朱海濱，李曉婷，劉玉良，孫應(yīng)實(shí)

(北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院暨北京市腫瘤防治研究所醫(yī)學(xué)影像科 惡性腫瘤發(fā)病機(jī)制及轉(zhuǎn)化研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100142)

直腸癌磁共振體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像定量參數(shù)與Ki-67表達(dá)水平的相關(guān)性分析

朱海濱，李曉婷，劉玉良，孫應(yīng)實(shí)*

(北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院暨北京市腫瘤防治研究所醫(yī)學(xué)影像科 惡性腫瘤發(fā)病機(jī)制及轉(zhuǎn)化研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100142)

目的 探討直腸癌體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像(IVIM)定量參數(shù)值與Ki-67表達(dá)水平的相關(guān)性。方法 86例未接受新輔助治療而直接經(jīng)手術(shù)證實(shí)的直腸腺癌患者接受直腸多b值DWI檢查(b=0、20、50、100、200、400、600、800、1 000、 1 200、 1 400、1 600 s/mm2)，測量病灶相應(yīng)的D、D*、f值。按Ki-67水平將其分為低表達(dá)組(Ki-67<50%)和高表達(dá)組(Ki-67≥50%)，比較兩組多b值定量參數(shù)有無差異并分析其與Ki-67表達(dá)水平的相關(guān)性，并采用多因素回歸分析Ki-67指數(shù)增殖程度與臨床病理結(jié)果和MR參數(shù)的關(guān)系。結(jié)果 直腸癌低表達(dá)組與高表達(dá)組的平均D、f值分別為[(0.61±0.14)×10-3mm2/s vs (0.44±0.15)×10-3mm2/s；(0.25±0.07) vs (0.32±0.10)]，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01；P=0.01)，兩組間D*值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[(24.2±8.9)×10-3mm2/s vs (23.5±12.1)×10-3mm2/s，P=0.41]。D值與Ki-67表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)(r=-0.40，P<0.01)。多因素回歸分析提示僅D值是高Ki-67表達(dá)的獨(dú)立危險(xiǎn)因子。結(jié)論 直腸癌D值與Ki-67表達(dá)相關(guān)，可間接評估直腸腫瘤細(xì)胞增殖情況及預(yù)后，反映直腸癌的侵襲性和生物學(xué)特性。

直腸腫瘤;體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)；擴(kuò)散加權(quán)成像；Ki-67

直腸癌是最常見的消化道惡性腫瘤之一，其發(fā)病率逐年上升，發(fā)病年齡也趨向年輕化[1]。細(xì)胞增殖核抗原Ki-67是一種反映細(xì)胞分裂和增殖活性的標(biāo)志物，其在腫瘤組織中表達(dá)的高低不僅與腫瘤的增殖密切相關(guān)，還與新輔助放化療對腫瘤的療效及患者的預(yù)后密切相關(guān)[2]。然而，Ki-67表達(dá)水平須在直腸癌手術(shù)后經(jīng)免疫組化染色獲得，因此術(shù)前無創(chuàng)性評價(jià)Ki-67表達(dá)水平對預(yù)測患者療效及判斷預(yù)后有重要臨床價(jià)值。體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(intravoxel incoherent motion imaging, IVIM)序列MRI不僅可提供反映組織中水分子運(yùn)動(dòng)的定量參數(shù)，還可反映組織灌注情況，目前已作為一種無創(chuàng)性檢查方法廣泛用于臨床[3]。本研究采用3.0T MR術(shù)前評價(jià)IVIM定量參數(shù)與Ki-67表達(dá)程度的相關(guān)性，以期為臨床診治提供參考。

1 資料與方法

1.1一般資料 收集2015年9月—2016年7月我院接診的直腸癌患者86例，其中男56例，女30例，年齡18～82歲，中位年齡59歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①術(shù)前未接受放、化療且有完整MRI資料；②MR檢查后1周內(nèi)接受根治性手術(shù)治療；③術(shù)后病理確診為直腸癌。排除標(biāo)準(zhǔn)：①既往有盆腔手術(shù)史；②伴有或患過其他腫瘤并接受過盆腔放療和/或化療；③MR圖像缺失或無法測量；④病理結(jié)果為直腸黏液腺癌和印戒細(xì)胞癌。

