3.2 病理資料分析

術后所有盆腔淋巴結標本均進行編號，經蘇木素-伊紅染色輔以免疫組織化學技術判定良惡性后由經驗豐富的病理科與磁共振成像科醫生共同對標本及MRI圖像上的淋巴結進行匹配。標本與MRI圖像匹配且可測得MRI定量參數的淋巴結納入研究，并根據病理結果分為轉移組和非轉移組。

1.4 統計學方法

采用SPSS 21.0軟件進行統計學分析。轉移組與非轉移組淋巴結的IVIM-DWI及DCE-MRI參數的兩兩比較，采用獨立樣本t檢驗。采用多因素Logistic回歸分析確定對診斷直腸癌盆腔淋巴結轉移具有顯著意義的參數。繪制受試者工作特征(reciver operating characteristic，ROC)曲線，并計算曲線下面積(area under curve，AUC)。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組淋巴結短徑及IVIM-DWI參數值的比較

轉移組淋巴結的短徑大于非轉移組，差異均有統計學意義(P＜0.05)。IVIM-DWI參數中，轉移組淋巴結的ADC、D及D*值均值明顯低于非轉移組，其中D及D*值差異有統計學意義(P＜0.05)；轉移組淋巴結的f值均值明顯高于非轉移組，差異有統計學意義(P＜0.05)。見表1，典型病例見圖1、2。

2.2 兩組淋巴結DCE-MRI參數值的比較

轉移組淋巴結的Ktrans及Ve值均大于非轉移組，差異均有統計學意義(P＜0.05)；轉移組淋巴結的Kep值大于非轉移組，差異無統計學意義。見表2，典型病例見圖1、2。

2.3 IVIM-DWI、DCE-MRI及兩者聯合對淋巴結良惡性的診斷效能

圖1 非轉移組淋巴結的IVIM-DWI [A：DWI，B：ADC (0.00189)，C：D (0.00153)，D：D* (0.098)，E：f (0.239)]及DCE-MRI偽彩圖[F：T2，G：Lava，H：Ktrans (0.282)，I：Ve (0.421)，J：Kep (0.697)] 圖2 轉移組淋巴結的IVIM-DWI [A：DWI，B：ADC (0.00158)，C：D (0.00083)，D：D* (0.0268)，E：f (0.405)] 及DCE-MRI偽彩圖[F：T2，G：Lava，H：Ktrans (0.815)，I：Ve (0.725)，J：Kep (1.104)]Fig. 1 IVIM-DWI [A: DWI, B: ADC (0.00189), C: D (0.00153), D: D* (0.098), E: f (0.239)] and DCE-MRI images [F: T2, G: Lava, H: Ktrans (0.282), I: Ve (0.421), J: Kep (0.697)] of non-metastatic lymph nodes. Fig. 2 IVIM-DWI [A: DWI, B: ADC (0.00158), C: D (0.00083), D: D* (0.0268), E: f (0.405)] and DCE-MRI images [F: T2, G: Lava, H: Ktrans (0.815) , I: Ve (0.725) , J: Kep (1.104)] of metastatic lymph nodes.

表1 兩組淋巴結短徑及IVIM-DWI參數值的比較(±s)Tab.1 Comparison of short diameter and IVIM-DWI parameters in two groups of lymph nodes (±s)

表1 兩組淋巴結短徑及IVIM-DWI參數值的比較(±s)Tab.1 Comparison of short diameter and IVIM-DWI parameters in two groups of lymph nodes (±s)

組別 短徑(mm) ADC (×10 -3 mm2/s) D (×10-3 mm2/s) D* (×10-3 mm2/s) f非轉移組(n=28) 6.52±1.31 1.37±0.35 1.30±0.66 75.79±52.87 0.23±0.14轉移組(n=35) 8.08±2.66 1.22±0.18 0.76±0.34 46.41±45.19 0.37±0.13 t值 2.837 -1.986 -4.149 -2.377 4.127 P值 0.006 0.054 0.000 0.021 0.000

表2 兩組淋巴結DCE-MRI參數值的比較(±s) Tab. 2 Comparison of DCE-MRI parameters in two groups of lymph nodes (±s)

