王莉莉，和健偉，黃剛，杜斌斌，趙雪梅，張文文，周星，馬婭瓊

直腸癌彌散峰度成像與D2-40、CD31、S-100及腫瘤細胞增殖指數(shù)的相關性研究

王莉莉，和健偉，黃剛*，杜斌斌，趙雪梅，張文文，周星，馬婭瓊

作者單位：甘肅省人民醫(yī)院放射科，蘭州 730000

目的 探討彌散峰度DKI參數(shù)(diffusion-kurtosis image，DKI)參數(shù)與直腸癌免疫組化D2-40、CD31及Ki-67之間的關系。能夠在術前評估其表達程度，從而能夠間接反映腫瘤細胞的增殖指數(shù)等，為臨床提供直腸癌術前惡性程度評估的依據(jù)。材料與方法 搜集2016年1月至9月經(jīng)病理證實的直腸癌患者69例，所有病例經(jīng)常規(guī)掃描加DKI，得到DKI與擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)參數(shù)：各向異性指數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)，垂直擴散張量(radial diffusivity，D⊥)、平均擴散系數(shù)(mean diffusivity，MD)、軸向擴散張量(axial diffusivity，D//)，平均峰度(mean kurtosis，MK)、徑向峰度(radial kurtosis，K⊥)、軸向峰度(axial kurtosis，K//)。免疫組化D2-40、CD31、S-100及Ki-67由UltraView-DAB染色進行處理得到。D2-40、CD31根據(jù)表達分為陰性與陽性組，采用獨立樣本t檢驗進行各參數(shù)間的對比。用ROC曲線評判各參數(shù)對兩組的診斷效度，分析各MK等值與Ki-67的關系采用Pearson相關分析法。結果 MK、K⊥在D2-40、CD31陽性組參數(shù)值高于陰性對照組，MD在陽性參數(shù)組低于陰性參數(shù)組，差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。Pearson相關分析法得出Ki-67與D⊥、D//、MD之間呈負相關，而與MK、K⊥、K//之間呈正相關性。應用ROC曲線分析各參數(shù)對直腸癌D2-40、CD31表達陰性與陽性的診斷鑒別能力。結論 DKI成像可反映直腸癌組織的復雜程度，可在術前無創(chuàng)地評估免疫組化D2-40、CD31、S-100及Ki-67的表達水平，從而可間接反映腫瘤細胞增殖程度。

彌散峰度成像；平均峰度；免疫組織化學；Ki-67抗原

近年來，隨著生活水平的提高，直腸癌已是嚴重威脅人類健康的消化系統(tǒng)惡性腫瘤之一。磁共振成像作為評價直腸癌常用的影像方法，其功能成像的臨床應用亦非常廣泛，DKI是以非高斯模型為基礎的一種新功能成像技術，較傳統(tǒng)DTI更加敏感反映組織微結構的復雜程度[1]。直腸癌的腫瘤增殖指數(shù)、CD31、D2-40及S-100與預后密切相關，但最后確診需要術后病理免疫組化，是有創(chuàng)的檢查。本研究是研究DKI參數(shù)值與CD31、D2-40及S-100的關系，能夠在術前無創(chuàng)地評估其表達程度，從而間接反映脈管侵犯及腫瘤增殖指數(shù)、為術前惡性程度的評估提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 一般資料

搜集甘肅省人民醫(yī)院直腸癌患者69例，所有患者已簽署知情同意書，共納入69例，男41例，女28例，年齡35～70歲，平均(50.1±16.2)歲。 納入標準：(1)術前1周進行磁共振DKI檢查；(2)術前未經(jīng)放療或化療；(3)術后經(jīng)病理證實是直腸癌；(4)術后免疫組化CD31、D2-40及S-100資料完整。排除標準：(1)圖像偽影大；(2)后處理軟件圖像上無明顯腫瘤信號；(3)術后病理證實間質瘤以及炎癥的患者；(4)乙狀結腸與直腸交界區(qū)癌。

1.2 DKI掃描

選用Siemens Skyra 3.0 T超導磁共振成像設備，表面線圈為18通道相控矩陣。所有患者在增強之前，先進行DKI掃描，采用自旋回波-平面回波(SE-EPI) 序列，30個擴散敏感梯度場，b值分別為0、1000 s/mm2、2000 s/mm2。

1.3 DKI分析

所需MR圖像以DICOM格式存儲，后處理過程是基于擴散峰度成像模型，通過DKI軟件進行處理得到D//、D⊥、MD、K//、K⊥、MK及FA圖；ROI實質區(qū)選擇強化最明顯區(qū)域，為減少誤差，所有ROI選取由同一醫(yī)師操作，每例各放置三次不同位置ROI，同一患者ROI范圍選取盡量保持一致。