1.2儀器與方法 檢查前無需行腸道準(zhǔn)備，在無禁忌證(青光眼、前列腺過度肥大或嚴(yán)重心臟病)的情況下，予鹽酸山莨菪堿20 mg肌肉注射，以使腸道處于低張狀態(tài)。采用GE Signa Horizon HDXT 3.0T MR掃描儀和8通道相控陣腹部線圈，線圈中心定位于恥骨上緣。多b值DWI采用單激發(fā)自旋回波平面成像(SE-EPI)序列，b值取12個(gè)(0、20、50、100、200、400、600、800、1 000、1 200、1 400、1 600 s/mm2)，相應(yīng)的激勵(lì)次數(shù)分別為1、1、1、1、1、2、2、2、4、4、6、8。其他參數(shù)如下：TR 2 800 ms，TE 70 ms，反轉(zhuǎn)恢復(fù)時(shí)間240 s，矩陣256×256，F(xiàn)OV 340 mm×272 mm，層厚4 mm，間距1 mm。圖像為軸位采集，覆蓋全部腫瘤區(qū)域，總掃描時(shí)間為4.5 min。多b值DWI掃描完成后，行軸位及矢狀位、冠狀位T2WI序列掃描。增強(qiáng)掃描對比劑采用Gd-DTPA，經(jīng)高壓注射器以3.0 ml/s的流率注射對比劑0.1 mmol/kg體質(zhì)量，后用20 ml生理鹽水沖管。

1.3圖像處理 由2名經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)師在未知患者手術(shù)病理結(jié)果的情況下對圖像進(jìn)行分析并最終取得一致意見。采用GE AW 4.6工作站分析DWI圖像并計(jì)算生成相應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)。在b=1 000 s/mm2的圖像選取腫瘤最大層面勾畫ROI，重復(fù)測量3次擴(kuò)散系數(shù)并取平均值；勾畫ROI時(shí)參考T2WI、DCE-MRI圖像以確定腫瘤邊界，并避開黏液、壞死、囊變及出血區(qū)，ROI不應(yīng)包括腸腔、偽影和血管。通過雙指數(shù)模型的IVIM對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到以下3個(gè)參數(shù)：D*(假性擴(kuò)散系數(shù)或fastADC，單位： ×10-3mm2/s)、D(真性擴(kuò)散系數(shù)，也稱為slowADC或與灌注不相關(guān)的擴(kuò)散，單位：×10-3mm2/s)和f(灌注相關(guān)的擴(kuò)散分?jǐn)?shù))值。雙指數(shù)模型的計(jì)算公式如下：S(b)/S(0)=f×exp(-b×D*)+(1-f)×exp(-b×D)。其中S(b)是特定的b值的信號強(qiáng)度，S(0)是b=0的信號強(qiáng)度。

1.4病理學(xué)分析 所有患者均按照全系膜直腸切除手術(shù)(total mesorectal excision, TME)行根治性切除手術(shù)，手術(shù)標(biāo)本經(jīng)甲醛溶液固定48 h后，石蠟包埋切片、HE染色。直腸癌TNM分期以國際抗癌聯(lián)盟(International Union Against Cancer， UICC)和美國癌癥聯(lián)合委員會(huì)(American Joint Committee on Cancer，AJCC)合作制定的第7版腫瘤TNM分期為標(biāo)準(zhǔn)[4]。行免疫組化染色觀察Ki-67陽性細(xì)胞，每張切片觀察5個(gè)高倍鏡視野，以細(xì)胞內(nèi)有棕黃色染色顆粒沉積者為Ki-67陽性細(xì)胞，計(jì)算陽性細(xì)胞所占細(xì)胞總數(shù)的百分比即為Ki-67指數(shù)。以50%為界，將患者分為：低表達(dá)組(Ki-67指數(shù)<50%)和高表達(dá)組(Ki-67指數(shù)≥50%)。

