蒋恒，陆志华，翁晓燕，季立标，陈光强

1．苏州大学附属常熟医院，常熟市第一人民医院影像科，江苏常熟 215500；2．苏州大学附属第二医院影像科，江苏苏州 215004；*通讯作者 陈光强 cgq74158@163.com

扩散加权成像（DWI）是一种对体内水分子运动敏感的功能成像，可检测出组织内与含水量变化相关的形态学病理生理学的早期变化，其表观扩散系数（ADC）是组织中水分子扩散的定量评估参数[1]。已有研究显示，肿瘤的平均ADC值可在术前作为影像标记评估直肠癌的分期、预后及放化疗效果[2-5]。然而，在肿瘤的最大层面手动勾画感兴趣区（ROI）得到平均ADC值无法真实地反映组织成分多样的直肠癌生物学特性。基于整个肿瘤体积的ADC直方图可最大程度地消除潜在的偏倚，反映肿瘤内ADC值整体分布特征，结果可靠，可重复性强[6]。本研究拟探讨肿瘤全体积ADC直方图鉴别早期直肠癌的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2015年9月—2018年5月常熟市第一人民医院收治的直肠腺癌患者的临床资料，纳入标准：①MRI检查前组织活检明确为直肠腺癌；②术前未行辅助放化疗；③术前有完整的MRI影像资料，包括T2WI和DWI；④术后取得完整的病理结果，TNM分期参照美国癌症联合会第8版的标准[7]。排除标准：①病变区伪影较多不能用于分析；②术后病理确诊的黏液腺癌。最终纳入87例患者，其中男47例，女40例；年龄41～84岁，中位年龄75岁。

1.2 MRI检查 采用Philips Achieva 3.0T 超导MR扫描仪，16通道体部相控阵线圈。检查前清洁肠道，检查前10～15 min 肌内注射盐酸山莨菪碱10 mg 以使肠道处于低张状态。直肠的采集序列见表1。定位采用矢状位T2WI，横轴位T2WI 垂直于矢状位病变段肠壁，斜冠状位T2WI 平行于矢状位病变段肠壁。

表1 直肠MRI扫描序列

1.3 图像分析 将图像以DICOM格式传至Omni-Kinetics软件（GE公司），分别由1名主治医师和1名副主任医师独立测量病灶的ADC直方图参数。参考三平面T2WI 及DWI图像，在每层ADC图像上手动勾画直肠癌灶的边界，避开肠道内气体，直至剪切出整个肿瘤体积，并计算所有体素的ADC直方图参数，包括ADC的平均值和中位值，ADC 第5、10、25、50、75、90百分位数（ADC_5th、ADC_10th、ADC_25th、ADC_50th、ADC_75th、ADC_90th）、偏度及峰度。各ADC直方图参数取2名医师测量结果的平均值进行定量分析。

1.4 统计学方法 应用SPSS 19.0软件，采用组内相关系数（ICC）评价2名医师测量数据的一致性。计量资料以或M（P25，P75）表示，采用独立样本t检验或Mann-WhitneyU检验比较Ⅰ期和≥Ⅱ期直肠癌ADC 各直方图参数的差异。采用受试者工作特征（ROC）曲线评估ADC直方图各参数鉴别Ⅰ期和≥Ⅱ期直肠癌的诊断效能。P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 病理分期 本组患者包括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；本组术前无转移病例，最终分为Ⅰ期27例、Ⅱ期23例、Ⅲ期37例。

2.2 Ⅰ期和≥Ⅱ期直肠癌ADC直方图参数结果比较 2名医师测量的各ADC直方图参数的一致性良好（ICC=0.878～0.961），见表2。Ⅰ期和≥Ⅱ期直肠癌ADC值直方图均以正偏态为主，≥Ⅱ期直肠癌的偏度更大，两者偏度值差异无统计学意义（P>0.05）。Ⅰ期直肠癌的ADC平均值、ADC中位值、ADC_5th、ADC_10th、ADC_25th、ADC_50th和ADC_75th 均高于≥Ⅱ期直肠癌，其中ADC_5th、ADC_10th和ADC_25th的差异有统计学意义（P=0.014、0.028、0.047）。Ⅰ期直肠癌的ADC_90th和峰度低于≥Ⅱ期直肠癌，差异无统计学意义（P>0.05）。Ⅰ期和Ⅲ期直肠癌的ADC直方图分析见图1、2。

2.3 ADC直方图参数鉴别Ⅰ期和≥Ⅱ期直肠癌的诊断效能 ADC_5th 鉴别Ⅰ期和≥Ⅱ期直肠癌的效能最高，ROC曲线下面积为0.652。以532.8×10-6mm2/s为截断值，其敏感度和特异度分别为80.0%和48.1%，见表3。

表2 Ⅰ期和≥Ⅱ期直肠癌ADC直方图参数结果比较

图1 直肠上段Ⅰ期直肠癌（T1N0M0）。A、B分别为矢状位、横断位T2WI 示病变呈肿块样突入腔内（箭），侵犯直肠浅表黏膜下层；C.DWI示肿块明显高信号（箭）；D.软件在ADC图像上勾画整个肿瘤边界；E.经计算后得出的ADC直方图，偏度值为0.21

