擴(kuò)散峰度成像模型與單指數(shù)模型定量化分析在肝細(xì)胞癌術(shù)前病理分級(jí)中的應(yīng)用

李宏偉，杜勇，楊漢豐，徐曉雪，卓麗華，龍擁軍，姚洪超，李凌霄，楊平，胡培曦，歐陽心芹，唐子云

1.綿陽市第三人民醫(yī)院，四川省精神衛(wèi)生中心放射科，四川綿陽 621000；2.川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科，四川南充 637000；*通訊作者 卓麗華 1029511104@qq.com

肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是肝臟最常見的原發(fā)性惡性腫瘤，也是癌癥死亡的主要原因[1]。HCC患者預(yù)后可進(jìn)行術(shù)前評(píng)估，其中病理分級(jí)是一項(xiàng)重要的預(yù)測因素[2-3]。體積較小、分化程度較低的肝癌病灶多已侵犯微小血管，生存率明顯低于高分化肝癌患者[4]。因此，術(shù)前明確腫瘤病理分級(jí)對(duì)于制訂HCC患者的手術(shù)方案及改善預(yù)后具有重要意義。擴(kuò)散加權(quán)成像（DWI）能夠一定程度地對(duì)HCC 的病理分級(jí)進(jìn)行鑒別，其在假設(shè)水分子擴(kuò)散服從高斯分布的基礎(chǔ)上獲得；但人體組織內(nèi)水分子受到各種微觀結(jié)構(gòu)的影響，其擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)呈非高斯擴(kuò)散。擴(kuò)散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）以非高斯分布模型為基礎(chǔ)，可以更準(zhǔn)確地反映組織微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化[5]。近年關(guān)于DKI 應(yīng)用于肝臟良、惡性病變鑒別診斷的研究較多，結(jié)果顯示其具有較高的敏感度和特異度[6-7]；然而對(duì)于HCC 病理分級(jí)的研究鮮有報(bào)道。本研究擬應(yīng)用DKI模型定量參數(shù)預(yù)測HCC 的病理分化程度，并與傳統(tǒng)DWI模型對(duì)比，為臨床治療提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 收集2017年8月—2018年12月于川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院接受術(shù)前MR 常規(guī)檢查、動(dòng)態(tài)增強(qiáng)及DKI、DWI 掃描，且手術(shù)或穿刺活檢病理證實(shí)的HCC患者64例，其中男53例，女11例；年齡34～79歲，平均（56.23±11.16）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①所有病例均經(jīng)病理證實(shí)，其中手術(shù)切除46例、穿刺活檢18例；②納入研究前未接受任何手術(shù)、放療、化療等干預(yù)治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：①無病理結(jié)果或病理分級(jí)不明確；②存在MRI檢查相對(duì)禁忌證，包括幽閉恐懼癥、癲癇等。依據(jù)原發(fā)性肝癌規(guī)范化病理診斷指南（2015 版）[8]，將64例患者按HCC 分化程度分為高分化組19例、中分化組32例、低分化組13例。

1.2 MRI檢查 采用GE Discovery MR 750 3.0T 超導(dǎo)型MR 掃描儀，腹部32 通道相控陣線圈。所有入組患者術(shù)前6 h 禁食，檢查前行呼吸訓(xùn)練，并行上腹部常規(guī)MRI 平掃、DKI、DWI 及動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描。常規(guī)掃描：橫軸位T1WI（TR 4 ms、TE 2 ms）及脂肪抑制T2WI（TR 6316 ms、TE 73 ms），層厚4 mm，間距1 mm，視野（FOV）32 cm×32 cm；DWI 采用軸位單次激發(fā)自旋平面回波序列，b值取0、800 s/mm2，F(xiàn)OV 32 cm×32 cm，矩陣192×192，TR 4600 ms，TE 81 ms，層厚4 mm，層間距1 mm，激勵(lì)次數(shù)（NEX）3次；DKI：b值分別取0、1000、2000 s/mm2，TR 4615 ms，TE 84 ms，層厚5 mm，層間距1 mm，矩陣512×512，F(xiàn)OV 32 cm×32 cm，NEX 6次，每個(gè)b值擴(kuò)散敏感梯度場施加方向數(shù)為15個(gè)，掃描時(shí)間為8 min；動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描：動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)掃描采用高壓注射器經(jīng)肘靜脈團(tuán)注釓噴酸葡胺注射液0.2 mmol/kg，速度2～3 ml/s，注射后追加10～20 ml 生理鹽水沖管。掃描參數(shù)：TR 4 ms，TE 2 ms，層厚3 mm，F(xiàn)OV 36 cm×36 cm。

