探讨弥散峰度成像(DKI)定量参数和表观扩散系数(ADC)与直肠癌临床病理预后因素之间的潜在关系，为临床预测评估直肠癌的恶性程度提供一定的参考依据。
对2016年11月—2017年4月山西省肿瘤医院122例术前行MRI检查的直肠腺癌患者的影像和临床资料进行回顾性分析，其中女48例(39.3%)、男74例(60.7%)，年龄42～81岁。利用相关软件测得平均表观扩散系数(MD)、平均峰度(MK)和ADC值，通过独立样本t检验或Mann-Whitney U检验、ROC曲线和Spearman相关性分析进行统计学分析。
直肠癌高T分期及淋巴结转移与低MD值(r＝－0.367、－0.240)和低ADC值(r＝－0.391、－0.254)相关，不同分组间差异均有统计学意义(P值均<0.05)；同样，不同组织病理学分级的MD值之间差异亦有统计学意义(P<0.05)且呈负相关(r＝－0.210, P<0.05)；随着组织病理学分级的升高、淋巴结受累、瘤周血管浸润(LVI)或神经侵犯及环周切缘(CRM)受侵，MK值相应增大，差异均有统计学意义(P值均<0.05)呈正相关(r＝0.478、0.206、0.237、0.228, P值均<0.05)。MD、MK和ADC值均与淋巴结转移有相关(P值均<0.01)性；ROC曲线显示MK值较其他参数在诊断淋巴结转移与否的曲线下面积高为0.784(95%CI 0.703～0.865)，当其阈值取0.984时，具有较高的敏感度及特异度，分别为65.9%和88.7%。
直肠癌DKI定量参数值和ADC值，尤其MK值，与其重要的临床病理预后因素均有明显相关性，对于预测直肠癌患者预后有一定意义。
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直肠癌是常见的消化道恶性肿瘤之一，据WHO报道，直肠癌已成为发病率第3位的恶性肿瘤[1]。目前，新辅助放化疗或手术切除是直肠癌最有效的治疗方法。影响直肠癌患者治疗方案选择的主要因素包括TNM分期、组织学分级、瘤周血管浸润(lymphangio vascular invasion, LVI)或神经浸润、环周切缘(circumferential margin, CRM)等[2,3,4,5,6]。治疗前准确的影像学评估是直肠癌治疗方案选择的基础。MRI由于其多角度、多方位、多参数成像以及固有的高软组织分辨率等优势，特别是近年来直肠高分辨MRI技术的应用，使之成为直肠癌治疗前评估的重要影像学检查技术，其中功能成像如DWI、弥散张量成像(diffusional tensor imaging, DTI)、弥散峰度成像(diffusional kurtosis imaging, DKI)是反映活体组织内水分子弥散运动能力及运动方向的无创性MRI方法，能够反映细胞的完整性和病理变化，亦能够反映组织结构的细微变化。DWI及DTI技术的理论前提是水分子扩散呈正态分布，但实际上大部分组织并非如此[7]。DKI技术正是基于DTI技术上的延伸，避免了对水分子扩散的正态假设，提供了一个值用来量化真实水分子扩散位移与理想的非受限高斯分布扩散位移的偏离大小，提示水分子扩散受限程度以及扩散的不均质性，在细胞水平和异质性方面能更好地显示组织的复杂微观结构。通过DKI可以得到平均表观扩散系数(mean diffusion, MD)及平均峰度(mean kurtosis, MK)[8,9]。弥散系数是非高斯模式相关的扩散系数，而峰度则是从高斯模式量化组织扩散的偏差。
目前，关于直肠癌DKI定量参数与临床预后因素的相关性研究较少[10,11]。因此，本研究探讨DKI定量参数与直肠癌临床病理指标之间的相关性，旨在为临床预测评估直肠癌的恶性程度提供参考依据。
纳入标准：(1)术前行直肠MRI检查，包括DKI和DWI序列；(2)病理检查证实为直肠腺癌；(3)手术与MRI检查的时间间隔少于2周。排除标准：(1)患者首次MRI检查后接受新辅助放化疗；(2)有远处转移及其他病理类型的患者，如神经内分泌癌、黑色素瘤和黏液腺癌；(3)DKI图像质量不佳者；(4)手术记录不全者。最终纳入2016年11月—2017年4月在山西省肿瘤医院进行诊疗的122例直肠癌患者的MRI资料和临床信息进行回顾性研究，其中女48例(39.3%)，男74例(60.7%)，年龄42～81岁。