圖1 患者男65歲，直腸中段中分化腺癌 A.軸位T2WI示腫瘤位于左側(cè)壁及后壁，腫塊向腔內(nèi)突出，呈稍高信號； B.DWI(b=1 000 s/mm2 )示病灶呈明顯高信號； C.D值偽彩圖示病灶呈稍低信號(ROI內(nèi))，平均D值為0.72×10-3 mm2/s； D.Ki-67染色在高倍鏡下(×200)呈均一棕黃色顆粒(Ki-67指數(shù)為30%)

2 結(jié)果

86例直腸癌患者中高分化腺癌4例、中分化腺癌67例、低分化腺癌15例。術(shù)后分期：T1期5例、T2期19例、T3期56例、T4期6例；N0期50例、N1期24例、N2期12例。脈管癌栓陽性組31例、陰性組55例。

2.1IVIM定量參數(shù)與直腸癌Ki-67表達(dá)的關(guān)系 86例患者中，Ki-67抗原低表達(dá)組15例(15/86，17.44%)、高表達(dá)組71例(71/86，82.56%)。低表達(dá)組腫瘤的平均D值為[(0.61±0.14)×10-3mm2/s]；f值為0.25±0.07；高表達(dá)組D值為(0.44±0.15)×10-3mm2/s；f值為0.32±0.10，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01，P=0.01)。低表達(dá)組與高表達(dá)組間D*值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[(24.20±8.90)×10-3mm2/s vs (23.50±12.10)×10-3mm2/s，P=0.41]，見圖1、2。腫瘤平均D值與Ki-67的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)(r=-0.40，P<0.01)，見表1、圖3。

表1 Ki-67表達(dá)水平與D、D*及f值的相關(guān)性

2.2Ki-67表達(dá)水平回歸分析 對直腸癌患者的Ki-67表達(dá)水平與臨床病理及MR各參數(shù)行單元及多元回歸分析，發(fā)現(xiàn)僅D值與Ki-67間存在回歸關(guān)系(β=-0.29，P=0.01，表2)。

表2 Ki-67指數(shù)與各參數(shù)回歸分析結(jié)果

3 討論

DWI通過檢測活體組織中水分子布朗運(yùn)動(dòng)受限的程度和方向，可定量計(jì)算表觀擴(kuò)散系數(shù)值來間接反映水分子的微觀運(yùn)動(dòng)，目前這種方法已廣泛用于臨床[5-6]。但這一傳統(tǒng)模型是基于水分子位移呈高斯分布和影像信號隨著b值的增加呈單指數(shù)函數(shù)衰減為前提的。實(shí)際生物體內(nèi)，水分子的位移呈偏離高斯分布，DWI信號衰減也并不符合單指數(shù)函數(shù)：即DWI信號除受組織內(nèi)水分子擴(kuò)散影響外，還與毛細(xì)血管網(wǎng)的微循環(huán)灌注相關(guān)，特別在低b值(b<200 s/mm2)時(shí)，微循環(huán)灌注起主要作用[7]。Li等[3]于1986年提出IVIM理論，采用多b值掃描、進(jìn)行雙指數(shù)擴(kuò)散衰減模式計(jì)算，可將分子的擴(kuò)散和灌注效應(yīng)相分離，使體素內(nèi)水分子的擴(kuò)散更接近生物組織的實(shí)際特征。IVIM模型得到3個(gè)參數(shù)包括：真性擴(kuò)散系數(shù)(D)值、灌注分?jǐn)?shù)(f)值、灌注相關(guān)假擴(kuò)散系數(shù)(D*)。

圖2 患者男，65歲，直腸上段中分化腺癌 A.軸位T2WI示腫瘤侵犯腸壁約3/4周，呈稍高信號； B.DWI(b=1 000 s/mm2 )示病灶呈明顯高信號； C.D值偽彩圖示病變呈低信號(ROI)，平均D值為0.57×10-3 mm2/s； D.Ki-67染色在高倍鏡(×200)下呈均一棕黃色顆粒(Ki-67指數(shù)為90%)