1.4 免疫組化染色

D2-40、CD31及Ki-67檢測均嚴格按照試劑說明書進行操作。機器采用BenCHMARK-XT machine and Mul-timer系統(tǒng)，Ultra View-DAB染色。

1.5 統(tǒng)計分析

2 結果

2.1 DKI圖像

以偽彩圖的形式顯示直腸癌組織的部位、范圍、復雜程度等情況。

2.2 統(tǒng)計結果

MK、K⊥在D2-40，CD31陽性組參數(shù)值高于陰性對照組，差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，以MK在兩組間的差異更顯著(P＜0.05)，MD在D2-40，CD31表達陽性組參數(shù)值低于陰性對照組，差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)；而FA、K//、D⊥在兩組間無統(tǒng)計學意義；各參數(shù)在S-100表達陰性與陽性兩組間的差異無統(tǒng)計學意義(表1)。

2.3 采 用ROC曲線分析法

各參數(shù)對直腸癌CD31、D2-40表達陰性與陽性的診斷鑒別能力，用曲線下面積顯示。

2.4 Pearson相關分析法

統(tǒng)計所有病例的免疫組化Ki-67值為71.86±8.31，相對應的DKI參數(shù)值分別為：MK，(0.75±0.13) mm2/s；K⊥，(0.77±0.14) mm2/s；K//，(0.75±0.13) mm2/s；MD，(1.43±0.44) mm2/s；D//，(1.62±0.42) mm2/s；D⊥，(1.91±0.37) mm2/s。Ki-67值分別與各DKI參數(shù)值進行相關性分析，與MK、K⊥及K//有明顯正相關性，r值分別為0.66、0.58、0.60，P值分別為0.00、0.00、0.06；與MD、D⊥及D//之間呈負相關性，r值分別為-0.21、-0.22、-0.52， P值分別為0.06、0.00、0.02 (圖1～3)。

3 討論

紐約大學Jenson等[2]于2005年提出KI技術，香港大學的學奎團隊進一步對參數(shù)進行完善[3]。已知，在b值小于1000 s/mm2時，水分子擴散信號分布呈正態(tài)分布；當b值大于1000 s/mm2時，在活體組織中，水分子的擴散由于受到生物組織的細胞膜、細胞器、細胞間隙等限制，更加符合高b值下組織內水分子實際擴散分布，即非正態(tài)分布情況[4]。DKI作為探測非高斯分布的水分子擴散特征及運用四階三維模式描述水分子的擴散方式，較傳統(tǒng)的DTI更敏感把握組織微觀結構的改變，因此能更加真實地反映人體內水分子擴散。DKI在帕金森病、腦腫瘤及膽管癌分級的研究中已取得成效[5-7]，有學者對DKI成像對直腸癌分化程度的應用已有研究[8]，而在直腸癌與免疫組化的相關研究中未見報道。

表1 對照各DKI參數(shù)在D2-40、CD31、S-100表達陰性與陽性組的差異Tab. 1 Contrast the difference of DKI parameters in D2-40，CD31 and S-100 express in the negative and positive group

圖1 患者，男，65歲，A：直腸腺癌MK功能圖，Ki-67表達65%的DKI圖像，紅染區(qū)為直腸癌組織區(qū)；B：Ki-67表達85%的DKI圖像，紅染區(qū)更為明顯；C：直腸癌藍色偽彩色為MD 圖2 A：各參數(shù)對診斷CD31表達的曲線下面積；B：各參數(shù)對診斷D2-40表達的曲線下面積；C：各參數(shù)對診斷S-100表達的曲線下面積Fig. 1 Patient, male, 65 years old. A: MK of recta adenocarcinoma,Ki-67 express 65% of DKI image, red dye area on behalf of the rectal cancer tissue. B: Ki-67 express 85% of DKI image, red dye area is more apparent. C: A blue color represents the MD of rectal cancer. Fig. 2 A:Receiver operating characteristic curve for parameters on the diagnosis of CD31 expression. B: Receiver operating characteristic curve for parameters on the diagnosis of D2-40 expression. C: Receiver operating characteristic curve for parameters on the diagnosis of S-100 expression.

圖3 A：MK與Ki-67的相關性；B：MD與Ki-67的相關性Fig. 3 A: The correlation between MK and Ki-67. B: The correlation between MD and Ki-67.

