MR體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)DWI與動(dòng)態(tài)增強(qiáng)定量參數(shù)在直腸癌術(shù)前分期中的對(duì)照研究

季立標(biāo) 陸志華 蔣 恒 翁曉燕 胡春洪

動(dòng)態(tài)增強(qiáng)（dynamic contrast-enhanced，DCE）磁共振成像可間接反映組織內(nèi)微循環(huán)和血流動(dòng)力學(xué)情況［1］，但對(duì)比劑對(duì)急性腎功能不全和終末期腎功能不全的患者會(huì)產(chǎn)生副作用。體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)（intravoxel incoherent motion，IVIM）DWI是通過(guò)采集包含低b值在內(nèi)的多b值DWI圖像，采用雙指數(shù)擴(kuò)散衰減模型得到分別反映組織內(nèi)部擴(kuò)散信息和灌注信息的定量參數(shù)［2-3］。本研究以病理T分期為標(biāo)準(zhǔn)，探討IVIM和DCE的定量參數(shù)在直腸癌術(shù)前分期中的診斷價(jià)值以及IVIM灌注相關(guān)的定量參數(shù)與DCE參數(shù)的相關(guān)性。

方 法

1. 研究對(duì)象

回顧性分析2016年9月至2019年8月符合以下標(biāo)準(zhǔn)的直腸腺癌患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：①包含高分辨T2WI、IVIM和DCE的多參數(shù)MRI；②術(shù)后取得完整的T分期結(jié)果。排除標(biāo)準(zhǔn)：①術(shù)前行輔助放化療；②偽影較多致IVIM圖像變形嚴(yán)重；③特殊的病理類型，如黏液腺癌。77例患者納入研究，男47例，女30例，年齡40～85歲，中位年齡66歲。病理T分期參照美國(guó)癌癥聯(lián)合會(huì)第8版［4］的標(biāo)準(zhǔn)：4例T1期，27例T2期，，43例T3期，3例T4期。

2. 檢查方法

采用飛利浦3.0T超導(dǎo)MR儀，16通道體部相控陣線圈。檢查前30 min灌腸清潔腸道。檢查前肌注10 mg鹽酸山莨菪堿。三平面T2WI、IVIM及DCE序列參數(shù)見表1。IVIM序列采用SE-EPI序列，b值為0、10、20、50、100、200、500、800、1 000 s/mm2。DCE采用e-THRIVE快速容積掃描，先行3個(gè)翻轉(zhuǎn)角度（5°、10°及15°）的T1 mapping掃描，參數(shù)同e-THRIVE序列，對(duì)比劑采用釓雙胺注射液（GE藥業(yè)，上海），注射速率為3.0 ml/s，劑量為0.1 mmol/kg，DCE的時(shí)間分辨率為5.3 s，共64期。IVIM和DCE的定位與橫軸位T2WI一致。

表1直腸三平面T2WI、IVIM及DCE序列參數(shù)

3. 圖像處理及分析

IVIM后處理采用FireVoxel軟件（New York University，NY）。由2名放射科醫(yī)師在b=1 000 s/mm2的DWI圖像上手動(dòng)勾畫每層直腸高信號(hào)病灶區(qū)，感興趣區(qū)盡量包括腫瘤的實(shí)性部分，最后剪切出整個(gè)腫瘤體積，并基于雙指數(shù)模型的計(jì)算公式［S（b）/S0=（1-f）·exp（-b·D）+f·exp（-b·D*）］計(jì)算出真實(shí)擴(kuò)散系數(shù)（D）、假擴(kuò)散系數(shù)（D*）和灌注分?jǐn)?shù)（f）數(shù)據(jù)，并由MATLAB軟件計(jì)算出每個(gè)像素內(nèi)的D值、D*值和f值并取其平均值。

DCE的后處理由同樣2名放射科醫(yī)師采用Omni Kinetics軟件（GE藥業(yè)，上海），先導(dǎo)入3個(gè)翻轉(zhuǎn)角的T1 map序列，然后導(dǎo)入動(dòng)態(tài)增強(qiáng)序列，勾畫髂內(nèi)動(dòng)脈血管得到該供血血管的時(shí)間-濃度曲線作為動(dòng)脈輸入函數(shù)，并以該曲線作為參考，選擇Extended Tofts Linear模型計(jì)算出Ktrans、Kep、Ve和Vp偽彩圖及各參數(shù)平均值。

4. 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

1.T1-2期和T3-4期直腸癌IVIM和DCE參數(shù)比較

IVIM的D值和f值在直腸癌T1-2期（圖1）和T3-4期（圖2）間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值分別為0.001和＜0.001，表2）。DCE的Ktrans值和Kep值在直腸癌T1-2期和T3-4期間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值分別為＜0.001和0.025，表2）。

圖1 直腸下段后壁T2期直腸腺癌

圖2 T3期直腸腺癌

2.IVIM和DCE參數(shù)鑒別T1-2期和T3-4期直腸癌的效能比較

差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)鑒別T1-2期和T3-4期直腸癌的效能比較見圖3和表3，Ktrans的AUC最高，以0.53為閾值診斷的靈敏度和特異度分別為80.4%和77.4%。將IVIM和DCE鑒別診斷效能最高的2個(gè)參數(shù)（f和Ktrans）聯(lián)合，經(jīng)過(guò)logistic回歸模型得到預(yù)測(cè)值，鑒別T1-2期和T3-4期直腸癌的AUC達(dá)到0.856，靈敏度和特異度分別為80.4%和80.6%（表3）。

