直腸癌TNM分期的表觀擴散系數(shù)直方圖分析

蔣恒，陸志華，翁曉燕，季立標，陳光強

1．蘇州大學附屬常熟醫(yī)院，常熟市第一人民醫(yī)院影像科，江蘇常熟 215500；2．蘇州大學附屬第二醫(yī)院影像科，江蘇蘇州 215004；*通訊作者 陳光強 cgq74158@163.com

擴散加權成像（DWI）是一種對體內(nèi)水分子運動敏感的功能成像，可檢測出組織內(nèi)與含水量變化相關的形態(tài)學病理生理學的早期變化，其表觀擴散系數(shù)（ADC）是組織中水分子擴散的定量評估參數(shù)[1]。已有研究顯示，腫瘤的平均ADC值可在術前作為影像標記評估直腸癌的分期、預后及放化療效果[2-5]。然而，在腫瘤的最大層面手動勾畫感興趣區(qū)（ROI）得到平均ADC值無法真實地反映組織成分多樣的直腸癌生物學特性。基于整個腫瘤體積的ADC直方圖可最大程度地消除潛在的偏倚，反映腫瘤內(nèi)ADC值整體分布特征，結果可靠，可重復性強[6]。本研究擬探討腫瘤全體積ADC直方圖鑒別早期直腸癌的價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性分析2015年9月—2018年5月常熟市第一人民醫(yī)院收治的直腸腺癌患者的臨床資料，納入標準：①MRI檢查前組織活檢明確為直腸腺癌；②術前未行輔助放化療；③術前有完整的MRI影像資料，包括T2WI和DWI；④術后取得完整的病理結果，TNM分期參照美國癌癥聯(lián)合會第8版的標準[7]。排除標準：①病變區(qū)偽影較多不能用于分析；②術后病理確診的黏液腺癌。最終納入87例患者，其中男47例，女40例；年齡41～84歲，中位年齡75歲。

1.2 MRI檢查 采用Philips Achieva 3.0T 超導MR掃描儀，16通道體部相控陣線圈。檢查前清潔腸道，檢查前10～15 min 肌內(nèi)注射鹽酸山莨菪堿10 mg 以使腸道處于低張狀態(tài)。直腸的采集序列見表1。定位采用矢狀位T2WI，橫軸位T2WI 垂直于矢狀位病變段腸壁，斜冠狀位T2WI 平行于矢狀位病變段腸壁。

表1 直腸MRI掃描序列

1.3 圖像分析 將圖像以DICOM格式傳至Omni-Kinetics軟件（GE公司），分別由1名主治醫(yī)師和1名副主任醫(yī)師獨立測量病灶的ADC直方圖參數(shù)。參考三平面T2WI 及DWI圖像，在每層ADC圖像上手動勾畫直腸癌灶的邊界，避開腸道內(nèi)氣體，直至剪切出整個腫瘤體積，并計算所有體素的ADC直方圖參數(shù)，包括ADC的平均值和中位值，ADC 第5、10、25、50、75、90百分位數(shù)（ADC_5th、ADC_10th、ADC_25th、ADC_50th、ADC_75th、ADC_90th）、偏度及峰度。各ADC直方圖參數(shù)取2名醫(yī)師測量結果的平均值進行定量分析。

1.4 統(tǒng)計學方法 應用SPSS 19.0軟件，采用組內(nèi)相關系數(shù)（ICC）評價2名醫(yī)師測量數(shù)據(jù)的一致性。計量資料以或M（P25，P75）表示，采用獨立樣本t檢驗或Mann-WhitneyU檢驗比較Ⅰ期和≥Ⅱ期直腸癌ADC 各直方圖參數(shù)的差異。采用受試者工作特征（ROC）曲線評估ADC直方圖各參數(shù)鑒別Ⅰ期和≥Ⅱ期直腸癌的診斷效能。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 病理分期 本組患者包括T1期8例、T2期 26例、T3期48例、T4期5例；N0期51例、N1期24例、N2期12例；本組術前無轉(zhuǎn)移病例，最終分為Ⅰ期27例、Ⅱ期23例、Ⅲ期37例。