本研究所得到的參數(shù)MK值，代表空間各方向擴散峰度值的平均值，是一個反映擴散受限程度的無量綱參數(shù)，感興趣區(qū)數(shù)值的大小取決于組織內結構的復雜程度。腫瘤細胞的增殖、分化，細胞的壞死和新生血管的生成等病理改變，正反映了腫瘤微觀結構的變化。Raab等[9]對膠質瘤的研究認為低級別膠質瘤細胞結構較簡單，細胞體排列相對疏松，滲透性較好，受限程度較小，而高級膠質瘤具有多形性及不典型性細胞核，含有更多新生血管及壞死組織，故結構越復雜。若結構復雜程度越高，水分子擴散受限越明顯，MK值則越大，反之，則表明擴散受限越弱，MK值便越小。當腫瘤組織內細胞異型性越顯著時，增生的血管越豐富，MK值就越大[10]。

CD31又稱為血小板-內皮細胞粘附分子，可能參與血管生成、白細胞的遷移等。可用于證明內皮細胞組織的存在和評估腫瘤血管生成，可代表快速增長腫瘤的增殖程度。D2-40為淋巴管內皮標記物，D2-40陽性的脈管內有癌巢，提示淋巴管內有侵犯，但不能提示脈管內侵犯。CD31陽性的脈管內有癌巢，提示脈管侵犯。MK、K⊥在D2-40、CD31陽性組參數(shù)值高于陰性對照組，差異有明顯統(tǒng)計學意義，以MK對CD31表達陰陽性的曲線下面積最大，分析認為CD31參與腫瘤血管的生成，而腫瘤的生長離不開血管生成，故隨著腫瘤的生長，內部結構的復雜程度越高，血管成分即越豐富，CD31的表達也就隨之增高。故CD31表達陽性組的MK值明顯大于陰性組，且有統(tǒng)計學差異。在本次研究中，各灌注參數(shù)如S-100表達陰性與陽性之間的差異無統(tǒng)計學意義。兩組間無明顯統(tǒng)計學差異，可能與樣本量較少有關系，將進一步研究。

Ki-67蛋白代表細胞的增殖狀態(tài)，是測定細胞增殖活性的一種準確可靠的指標，也是評估腫瘤侵襲和生長的指標，在鑒別腫瘤的良惡性、確定惡性程度、評估預后和指導腫瘤術后化療等方面有重要的意義[10-11]。筆者認為MK值與Ki-67呈正相關性，即Ki-67水平越高，增殖活躍的腫瘤細胞數(shù)增多，密度隨之亦增大；相應增殖旺盛的腫瘤細胞合成的大分子蛋白增多，細胞的密度增大，從而影響擴散運動，使其受限[12]。推測原因可能是較高增生性腫瘤細胞的增加和腫瘤血管增生、壞死，因此高度增殖的腫瘤結構復雜性較低增生性腫瘤高。高Ki-67表達反映腫瘤的高增殖活性，MK值相應增加，也可預示高風險復發(fā)率和低生存率[13-15]。因此，DKI模型還可以用于未來評價新輔助化療的效果[16]。

綜上所述，DKI成像能反映組織微觀結構的變化，可以反映直腸癌組織的增殖活性和復雜程度，可在術前無創(chuàng)評估D2-40、CD31 及Ki-67表達水平，能夠較準確地反映腫瘤細胞的增殖指數(shù)、淋巴及血管等浸潤，能夠為臨床提供直腸癌術前惡性程度評估的依據(jù)。

[References]

[1] Dai YF, Lu J, Li KC. Advances in diffusion kurtosis imaging, J Med Imaging, 2015, 5(25): 913-915.戴艷芳, 盧潔, 李坤成. 磁共振擴散峰度成像技術研究進展, 醫(yī)學影像學雜志, 2015, 5(25): 913-915.

[2] Jensen JH, Helpern JA, Ramani A, et al. Diffusional kurtosis imaging: the quanti fication of non-gaussian water diffusion by means of magnetic resonance imaging. Magn Reson Med, 2005, 53(6):1432-1440.

[3] Wu EX, Cheung MM. MR diffusion kurtosis imaging for neural tissue-characte rization. NMR Biomed, 2010, 23(7): 836-848.

[4] Jensen JH, Helpern JA. MRI quanti ficcation of non-guassian water diffusion by kurtosis analysis. NMR Biomed, 2010, 23(7): 698-710.

[5] Van Cauter S, Veraart J, Sijbers J, et a1. Gliomas: Diffusion kurtosis MR imaging in grading. Radiology, 2012, 263(2): 492-501.

[6] Xu ML, Xin CH, Chen HW. Application value of DKI in grading of extrahepatic cholan-giocarcinoma. Chin J Magn Reson Imaging,2016, 7(1): 34-39.徐蒙萊, 刑春華, 陳宏偉, 等. DKI技術在肝外膽管癌分級中的應用價值, 磁共振成像雜志, 2016, 7(1): 34-39.

[7] Kamagata K, Tomiyama H, Hatano T, et al. A preliminary diffusional kurtosis imaging study of Parkinson disease: comparison with conventional diffusion tensor imaging. Neuroradiology, 2014, 56(3):251-258.

