三種不同感興趣區(qū)ADC值測量與直腸癌分期的關系

牟安娜 李奎德 蒲紅 印隆林 李杭

四川省醫(yī)學科學院·四川省人民醫(yī)院放射科（成都610072）

結直腸癌是胃腸道最常見的惡性腫瘤之一，根據(jù)2015 中國癌癥數(shù)據(jù)統(tǒng)計我國結腸癌發(fā)病率、病死率排名第5 位［1］。準確評判腫瘤術前分期與其預后及臨床治療決策密切相關。目前已被證實表觀擴散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）在評估直腸癌分化程度、腫瘤細胞生物學行為及新輔助放化療（neoaduvant chemoradiotherapy，NCRT）療效中具有重要意義［2-4］。近期歐洲腹部胃腸道影像專家共識也推薦常規(guī)使用磁共振擴散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）進行NCRT 再分期［5］，但是如何測量ADC 值仍未達成統(tǒng)一共識［6］。目前大部分研究最常使用的方法是在腫瘤最大層面多次重復測量ADC 值，然后取平均值，但是腫瘤組織通常合并壞死、出血、囊變，放置單一的感興趣區(qū)（regions of interest，ROI）并不一定能夠完全避免壞死區(qū)。LAMBREGTS 等［7］發(fā)現(xiàn)不同的ROI 勾畫大小及位置不同，將會得到不一樣的ADC 值。之前研究顯示容積ROI 法測量直腸癌原發(fā)灶ADC 值可重復性最好，但是沒有與腫瘤分期做進一步研究［8］。本文目的是比較3 種不同方法勾畫ROI 所得到的ADC 值在評價直腸癌分期之中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料回顧性分析2018年8月至2019年9月經(jīng)我院病理證實為直腸腺癌患者63 例。納入標準：（1）經(jīng)手術切除且病理組織學及免疫組化檢查確診為直腸腺癌；（2）MRI 檢查前均未行手術、放化療等治療；（3）磁共振檢查后一周內行手術治療；（4）MRI 資料完整且清晰可辨。排除標準：（1）未行病理組織學檢查，或術后病理組織學證實為黏液腺癌，黏液腺癌由于細胞密度較低呈明顯T2 高信號而ADC 值減低［4］；（2）腫瘤體積過小，在DWI 及ADC 圖像上腫瘤信號不明顯；（3）圖像質量差，無法進行測量。

1.2 檢查方法檢查設備為西門子Aera1.5T 磁共振，對所有研究對象行盆腔磁共振檢查，采用體部相控陣線圈進行掃描。檢查前做好腸道清潔準備，掃描序列包括軸位T1WI、T2WI 及DWI 平掃。掃描參數(shù)：T1WI 序列：偏轉角= 70°，TR = 262 ms，TE = 2.62 ms，層厚= 6.0 mm，F(xiàn)OV = 400 mm2，矩陣= 256 × 176。T2WI 序列：TR = 4 590 ms，TE =73 ms，層厚= 3.5 mm，F(xiàn)OV = 220 mm2，矩陣= 256× 512。DWI 序列（b = 0.800 s/mm2）：TR = 5 498 ms，TE = 76.2 ms，層厚= 6.0 mm，F(xiàn)OV = 360 mm ×270 mm，矩陣=192×128。

1.3 圖像分析和后處理收集所有研究對象MRI圖像，由兩位從事胃腸影像診斷5年以上醫(yī)師在不知病理結果的情況下，在后處理工作站獨立進行圖像分析和測量。參照薄層T2WI 圖像，在ADC圖像上采用3 種感興趣區(qū)域（region of interest，ROI）法對腫塊進行勾畫［4，8］，并測量相應的ADC值，分別為小ROI 法（small ROI method）：在腫瘤最大層面區(qū)域勾畫3 個小圓形為感興趣區(qū)測量ADC，避開壞死、囊變、出血等區(qū)域，取其平均值為測量值；單一層面ROI 法（single-section ROI method）：勾畫出腫瘤最大層面的面積為感興趣區(qū)測量ADC，避開肉眼可見腸腔內氣體及液體干擾；容積ROI 法（whole-tumor volume ROI method）：勾畫出腫瘤每個層面的面積為感興趣區(qū)測量ADC，取腫瘤所有勾畫層面平均值為測量值（圖1）。取兩位觀察者測得ADC 值的平均值作為最終測量結果。在對腫塊面積ROI 及容積ROI 進行測量時，病變區(qū)域選擇主要參考相對于鄰近正常直腸壁，腫塊在DWI 呈高信號，且在對應ADC 圖上呈低信號，同時參考對應的T2WI 圖像（腫塊呈中等信號）。