2.2 Ⅰ期和≥Ⅱ期直腸癌ADC直方圖參數(shù)結果比較 2名醫(yī)師測量的各ADC直方圖參數(shù)的一致性良好（ICC=0.878～0.961），見表2。Ⅰ期和≥Ⅱ期直腸癌ADC值直方圖均以正偏態(tài)為主，≥Ⅱ期直腸癌的偏度更大，兩者偏度值差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。Ⅰ期直腸癌的ADC平均值、ADC中位值、ADC_5th、ADC_10th、ADC_25th、ADC_50th和ADC_75th 均高于≥Ⅱ期直腸癌，其中ADC_5th、ADC_10th和ADC_25th的差異有統(tǒng)計學意義（P=0.014、0.028、0.047）。Ⅰ期直腸癌的ADC_90th和峰度低于≥Ⅱ期直腸癌，差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。Ⅰ期和Ⅲ期直腸癌的ADC直方圖分析見圖1、2。

2.3 ADC直方圖參數(shù)鑒別Ⅰ期和≥Ⅱ期直腸癌的診斷效能 ADC_5th 鑒別Ⅰ期和≥Ⅱ期直腸癌的效能最高，ROC曲線下面積為0.652。以532.8×10-6mm2/s為截斷值，其敏感度和特異度分別為80.0%和48.1%，見表3。

表2 Ⅰ期和≥Ⅱ期直腸癌ADC直方圖參數(shù)結果比較

圖1 直腸上段Ⅰ期直腸癌（T1N0M0）。A、B分別為矢狀位、橫斷位T2WI 示病變呈腫塊樣突入腔內(nèi)（箭），侵犯直腸淺表黏膜下層；C.DWI示腫塊明顯高信號（箭）；D.軟件在ADC圖像上勾畫整個腫瘤邊界；E.經(jīng)計算后得出的ADC直方圖，偏度值為0.21

圖2 直腸中上段Ⅲ期直腸癌（T3N1M0）。A.矢狀位T2WI 示直腸中上段腸壁局限性異常增厚（箭）；B.橫斷位T2WI 示病變段腸壁固有肌層受侵犯破壞（箭），病變向直腸系膜內(nèi)侵犯；C.DWI 示腫塊明顯高信號，外側輪廓不光整（箭）；D.ADC圖像上勾畫整個腫瘤邊界；E.經(jīng)計算后得出的ADC直方圖，偏度值為0.47

表3 ADC直方圖參數(shù)鑒別Ⅰ期和≥Ⅱ期直腸癌的診斷效能

3 討論

MRI 在直腸癌的術前分期中發(fā)揮重要作用，其中DWI 由于能夠突出癌組織與正常組織間的信號強度差異，是直腸癌術前定位及分期的主要檢查序列[2]。ADC值能定量反映組織中水分子的擴散特性，間接定量反映腫瘤的病理組織學信息。既往研究將ADC值作為影像學標記評估病變分期和治療反應[8-9]。在直腸癌方面，已有研究證實ADC值可在術前評估直腸癌患者的預后，并與腫瘤的分期及治療反應相關[2-5]。以往研究多采用在腫瘤最大層面勾畫圓形ROI 計算平均值的方法；但平均ADC值無法反映腫瘤整體的異質(zhì)性，而直腸癌的異質(zhì)性是其生物學行為的一個非常重要的特質(zhì)[10]。