[8] Raab P, Hattingen E, Franz K, et al. Cerebral gliomas: diffusional kurtosis imaging analysis of microstructural differences. Radiology,2010, 254(6): 876-881.

[9] Raab P, Hattingen E, Franz K, et al. Cerebral gliomas: diffusional kurtosis imaging analysis of microstructural differences. Radiology,2010, 254(3): 876-881.

[10] Veraart J, Van Hecke W, Sijbers J. Constrained maximu likelihood estimation of the diffusion kurtosis tensor using Rician noise model.Magn Reson Med, 2011, 66(3): 678-686.

[11] Sun K, Chen XS, Chai WM, et al. Breast cancer: diffusion kurtosis MR imaging. Diagnostic accuracy and correlation with clinical pathologic factors. Radiology, 2015, 277(1): 46-55.

[12] Kobayashi S, Koga F, Kajino K, et al. Apparent diffusion coef ficient value re flects invasive and proliferative potential of bladder cancer. J Magn Reson Imaging, 2014, 39(1): 172-178.

[13] Sueta A, Yamamoto Y, Hayashi M, et al. Clinical significance of pretherapeutic Ki67 as a predictive parameter for response to neoadjuvant chemotherapy in breast cancer: is it equally useful across tumor subtypes? Surgery, 2014, 155(5): 927-935.

[14] Yerushalmi R, Woods R, Ravdin PM, et al. Ki67 in breast cancer:prognostic and predictive potential. Lancet Oncol, 2010, 11(2):174-183.

[15] Niikura N, Masuda S, Kumaki N, et al.Prognostic significance of the Ki67 scoringcategories in breast cancer subgroups. Clin Breast Cancer, 2014, 14 (5): 323, e3.

[16] Sueta A, Yamamoto Y, Hayashi M, et al. Clinical significance of pretherapeutic Ki-67 as a predictive parameter for response to neoadjuvant chemotherapy in breast cancer: is it equally useful across tumor subtypes? Surgery, 2014, 155(5): 927-935.

Rectal cancer on MRI diffusion-kurtosis imaging and correlation between DKI parameters and D2-40, CD31, S-100 and Ki-67 in rectal tumors

WANG Li-li, HE Jian-wei, HUANG Gang*, DU Bin-bin, ZHAO Xue-mei, ZHANG Wen-wen, ZHOU Xing, MA Ya-qiong

Department of Radiology, Gansu Provincial Hospital, Lanzhou 730000, China
*Huang G, E-mail: keen0999@163.com

Objective: To evaluate the potential association between DKI parameters and D2-40, CD31, S-100 and Ki-67 with immunohistochemical analysis of rectal cancer. Materials and Methods: Data from 69 patients who were confirmed by surgical pathology from January to September in 2016. All cases were performed by regular sequence and DKI and DTI (diffusion tensor imaging) examination. The following parameters were acquired from the entire tumors. Respectively as Dax,Dmean, Drad, Fa, Kax, Kmean, Krad. D2-40, CD31, S-100 and Ki-67 were detected by Ben CHMARK-XT machine and Mul-timer system. D2-40 and CD31 were divided into two groups according to the expression of positive or negative and independentsample t test was used for statistical analysis. Receiver operating characteristic curves and Pearson correlation were used for statistical analysis. Results: The levels of MK, K⊥ value in D2-40, CD31 positive group were signi ficant higher than negative group. The differences were statistically significant (P＜0.05). Whereas MD in D2-40, CD31, positive group were signi ficantly lower than negative group, the differences were statistically signi ficant (P＜0.05). Pearson correlation analysis showed Ki-67 was signi ficant positive correlation with MK, K⊥, K// parameters, whereas Ki-67 showed negative correlation with D⊥, D//, MD. ROC curve was applied to analysis of DKI parameters in D2-40, CD31 positive group and negative group. Conclusions: MK can reflect the tissue microenvironment including its component organelles, cell membranes, and water compartments, maybe preoperative noninvasive assessment of D2-40, CD31, S-100 and Ki-67 expression level, indirectly re flect the degree of tumor cell proliferation, provide a reference for colorectal malignant degree and prognosis of preoperative evaluation basis.

Diffusion-kurtosis image; Mean kurtosis; Immunohistochemistry; Ki-67 antigen

Received 6 Nov 2016, Accepted 19 Apr 2017

黃剛，E-mail：keen0999@163.com

2016-11-06

接受日期：2017-04-19

R445.2；R735.37

A

10.12015/issn.1674-8034.2017.05.006

王莉莉, 和健偉, 黃剛, 等. 直腸癌彌散峰度成像與D2-40、CD31、S-100及腫瘤細胞增殖指數(shù)的相關性研究. 磁共振成像, 2017, 8(5): 349-353.