IVIM不同測(cè)量方法和參數(shù)在直腸癌術(shù)前分期診斷效能的初步研究.pdf

1、直腸癌發(fā)病率高，死亡率高，準(zhǔn)確診斷對(duì)于治療方法的選擇和預(yù)后非常重要。術(shù)前準(zhǔn)確評(píng)估直腸癌的TNM分期，對(duì)于手術(shù)方法的選擇非常有意義。T1-2期患者可以直接接受手術(shù)治療，而T3-4期或淋巴結(jié)陽(yáng)性的腫瘤患者理論上需要推薦新輔助放化療，之后才可以接受手術(shù)治療。MRI對(duì)軟組織有較高的分辨能力，不僅對(duì)病灶顯示清楚，還具有功能性成像方法，可以對(duì)病變進(jìn)行定量的診斷。IVIM(Intravoxel Incoherent Motion)為體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)，

2、可以提供病變組織內(nèi)水分子的彌散情況和血管灌注情況，并以定量的形式表現(xiàn)出來(lái)，其參數(shù)包括D、D*和f值。惡性程度高的病變由于細(xì)胞增生旺盛，細(xì)胞核增大，導(dǎo)致水分子彌散受限，惡性程度低的病變以及良性病變彌散受限輕或不受限，以此可以對(duì)腫瘤的惡性程度、病理分期、淋巴結(jié)的侵犯情況進(jìn)行無(wú)創(chuàng)性定量性的診斷。
　　直腸自然狀態(tài)下腸腔閉鎖，直腸占位性病變，特別是潰瘍型病變與周圍正常腸壁組織甚至是腸腔內(nèi)容物互相靠近，使得病變邊界難以區(qū)分，這使得IVIM測(cè)

3、量在勾勒病變范圍時(shí)不準(zhǔn)確，從而影響最后數(shù)值結(jié)果的穩(wěn)定性。此外，直腸腔內(nèi)的殘留氣體在IVIM序列掃描時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的磁敏感偽影，對(duì)檢查和測(cè)量結(jié)果造成嚴(yán)重干擾;在IVIM ROI（Region Of Interest，感興趣區(qū)）選擇時(shí)，不同的選擇方法也會(huì)對(duì)最終的結(jié)果產(chǎn)生影響，以上因素均會(huì)導(dǎo)致IVIM測(cè)量參數(shù)的變異性。
　　腫瘤組織內(nèi)血管的生成情況影響腫瘤的生長(zhǎng)速度以及對(duì)周圍或鄰近組織的浸潤(rùn)、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移等生物學(xué)行為，從而影響腫瘤的預(yù)后。腫瘤

4、血管生成的定量評(píng)估包括MVD和VEGF。腫瘤內(nèi)新生血管的測(cè)定，一方面可以對(duì)腫瘤術(shù)后復(fù)發(fā)和發(fā)生轉(zhuǎn)移的幾率進(jìn)行評(píng)價(jià)，還可以為臨床醫(yī)生提供有助于制定治療方案的疾病信息，確定患者是否需要輔助放化療法。但MVD和VEGF均為術(shù)后病理學(xué)指標(biāo)，無(wú)法在術(shù)前提供診療信息。尋找術(shù)前可以反應(yīng)MVD和VEGF的影像學(xué)參數(shù)，對(duì)于提示預(yù)后和改進(jìn)治療方案非常有意義。
　　因此，研究目的包括:
　　1.比較直腸癌在自然狀態(tài)和使用耦合劑充盈后，結(jié)合不同的RO