1.3 圖像分析 應(yīng)用GE后處理工作站進(jìn)行圖像分析。通過單指數(shù)模型、DKI模型獲得表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC）、平均峰度系數(shù)（mean diffusion kurtosis，MK）及平均擴(kuò)散系數(shù)（mean diffusion coefficient，MD），并生成相應(yīng)的偽彩圖。由2名具有主治及以上職稱的影像醫(yī)師根據(jù)MRI 動(dòng)態(tài)增強(qiáng)圖像勾畫感興趣區(qū)（ROI），選取方法：①在腫瘤的實(shí)性部分區(qū)域選取，并盡量避開邊緣的血管、囊變和壞死區(qū)；②盡可能避開腫瘤邊緣至少5 mm；③對(duì)于多病灶病例，通常選取影像學(xué)上比較典型的病變進(jìn)行測量；④選定ROI 面積為55～77 mm2，每枚病灶測量3次，取平均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 23.0 軟件，計(jì)量資料以±s表示，不同病理分級(jí)HCC 間MK、MD、ADC值比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用LSD 法。采用Spearman 法探討MK值、MD值、ADC值與HCC 病理分級(jí)間的相關(guān)性；采用ROC曲線分析上述指標(biāo)對(duì)HCC 病理分級(jí)的診斷效能。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）和Bland-Altman 法分析2名醫(yī)師參數(shù)測量的一致性，P<0.05表示有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同觀察者測量一致性分析 2名觀察者分別測量64枚HCC 病灶的MK、MD、ADC值，觀察者間各參數(shù)測量值一致性較好（ICC=0.94、0.91、0.91）；Bland-Altman 圖顯示各測量值差值絕大部分點(diǎn)位于95%一致性界限內(nèi)，數(shù)據(jù)分布范圍窄，一致性良好（圖1）。

圖12 名醫(yī)師測量病灶可重復(fù)性的Bland-Altman 圖

2.2 HCC腫瘤病理分級(jí)結(jié)果 64例HCC患者中，高分化組19例，中分化組32例，低分化組13例，病變最大徑1.90～10.40 cm，平均（4.93±1.92）cm。

2.3 不同分化程度HCC患者DKI 與DWI模型各參數(shù)比較 64例HCC患者中，高、中、低分化HCC腫瘤實(shí)性部分的MK值依次增高，MD值依次降低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。高、中、低分化HCC腫瘤實(shí)性部分ADC值依次降低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；其中，中分化與低分化HCC患者ADC值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.15），而高分化患者ADC值顯著高于中分化和低分化HCC患者，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05；表1，圖2、3）。

表1 不同分化程度HCC 的DKI、DWI 各參數(shù)比較（±s）

表1 不同分化程度HCC 的DKI、DWI 各參數(shù)比較（±s）

注：與高分化組比較，*P<0.05；與中分化組比較，#P<0.05。DKI 為擴(kuò)散峰度成像，DWI 為擴(kuò)散加權(quán)成像，MK 為平均峰度系數(shù)，MD 為平均擴(kuò)散系數(shù)，ADC 為表觀擴(kuò)散系數(shù)

組別例數(shù)MK值MD值（×10-3 mm2/s）ADC值（×10-3 mm2/s）高分化組 19 0.62±0.07 1.84±0.24 1.31±0.20 1.15±0.23*低分化組 13 0.78±0.07*# 1.47±0.18*# 1.04±0.15*中分化組32 0.73±0.05*1.62±0.20*F值30.67 13.11 7.08 P值 ＜0.001 ＜0.001 0.002

圖2 男，52歲，肝左內(nèi)葉高分化HCC。DWI 圖示病灶擴(kuò)散受限，呈均勻高信號(hào)（A）；ADC 圖示病變呈稍低信號(hào)，ADC值1.17×10-3 mm2/s（B）；MK 圖示病變呈不均勻低信號(hào)，MK值0.54（C）；MD 圖示病變呈不均等、低混雜信號(hào)，MD值1.71×10-3 mm2/s（D）

圖3 男，44歲，肝右后葉中分化HCC。DWI 圖示病灶擴(kuò)散受限，呈均勻高信號(hào)（A）；ADC 圖示病變呈均勻低信號(hào)，ADC值1.05×10-3 mm2/s（B）；MK 圖示病變呈等、稍高混雜信號(hào)，MK值0.78（C）；MD 圖示病變呈低信號(hào)，MD值1.53×10-3 mm2/s（D）

2.4 不同模型各參數(shù)值與HCC 分化程度的相關(guān)性及診斷效能 本研究中，HCC腫瘤實(shí)性部分MK值與腫瘤分化程度呈負(fù)相關(guān)（r=-0.689，P<0.001），MD、ADC值與腫瘤分化程度呈正相關(guān)（r=0.534、0.428，P<0.001）。MK、MD、ADC值在術(shù)前判斷高分化HCC的ROC曲線下面積分別為0.92、0.83、0.77（圖4）。當(dāng)MK、MD、ADC值最佳閾值分別為0.68、1.65×10-3mm2/s、1.25×10-3mm2/s 時(shí)，判斷高分化HCC 的準(zhǔn)確度分別為85.94%、79.69%、78.13%（表2）。