1.4 統(tǒng)計學方法采用SPSS 17.0 軟件進行分析。正態(tài)分布數(shù)據(jù)采用均數(shù)± 標準差表示，不滿足正態(tài)分布數(shù)據(jù)采用中位數(shù)（四分位間距）表示。應用單因素方差分析評價3 種ROI 勾畫方法在直腸癌TN 分期及Ⅰ～Ⅳ分期中的差異。運用受試者操作特性（receiver operating characteristic，ROC）曲線將差異存在統(tǒng)計學意義的參數(shù)進行分析，計算其在直腸癌分期中的最佳臨界值、曲線下面積（area under the curve，AUC）值和診斷性能。采用Spearman 檢驗3 種不同ROI 勾畫方法測得ADC 值在直腸癌TN 分期及Ⅰ～Ⅳ分期之間的相關性。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

圖1 測量直腸癌原發(fā)病灶ADC 值興趣區(qū)勾畫方式示意圖Fig.1 The delineation of tumor ROI to measure rectal cancer ADC value

2 結果

2.1 直腸癌患者臨床基本資料63 例直腸癌患者，男39 例（61.3%），女24 例（38.7%），中位數(shù)年齡65（52，74）歲。根據(jù)美國癌癥聯(lián)合委員會（AJCC）第8 版分期術后病理結果證實：T1 期1 例，T2 期8 例，T3 期20 例，T4 期34 例；N 分期為：N0 期32 例，N1 期14 例，N2 期17 例；臨床分期為：Ⅰ期7 例，Ⅱ期為23 例（ⅡA 期10 例，ⅡB+C 期13 例），Ⅲ期為25 例，Ⅳ期為8 例。

2.2 3 種ROI 法測得ADC 值與直腸癌TN 分級及Ⅰ～Ⅳ分期之間的相關性單一層面ROI 法測得ADC 值為0.942（0.871，0.970）× 10-3mm2/s，容積ROI 法測得ADC 值為0.940（0.909，0.992）× 10-3mm2/s，小ROI 法測得ADC 值為0.898（0.861，0.951）×10-3mm2/s。根據(jù)Mann-whitney檢驗：單一層面ROI勾畫法與容積ROI 勾畫法所測得ADC 值之間差異無統(tǒng)計學意義（Z =-0.686，P= 0.493）；單一層面ROI法與小ROI勾畫法測得ADC值之間差異有統(tǒng)計學（Z =-0.215，P= 0.031）；容積ROI 勾畫法與小ROI 勾畫法測得ADC 值之間差異有統(tǒng)計學意義（Z=-3.194，P=0.001）。3 種ROI 勾畫法測得ADC值均與直腸癌TN 分期及Ⅰ～Ⅳ分期相關性，容積ROI 法相關性均大于單一層面ROI 及小ROI 法，見表1。

2.3 3 種ROI 法測得ADC 值在直腸癌T 分期中的應用價值3 種ROI 法測量的ADC 值在T1-2、T3、T4期直腸癌中差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。見表2。繪制ROC 曲線，在區(qū)分T1-2vs.T3-4組之間小ROI 診斷效能最佳：AUC = 0.795，最佳臨界值為0.919 ×10-3mm2/s；在區(qū)分T1-3VS T4組之間容積ROI 診斷效能最佳：AUC = 0.762，最佳臨界值為0.959 × 10-3mm2/s，見表3、圖2。

表2 3 種ROI 法測得ADC 值在不同TN 分期直腸癌中的比較Tab.2 The analysis of ADC values measured by three ROI methods in different rectal cancer TN stage x±s，×10-3 mm2/s

表3 3 種ROI 法測得ADC 值在直腸癌T 分期的診斷價值Tab.3 The diagnosis of ADC values measured by three ROI methods to evaluate T stage in rectal cancer ×10-3 mm2/s

圖2 小ROI 法、單一層面ROI 法、容積ROI 法測量直腸癌ADC 值在T1-2 vs T3-4、T1-3 vs T4 分期中的ROC 分析Fig.2 The ROC analysis of ADC values to differentiate T1-2 and T3-4，T1-3 and T4 by small ROI，single-section ROI and whole-tumor volume ROI methods in rectal cancer

2.4 3 種ROI 法測得ADC 值在直腸癌N 分期中的應用價值3 種ROI 法測量的ADC 值在有無淋巴結轉移中差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表2。繪制ROC 曲線，容積ROI 在區(qū)分N0vs.N1-2與N0-1vs.N2之間效能最佳：AUC = 0.813、0.695。容積ROI 在區(qū)分有無淋巴結轉移的靈敏度與特異度最高，分別為81.3%、71.0%，見表4 和圖3。