5、I選擇方法，包括邊緣勾勒法和小圓圈樣本法，觀察IVIM參數(shù)測(cè)量的穩(wěn)定性，以得到直腸癌IVIM最佳掃描及參數(shù)測(cè)量方法。
　　2.探索IVIM參數(shù)在直腸癌T分期之間的差異性。
　　3.探索淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和非轉(zhuǎn)移直腸癌病灶中IVIM參數(shù)的差異性，以期獲得一個(gè)定量提示淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的影像學(xué)指標(biāo)。
　　4.探索D*和f值與MVD和VEGF的相關(guān)性，以期獲得一個(gè)術(shù)前無(wú)創(chuàng)性可反應(yīng)MVD和VEGF的影像學(xué)指標(biāo)。
　　材料和方法：

6、　　本研究收集自2015年10月至2016年10月在本院接受直腸癌手術(shù)治療的患者共60例，術(shù)前均接受3.0T MR直腸序列掃描，男39例，女21例，年齡32-89歲，平均年齡57.3歲。使用GE HD7503.0T磁共振掃描儀8通道體部專用相控陣線圈進(jìn)行直腸磁共振檢查。掃描所用MRI常規(guī)序列包含矢狀位T2WI、軸位高清垂直病變T2WI、冠狀T2WI序列、軸位T1WI序列及軸位IVIM序列。IVIM序列，選用11個(gè)b值(0，20，50，1

7、00，150，200，400，600，800，1000，1500s/mm2)。在第二次IVIM序列掃描前，使用100ml一次性針管、灌腸管和超聲耦合劑勻速向直腸內(nèi)充盈耦合劑，根據(jù)直腸指檢、腸鏡或常規(guī)矢狀T2WI對(duì)病灶進(jìn)行定位，以決定進(jìn)管深度以及耦合劑注入量。選擇進(jìn)管深度分別為:低位和中位直腸癌，以肛門為界，進(jìn)管約5cm，高位直腸癌，以肛門為界，進(jìn)管約10cm。耦合劑量分別約為60-70、70-80、80-100ml。
　　掃描完成

8、后，將IVIM序列圖像傳輸至AW4.5 GE Medical Systems工作站，應(yīng)用Functool-MADC軟件進(jìn)行分析，測(cè)量并記錄慢速表觀擴(kuò)散系數(shù)D(slowapparent diffusion coefficient，Slow-ADC)值、快速表觀擴(kuò)散系數(shù)D*(fastapparent diffusion coefficient，F(xiàn)ast-ADC)值和快速擴(kuò)散所占比率f(fractionof fast-ADC，ffast)值，

9、取兩組IVIM中b=1000相位測(cè)量，ROI選擇使用多層小圓圈樣本法和邊緣勾勒法兩種方法，每種方法測(cè)量五次，去除最大值和最小值，取三次平均作為最后數(shù)值。使用圓圈法時(shí)需保證每次圓圈大小相同，而邊緣法勾勒出高信號(hào)病變邊緣，以病變最大層面為中心。
　　術(shù)后將標(biāo)本切片進(jìn)行MVD和VEGF值測(cè)量。采用免疫組化法對(duì)切片進(jìn)行處理。結(jié)果判定:(1)對(duì)于MVD:按照Weider的判斷標(biāo)準(zhǔn)，微血管的定義為:任何可以被CD34抗體染棕黃色的內(nèi)皮細(xì)胞或細(xì)

10、胞團(tuán)，且可與鄰近組織分開(kāi)。該微血管的分支，也可被認(rèn)為是一個(gè)微血管計(jì)數(shù)，前提是不與主微血管相連。(2) VEGF結(jié)果判讀:按照Volm的標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)胞內(nèi)胞漿顆粒或細(xì)胞膜，可以被VEGF單克隆抗體染成黃色者，即為VEGF陽(yáng)性細(xì)胞。
　　統(tǒng)計(jì)分析采用spss22和MedCalc軟件。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(sx)表示。(1)采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)法(ICC)分析不同直腸狀態(tài)和ROI下IVIM參數(shù)的穩(wěn)定性。ICC＜0.4:一致性差;0