采用Achieva 3.0 T MRI系统(荷兰Philips公司)，配备8通道体部相控阵线圈，对所有患者进行直肠高分辨率MRI检查，包括FSE序列的高分辨矢状位、横轴位及冠状位去脂T2WI扫描。行横断位扫描时，扫描平面垂直肠壁，覆盖整个肿瘤。行冠状位扫描时，扫描平面平行肿瘤长轴，覆盖整个肿瘤。DKI(b＝0、700、1 400、2 100 s/mm2)和传统DWI(b＝0、1 000 s/mm2)在轴向平面上使用单激发自旋回波成像序列扫描。成像参数如下：TR/TE＝4000/80 ms，翻转角度90°，并行成像加速系数2，层厚3 mm，FOV 250 mm×250 mm，矩阵256×256，DKI总成像时间231 s。
由两位10年以上工作经验的放射科医师在事先不知患者临床信息的情况下，依据常规MRI确定整个肿瘤边界，排除囊性、坏死、出血区，并在DWI(b＝1 000 s/mm2)连续图像上沿肿瘤边界手动勾画感兴趣区，软件进行逐个分析，自动输出每个感兴趣区测量值，测量3次，取其平均值，并计算相应MD值、MK值及表观扩散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)值，生成相应伪彩图。见图1、图2。
其中，ADC值是采用标准的单指数模型计算得到，Sb/S0＝exp(－b·ADC)，b值为0 s/mm2的情况下，S代表信号强度。在DKI模型中，信号变化与b值之间的关系被表示为：
Sb/S0＝exp(－b·D ＋ b2·D2·K/6)
D值是经过非高斯扩散修正的ADC值，而K是一个无单位参数，表示过剩的峰度。相对于单指数拟合，K＝0是完美的高斯分布，更大的K值意味着与完美的高斯分布有明显的偏差。
根据2007年的TNM分期标准进行划分：确定肿瘤入侵的深度(T分期)，限于直肠固有肌层pT1～pT2为早期，超越固有肌层pT3～pT4为晚期，淋巴结转移(N分期)，无转移为pN0，有转移为pN1～pN2；肿瘤分化程度，组织病理学低级别为G1～G2，组织病理学高级别为G3 ；是否存在LVI或神经侵犯，CRM是否受侵。
应用SPSS 19.0软件进行统计分析。服从正态分布的计量资料以
±s表示，两组间比较采用独立样本t检验或Mann-Whitney U检验。应用组内相关系数(intraclass correlation coefficient, ICC)，对两名放射科医师的测量结果进行了一致性检测(以ICC>0.75提示一致性良好)。Spearman相关性分析用来评估MD、MK、ADC值和不同临床病理预后因素之间的相关性。应用ROC曲线评估各定量指标在诊断淋巴结转移与否的效能，并根据最大约登指数，确定最佳诊断阈值和相对应的敏感度、特异度。以P<0.05为差异有统计学意义。
肿瘤限于直肠固有肌层患者47例(5例为pT1，42例为pT2)，肿瘤超越固有肌层患者75例(40例pT3和35例pT4)。无淋巴结转移患者(pN0)为71例，有淋巴结转移患者51例(28例pN1和23例pN2)。发生神经浸润6例，发生LVI 15例，CRM受侵患者19例。组织病理学分级，92例为G1～G2(6例G1和86例G2)，30例为G3。
两名诊断者获得的ADC、MD和MK值一致性好，ICC分别为0.934、0.963、0.971。
结果显示，肿瘤T分期与MD、ADC值呈负相关(P<0.05)，肿瘤T分期越高，相对应的MD和ADC值越低，两组间差异有统计学意义(P值均<0.01)；但是，肿瘤T分期与MK之间差异无统计学意义(P>0.05)。肿瘤病理级别越高，对应的ADC值和MD值均降低，但只有MD值在G1～G2与G3比较中差异有统计学意义(P<0.05)，且MD值与病理级别呈负相关(P<0.05)。尽管肿瘤存在LVI或CRM受侵对应的ADC值或MD值较低，但在不同LVI或CRM状态差异均无统计学意义且均无相关性(P值均>0.05)。淋巴结受累与否与MD值和ADC值均呈负相关(P值均<0.01)；而肿瘤高病理级别、淋巴结受累及存在LVI或CRM受侵均与MK值呈正相关(P值均<0.05)，且不同分组间差异均有统计学意义(P值均<0.05)。见表1、表2。
直肠癌不同临床病理预后因素与DKI定量参数和ADC值的关系(
±s)
直肠癌不同临床病理预后因素与DKI定量参数和ADC值的关系(±s)
| 病理因素 | 例数 | DKI定量参数值 | ADC (×10－3mm2/s) | ||
|---|---|---|---|---|---|
| MD(×10－3mm2/s) | MK | ||||
| T分期 | |||||
| T1～T2 | 47 | 1.29±0.20 | 0.92±0.09 | 1.21±0.19 | |
