IVIM參數興趣區的選擇在評估直腸癌腫瘤血管生成和淋巴血管侵犯中的應用價值

廖宗慧，袁藝，蒲紅，李杭

結直腸癌是世界范圍發病率和病死率最高的惡性腫瘤之一［1］。直腸癌內腫瘤血管的生成情況影響腫瘤的生物學行為以及患者治療方案的選擇和預后。目前，微血管密度（microvessel density，MVD）和血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）常用于定量評估腫瘤血管生成，是評估直腸癌患者生存率及療效的重要指標［2］。淋巴血管侵犯（lymphovascular invasion，LVI）是指癌細胞侵犯淋巴管和血管，與淋巴結轉移和不良預后有關，是病情進展的高危因素［3］。體素內不相干運動成像（intravoxel incoherent motion，IVIM）可將水分子的擴散效應和微循環灌注效應分離，反映水分子的擴散情況和局部組織的微循環灌注情況。IVIM已廣泛用于直腸癌術前分期、分化等的評估［4］，但用于評估直腸癌腫瘤血管生成和LVI的研究較少。另外，由于直腸癌腫瘤組織內新生血管分布不均，高低血管密度區混雜，使興趣區（region of interest，ROI）的選擇成為影響IVIM各參數結果的重要因素。本研究旨在探討IVIM中ROI的選擇在評估直腸癌MVD、VEGF的表達和LVI中的應用價值。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選取2019年1月—2020年1月于四川省人民醫院行腸鏡檢查，術前經病理證實為直腸癌并行直腸癌手術治療的患者54例，其中男33例，女21例，年齡34～86歲，平均年齡（63.0±12.1）歲。納入標準：（1）均行手術治療且術后病理結果為直腸腺癌。（2）術前均行MRI直腸序列和IVIM序列檢查，MRI檢查后1～2周內接受手術治療。（3）術前未接受新輔助治療。排除標準：MRI圖像質量差，無法滿足后期處理及診斷要求。

1.2 檢查方法 患者MRI檢查前清潔腸道，檢查前20 min肌內注射鹽酸山莨菪堿注射液10 mg抑制腸道蠕動。采用西門子Magnetom Aera 1.5 T磁共振設備，32通道體部相控陣線圈。掃描序列包括常規MRI序列和IVIM序列，其中常規MRI序列包括T1加權成像（T1WI）和T2加權成像（T2WI）。T1WI序列：翻轉角70°，重復時間（time of repetition，TR）262 ms，回波時間（time of echo，TE）2.62 ms，層厚6.0 mm，視野（FOV）400 mm×400 mm，矩陣256×176。T2WI序列：TR 4 590 ms，TE 73 ms，層厚3.5 mm，FOV 220 mm×220 mm，矩陣256×512。橫斷面IVIM掃描采用單次激發回波平面成像序列，TR 6 000 ms，TE 70 ms，激勵次數2，FOV 256 mm×256 mm，矩陣150×192，層厚6 mm，層間距6 mm，共取10個b值，分別為0、20、50、100、200、400、600、800、1 000及2 000 s/mm2。

1.3 影像分析 所有影像傳送至第三方軟件MITK（德國海德爾堡公司）擴散，由2名具有5年以上影像診斷經驗的放射科醫師在不知病理結果的情況下，采用雙盲法獨立閱片。參照文獻［5］，應用容積ROI、最大層面面積ROI及小ROI法對腫塊區域進行勾畫，并記錄純擴散系數（D）、灌注相關假擴散系數（D*）、灌注分數（f），取2位醫生測得結果平均值作為各例患者最終測量結果。

1.4 免疫組化指標判定 參照Weidner等［6］方法測定MVD，先于低倍鏡（×100）下尋找3個微血管染色最豐富的區域，即熱點區；然后在高倍鏡（×400）下分別計數每一熱點區3個視野內的微血管數。所有患者MVD中位數值為33.76（25.32，44.30），以33.76作為樣本的臨界值，分為低MVD（＜33.76）組和高MVD組（≥33.76）。VEGF表達參照Volm等［7］方法判定，細胞膜或細胞質染色呈棕黃色為陽性。由1名具有22年直腸病理診斷經驗的醫師根據美國病理學家協會（the College of American Pathologists，CAP）指南對LVI進行診斷，分為陰性組和陽性組。

1.5 統計學方法 采用SPSS 26.0軟件進行數據分析。3種ROI法測得的各參數的一致性檢驗采用組內相關系數（ICC）分析；ICC=0表示不可信，ICC＜0.4表示信度較差，ICC＞0.75表示信度良好，ICC=1表示完全可信。符合正態分布的計量資料用±s表示，2組間比較采用獨立樣本t檢驗；不符合正態分布的計量資料以中位數與四分位數［M（P25，P75）］表示，組間比較采用Mann-WhitneyU檢驗。運用受試者工作特征（ROC）曲線評價診斷效能，計算相應的最佳臨界值、曲線下面積（AUC）、敏感度和特異度。相關分析用Spearman秩相關。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 3種不同ROI勾畫方法示例 容積ROI法：在病灶的所有層面沿著其內緣進行ROI的勾畫。最大層面面積ROI法：在病灶的最大層面沿著病灶邊緣勾畫ROI。小ROI法：在病灶的最大層面分別勾畫2個小圓形ROI。典型最大層面面積ROI法和小ROI法，見圖1。容積ROI方法相近，未展示。

2.2 2位醫生用3種ROI法檢測各參數值檢測結果的一致性 容積ROI測得D值、D*值、f值的一致性最好，而IVIM的3個參數中D值診斷的一致性普遍更有優勢，見表1。