圖3 腫瘤D值與Ki-67指數(shù)的相關(guān)性散點(diǎn)圖

Ki-67是一種增殖期細(xì)胞特異性表達(dá)的核抗原，其表達(dá)的高低反映了細(xì)胞的增殖狀態(tài)，功能與細(xì)胞的有絲分裂密切相關(guān)，在有絲分裂的G2/M期呈高表達(dá)。Ki-67廣泛應(yīng)用于腫瘤惡性程度及預(yù)后的評估方面，高表達(dá)提示腫瘤細(xì)胞增殖活躍、侵襲性較強(qiáng)，預(yù)后較差[8]。本研究結(jié)果顯示D、f值在不同Ki-67表達(dá)水平組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但Logistic回歸分析顯示僅D值與Ki-67間存在回歸關(guān)系，同時(shí)Ki-67的表達(dá)水平和D值呈負(fù)相關(guān)，即Ki-67表達(dá)越多，D值也越低，惡性程度增加。分析原因可能為：腫瘤Ki-67高表達(dá)提示腫瘤細(xì)胞增殖活躍，細(xì)胞體積增大、數(shù)目增多，細(xì)胞外體積分?jǐn)?shù)減低；與此同時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)等大分子合成增多，細(xì)胞核增大、染色質(zhì)增多，核/漿比增高。這些因素最終導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)、外水分子擴(kuò)散障礙，D值降低。本研究結(jié)果與既往關(guān)于表觀擴(kuò)散系數(shù)的研究較一致，如Meng等[9]對91例直腸癌研究提示，表觀擴(kuò)散系數(shù)值與Ki-67呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.475。同時(shí)，腫瘤表觀擴(kuò)散系數(shù)值與Ki-67表達(dá)之間的關(guān)系在膀胱和乳腺的研究中也得到了相似的結(jié)論[2，10]。本研究回歸分析顯示，僅D值是高Ki-67的獨(dú)立回歸因子，其他因素(包括病理學(xué)分級、T/N分期及脈管癌栓狀態(tài))均不是獨(dú)立回歸因子。既往對乳腺癌的研究[11]多認(rèn)為Ki-67水平與病理學(xué)分級密切相關(guān)，與本研究結(jié)果不一致，可能與本研究高分化直腸癌入組病例較少造成的偏倚有關(guān),故未來還需大樣本、多中心研究進(jìn)一步證實(shí)。本研究結(jié)果提示Ki-67表達(dá)水平與腫瘤T/N分期及脈管癌栓狀態(tài)無關(guān)，可能的原因是腫瘤T/N分期增加及脈管癌栓形成時(shí)，腫瘤細(xì)胞異型性、數(shù)目及細(xì)胞內(nèi)外間隙可能未發(fā)生明顯變化，即腫瘤組織內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)未發(fā)生顯著變化，而僅是侵犯程度增加，因此腫瘤T/N分期及脈管癌栓狀態(tài)與Ki-67表達(dá)水平間不具有相關(guān)性，但這一推測還有待結(jié)合病理學(xué)研究進(jìn)一步證實(shí)。

目前關(guān)于灌注參數(shù)與Ki-67的相關(guān)性研究主要集中在動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MR的定量參數(shù)方面，其結(jié)果仍存爭議。Molinari等[12]研究提示，高Ktrans、 高Kep和低Ve均與Ki-67之間存在相關(guān)性，而Kim等[13-14]對乳腺癌的研究則提示僅Ktrans與Ki-67存在相關(guān)性。導(dǎo)致這種結(jié)果的原因是一方面可能與Ki-67分組標(biāo)準(zhǔn)不同有關(guān)；另一方面與動(dòng)態(tài)增強(qiáng)定量參數(shù)有關(guān)(如Ktrans、Kep和Ve)。Ki-67與IVIM各參數(shù)的相關(guān)性仍待進(jìn)一步研究。

