黄炎文 王子元 龚志刚 王辉 杨辰瑶 刘坤 袁杰 詹松华

2019年发布的《2015年中国恶性肿瘤流行情况 分析》显示，在我国，结直肠癌的发病率在男性及女性中分别位居第4位和第3位，死亡率分别为第5位和第4位［1］。但是近年美国结直肠癌发病率和死亡率持续下降，而我国结直肠癌发病率和死亡率不断升高。目前我国直肠癌发病和诊治情况不容乐观，因此提高直肠癌的诊疗水平具有重要意义。

弥散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）是一种反映体内水分子非高斯分布弥散运动状态的MRI新技术，最早在2005年由纽约大学Jenson教授等［2］提出，是弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）技术的延伸。DKI提供弥散峰度（K值）和弥散系数（D值）这2个参数，可以反映组织的异质性［3］。目前已经应用于神经系统［4］、前列腺［5］和乳腺［6］等部位的病变，但在直肠癌的研究中还较少。本研究旨在研究DKI定量参数K值和D值及常规表观弥散系数（ADC）值在直肠癌不同分组中的差异，探讨DKI在直肠癌诊断、分级、分期及预后评估中的价值。

方 法

1.临床资料

前瞻性收集自2019年2月16日至2020年1月18日，经上海中医药大学附属曙光医院病理证实为直肠癌并行直肠常规高分辨率MRI和DKI序列扫描的患者纳入研究，共计38例。其中男20例，女18例，年龄35~83岁，平均（65.45±11.32）岁。研究对象纳入标准：年龄18~75岁；一般状况尚可；直肠指诊、肠镜、CT或MRI检查发现直肠占位且怀疑直肠癌者；无远处转移，可手术切除；术前未行新辅助放化疗；无全身系统性疾病，肝肾功能正常；无起搏器及人造心脏瓣膜等植入术；未经放化疗；无幽闭恐惧症，可配合磁共振检查；磁共振检查与手术时间间隔不超过1周；签署参加本研究的知情同意书。本研究已获得上海中医药大学附属曙光医院医学伦理委员会批准（2019-750-105-01）。

2.MRI检查方法

扫描设备为德国西门子MAGNETOM Skyra 3.0 T智能磁共振仪。术前MRI扫描：入组患者检查前排空大小便。线圈选择18通道体部相控阵表面线圈，体表定位标记为耻骨联合上缘，扫描范围覆盖直肠全段。扫描方案：扫描时首先进行矢状位定位扫描，在肿瘤层面设计与直肠壁垂直的正交轴位图像，冠状位图像定位垂直于横轴位。常规MRI扫描方案：横断位T2WI（层厚5 mm）；高分辨率正交轴位T2WI［层厚2 mm，视野（FOV）35 cm］、矢状位T2WI、冠状位T2WI、正交轴位T1WI。弥散扫描参数：重复时间（TR）/回波时间（TE）7 200 ms/88 ms，FOV 200 mm×200 mm，层厚2 mm，体素大小0.9 mm×0.9 mm×2.0 mm，层数40，b值分别为0和1 000 s/mm2；共启用4个弥散梯度场（b值分别为0、700、1 400和2 100 s/mm2），弥散敏感梯度场同时取X、Y和Z3个方向。

3.图像分析

DKI和DWI图像采集完成后上传至工作站，使用德国西门子公司自主研发的后处理软件（Diffusion Toolbox）进行后处理。得到K值、D值的参数图和ADC值图。感兴趣区域（region of interest，ROI）的选取：结合常规轴位T2WI图像显示的解剖细节，分别选取肿瘤实质较大处和距肿瘤1 cm以上正常肠壁的3个层面。在参数图上手动勾画ROI，勾画时注意避开囊变区、坏死区、肠道内容物及直肠系膜。分别将肿瘤实质和正常肠壁勾画ROI并测得DKI参数K值、D值和DWI参数ADC值。

4.病理资料分析

依据切除腺癌标本显微镜下腺管形态学特征及腺样结构数量将直肠腺癌分为高分化、中分化、低分化腺癌。Ki67染色结果采用相对定量法，随机观察5个高倍视野（×200倍），以每个视野下Ki67阳性肿瘤细胞数/肿瘤细胞总数×100%的平均数作为Ki67标记指数。