11、.4＜ICC＜0.75:提示一致性一般到好;ICC＞0.75:提示有非常好的一致性，確定最穩(wěn)定的直腸狀態(tài)和ROI。(2)使用根據(jù)方差齊性的結(jié)果采用t檢驗(yàn)或t'檢驗(yàn)進(jìn)行直腸癌T1+T2和T3+T4分期之間、T2和T3期之間IVIM參數(shù)（D、D*和f）的差異性分析。(3)根據(jù)方差齊性的結(jié)果采用t檢驗(yàn)或t'檢驗(yàn)進(jìn)行有轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)和無(wú)轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的直腸癌病變之間IVIM參數(shù)（D、D*和f）的差異性分析。并對(duì)上述每個(gè)有意義參數(shù)的診斷效能進(jìn)行評(píng)價(jià)，

12、評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇敏感性、特異性和ROC曲線及曲線下面積(AUC)。Youden index用來(lái)確定IVIM參數(shù)的最佳閾值。(4)利用spearman秩相關(guān)分析灌注相關(guān)參數(shù)D*和f值與MVD和VEGF的相關(guān)性。P＜0.05為統(tǒng)計(jì)學(xué)差異判定標(biāo)準(zhǔn)。
　　研究結(jié)果：
　　1.IVIM各參數(shù)在不同直腸狀態(tài)和ROI選擇中穩(wěn)定性比較，結(jié)果如下:
　　①對(duì)于D值，直腸充盈前+圓圈ROI、直腸充盈后+圓圈ROI、直腸充盈前+勾勒ROI、直腸

13、充盈后+勾勒ROI的ICC分別為0.886、0.894、0.892、0.919;95％置信區(qū)間分別為0.778-0.946、0.794-0.950、0.789-0.949和0.843-0.962。
　　②對(duì)于D*值，直腸充盈前+圓圈ROI、直腸充盈后+圓圈ROI、直腸充盈前+勾勒ROI、直腸充盈后+勾勒ROI的ICC分別為0.405、0.824、0.663和0.916;95％置信區(qū)間分別為0.156-0.719、0.657-0.9

14、17、0.345-0.841、0.836-0.960。
　　③對(duì)于f值，直腸充盈前+圓圈ROI、直腸充盈后+圓圈ROI、直腸充盈前+勾勒ROI、直腸充盈后+勾勒ROI的ICC分別為0.682、0.684、0.808、0.835;95％置信區(qū)間分別為0.381-0.849、0.386-0.851、0.627-0.909、0.680-0.922?？梢?jiàn)，直腸充盈后+勾勒法ROI其IVIM各參數(shù)的穩(wěn)定性最好，D、D*和f值的ICC分別為0

15、.919、0.916、0.835。
　　2.在不同T分期（T1+T2和T3+T4）之間， D、D*和f值的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p＜0.05)，對(duì)于T1+T2期和T3+T4期直腸癌之間，T3+T4期D值、f值均數(shù)小于T1+T2期，而D*值大于T1+T2期。D、D*和f值之間的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p＜0.05)。單因素方差分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，D值在T1+T2和T3+T4組中診斷效能最高，當(dāng)閾值為0.877×10-3時(shí)，AUC為0.711

16、，特異性為83.33％，敏感性為55.56％。其次為f值，當(dāng)閾值為0.280時(shí)，AUC為0.704，特異性為72.22％，敏感性為64.29％。最后為D*值，當(dāng)閾值為8.02×10。3時(shí)，AUC為0.631，特異性為88.89％，敏感性為47.62％。多因素logistics分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，D、D*和f值三個(gè)參數(shù)綜合診斷效能最高，閾值為0.665，AUC為0.806，特異性66.67％，敏感性83.33％。
　　3.在單純T2和T3

17、期兩組之間D、D*的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p＜0.05)，T3期D值均數(shù)小于T2期，而D*值大于T2期，f值在兩組之間的差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p＞0.05)。單因素方差分析，D值在T2和T3組中診斷效能最高，當(dāng)閾值為0.862×10-3時(shí)，AUC為0.779，特異性為86.67％，敏感性為63.64％。其次為D*值，當(dāng)閾值為8.02×10-3時(shí)，AUC為0.657，特異性為86.67％，敏感性為48.48％。擬合D和D*多因素logist

