0 前言

       结直肠癌是全球第三大最常见的恶性肿瘤，每年有近900 000人死于结直肠癌。30%～35%结直肠癌发生在直肠，90%为腺癌^{[1, 2]}。许多诸如肿瘤位置、组织学类型、肿瘤分级等临床因素以及淋巴结转移（lymph node metastasis, LNM）和肿瘤沉积（tumor deposition, TD）等临床征象^[3]都与直肠癌的治疗方案和预后相关，在确定治疗策略方面也发挥着重要作用^{[4, 5, 6]}。此外，直肠癌脉管侵犯（lymphovascular invasion, LVI）指肿瘤细胞侵犯淋巴管和（或）血管，也是直肠癌患者预后的独立危险因素之一^[7]。因此，术前准确评估这些预后因素有助于直肠癌个体化治疗方案的选择，对改善患者的预后具有重要意义。

       扩散加权成像（diffusion-weighted imaging, DWI）作为一种无创MRI技术，可用于评估水分子的布朗运动，并通过表观扩散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）值反映组织的生物学特性，有助于术前诊断和指导手术治疗方式的选择^{[8, 9]}。肿瘤组织和瘤周区域由细胞外基质和各种类型的细胞组成，维持着如炎症以及血管密度和通透性增加等创面反应。肿瘤细胞与肿瘤周围微环境的相互作用，能够影响肿瘤的进化和进展^[10]，此外还具有重要的预测预后的潜力^{[11, 12]}。既往研究已经证实，乳腺癌^{[13, 14]}、食道癌^[15]和子宫内膜癌^[16]的瘤周区域包含重要的临床预后信息。然而国内外将DWI运用在直肠癌瘤周区域的研究却鲜有报道。因此，本研究旨在探讨瘤内和瘤周区ADC值对评估可切除直肠癌预后因素的诊断价值，为直肠癌的诊断及预后评估提供新思路。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究遵守《赫尔辛基宣言》，经医院伦理委员会批准，免除受试者知情同意（批准文号：2020038）。回顾性分析新乡医学院第一附属医院2019年10月至2022年5月直肠疾病患者资料。纳入标准：（1）内镜活检病理证实的直肠腺癌；（2）MRI检查前未接受手术及放化疗等治疗；（3）有完整清晰的MRI图像。排除标准：（1）内镜证实为直肠腺癌并进行活检，但肿瘤直径小于1 cm，MRI图像上不可见肿瘤；（2）病理资料缺失。

       共收集患者资料92例，其中24例患者被排除，原因如下：（1）由于气体引起的磁敏感伪影或运动伪影导致的图像质量不足（n=6）；（2）无病理结果（n=5）；（3）接受过新辅助化疗（n=3）；（4）病理结果为非管状腺癌（n=10）。最终纳入68例患者。

1.2 设备与方法

       采用GE 1.5 T超导MRI扫描仪（Optima MR 360, GE Healthcare, USA）和12通道体部相控线圈。患者检查前灌肠并适当充盈膀胱，患者取仰卧位，扫描序列包括T1WI、T2WI、高分辨小视野快速自旋回波序列非压脂T2WI、DWI及增强序列。T1WI序列参数：TR 659.0 ms，TE 12.4 ms，层厚6.0 mm，层间距1.0 mm；冠状位压脂T2WI序列参数：TR 2898.0 ms，TE 110.0 ms，层厚5.0 mm，层间距1.0 mm；横轴位高分辨小视野非压脂T2WI序列参数：TR 2624.0 ms，TE 105.0 ms，层厚3.0 mm，层间距0.3 mm；病灶定位采用矢状位T2WI，横轴位T2WI与患段肠管矢状位垂直，冠状位平行于肛管方向。横轴位DWI采用单次激发平面回波成像序列，参数：TR 3199.0 ms，TE 74.3 ms，层厚4.0 mm，层间距1.0 mm，视野25.6 mm×25.6 mm，扩散敏感系数分别取0、800 s/mm²，采集2次。

1.3 图像处理与分析

       将DWI图像传输至GE AW4.6工作站（Advantage workstation 4.6, GE Healthcare, 美国），采用Functool工具包中的ADC软件对图像进行后处理。所有图像由2名分别具有5年和15年直肠癌MRI影像诊断经验的主治医师及副主任医师独立阅片，采用盲法分别测量ADC值。瘤体感兴趣区（region of interest, ROI）选取：参照T2WI、DWI及增强图像，选取肿瘤最大截面，分别在ADC图像瘤体中勾画三个面积约20 mm²（16～30 mm²）的椭圆形ROI，ROI选择肿瘤实性成分最多的区域，尽量避开囊变、出血、坏死的区域；瘤周ROI选取：沿着肿瘤边缘ADC值视觉最低的区域勾画三个面积约22 mm²（16～30 mm²）的椭圆形ROI，并分别测量记录其最大值、平均值。分别计算瘤体、瘤周各参数平均值：瘤体ADC最大值（ADCtmax）、瘤体ADC最小值（ADCtmin）、瘤体ADC平均值（ADCtmean）、瘤周ADC最大值（ADCpmax）、瘤周ADC平均值（ADCpmean），根据公式计算瘤周ADC比值（ADC ratio），ADC ratio=ADCpmean/ADCtmean。