2.5 3 種ROI 法測得ADC 值在直腸癌Ⅰ～Ⅳ分期中的應用價值3種ROI法測量的ADC值在直腸癌臨床分期差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表5。繪制ROC 曲線，容積ROI 區(qū)分有I-IIA 期與IIBC-IV的診斷效能最高，靈敏度和特異度最高：AUC =0.893，見表6、圖4。

3 討論

目前直腸癌治療主要采用新輔助放化療及直腸全系膜切除術（total mesorectal excision，TME），兩者聯(lián)合可以明顯提高直腸癌的治療效果，降低復發(fā)率。根據(jù)美國NCCN指南［9］、歐洲的ESMO指南［10］及國內的2017版結直腸癌診療規(guī)范［11］，早期直腸癌（T1 和T2 期）或局部進展期直腸癌（T3a、T3b 期）不伴有淋巴結轉移，則可直接行TME或微創(chuàng)的內鏡下腫瘤切除術，若術前評估淋巴結轉移陽性，則需行術前新輔助治療，再行TME切除。Ⅰ期直腸癌患者推薦直接手術切除，不推薦新輔助治療。Ⅱ期患者根據(jù)有無高危因素（組織學分化差Ⅲ或Ⅳ級、T4、血管淋巴管浸潤、術前腸梗阻或腸穿孔、神經(jīng)侵犯、切緣陽性或無法判定）選擇是否需要進行輔助化療。對直腸癌患者進行術前準確分期，有助于評估患者預后、能否行TME 以及是否需要術前新輔助放化療。DWI 被推薦用于NCRT 再分期［5］，但是如何測量ADC 值仍未達成統(tǒng)一共識。ADC 值的測量不僅受b 值選取大小、血流灌注、細胞組織密度的影響，在選取ROI 時的位置、測量大小及勾畫方式不同與ADC 值關系密切［7，12］。本文對比分析發(fā)現(xiàn)3 種不同ROI 勾畫法測量所得ADC 值均能評估直腸癌術前分期值，容積ROI 法診斷直腸癌TN 分級及Ⅰ～Ⅳ分期要優(yōu)于單一層面法及小ROI 法。

表4 三種ROI 法測得ADC 值在直腸癌N 分期的診斷價值Tab.4 The diagnosis of ADC values measured by three ROI methods to evaluate N stage in rectal cancer ×10-3 mm2/s

圖3 小ROI 法、單一層面ROI 法、容積ROI 法測量直腸癌ADC 值在N0 vs N1-3、N0-1 vs N2-3 分期中的ROC 分析Fig.3 The ROC analysis of ADC values to differentiate N0 and N1-2、N0-1 and N2 by small ROI，single-section ROI and whole-tumor volume ROI methods in rectal cancer

表5 3 種ROI 法測得ADC 值在Ⅰ～Ⅳ分期中的比較Tab.5 The analysis of ADC values measured by three ROI methods in rectal cancer Ⅰ～Ⅳstage x±s，×10-3 mm2/s

表6 3 種ROI 法測得ADC 值區(qū)分直腸癌Ⅰ～ⅡA 期與ⅡBC～Ⅳ的價值Tab.6 The diagnosis of ADC values measured by three ROI methods to differentiate Ⅰ～ⅡA and ⅡBC～Ⅳstage in rectal cancer

圖4 小ROI 法、單一層面ROI 法、容積ROI 法測量直腸癌ADC 值在Ⅰ～ⅡA vs ⅡBC～Ⅳ分期中的ROC 分析Fig.4 The ROC analysis of ADC values to differentiate Ⅰ～ⅡA and ⅡBC～Ⅳby small ROI，single-section ROI and wholetumor volume ROI methods in rectal cancer.

本研究中小ROI 勾畫法所測得ADC 值明顯低于單一層面法及容積法，容積ROI 法和單一層面ROI法覆蓋了更多的腫瘤信號，不僅包含了腫瘤實體組織信號，并且還包含了壞死液化、囊變、出血等成分，可導致局部細胞密度、細胞膜的通透性改變，更能反映腫瘤真實的組織學特征。小ROI測量ADC值更容易受勾畫位置和每個ROI大小不同的影響［4，7］。容積ROI法相對單一層面ROI法能更完整的獲得腫瘤組織微觀分子運動信息，數(shù)據(jù)可重復性更強。