18、ics分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)閾值為0.632時(shí)，AUC為0.897，特異性86.67％，敏感性81.82％。
　　4.對(duì)于有、無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，D值在兩者之間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p＜0.05)，無(wú)轉(zhuǎn)移組的D值高于有轉(zhuǎn)移組。D值閾值選擇為0.79×10-3時(shí)，AUC為0.629，敏感性為84.85％，特異性為48.15％。
　　5.VEGF與D*之間spearman秩相關(guān)系數(shù)為0.50466，p值等于0.0073; VEGF與f之間s

19、pearman秩相關(guān)系數(shù)為-0.39358，p值等于0.0422;相關(guān)系數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。MVD與D*之間spearman秩相關(guān)系數(shù)為-0.03115，p值等于0.8774; MVD與f之間spearman秩相關(guān)系數(shù)為0.11634，p值等于0.5634;相關(guān)系數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
　　結(jié)論：
　　1.直腸充盈耦合劑后，結(jié)合病灶邊緣勾勒法選擇感興趣區(qū)域，可以獲得最穩(wěn)定的IVIM結(jié)果，在IVIM臨床推廣應(yīng)用上，非常有

20、意義。
　　2.IVIM可以輔助診斷直腸癌T分期情況，結(jié)合HR-T2WI圖像可提高T2與T3分期的準(zhǔn)確性。
　　3.IVIM在一定程度上可以提示直腸癌患者淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的狀態(tài)，這對(duì)治療方案的選擇和制定非常有意義。
　　4.VEGF與D*值具有正相關(guān)性，與f值有負(fù)相關(guān)性，在一定程度上可以成為術(shù)前無(wú)創(chuàng)性預(yù)測(cè)VEGF的影像學(xué)指標(biāo)。
　　意義：
　　經(jīng)腸道準(zhǔn)備和充盈耦合劑后獲得穩(wěn)定的IVIM參數(shù)，可以應(yīng)用到直腸癌常規(guī)M

21、RI檢查中，以對(duì)直腸癌進(jìn)行全面綜合的評(píng)價(jià)，包括進(jìn)行輔助T分期、提示淋巴結(jié)狀態(tài)、以及一定程度上預(yù)測(cè)VEGF來(lái)提示預(yù)后和改進(jìn)治療方案。
　　創(chuàng)新性
　　1.探索了直腸充盈耦合劑后，以及選擇不同的ROI勾勒方法，對(duì)于IVIM穩(wěn)定性的影響，對(duì)IVIM標(biāo)準(zhǔn)掃描方案的制定具有重要意義;
　　2.探索了利用IVIM定量參數(shù)對(duì)直腸癌T分期情況進(jìn)行診斷，在一定程度上有助于臨床對(duì)于T2和T3期直腸癌的鑒別診斷;
　　3.探索了利用病

22、灶的IVIM參數(shù)來(lái)對(duì)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，有利于治療方案的制定。
　　4.探索利用無(wú)創(chuàng)性的影像學(xué)檢查方法，來(lái)預(yù)測(cè)術(shù)后病理學(xué)結(jié)果，對(duì)疾病的評(píng)價(jià)更加準(zhǔn)確和全面。
　　不足：
　　1.總體樣本數(shù)量不足，不同T分期間的樣本不均，尤其是T1、T4期病例較少，可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的偏倚。
　　2.直腸充盈耦合劑會(huì)導(dǎo)致總體檢查時(shí)間的延長(zhǎng)，同時(shí)，部分患者可能會(huì)有排斥心理。
　　3.直腸充盈耦合劑導(dǎo)致直腸腔擴(kuò)張，可能會(huì)導(dǎo)致在判斷