2.3 不同MVD、VEGF表達及LVI患者3種ROI測量方法所得參數值比較

2.3.1 MVD MVD低、高表達者中僅容積ROI測量的D值差異有統計學意義（P＜0.05），而最大層面面積ROI與小ROI測量的D、D*、f值差異均無統計學意義，見表2。

2.3.2 VEGF VEGF陰、陽性組間患者僅容積ROI和小ROI測量的D值差異有統計學意義（P＜0.05）。最大層面面積ROI測量的D、D*、f值差異均無統計學意義，見表3。

2.3.3 LVI LVI陰性和陽性組間患者僅容積ROI測量的D值差異有統計學意義（P＜0.05），而最大層面面積ROI與小ROI測量的D、D*、f值差異均無統計學意義，見表4。

2.4 容積ROI D值評估MVD、VEGF和LVI及小ROI D值評估VEGF的診斷效能 選2.3中不同MVD、VEGF及LVI表達者IVIM參數比較差異有統計學意義的指標行ROC曲線分析，結果顯示，通過容積ROI的D值判斷MVD、VEGF及LVI效果較好，尤其判斷MVD高表達的敏感度有優勢；小ROI的D值診斷VEGF陰性表達的特異度較優，見圖2、3，表5。

Tab.1 Comparison of consistency of test result of different measurement methods and different doctors表1 不同測量方法中不同醫生檢測結果一致性比較

Tab.2 Comparison of IVIM parameters in rectal cancer patients with different MVD expressions表2直腸癌組織中不同MVD患者IVIM各參數比較

Tab.3 Comparison of IVIM parameters between patients with different VEGF expressions in rectal cancer表3 直腸癌組織中不同VEGF表達者IVIM各參數比較

Tab.4 Comparison of IVIM parameters between patients with different LVI status in rectal cancer表4 直腸癌組織中不同LVI情況IVIM各參數比較

Fig.2 ROCs of volume ROI D in evaluation of MVD,VEGF and LVI圖2容積ROI D值評估MVD、VEGF和LVI的ROC曲線

Tab.5 Diagnostic performance of ROI D value in evaluation of MVD,VEGF and LVI表5 ROI D值評估MVD、VEGF和LVI的診斷效能

Fig.3 ROC of small ROI D in evaluation of VEGF圖3小ROI D值評估VEGF的ROC曲線

3 討論

術前準確評估腫瘤血管生成情況和LVI情況對治療方式的選擇和預后有重要影響。Zuo等［8］研究發現，抗腫瘤血管藥物可通過抑制VEGF刺激的內皮細胞遷移和增殖來降低MVD。另有研究顯示，LVI陽性患者有更高的結直腸癌復發率和較低的總體生存率［3］。常規擴散加權成像采用單指數模型，易受微循環灌注影響，而IVIM采用雙指數模型，可以同時反映水分子的擴散情況和局部組織的微循環灌注情況［9］。IVIM值測量方法包括不同層面選擇和病灶輪廓勾畫，但Lambregts等［10］研究表明，不同層面的選擇對結果無影響，因此病灶不同ROI的勾畫成為研究重點。本研究結果顯示，不同醫生評估IVIM的3個參數值中容積ROI法的一致性更好，最大層面面積ROI法和小ROI法的一致性較差，推測其原因可能是容積ROI法勾畫了整個腫瘤的體積，可重復性和穩定性更好，同時可以更好地獲得腫瘤內固有異質性［11］，而最大層面面積ROI法和小ROI法因為腫瘤實性部分選擇的不同而產生不同的結果，可重復性和穩定性較差［5］。

本研究顯示，MVD低、高表達者中僅容積ROI測量的D值差異有統計學意義，與郭瑞等［12］等發現D值與MVD相關的結論一致，表明D值可用于術前評估直腸癌MVD的不同表達。推測其原因：（1）腫瘤內部MVD越高，腫瘤周圍間質內成纖維細胞越多，水分子受限程度越大，擴散受限［12］。（2）MVD越高，癌細胞增殖越活躍，癌細胞增多且排列緊密，使細胞內、外間隙均較正常細胞減小，導致腫瘤組織內水分子擴散受限［13］。本研究中，VEGF陰、陽性患者小ROI和容積ROI測量的D值差異有統計學意義。李泓享等［14］則認為D值與VEGF無相關性，與本研究不同，其原因可能是因為該研究每層取3個小ROI來獲得相應參數，導致D值的組間一致性較低，進而使結果產生偏倚；同時小ROI的選擇區域避開了壞死、囊變區域，使ROI內腫瘤病灶偏實性，與病理結果可能存在偏差；而容積ROI覆蓋了整個腫瘤信號，更能反映腫瘤真實的組織學特征［5］。本研究中，LVI陽性者容積ROI的D值較陰性者降低，而直腸癌LVI陽性與可能腫瘤水分子擴散有關，腫瘤侵犯淋巴管和血管會增加癌細胞排列密度，使細胞間隙減小，水分子擴散受限，這與盧樂等［4］研究一致。另外，朱海濱等［15］研究表明，腫瘤最大層面勾畫ROI所測的淋巴血管侵犯組的D值高于未侵犯組，但認為最大層面勾畫ROI所得結果并不能完全反映整個腫瘤的生物學行為。

綜上所述，IVIM影像提供的D、D*、f值可在一定程度上反映直腸癌血管生成情況，尤其是容積ROI法測得的D值能更客觀準確地用于術前評估MVD、VEGF和LVI的狀態。但本研究存在樣本量較小、ROI的選擇和病理取材部位無法保證完全一致等問題，可能對IVIM各參數測量有一定影響。