5.统计学分析

应用SPSS 17.0统计软件进行数据统计分析。首先使用Kolmogorov-Smirnov检验对各组的DKI参数（K值和D值）、ADC值进行正态性检验。应用单因素方差分析比较DKI参数ADC值、K值和D值，在直肠腺癌分化程度、T分期之间的差异，并对各分组两两间的差异，采用LSD检验。

应用受试者操作特征曲线（receiver operator characteristic，ROC）曲线，比较各参数鉴别高分化组、中分化组和低分化组的诊断效能。采用Spearman相关分析评价分析K值、D值和ADC值与Ki67的相关性。应用独立样本t检验，分析ADC值、K值和D值与壁外血管和神经侵犯程度之间的关系。P＜0.05被认为差异具有统计学意义。

结 果

1.DKI定量参数（K值和D值）及ADC值在直肠癌及正常肠壁统计分析

直肠癌肿瘤实质区与正常肠壁K值、D值及ADC值差异具有统计学意义（P＜0.05），如表1所示。其中有7例患者由于正常肠壁伪影明显，无法用于分析、提取参数。直肠癌ADC值的ROC曲线下面积为0.321（P=0.011）；K值 曲 线 下 面 积 为0.621（P=0.087）；D值曲线下面积为0.243（P＜0.001）。因此K值在直肠癌中诊断效能最大。

表1 K值、D值和ADC值在肿瘤实质区及正常肠壁的差异±s

表1 K值、D值和ADC值在肿瘤实质区及正常肠壁的差异±s

部位肿瘤实质区正常肠壁F值P值例数 38 31 ADC值×10-6/(mm2·s-1)795.29±120.72 918.69±200.48 9.982 0.002 K值×10-6/(mm2·s-1)867.47±116.57 786.46±142.62 6.745 0.012 D值×10-6/(mm2·s-1)1 436.98±337.34 1 849.25±603.58 12.841 0.001

2.DKI定量参数（K值和D值）及ADC值在不同直肠癌分化程度间的比较

DKI定量D值及ADC值在不同分化程度组中差异均具有统计学意义（P＜0.05），但K值差异无统计学意义（P＞0.05），如表2所示。ADC值的ROC曲线下面积为0.816（P=0.041）；K值曲线下面积为0.390（P=0.476）；D值曲线下面积为0.732（P=0.134），如图1所示。因此ADC在直肠癌分化程度效能最大，D值也具有很好的诊断效能。

表2 K值、D值和ADC值在高、中、低分化组间的差异±s

表2 K值、D值和ADC值在高、中、低分化组间的差异±s

分化程度高分化中分化低分化F值P值例数4 28 6 ADC值×10-6/(mm2·s-1)914.70±112.88 798.87±105.90 698.92±130.43 4.656 0.015 K值×10-6/(mm2·s-1)825.88±165.59 855.51±102.78 951.02±128.46 2.054 0.143 D值×10-6/(mm2·s-1)1 724.20±423.08 1 459.41±300.53 1 140.82±270.06 4.560 0.017

图1 典型病例（71岁女性，中位直肠中分化腺癌患者）影像

3.DKI定量参数（K值和D值）及ADC值在不同直肠癌分期间的比较

DKI定量K值和D值及ADC值在T2、T3和T4中单因素方差分析及两两比较，差异均具有统计学意义（P＜0.05），如表3所示。ADC值的ROC曲线下面积为0.752（P=0.073）；K值曲线下面积为0.176（P=0.021）；D值曲线下面积为0.855（P=0.012）。因此D值在直肠癌分期中诊断效能最大。

表3 K值、D值和ADC值在T分期组间的差异±s

表3 K值、D值和ADC值在T分期组间的差异±s

分化程度T2期T3期T4期F值P值例数5 29 4 ADC值×10-6/(mm2·s-1)919.26±163.74 782.18±102.46 735.35±118.01 3.800 0.032 K值×10-6/(mm2·s-1)740.62±99.15 886.48±106.71 888.23±131.55 3.954 0.028 D值×10-6/(mm2·s-1)1 829.04±309.24 1 392.32±301.73 1 270.70±337.35 5.009 0.012