1.4 病理分期及组织学分析

       所有患者均接受根治性全直肠系膜切除术且至少检查12个区域淋巴结。根据国际抗癌联盟（Union International Cancer Control, UICC）及美国肿瘤联合会（American Joint Committee on Cancer, AJCC）第8版结直肠癌TNM分期系统^[3]，TD指存在于原发肿瘤淋巴引流区域内（结肠系膜和直肠系膜的脂肪组织内）的孤立肿瘤结节，又称为癌结节。由1位7年经验的病理科医生进行评估，报告肿瘤的组织学类型、病理分化程度、浸润深度、LNM、TD和LVI情况。

1.5 统计学分析

       采用SPSS 25.0（IBM，美国）及Medcalc 20.0.0（MedCalc Software Ltd，比利时）软件进行统计学分析。组内相关系数（intra-class correlation coefficient, ICC）用于评估观察者间的一致性。采用Shapiro-Wilk检验数据正态性。连续变量用均数±标准差（x¯±s）、不符合正态分布的计量资料以中位数（上下四分位数）表示，分类变量以频数表示。采用独立样本t检验、Mann-Whitney U检验和χ²检验确定不同组间各参数差异是否具有统计学意义。各参数间采用Spearman相关性分析，选取相关性＜0.7的变量，将单因素差异有统计学意义的变量纳入多因素logistic回归分析，筛选独立危险因素，并建立联合预测模型。采用受试者工作特征（receive operating characteristic, ROC）曲线评估各参数及联合预测模型的诊断效能。DeLong检验用于比较不同参数及联合预测模型的曲线下面积（area under the curve, AUC）差异是否有统计学意义。P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 一般临床资料与病理结果

       共纳入68例直肠癌患者，临床资料记录患者性别、年龄及肿瘤部位，详见表1。其中T分期T1～T2组30例、T3组38例，病理组织学分级低分化7例、中-高分化61例，LNM阳性22例、LNM阴性46例，TD阳性组13例、TD阴性组55例，LVI阳性组22例、LVI阴性组46例，见图1、2。

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图1  女，64岁，T2N1期溃疡型中分化腺癌（箭）。1A：T1WI图像，病变为环壁稍低信号；1B：T2WI图像，病变为环壁稍低信号；1C：DWI图，b=800 s/mm²，病变为环壁高信号；1D：ADC图，病变为低信号。
图2  女，68岁，T3N0期溃疡型中分化腺癌（箭）。2A：T1WI图，病变为环壁稍低信号，2B：T2WI图，病变为环壁稍低信号，2C：DWI图，b=800 s/mm²，病变为环壁高信号，2D：ADC图，病变为低信号。DWI：扩散加权成像；ADC：表观扩散系数。
Fig. 1  A 64-year-old female with moderately differentiated adenocarcinoma (arrow), T2N1. 1A: T1WI image, lesion is slightly hypointense in the annular wall; 1B: T2WI image, lesion is slightly hypointense in the annular wall; 1C: DWI image, b=800 s/mm², lesion is hyperintense in the annular wall; 1D: The ADC map, the lesion is hypointense.
Fig. 2  A 68-year-old female with moderately differentiated adenocarcinoma (arrow), T3N0. 2A: T1WI image, lesion is slightly hypointense in the annular wall; 2B: T2WI image, lesion is slightly hypointense in the annular wall; 2C: DWI image, b=800 s/mm², lesion is hyperintense in the annular wall; 2D: The ADC map, the lesion is hypointense. DWI: diffusion weighted imaging; ADC: apparent diffusion coefficient.

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表1  一般临床资料与ADC相关性
Tab. 1  Correlation between general clinical data and ADC

2.2 参数的观察者间测量一致性

       2名医师在各个参数的观察者间一致性均较高（ICC均＞0.75），取两者平均值进行统计分析。ADCpmean的ICC为0.800 [95%置信区间（confidence interval, CI）：0.694～0.871]、ADCpmax的ICC为0.804（95% CI：0.701～0.874）、ADCtmean的ICC为0.810（95% CI：0.704～0.880）、ADCtmax的ICC为0.812（95% CI：0.711～0.879）、ADCtmin的ICC为0.916（95% CI：0.867～0.947）。

