单、双指数模型扩散加权成像对非小细胞肺癌Ki-67表达的预测价值

2019-03-21党珊师卫华韩冬马光明杨琪段海峰于勇赵静于楠王少彧

磁共振成像 2019年1期

党珊，师卫华，韩冬，马光明，杨琪，段海峰，于勇，2，赵静，于楠，2*，王少彧

在我国，肺癌发病率与病死率居恶性肿瘤之首；其中，约80%～90%为非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)[1]。肺癌起病隐匿，发现时多数已处于中、晚期，无法进行外科干预，放化疗是主要治疗手段。肿瘤细胞增殖状态的有效检测可以反映肿瘤的预后；Ki-67是一种和肿瘤细胞增殖紧密相关的核抗原，对于非小细胞肺癌，Ki-67是有效的生物标记物，其表达高低与非小细胞肺癌的预后密切相关，可用来反映肿瘤细胞的增殖活性[2]。但Ki-67检测需要病理标本，为有创检查，部分病人难以配合，因此无法了解肿瘤增殖情况。

扩散加权成像可以无创地对在体肿瘤进行评估，能反映肿瘤的功能信息；扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)为单指数扩散模型，DW的表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)值可以用来评价肿瘤的病理分级[3]。而体素内不相干运动扩散加权成像(intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM)，是双指数扩散模型，包含水分子的真性扩散及微循环灌注形成的假性扩散两部分，可用于量化扩散运动和血流灌注情况，可以为肿瘤的内部特征及疗效评估提供帮助[4]。

本研究采用MR-IVIM、DWI方法，观察非小细胞肺癌IVIM各参数及ADC值与免疫组化半定量指标Ki-67之间的相关性，为非小细胞肺癌分化程度提供影像学依据。

1 材料与方法

1.1 被试资料

本研究通过我院伦理委员会批准，入组患者均签署知情同意书。收集我院2016年10月至2018年6月间非小细胞肺癌患者60例，其中男性41例，女性19例，年龄35～81 (62.6±9.0)岁。纳入标准：(1)经纤维支气管镜、CT引导下肺穿刺活检或外科手术等证实为非小细胞肺癌；(2)患者无MR检查禁忌证，且可以耐受MR检查；(3) MRI检查前均未进行治疗。排除标准：(1)患者临床、免疫组化相关信息不全；(2) DWI、IVIM图像伪影明显者。

1.2 MRI检查及图像分析

采用MAGNETOM skyra 3.0 T (Siemens HealthCare，Germany)磁共振成像设备，18通道体线圈，患者取仰卧位，扫描序列包括：轴位T1WI (radial volumetric interpolated breath-hold examination，radial VIBE)、T2WI (BLADE)、DWI及IVIM序列，DWI与IVIM为自由呼吸状态扫描；轴位radial VIBE扫描参数：TR 2.79 ms，TE 1.39 ms，voxel size 1.2 mm×1.2 mm×1.2 mm，反转角5°，激励次数(NEX)为1，矩阵320×320，FOV 380 mm×380 mm，扫描时间为5 min 30 s；轴位T2 BLADE序列：TR 2200.00 ms，TE 89.00 ms，层厚4.0 mm，反转角103°，NEX为1，矩阵320×320，扫描时间约2 min 55 s。采用ishim-DWI序列行轴位扫描，扫描参数：TR 7425 ms，TE 60 ms，FOV 400 mm×400 mm，矩阵104×128，b=50，800 s/mm2，层厚5 mm，层间距1 mm，扫描层数45层，平均扫描时间3 min 14 s。IVIM扫描参数包括：TR 6000 ms，TE 58 ms，FOV 380 mm×380 mm，矩阵108×134，b=0、50、100、150、200、400、600、800 s/mm2，层厚5 mm，层间距1 mm，扫描层数35层，平均扫描时间6 min 13 s。使用body diffusion toolbox软件测量D、D*、f及ADC 值。由2名从事体部MRI工作5年以上放射科医师采用双盲法进行图像测量，取平均值。感兴趣区选取DWI病灶信号强度最高的层面及其上、下2个层面共3个层面测量平均值。

1.3 病理分析及临床相关资料

所有标本经石蜡包埋、切片、常规HE染色以及免疫组化染色，由本院病理科高年资医师诊断得出病理结果。Ki-67采用国际标准的免疫组化二步法进行检验，Ki-67以细胞核染成棕黄色或者褐色为阳性细胞。Ki-67在低倍至高倍镜下观察、计数并做好记录染色阳性的肿瘤细胞百分数(%)。

1.4 统计学分析

使用SPSS 24.0软件，采用组内相关系数(the intraclass correlation coefficient，ICC)计算2名放射科医师对D、f、D*、ADC值测量的一致性，1表示完全一致，0表示不一致，ICC值超过0.75表示有非常高的可靠性。采用Klomogorov-Smirnov方法对D、D*、f、ADC及Ki-67值行正态性检验，符合正态分布者用用均数±标准差表示，不符合正态分布者用中位数(P25，P75)表示。采用Spearman相关方法分析IVIM各参数D、D*、f及ADC 值与Ki-67之间的相关性。P＜0.05认为差异有统计学意义。

2 结果

图1 男，52岁，低分化腺癌，轴位D (A)、D* (B)、f (C)、T2WI (D)及ADC (E)图可见左肺下叶软组织肿块，D=913.0×10-6 mm2/s，D*=190.5×10-6 mm2/s，f=181.7 (%)，ADC=959.5×10-6 mm2/s (b=0，800 sec/mm2)。免疫组化Ki-67高表达(Ki-67=60%)(F)Fig. 1 A 52-year-old man, poorly differentiated adenocarcinoma, axial D (A), D* (B), f (C), T2WI (D) and ADC (E) map, the lesion was in the left lower lobe. D=913.0×10-6 mm2/s, D*=190.5×10-6 mm2/s, f=181.7 (%),ADC=959.5×10-6 mm2/s (b=0, 800 sec/mm2). Immunohistochemistry map showed the high Ki-67 expression (Ki-67=60%) (F).