本研究的局限性：①ROI的選擇可能對結(jié)果有較大影響。本研究中采用手動(dòng)勾勒最大層面ROI，而非全腫瘤ROI和實(shí)性腫瘤取樣ROI。因?yàn)镽OI的大小、位置均會(huì)對擴(kuò)散系數(shù)觀察者間的一致性產(chǎn)生較大影響，關(guān)于不同ROI選擇對于結(jié)果的影響仍需進(jìn)一步研究。②僅收集了直腸腺癌而排除了黏液腺癌和印戒細(xì)胞癌，可能對結(jié)果造成選擇偏倚。③T4期患者樣本量較小，主要由于多數(shù)T4患者因接受新輔助治療而無法入組。

綜上所述，IVIM是目前臨床應(yīng)用廣泛的一種無創(chuàng)性檢測水分子擴(kuò)散受限的影像學(xué)檢查方法，其定量參數(shù)D值與Ki-67的表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)，可術(shù)前評估直腸癌腫瘤細(xì)胞增殖程度，為指導(dǎo)臨床治療提供了客觀評價(jià)指標(biāo)。

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Relationship between parameters of intravoxel incoherent motion imaging with Ki-67 expression level in rectal adenocarcinoma

ZHUHaibin,LIXiaoting,LIUYuliang,SUNYingshi*

(DepartmentofRadiology,KeyLaboratoryofCarcinogenesisandTranslationalResearch[MinistryofEducation],PekingUniversityCancerHospital&Institute,Beijing100142,China)

Objective To explore the relationship between parameters of intravoxel incoherent motion imaging and the molecular markers Ki-67 in rectal cancer patients. Methods Totally 86 patients with rectal cancer confirmed by surgery and without receiving chemoradiotherapy were included in this retrospective study. All patients underwent multiple b-values (b=0， 20， 50， 100， 200， 400， 600， 800， 1 000, 1 200, 1 400, 1 600 s/mm2) DWI before any anticancer treatment. The patients were divided into low Ki-67 group (Ki-67<50%) and high Ki-67 group (Ki-67≥50%) according to Ki-67 level. Relationship between the quantitative parameters from IVIM model and Ki-67 level were assessed. The relationship among Ki-67 level, clinicopathological outcomes and MR parameters was analyzed using linear regression analysis. Results In high Ki-67 group, the mean D, f value had significantly differences compared with those of the low-Ki-67 group [(0.61±0.14)×10-3mm2/s vs (0.44±0.15) ×10-3mm2/s,P<0.01; (0.25±0.07) vs (0.32±0.10),P=0.01]. However, the mean D*values had no difference between two groups ([24.2±8.9]×10-3mm2/s vs [23.5±12.1]×10-3mm2/s,P=0.41). There was a negative correlation between Ki-67 level and D values (r=-0.40,P<0.01). In addition, of all these variables, a higher D values independently predicted a high Ki-67 status. Conclusion Significant correlations are observed between pre-treatment D values and Ki-67 level of rectal cancer. It suggests that D value from IVIM model may be used as a noninvasive biomarker for evaluation the biological features of rectal cancer before treatment．

Rectal neoplasms; Intravoxel incoherent motion imaging; Diffusion-weighted imaging; Ki-67

國家自然科學(xué)基金(81471640、81371715)。

朱海濱(1985—)，男，山東泰安人，博士，主治醫(yī)師。研究方向：腹部腫瘤影像。E-mail: zuirenchiyu@163.com

孫應(yīng)實(shí)，北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院暨北京市腫瘤防治研究所醫(yī)學(xué)影像科 惡性腫瘤發(fā)病機(jī)制及轉(zhuǎn)化研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100142。

E-mail: sys27@163.com

2016-10-08

2016-11-09

腹部影像學(xué)

10.13929/j.1003-3089.201610017

R735.3; R445.2

A

1003-3289(2017)02-0237-05