由于惡性腫瘤細胞排列緊密，水分子擴散運動受限，DWI 常呈高信號，ADC 呈低信號。腫瘤惡性程度越高，分化程度越低，侵襲性越強，浸潤深度進展，異型細胞增殖越多，細胞間隙減少，水分子擴散運動受限，ADC 值越低［13］。本研究中3 種ROI 勾畫方式測得ADC 值均表現(xiàn)為與腫瘤T分期呈負相關，即T分期越高，其相應的ADC 值減低。本研究發(fā)現(xiàn)3種方法勾畫ADC 值均可用于區(qū)分T1-2與T3-4、T1-3與T4，提示ADC 值能夠微觀反映腫瘤細胞生理功能改變，可以幫助疾病的早期評估，改善預后。區(qū)分T1-2與T3-4小ROI 法診斷效能要高于單一層面法和容積法，區(qū)分T1-3與T4容積ROI 法診斷效能最佳，上述相關性研究中容積法ROI于T分期的相關性要優(yōu)于另外兩種方法，分析出現(xiàn)這種結果可能是由于本研究樣本量不足所致數(shù)據(jù)偏倚可能，T1期病例只有1例，T1-2期共只有9例，遠小于T3-4期患者量。

淋巴結轉移是腫瘤復發(fā)的獨立預測因子，在有淋巴結轉移的直腸癌患者中，陽性淋巴結的數(shù)量嚴重影響患者的生存預后情況［14］。對于直腸癌的N 分期，目前國內外大多數(shù)研究利用DWI 分析淋巴結大小、邊界、信號改變及ADC 值來評判，準確性較低［2］；而對原發(fā)腫瘤測定ADC 值來預測淋巴結是否轉移的研究甚少，本研究中3 種ROI 勾畫方式測得ADC 值均表現(xiàn)為與淋巴結分期呈負相關，即N 分期越大，淋巴結轉移數(shù)目越多，直腸癌患者ADC 值越低。這可能是由于ADC 值越低，腫瘤生物學行為越惡性，淋巴結轉移的可能性越大。區(qū)分N0-1與N2的診斷效能稍低于N0與N1-2，原因一有可能是本組N0與N1組數(shù)據(jù)遠遠大于N2組病例數(shù)，可能存在數(shù)據(jù)偏倚；二有可能是：腫瘤分化程度越低，越易向直腸周圍淋巴結、脂肪、系膜筋膜及壁外血管侵犯，越容易發(fā)生脈管癌栓和神經(jīng)束膜侵犯［15-16］，本研究中N0-1組有3 例合并脈管癌栓，2 例合伴神經(jīng)束膜受侵。本研究發(fā)現(xiàn)容積ROI 法測得的ADC 值預測淋巴結是否轉移的價值最好，相關性最高，機理可能是淋巴結是否轉移與原發(fā)腫瘤的生物學行為有著密切的關系，容積ROI 法包含腫塊壞死液化、出血區(qū)域，而這些區(qū)域預示腫瘤生物學行為較差，分化程度偏低，更易出現(xiàn)淋巴結轉移。

直腸癌Ⅰ～Ⅳ分期是根據(jù)腫瘤TNM 分期進行綜合評價，腫瘤惡性程度越高，分化程度越低，越容易出現(xiàn)深度浸潤、淋巴結轉移及遠處轉移，反映其分子運動的ADC 值越低。只要有淋巴結轉移即被判定為Ⅲ期，只要有遠處轉移即被判定為Ⅳ期，本研究中三3 種ROI 勾畫方式測得ADC 值均表現(xiàn)為與腫瘤Ⅰ～Ⅳ分期呈負相關。Ⅱ期直腸癌可以細分為ⅡA（T3N0M0）、ⅡB（T4aN0MO）及ⅡC（T4bN0MO）三種，T4 分期在Ⅱ期直腸癌中屬于高危因素，需要進行輔助化療，本位研究中3 種ROI法側得ADC值均能夠區(qū)別Ⅰ～ⅡA期與ⅡBC～Ⅳ期，而容積ROI 法診斷效能最高，敏感性88.2% ，特異性80.4%。容積ROI 勾畫法與直腸癌Ⅰ～Ⅳ分期的相關性亦要優(yōu)于單一層面法及小ROI 法。

本研究的局限性在于：首先本研究樣本量偏小，信息采集欠細化，沒有根據(jù)浸潤深度對T3 期病例進一步區(qū)分T3a、T3b、T3c 及T3d 期，沒有分析直腸系膜筋膜侵犯情況。其次，DWI 的圖像信噪比空間分辨率較差，容易受運動偽影及生理因素的影像，對腸腔結構及腸壁顯示欠清，在DWI 檢查前務必做好清潔腸道準備，在測量及勾畫ROI 時，需要參考T2 成像，不宜單獨使用。

綜上所述，3 種ROI 勾畫法測得ADC 值均能評估直腸癌T 分期、N 分期及Ⅰ～IV 分期，其中容積ROI 法相關性最好，能夠更準確評估直腸癌患者分期情況，為患者的預后和治療策略制定提供重要的依據(jù)。