表2 兩組淋巴結DCE-MRI參數值的比較(±s) Tab. 2 Comparison of DCE-MRI parameters in two groups of lymph nodes (±s)

組別 Ktrans (min-1) Ve Kep (min-1)非轉移組(n=28) 0.48±0.32 0.34±0.24 1.46±1.35轉移組(n=35) 0.84±0.38 0.55±022 1.65±0.92 t值 3.993 3.514 0.644 P值 0.000 0.001 0.522

表3 D和Ktrans值回歸分析Tab. 3 Regression analysis of D and Ktrans values

表4 D值、Ktrans及聯合預測概率P值診斷效能的兩兩比較Tab. 4 Comparison of diagnostic performance of D value, Ktrans and combined prediction probability P value

表5 D值、Ktrans值及聯合預測概率P值的診斷效能Tab. 5 Diagnostic efficacy of D value, Ktrans value and combined prediction probability P value

淋巴結短徑、IVIM-DWI及DCE-MRI各參數進行向前條件Logistic分析，其中納入回歸方程的參數分別為D值和Ktrans值，因此選擇用D值與Ktrans值進行聯合分析。Ktrans值與淋巴結轉移呈正相關，D值與淋巴結轉移呈負相關，兩者Logistic回歸分析結果見表3，得到轉移性淋巴結預測概率值回歸方程。對該Logistic回歸模型進行似然比檢驗，差異有統計學意義(χ2=41.306，P=0.000)。同時，SPSS表中產生一個新變量，即聯合 診斷預測概率P值。經ROC曲線分析，D值的AUC為0.822，Ktrans值的AUC為0.789，而聯合診斷預測概率P值的AUC提高到0.923。經兩兩比較，聯合預測概率P值與D值及與Ktrans值AUC的差異(分別為Z=2.264，P=0.024和Z=2.311，P=0.021)均有統計學意義(表4)。D值、Ktrans值及聯合預測概率P值的最佳診斷界點分別為0.815×10-3mm2/s、0.467 mm-1和0.527，診斷淋巴結轉移的敏感性分別為68.6%、85.7%和91.4%，特異性分別為85.7%、67.9%和82.1%。詳見表5、圖3。

3 討論

3.1 IVIM-DWI各參數鑒別良惡性淋巴結的價值

圖3 D值、Ktrans值及兩者聯合預測概率P值鑒別直腸癌盆腔淋巴結轉移的ROC曲線 Fig. 3 ROC curves for the differential diagnosis of benign and malignant pelvic lymph nodes by D value, Ktrans value and their combined prediction probability P value.

DWI是目前唯一能反映活體組織內水分子擴散特性的無創性成像方法，可從分子水平檢測組織含水量、細胞構成以及細胞膜完整性等信息[2]。腫瘤及轉移淋巴結因細胞密度較高、細胞外間隙減小、組織間壓力升高及細胞結構改變等因素使局部水分子擴散受限，在DWI上表現為高信號，ADC值減低，從而可與水腫、炎癥和壞死等病變進行鑒別，在腫瘤放化療療效的早期預測及評價中具有一定作用。然而，單指數模型的DWI和ADC值測量不僅受到水分子擴散的影響，還受到微循環灌注的影響，限制ADC值在鑒別診斷中的可靠性[3]。本研究轉移性淋巴結ADC值雖高于非轉移性淋巴結，但差異無統計學意義。

IVIM是一種使用多b值采樣的雙指數模型，可以將微循環或灌注效應與真實的組織擴散區分開來，獲取D、D*及f值[4-5]。這種雙指數模型可更真實地反映組織水分子的擴散特性，并可同時獲取微循環灌注信息，因此，越來越多地用于良惡性腫瘤和(或)淋巴結的鑒別，在多種腫瘤分期、療效評估方面發揮了重要作用[3，6-11]。其中D值為純擴散相關參數，主要反映細胞密度和細胞外基質組成，與細胞化程度及核漿比呈負相關[12-15]；D*值為血液微循環產生的偽擴散系數，與平均血流速度和平均毛細血管段長度成正比；f值為灌注分數，代表感興趣區局部微環境所致灌注效應占總體擴散效應的容積比率[16]。本研究轉移組淋巴結的D值、D*值均明顯低于非轉移組，f值顯著高于非轉移組，其中僅D值納入Logistic回歸方程，可能與D*值及f值受微循環灌注因素干擾有關。雖然D*值和f值均與微血管和灌注有關，但D*值反映了動態流速，f值代表與微循環相關的水運動的體積分數[3]。從微循環灌注角度講，惡性淋巴結新生血管增多，血管壁通透性高，D*值和f值均應升高。但D*值常因細胞外間隙縮小而擴散受限；而f值則會因組織真實擴散的受限而所占擴散體積分數增加，因此可出現本研究所表現的D*值和f值“矛盾”的現象。部分良性病變(如炎性病變)也可出現高灌注現象，表現為毛細血管擴張、滲透性增加[8，17]。這種良惡性病變血流灌注的“重疊”現象，可能也是導致D*值和f值鑒別良惡性淋巴結特異性降低的原因之一。