| T3～T4 | 75 | 1.17±0.11 | 0.93±0.10 | 1.08±0.11 | |
| 统计值 | Z＝－4.044 | t＝－0.444 | Z＝－4.302 | ||
| P值 | <0.01 | >0.05 | <0.01 | ||
| N分期 | |||||
| N0 | 71 | 1.25±0.17 | 0.89±0.09 | 1.16±0.17 | |
| N1～N2 | 51 | 1.17±0.15 | 0.99±0.09 | 1.08±0.14 | |
| t值 | 2.582 | 2.618 | 2.693 | ||
| P值 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | ||
| 病理分级 | |||||
| G1～G2 | 92 | 1.23±0.15 | 0.91±0.09 | 1.14±0.15 | |
| G3 | 30 | 1.16±0.19 | 0.97±0.10 | 1.10±0.19 | |
| 统计值 | t＝2.045 | Z＝－2.065 | t＝0.941 | ||
| P值 | <0.05 | <0.05 | >0.05 | ||
| LVI | |||||
| 阴性 | 101 | 1.24±0.16 | 0.91±0.09 | 1.13±0.15 | |
| 阳性 | 21 | 1.18±0.11 | 1.00±0.07 | 1.06±0.11 | |
| 统计值 | Z＝－ 1.930 | t＝－2.723 | Z＝－1.941 | ||
| P值 | >0.05 | <0.05 | >0.05 | ||
| CRM | |||||
| 阴性 | 103 | 1.23±0.16 | 0.91±0.09 | 1.14±0.15 | |
| 阳性 | 19 | 1.18±0.12 | 1.00±0.06 | 1.07±0.10 | |
| 统计值 | Z＝－1.945 | t＝－2.665 | Z＝－1.931 | ||
| P值 | >0.05 | <0.05 | >0.05 | ||
注：DKI为弥散峰度成像；ADC为表观扩散系数；MD为平均表观扩散系数；MK为平均峰度；LVI为瘤周血管浸润；CRM为环周切缘
直肠癌不同临床病理预后因素与DKI定量参数和ADC值间的相关系数
直肠癌不同临床病理预后因素与DKI定量参数和ADC值间的相关系数
| 病理因素 | MD | MK | ADC | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| r值 | P值 | r值 | P值 | r值 | P值 | |
| T分期 | －0.367 | <0.01 | 0.051 | >0.05 | －0.391 | <0.01 |
| N分期 | －0.240 | <0.01 | 0.478 | <0.01 | －0.254 | <0.01 |
| 病理级别 | －0.210 | <0.05 | 0.206 | <0.05 | －0.107 | >0.05 |
| LVI | －0.192 | >0.05 | 0.237 | <0.01 | －0.246 | >0.05 |
| CRM | －0.113 | >0.05 | 0.228 | <0.01 | －0.201 | >0.05 |
注：DKI为弥散峰度成像；ADC为表观扩散系数；MD为平均表观扩散系数；MK为平均峰度；LVI为瘤周血管浸润；CRM为环周切缘
参数ADC、MD、MK值评估淋巴结转移与否的ROC曲线下面积分别为0.653(95%CI 0.557～0.748)、0.645(95%CI 0.549～0.742)、0.784(95%CI 0.703～0.865)，差异均有统计学意义(P值均<0.01)。ADC最佳阈值为1.191×10－3 mm2/s时，对应的敏感度及特异度分别为40.8%、92.5%。MD最佳阈值为1.296×10－3 mm2/s时，对应的敏感度及特异度分别为45.2%、92.5%。MK评估淋巴结转移与否的ROC曲线下面积最大，说明其诊断效能最高，当其最佳诊断界点为0.984时，敏感度为65.9%，特异度为88.7%。见图3, 图4, 图5。