ADC直方圖分析是一種新的基于像素分布的定量分析方法，可以提供更多的定量信息反映腫瘤的異質(zhì)性，其低比例區(qū)域（如最小值、第5、第10百分位）ADC值與腫瘤的等級和生物學行為相關，因低比例區(qū)域的ADC值反映腫瘤細胞的高密集程度，而高比例區(qū)域（如第90百分位）ADC值反映腫瘤細胞的低密集程度、腫瘤壞死、囊變[11]。已有研究顯示ADC直方圖分析能評估卵巢癌和進展期直腸癌對放化療的反應[12-15]。另外，由于惡性腫瘤的異質(zhì)性，ROI 大小和定位的變化對腫瘤ADC值的結果和觀察者間的差異有顯著影響?；谡麄€腫瘤體積的ADC直方圖可最大程度地消除潛在的隨機誤差，反映腫瘤內(nèi)ADC值整體分布特征，結果可靠，可重復性強，觀察者間一致性良好[6]。綜合上述原因，本研究采用全體積ADC直方圖分析方法，ICC 結果顯示2位醫(yī)師測量結果一致性好，提示采用全體積ADC直方圖分析方法測得的結果可靠，可重復性強，與既往研究結果相仿[15-17]。

本研究結果顯示除ADC_90th 外，其他ADC百分位數(shù)Ⅰ期均高于≥Ⅱ期，其中ADC_5th、ADC_10th和ADC_25th 差異有統(tǒng)計學意義，表明低百分位數(shù)ADC值對于早期和進展期直腸癌的鑒別診斷具有更加顯著的意義，與Xie 等[18]的研究結果一致。原因正好對應了ADC直方圖分析中低百分位數(shù)ADC值與腫瘤細胞的高密集程度相關。Ⅱ期以上的中晚期直腸癌，腫瘤異型細胞更多、更大，核分裂象更多，細胞密度更大，導致水分子擴散受限程度更高，故絕大多數(shù)ADC百分位數(shù)Ⅰ期均高于≥Ⅱ期，而以低百分位數(shù)ADC值差異有統(tǒng)計學意義。而潘霞等[19]的研究結果中，T3期直腸癌的各ADC百分位數(shù)與T1～2期均無顯著差異，其原因可能與樣本量過小有關（n=35）。ROC曲線結果顯示ADC_5th 鑒別Ⅰ期和≥Ⅱ期直腸癌的效能最高，盡管敏感度較高，但特異度較低（48.1%），其原因可能與本研究總體樣本量偏少，且以進展期病例偏多有關。

偏度是描述變量取值分布對稱性的統(tǒng)計量。正偏度表明分布的不對稱尾部趨向于更多較大值，即絕大多數(shù)值位于平均值的左側，負偏度則相反[19]。本研究結果中Ⅰ期和≥Ⅱ期直腸癌ADC值直方圖均以正偏度為主，≥Ⅱ期直腸癌的偏度更大，提示絕大多數(shù)進展期直腸癌的ADC值比早期直腸癌更低，ADC百分位數(shù)值結果亦是如此。盡管本研究結果中Ⅰ期和≥Ⅱ期直腸癌的偏度差異無統(tǒng)計學意義，但P值接近0.05，且ROC曲線下面積較高，因而提示偏度具有潛在的優(yōu)勢，可鑒別Ⅰ期和≥Ⅱ期直腸癌。該結果與其他少數(shù)研究相仿。潘霞等[19]的研究結果提示偏度與直腸癌T分期具有顯著相關性。Rozenberg 等[20]的結果提示包含各種ADC紋理分析特性的模型（偏度和峰度等）能夠區(qū)分中度風險前列腺癌。

本研究的局限性：①本研究為回顧性分析，今后應該收集圖像、組織學和臨床特征并進行整體分析；②研 究樣本量相對較小，特別是早期T1期病例，因此有待進一步增加樣本量，同時納入T、N、M分期進行全面分析；③直腸癌常沿腸壁呈浸潤性生長形成不規(guī)則形態(tài)，另外腸腔內(nèi)的氣體可造成偽影和DWI圖像變形，因此，病變體積可能無法準確反映實際整個腫瘤體積；④本研究未能將ADC直方圖分析與患者的預后進行相關性分析，有待隨訪結果完成后做進一步研究。

總之，全體積ADC直方圖鑒別Ⅰ期和≥Ⅱ期直腸癌具有一定的價值，其中低百分位數(shù)ADC 更有意義，ADC_5th 具有較高的診斷效能。