3.2 DCE-MRI定量參數鑒別良惡性淋巴結的價值

DCE-MRI是一種基于T1WI動態增強和雙室藥代動力模型的灌注成像技術，可反映毛細血管通透性等方面的血流動力學信息[18-20]，在評價淋巴結轉移方面的研究與應用前景十分廣闊。DCE-MRI定量參數中，Ktrans反映對比劑從血管腔內擴散到血管腔外的信息，Ve代表血管外細胞外間隙占整個體素的容積比，反映對比劑停留在血管外細胞外間隙中的百分比，間接地體現了血管壁的通透性。Kep反映對比劑從血管外細胞外間隙回流到血管腔內的信息，Ve=Ktrans/Kep。本研究轉移組Ktrans、Ve值均明顯高于非轉移組，差異有統計學意義；Kep值稍高于非轉移組，差異無統計學意義，與Yu等[21]的研究結果相似。雖然轉移淋巴結血管通透性高，但Ktrans、Ve值均增高時，兩者的比值Kep值可變化不大。轉移淋巴結內部結構紊亂、新生血管較多、微血管密度增加、內皮細胞生長不完整、細胞外間隙減小，血管滲透性明顯增高，對比劑從新生血管腔內流出至血管外間隙的速度加快，Ktrans值增高。本研究將Ktrans納入Logistic回歸方程符合這一特點。而Ve未納入Logistic回歸方程，可能與其還受Kep值及細胞外間隙大小等因素影響有關。另外，惡性淋巴結細胞生長速度、通透性的差異，及良惡性淋巴結的血流灌注及通透性參數的重疊現象，可能也是原因之一。

3.3 D值、Ktrans值及聯合診斷的價值

目前，IVIM-DWI及DCE-MRI診斷淋巴結轉移的研究雖多，但多使用單一參數，敏感性及特異性存在較大差異。本研究通過Logistic回歸分析對診斷直腸癌盆腔淋巴結轉移具有顯著意義的兩個參數D值及Ktrans值進行聯合分析，D值、Ktrans值及新變量預測概率P值診斷淋巴結轉移的AUC分別為0.822、0.789和0.923，聯合應用的診斷效能較單獨應用有所提高，且與D、Ktrans診斷效能的兩兩比較差異有統計學意義。新變量預測概率P值大于0.527時，提示淋巴結轉移的概率更大，能夠在一定程度上提高淋巴結轉移的檢出率。聯合應用診斷效能的提高，是因為聯合分析通過統計學方法上的改進，部分性地克服了單一方法缺陷所造成的效能不足。

3.4 本研究的缺陷

為了盡量確保入組淋巴結可測得有效功能參數，本研究將入組淋巴結短徑限制在5 mm以上，因此，非轉移組淋巴結的短徑均值高于臨床真實情況，兩組淋巴結短徑的比較僅限于本組的特定情形(5 mm以上)，而不能作為鑒別診斷閾值。本研究受樣本量及MRI空間分辨率等限制，所獲得結果的臨床實用價值仍有待驗證。鑒于腫瘤的異質性及擴散與灌注之間的相互影響，大樣本紋理分析有可能進一步提高診斷效能。

總之，本研究結果提示IVIM-DWI的D值及DCEMRI的Ktrans值對直腸癌盆腔淋巴結轉移具有較高的診斷價值，兩者聯合應用可進一步提高診斷效能。

利益沖突：無。