近年来，DKI已广泛应用于前列腺癌、神经胶质瘤、肝癌、乳腺病变等的评估[12]，在临床上的应用也在逐步成熟[13,14]。目前，直肠癌常规MRI术前分期主要以T2WI序列为主，但是诊断价值有限，这是因为，对于仅有早期局限性细胞结构及病理性改变的直肠癌病变来说，还未引起形态学及T2WI信号的明显改变；而弥散成像的一项主要应用就是与T2WI解剖图像结合，以提高直肠癌MRI诊断的敏感性[15]。但是，近期的一些研究认为，ADC值对原发性肿瘤(T)分期和淋巴结(N)分期、组织学分化程度的预测结论有所差异[16,17,18,19]。这可能源于DWI序列的b值选择、感兴趣区的选择及在使用平均扩散系数时无法描述肿瘤的异质性的影响[20]。传统的DWI模型基于高斯扩散模式，利用单指数模型得出ADC值，而生物组织中的水分子扩散复杂得多，存在微结构如细胞膜和细胞器而受到限制。DKI模型避免了对水分子扩散的正态假设，能获得类似扩散图像，高b值可以降低扩散峰度的线性度，肿瘤在高b值的DWI上表现为明显高信号，且具有较高的信噪比。因此，研究中选择了4个b值，分别为0、700、1 400和2 100 s/mm2[10]，可以较常规MRI更直观地显示肿瘤，很大程度上弥补了常规扫描序列对诊断肿瘤的不足之处，为准确诊断提供了补充。
笔者在研究中发现，DKI定量参数和ADC值与直肠癌的一些预后因素具有相关性，包括组织病理学分级、T分期和淋巴结转移与否。ADC、MD值与肿瘤T分期、淋巴结转移与否及MD值与肿瘤病理学分级呈负相关，而MK值与组织病理学分级及淋巴结状态呈正相关。因此，对于直肠癌的诊断来说，DKI衍生的定量参数可能是一个有意义的无创成像指标。
在本研究中发现一个有意义的结果，MK值与肿瘤的病理学分级、淋巴结转移与否呈正相关，这与部分学者研究结果相一致[13,21]。虽然笔者没有进一步对病理学基础进行研究，但正如我们所知，恶性肿瘤细胞增殖明显，排列紧密，细胞间隙小，细胞核增大，核异型性明显，核浆比增高[22]。因此，直肠癌灶的弥散受限明显，理论上MD值降低，MK值相应增高，这可以解释为MD、MK值能间接预示肿瘤的微观结构复杂性[10]。本研究所提出的直肠癌临床病理指标都是其局部复发和远处转移的有力预测因子，表明高MK值与预后不良有关，因此可以反映肿瘤组织轮廓的侵袭性。
另一方面，本研究结果显示，高病理学级别、晚期肿瘤及淋巴结受侵与低的ADC值和MD值相关，但不同病理级别间的ADC值差异无统计学意义(P>0.05)；这与部分学者的研究结果不一致[18,19]，可能与我们的测量技术存在差异有关[20]。MD值实际上反映水分子扩散的非高斯扩散行为，这与用单指数模型推导的ADC值有着相似的物理学意义。
淋巴结转移与否用于判断直肠癌临床分期，是结直肠癌患者的治疗计划制定及预后判断的重要影响因素。应用影像学判断良、恶性淋巴结，通常以淋巴结大小、形态、分布及淋巴结内有无坏死等作为参考，但这些形态学改变的敏感性和准确性不稳定，而MR功能成像的出现，实现了客观定量指标。在本研究中，ROC曲线分析表明，DKI定量参数和ADC值是可以提供淋巴结状况的重要指标，从而提高肿瘤治疗前N分期的诊断率，这与部分文献对ADC与淋巴结性质关系的研究结果一致[10,23,24]。通过对MD、MK和ADC值的全面比较，结果显示，三者均与淋巴结转移与否有相关性；并且，MK值有最大ADC，同时表现出较高的敏感度，当MK阈值取0.984时，是判断淋巴结转移与否的最佳鉴别点，进一步验证了非高斯分布模型的优势。这与Sun等[25]的研究结果有差异。造成这种差异的原因可能是由于人口分布不平衡，肿瘤亚型不一致；也可能是测量技术的差异，例如感兴趣区的选取(采用全肿瘤画感兴趣区而不是较小的椭圆型画感兴趣区)，而导致不同的结果[20]。
本研究的不足之处：首先，本文是一项回顾性研究，由于许多局部晚期直肠癌患者接受新辅助治疗，限制了我们的研究人群，导致不同T分期及病理分化程度患者的分布不均匀，如高分化、低分化、T1期的例数相对较少，可能会造成统计结果出现抽样误差，存在不可避免的选择性偏倚；其次，不同肿瘤亚型的人口分布不平衡也限制了本次结果的适用性；再次，由于肿瘤不均质性，本次研究中采用的测量技术也可能会导致研究结果的差异。为了进一步论证本研究的结果，有必要进行更大规模的前瞻性、多机构队列研究。接下来我们将对DKI参数与生存期及与直肠癌免疫组织化学特征的关系做进一步研究，如增殖Ki-67指数，将一些免疫组织化学特性整合到风险分层方案中可能在临床实践中很有价值。
综上所述，DKI定量参数和ADC值与直肠癌临床病理预后因素之间有明显相关性，这些参数可以反映直肠癌的组织学特性，从而成为直肠癌影像学生物标记物，尤其是笔者此次研究的参数MK值与淋巴结状态之间的关系，进一步提示DKI指标在临床实践中对预测肿瘤的恶性程度具有一定的参考价值。