表2 T1-2期和T3-4期直腸癌IVIM和DCE參數(shù)比較

圖3 IVIM-DWI和DCE-MRI定量參數(shù)和logistic回歸預(yù)測(cè)值診斷效能比較

表3 IVIM和DCE參數(shù)鑒別T1-2期和T3-4期直腸癌的效能比較

3.IVIM的灌注參數(shù)與DCE參數(shù)的相關(guān)性分析

f與Kep呈中度正相關(guān)（r=0.431，P=0.000），f與Ktrans（r=0.237，P=0.038）以及D*與Ve（r=0.235，P=0.040）呈弱正相關(guān)。其他IVIM灌注參數(shù)和DCE參數(shù)間無(wú)相關(guān)性（表4）。

表4 IVIM的灌注參數(shù)與DCE參數(shù)的相關(guān)性比較

討 論

IVIM序列中的D值更多地代表組織內(nèi)純水分子擴(kuò)散，D*值更多地反映了組織內(nèi)毛細(xì)血管微循環(huán)的灌注，f值表示與微循環(huán)灌注相關(guān)的擴(kuò)散在感興趣體素內(nèi)占總擴(kuò)散的比例，與毛細(xì)血管血容量相關(guān)［5］，D*值和f值均是反映組織灌注特性的參數(shù)。本結(jié)果顯示T3-4期的D值顯著降低，與其他研究［5-6］結(jié)果一致，其原因可能為，隨著腫瘤浸潤(rùn)范圍增大，腫瘤細(xì)胞密度更大、細(xì)胞外間隙更小、腫瘤組織中自由水分子的擴(kuò)散受限更明顯；而f值在T3-4期顯著增高，原因可能為隨著腫瘤惡性程度的增高，不成熟血管的增多和毛細(xì)血管通透性的增加導(dǎo)致f值增高。這與其他研究［7］顯示的f值與血管計(jì)數(shù)、微血管密度顯著相關(guān)是一致的。但Sun［6］和Lu等［8］的研究結(jié)果顯示，隨著腫瘤惡性程度的增高，f值逐漸降低。造成結(jié)果存在差異的原因可能與隨著腫瘤惡性程度的升高，腫瘤內(nèi)微血管復(fù)雜性增加有關(guān)。D*值在組間無(wú)差異的原因可能包含了水分子擴(kuò)散和灌注分?jǐn)?shù)，且對(duì)噪聲敏感，數(shù)值相對(duì)不穩(wěn)定［9］。

Ktrans描述的是對(duì)比劑經(jīng)血管內(nèi)皮轉(zhuǎn)運(yùn)至血管外細(xì)胞外間隙（extravascular extracellular space，EES）的速率，Kep則相反，兩者的大小反映了組織內(nèi)微血管灌注量及血管的滲透面積。本結(jié)果顯示T3-4期的Ktrans和Kep值顯著增高，考慮為隨著腫瘤惡性程度的增高，腫瘤新生血管的結(jié)構(gòu)及功能越不完善，具有更高的滲透性和血流量，與其他研究結(jié)果一致［1，10］。另外，Ve反映了EES中對(duì)比劑濃度占整個(gè)體素的百分比，Vp反映了血容量和血漿流量的混合，本結(jié)果中Ve和Vp值的組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能與掃描時(shí)間、腫瘤分化程度等多因素有關(guān)。DCE中的Ktrans鑒別T1-2期和T3-4期直腸癌的效能最高，原因可能為DCE通過(guò)采集對(duì)比劑在腫瘤組織內(nèi)的灌注和滲透性參數(shù)，Ktrans幾乎直接反映了腫瘤組織的血管生成情況。另外，聯(lián)合2種成像技術(shù)中診斷效能最高的2個(gè)參數(shù)（f值和Ktrans）得到的新預(yù)測(cè)值，鑒別T1-2期和T3-4期直腸癌的效能達(dá)到0.856。

盡管IVIM與DCE成像原理不同，但基本理論均基于毛細(xì)血管滲透性和血流動(dòng)力學(xué)假說(shuō)，因此IVIM的灌注參數(shù)與DCE的關(guān)系是研究的熱點(diǎn)［11］。本研究中f與Kep呈中度正相關(guān)，f與Ktrans以及D*與Ve呈弱正相關(guān)，與Yang等［9］的結(jié)果相仿。f值還受到微血管解剖、血管滲透性［11］和微血管密度［12］等的影響，Ktrans和Kep受血容量和微血管通透性兩方面影響，所以f與Kep和Ktrans呈弱至中度相關(guān)。D*值與DCE參數(shù)為弱相關(guān)或無(wú)相關(guān)，其原因可能為：①D*值可能包含了腺體分泌、導(dǎo)管內(nèi)液體流動(dòng)［13］等其他的生理過(guò)程；②IVIM信號(hào)強(qiáng)度受不同b值選取的影響，特別是小于200的b值［11］。

本研究的局限性：①本研究中T1期病例較少，另外，D與f值在預(yù)測(cè)T分期上靈敏度較高，但特異度較低，還需擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步研究；②目前對(duì)b值的大小和數(shù)量尚無(wú)統(tǒng)一參考值，對(duì)b值的優(yōu)化還需進(jìn)一步研究。

綜上所述，IVIM與DCE參數(shù)對(duì)鑒別直腸癌的T分期均有較大的價(jià)值，IVIM的灌注參數(shù)與DCE具有一定的相關(guān)性，由于IVIM無(wú)須注射對(duì)比劑，對(duì)急性腎功能不全和終末期腎功能不全的患者具有潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值。