圖4 MK、MD、ADC值診斷高分化HCC 的ROC曲線

表2 各定量參數(shù)值鑒別高分化HCC 的診斷效能

3 討論

目前原發(fā)性HCC 的病因及確切的分子機(jī)制尚未完全明確，特征性變化多集中在腫瘤組織病理分級(jí)及腫瘤血管生成活躍程度，且兩者均是評(píng)價(jià)腫瘤惡性程度及轉(zhuǎn)移較為重要的指標(biāo)[9-10]。既往研究表明，HCC的早期復(fù)發(fā)率與腫瘤的病理組織分化存在明顯關(guān)系，高、中、低分化HCC患者的5年生存率及無瘤生存率差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[11-12]；且中、低分化HCC患者生存率明顯低于高分化HCC患者[13-14]。因此，在不依賴病理活檢的情況下，術(shù)前明確HCC 病理分級(jí)對(duì)于治療方案的選擇具有重要意義。

既往研究應(yīng)用DWI 探討ADC值與腫瘤病理分級(jí)的相關(guān)性，但結(jié)果爭議較大[15-17]。Nishie 等[16]應(yīng)用ADC值對(duì)80例HCC患者進(jìn)行研究，結(jié)果表明，低分化HCC 的ADC值低于高、中分化HCC，其原因?yàn)榈头只疕CC 的細(xì)胞異型性明顯、腫瘤細(xì)胞排列更加緊密，導(dǎo)致腺體及間質(zhì)內(nèi)的空隙明顯減少，水分子擴(kuò)散受限更明顯，其ADC值越低，與本研究結(jié)論基本一致。然而部分學(xué)者得出不同的結(jié)論。Nasu 等[17]應(yīng)用DWI 對(duì)125枚HCC 病灶進(jìn)行研究，結(jié)果顯示HCC組織病理學(xué)分級(jí)與ADC 無顯著相關(guān)性。該研究認(rèn)為腫瘤病理分級(jí)主要由腫瘤細(xì)胞異型性及結(jié)構(gòu)異形性決定，而DWI模型所獲得的ADC值主要反映腫瘤細(xì)胞結(jié)構(gòu)的異形性，故通過ADC值評(píng)估病理分級(jí)具有片面性。此外，部分學(xué)者認(rèn)為不同級(jí)別HCC 的ADC值具有較大的重疊性，故診斷效能較低[18]，其原因?yàn)镈WI 均以人體內(nèi)水分子的運(yùn)動(dòng)符合高斯擴(kuò)散為前提。然而，人體組織內(nèi)水分子受到各種微觀結(jié)構(gòu)的影響，其擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)呈非高斯擴(kuò)散。因此，上述方法存在一定的局限性。為更好地反映微觀組織的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，Jensen 等[19]提出的DKI 是DWI 和DTI 的延伸，能夠更加敏感而準(zhǔn)確地反映組織微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。

此外，本研究結(jié)果顯示HCC腫瘤分化程度由高到低；而相應(yīng)的MK值呈增高趨勢，MD值呈降低趨勢。高、中、低分化HCC腫瘤中的MK值差異主要取決于兩者的病理特征及生物學(xué)行為。腫瘤發(fā)生癌變后，盡管其整體結(jié)果破壞較輕，但病變組織微環(huán)境具有明顯變化。腫瘤組織病理分化程度越低，細(xì)胞異型性越明顯、腫瘤細(xì)胞排列更加緊密，水分子擴(kuò)散分布更不均質(zhì)，其偏離高斯分布程度更大[20]。MK 是衡量組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的指標(biāo)，是DKI 最具代表性的參數(shù)，能夠量化水分子擴(kuò)散偏離高斯分布的大小。人體組織結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，ROI 差異越大，MK值越大，這也解釋了本研究中HCC腫瘤分化程度越低，MK值越高。MD值反映水分子的擴(kuò)散受限程度。腫瘤分化程度越低，細(xì)胞形態(tài)及細(xì)胞核形態(tài)多樣性越明顯，腫瘤組織細(xì)胞密度越大，水分子的擴(kuò)散受限程度越明顯，故MD值越小。本研究結(jié)果與HCC 組織分化的病理基礎(chǔ)相符，也表明DKI 參數(shù)的變化可準(zhǔn)確地反映腫瘤組織的微觀結(jié)構(gòu)變化。

本研究中，MK值在術(shù)前判斷不同分化等級(jí)HCC患者ROC曲線下面積高于ADC值，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），分析其原因?yàn)閭鹘y(tǒng)的DWI 是在假設(shè)水分子擴(kuò)散服從高斯分布的基礎(chǔ)上獲得。人體內(nèi)各種微觀結(jié)構(gòu)影響并非呈高斯分布，ADC值無法測定擴(kuò)散的各向異性；而DKI模型中MK值是對(duì)水分子擴(kuò)散偏離高斯分布程度的量化分析，因此MK值的診斷效能優(yōu)于ADC值。

本研究存在一定的局限性。本研究收集的病例樣本數(shù)量較小，且僅納入病理分級(jí)診斷明確的病例，從而造成選擇偏倚。此外，本研究未考慮腫瘤細(xì)胞病理分化存在異質(zhì)性。

總之，與傳統(tǒng)DWI模型ADC值相比，DKI模型中MK值、MD值診斷效能較好，以MK值為優(yōu)，可作為術(shù)前評(píng)估HCC 病理分級(jí)的定量指標(biāo)，對(duì)HCC患者制訂手術(shù)方案及判斷預(yù)后具有重要意義。