图2 肺腺癌ADC值与Ki-67表达呈负相关关系(r=-0.424，P=0.008)；非小细胞肺癌ADC值与Ki-67呈负相关关系(r=-0.335，P=0.009)，非小细胞肺癌D值与Ki-67呈负相关(r=-0.330，P=0.01)Fig. 2 The ADC value of lung adenocarcinoma was negatively correlated with the Ki-67 expression (r=0.424, P=0.008). The D and ADC value of non-small cell lung cancer was negatively correlated with the Ki-67 expression (ADC value: r=-0.335, P=0.009)(D value: r=-0.330, P=0.01).

表1 肺腺癌及鳞癌ADC、D、D*、f值Tab. 1 The ADC, D, D*, f value of lung adenocarcinoma and squamous carcinoma

共60例非小细胞肺癌患者，病灶平均大小约(3.65±1.56) cm；病理类型分别为腺癌40例，鳞状细胞癌17例，腺鳞癌2例，大细胞癌1例。两位放射科医师测量ADC值的一致性为0.976，f值一致性为0.761，D值一致性为0.760，D*值一致性为0.970；2名放射科医师对各参数的测量一致性高。肺腺癌与鳞癌扩散加权成像各参数值如表1。一例肺腺癌患者图像如图1。肺腺癌、非小细胞肺癌扩散加权成像各参数与Ki-67间相关关系散点图如图2。非小细胞肺癌ADC值与Ki-67呈负相关(r=-0.335，P=0.009)，D值与Ki-67呈负相关(r=-0.330，P=0.01)；肺腺癌ADC值与Ki-67呈负相关(r=-0.424，P=0.008)；肺鳞癌各扩散加权参数与Ki-67无显著相关性。非小细胞肺癌f、D*值与Ki-67无显著相关关系。

3 讨论

3.1 IVIM、DWI及Ki-67概述

扩散加权成像可以无创地提供功能信息，临床应用广泛；目前应用于临床的扩散加权成像包括单指数模型扩散加权成像及双指数模型扩散加权成像；DWI为单指数扩散模型，该模型假设水分子的微观运动仅受水分子的影响，ADC值代表水分子的扩散情况。IVIM是双指数扩散模型，假设水分子的微观运动不仅受水分子扩散的影响，还受到毛细血管内血管微循环灌注所致的“假扩散”效应的影响，该模型在无需对比剂情况下便可区别病灶的灌注与扩散信息，f值为灌注分数，代表体素内微循环灌注占总体扩散的比率，其主要受微循环灌注血流量的影响；D值为扩散系数，代表单纯的水分子扩散运动；D*值为假扩散系数，代表体素内微循环灌注相关的扩散运动，主要受微循环灌注中血流速度和毛细血管长度的影响。当b值较低时，微循环灌注在ADC值中所占比例较大，随着b值增加，微循环灌注在ADC值所占比例逐渐减小[4-6]。

Ki-67是一种单克隆抗体，位于细胞核内，可能与细胞有丝分裂和细胞周期有关，可以反映肿瘤细胞的增殖能力。研究表明，Ki-67蛋白在非小细胞肺癌组织的阳性表达率显著高于正常组织，其表达高低与非小细胞肺癌的预后密切相关，可用来反映非小细胞肺癌癌细胞的增殖活性。Ki-67高表达是NSCLC预后不良的一个因素，即随着Ki-67表达升高，肿瘤细胞增殖更活跃、分化程度更低，患者预后更差[7-8]。国外有学者研究发现，随着Ki-67表达增加，非小细胞肺癌生存率更低，Ki-67可以用来评估NSCLC尤其是腺癌患者的预后[9]。

3.2 IVIM、DWI与Ki-67相关关系与可能原因分析

本研究结果表明，肺腺癌ADC值与Ki-67呈负相关关系；非小细胞肺癌ADC值、D值与Ki-67呈负相关关系，f、D*值与Ki-67无显著相关关系。有研究表明，恶性肿瘤细胞密度较大，扩散受限更明显；故肺癌ADC、D值低于良性肺肿块及肺不张组织[10-12]；此外，ADC值定量分析可以用来评估肺癌的病理分级和肿瘤细胞密度[3]。另有研究发现，肺癌ADC值与Ki-67呈负相关，与本研究结果一致，这表明ADC值可用来评估肺癌的侵袭性及预后[13-14]。IVIM各参数中，D值代表体素内单纯的水分子扩散运动；单指数扩散模型中ADC值的差异主要由IVIM-D值的差异造成[4]。本研究中，肺腺癌ADC值、非小细胞肺癌ADC值、IVIM-D值与Ki-67间的负相关关系，与文献报道一致。

3.3 D⋆、f值与Ki-67无显著相关性的可能原因分析

IVIM各参数受多种因素影响，如肿瘤的异质性、技术不稳定性等。以往有研究表明，IVIM低b值中各参数的测量更容易出现测量误差，对噪声更敏感[15-16]。加之，D*和f不止受一个生理过程影响，可能同时依赖于微血管解剖、血管通透性和血流动力学等生物学行为之间的相互作用[17]。另外，虽然IVIM中低b值时各参数受血管灌注因素影响较大，但可能也受到其他体内液体流动的影响，如淋巴液、脑脊液、唾液腺等[18-20]。由此可见，D*、f值与Ki-67无显著相关性可能与以上原因有关。