Ki67与ADC值、K值和D值均未见明显相关性（P＞0.05）。在血管和神经侵犯程度评估中，ADC值、K值和D值差异均无统计学意义（P＞0.05）。

讨 论

DWI是一种非侵入性的功能成像技术，可以提供肿瘤微环境中水分子扩散的信息。ADC值可反映水分子弥散受限状态，但其基于水分子的弥散符合高斯分布。实际上，人体由不同组织构成，各组织的细胞类型、细胞密度及血供情况均有差异，水分子的弥散并非呈高斯分布。DKI通过参数量化分析生物组织内水分子非高斯弥散活动，获得更精确的弥散信息，更真实地反映复杂的组织微观结构，从而能够在无对比剂情况下较好地评价病变。DKI技术可以得到定量参数D值及K值，D值为给定方向上的表观弥散系数，K值是一个无量纲的值，用来量化真实水分子弥散位移与理想的非受限高斯分布弥散位移的偏离大小。K值越大，代表兴趣区内非高斯弥散分布模型下的水分子真实弥散受限情况越显著，细胞微环境越复杂。ADC值、K值和D值这3种参数从根本上讲都反映组织中细胞内外水分子的弥散运动状况，细胞内外水分子弥散运动状况受包括细胞核、细胞器的改变、核质比、细胞密度、细胞外间质成分、细胞内外水分子比例等多种因素的影响。我们的研究结果显示，直肠癌肿瘤实质较正常直肠肠壁K值明显增高，D值和ADC值明显减低。这是由于直肠癌肿瘤实质区细胞增殖快，从而使细胞密度增高、细胞排列更加紧密；同时快速增殖导致血液供给不足，细胞缺血坏死；肿瘤细胞促进周围纤维结缔组织增生，而使整个肿瘤实质区组织结构越复杂，水分子运动偏离高斯运动的程度越大［7］。因此K值、D值和ADC值均可以用于直肠癌的诊断。

直肠癌的分化程度是影像预后的重要因素之一［8］。随着肿瘤分化程度的减低，肿瘤内部细胞结构更加复杂，新生血管和坏死结构更多，异质性更大，因此水分子运动明显受限，且偏离高斯运动的程度也越大［9］。本研究发现D值和ADC值在不同分化程度组中具有显著统计学差异。低分化组D值和ADC值最低，高分化组最高。因此D值和ADC值可以用于评估直肠癌分化程度，其中ADC值的诊断效能最大。本研究中K值在不同程度分化组中并没有显著统计学差异，这与先前的研究结果部分不一致，Zhu等［10］的研究结果显示，K值在直肠癌分化程度中的诊断效能最大，文自强等［11］认为DKI参数在直肠癌分化程度中没有显著差异。本研究中，高分化组和低分化组病例相对较少，这可能是由统计误差所致，未来的研究需要增加更多的样本量、细化病理分级类型等。但本次研究为进一步应用DKI进行直肠癌分化程度和预后评估奠定了很好的基础。

直肠磁共振是在直肠癌术前分期中具有很重要作用的影像手段，且具有较高的可重复性［12］。直肠TNM分期以肿瘤对肠壁的浸润深度进行T分期。本研究发现，随着T分期的增高，ADC值和D值降低，而K值增高。这可能是由于与早期直肠癌相比，晚期直肠癌随着浸润深度的增加，细胞增殖更活跃，细胞数目增多，排列更紧密，新生血管更多，肿瘤组织的微观结构更加复杂和不均质，因此水分子的弥散方式也更加复杂，弥散受限更明显，从而导致ADC值和D值降低，D值增高［13］。其中D值的诊断效能更大，这与先前的研究结果一致［14］。

综上，本研究结果表明DKI定量参数D值、K值及ADC值在直肠癌诊断中具有重要的价值；D值和ADC值能够反映直肠癌分化程度，其中ADC值相关性更高；D值、K值和ADC值在直肠癌不同分期中均具有显著性差异，其中D值的差异更显著。由此可见，DKI定量参数对于临床诊断直肠癌、评估和预测侵袭性方面具有重要的临床价值。