图2 直肠中上段Ⅲ期直肠癌（T3N1M0）。A.矢状位T2WI 示直肠中上段肠壁局限性异常增厚（箭）；B.横断位T2WI 示病变段肠壁固有肌层受侵犯破坏（箭），病变向直肠系膜内侵犯；C.DWI 示肿块明显高信号，外侧轮廓不光整（箭）；D.ADC图像上勾画整个肿瘤边界；E.经计算后得出的ADC直方图，偏度值为0.47

表3 ADC直方图参数鉴别Ⅰ期和≥Ⅱ期直肠癌的诊断效能

3 讨论

MRI 在直肠癌的术前分期中发挥重要作用，其中DWI 由于能够突出癌组织与正常组织间的信号强度差异，是直肠癌术前定位及分期的主要检查序列[2]。ADC值能定量反映组织中水分子的扩散特性，间接定量反映肿瘤的病理组织学信息。既往研究将ADC值作为影像学标记评估病变分期和治疗反应[8-9]。在直肠癌方面，已有研究证实ADC值可在术前评估直肠癌患者的预后，并与肿瘤的分期及治疗反应相关[2-5]。以往研究多采用在肿瘤最大层面勾画圆形ROI 计算平均值的方法；但平均ADC值无法反映肿瘤整体的异质性，而直肠癌的异质性是其生物学行为的一个非常重要的特质[10]。

ADC直方图分析是一种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肿瘤的异质性，其低比例区域（如最小值、第5、第10百分位）ADC值与肿瘤的等级和生物学行为相关，因低比例区域的ADC值反映肿瘤细胞的高密集程度，而高比例区域（如第90百分位）ADC值反映肿瘤细胞的低密集程度、肿瘤坏死、囊变[11]。已有研究显示ADC直方图分析能评估卵巢癌和进展期直肠癌对放化疗的反应[12-15]。另外，由于恶性肿瘤的异质性，ROI 大小和定位的变化对肿瘤ADC值的结果和观察者间的差异有显著影响。基于整个肿瘤体积的ADC直方图可最大程度地消除潜在的随机误差，反映肿瘤内ADC值整体分布特征，结果可靠，可重复性强，观察者间一致性良好[6]。综合上述原因，本研究采用全体积ADC直方图分析方法，ICC 结果显示2位医师测量结果一致性好，提示采用全体积ADC直方图分析方法测得的结果可靠，可重复性强，与既往研究结果相仿[15-17]。

本研究结果显示除ADC_90th 外，其他ADC百分位数Ⅰ期均高于≥Ⅱ期，其中ADC_5th、ADC_10th和ADC_25th 差异有统计学意义，表明低百分位数ADC值对于早期和进展期直肠癌的鉴别诊断具有更加显著的意义，与Xie 等[18]的研究结果一致。原因正好对应了ADC直方图分析中低百分位数ADC值与肿瘤细胞的高密集程度相关。Ⅱ期以上的中晚期直肠癌，肿瘤异型细胞更多、更大，核分裂象更多，细胞密度更大，导致水分子扩散受限程度更高，故绝大多数ADC百分位数Ⅰ期均高于≥Ⅱ期，而以低百分位数ADC值差异有统计学意义。而潘霞等[19]的研究结果中，T3期直肠癌的各ADC百分位数与T1～2期均无显著差异，其原因可能与样本量过小有关（n=35）。ROC曲线结果显示ADC_5th 鉴别Ⅰ期和≥Ⅱ期直肠癌的效能最高，尽管敏感度较高，但特异度较低（48.1%），其原因可能与本研究总体样本量偏少，且以进展期病例偏多有关。

偏度是描述变量取值分布对称性的统计量。正偏度表明分布的不对称尾部趋向于更多较大值，即绝大多数值位于平均值的左侧，负偏度则相反[19]。本研究结果中Ⅰ期和≥Ⅱ期直肠癌ADC值直方图均以正偏度为主，≥Ⅱ期直肠癌的偏度更大，提示绝大多数进展期直肠癌的ADC值比早期直肠癌更低，ADC百分位数值结果亦是如此。尽管本研究结果中Ⅰ期和≥Ⅱ期直肠癌的偏度差异无统计学意义，但P值接近0.05，且ROC曲线下面积较高，因而提示偏度具有潜在的优势，可鉴别Ⅰ期和≥Ⅱ期直肠癌。该结果与其他少数研究相仿。潘霞等[19]的研究结果提示偏度与直肠癌T分期具有显著相关性。Rozenberg 等[20]的结果提示包含各种ADC纹理分析特性的模型（偏度和峰度等）能够区分中度风险前列腺癌。

本研究的局限性：①本研究为回顾性分析，今后应该收集图像、组织学和临床特征并进行整体分析；②研 究样本量相对较小，特别是早期T1期病例，因此有待进一步增加样本量，同时纳入T、N、M分期进行全面分析；③直肠癌常沿肠壁呈浸润性生长形成不规则形态，另外肠腔内的气体可造成伪影和DWI图像变形，因此，病变体积可能无法准确反映实际整个肿瘤体积；④本研究未能将ADC直方图分析与患者的预后进行相关性分析，有待随访结果完成后做进一步研究。

总之，全体积ADC直方图鉴别Ⅰ期和≥Ⅱ期直肠癌具有一定的价值，其中低百分位数ADC 更有意义，ADC_5th 具有较高的诊断效能。