2.3 各参数与临床病理学特征之间的关联

       不同病理学特征直肠癌组织的ADC参数比较，T3分期组的ADCtmin、ADCtmean显著低于T1～T2分期组，ADCpmax、ADCpmean、ADC ratio高于T1～T2分期组；LNM阳性组的ADCtmin、ADCtmean、ADCtmax显著低于LNM阴性组，LNM阳性组的ADC ratio显著高于LNM阴性组；高-中分化组的ADC ratio显著低于低分化组；TD阳性组ADCpmean、ADC ratio显著高于TD阴性组；LVI阳性组ADCtmax显著低于LVI阴性组，LVI阳性组ADCpmax、ADCpmean、ADC ratio显著高于LVI阴性组。以上数据差异均有统计学意义（P值均＜0.05）。详见表2。

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表2  不同病理学特征直肠癌组织的ADC参数比较
Tab. 2  Comparison of ADC parameters in rectal cancer tissues with different pathological characteristics

2.4 logistic回归分析结果

       单因素及多因素logistic回归分析结果如表3。将单因素差异有统计学意义的变量纳入多因素logistic回归分析，筛选独立危险因素，并建立联合预测模型。ADC ratio、ADCtmean、ADCpmean是T分期的独立危险因素；ADC ratio是N分期、病理分化程度的独立危险因素；ADC ratio和ADCpmean是TD的独立危险因素；ADCtmax、ADCpmean、ADC ratio是LVI的独立危险因素。

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表3  单因素及多因素logistic回归分析结果
Tab. 3  Results of univariate and multivariate logistic regression analysis

2.5 ROC曲线分析

       ROC曲线分析显示，ADCtmean、ADCpmax、ADCpmean、ADC ratio均与T分期相关，其AUC分别为0.737、0.666、0.691、0.803，联合预测模型ADC ratio+ADCtmean+ADCpmean的AUC为0.795，ADCtmean、ADCpmax、ADCpmean、ADC ratio与联合预测模型ADC ratio+ADCtmean+ADCpmean在区分T分期时彼此之间差异没有统计学意义（P=0.059～0.606）。ADCtmean、ADC ratio与N分期相关，其AUC分别为0.683、0.737，ADC ratio的AUC与ADCtmean的AUC差异没有统计学意义（P=0.389）；病理分化程度中仅ADC ratio 具有统计学意义，其AUC为0.787。ADCpmean、ADC ratio与预测TD相关，其AUC分别为0.702、0.706，联合预测模型ADCpmean+ADC ratio的AUC为0.731，ADC ratio的AUC、ADCpmean的AUC值与联合预测模型ADCpmean+ADC ratio差异没有统计学意义（P=0.872～0.983）；ADCpmax、ADCtmax、ADCpmean、ADC ratio与预测LVI相关，其AUC分别为0.738、0.679、0.763、0.802，联合预测模型ADC ratio+ADCtmax+ADCpmean的AUC为0.833，ADCpmax、ADCtmax、ADCpmean、ADC ratio与联合预测模型ADC ratio+ADCtmax+ADCpmean在区分LVI时差异没有统计学意义（P=0.398～0.693），详见表4。

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表4  各参数诊断直肠癌病理预后因素的ROC曲线分析
Tab. 4  ROC curve analysis of pathological prognostic factors of rectal cancer diagnosed by various parameters

3 讨论

       本研究探讨了瘤周、瘤内ADC参数对可切除直肠癌的部分预后相关病理因素的诊断价值，结果显示瘤周ADC值、瘤内ADC值对直肠癌部分病理预后因素有较高的诊断价值，其中直肠癌ADC ratio在T分期、LNM、TD及LVI方面的AUC值较ADCtmean、ADCpmean出现一定程度增高。本研究创新性地在国内首次使用DWI对直肠癌瘤周区域进行研究，发现瘤周区域对直肠癌部分预后相关病理因素之间的关系，提示ADC ratio能够更加全面地反映肿瘤的信息，有助于术前对直肠癌更准确地诊断，帮助临床制订合适的治疗方法，改善患者预后。

3.1 瘤内ADC参数与病理因素分析

       ADC值作为定量参数已广泛用于评估许多不同类型癌症的生物学特征^{[17, 18, 19, 20, 21, 22]}。然而，肿瘤的ADC值在预测病理预后方面的诊断价值有待进一步探讨。本研究结果显示T3组的ADCtmin、ADCtmean显著低于T1～T2组，LNM阳性组的ADCtmin、ADCtmean、ADCtmax显著低于LNM阴性组，LVI阳性组ADCtmax显著低于LVI阴性组，但这些瘤内参数对于直肠癌病理分化程度差异没有统计学意义。既往也研究了肿瘤ADC在评估直肠癌病理因素方面的价值，对于瘤内ADC值T分期和N分期的研究结果与LIU等^[23]的研究结果一致，ADCtmin和ADCtmean可能与直肠癌的T、N分期呈负相关性，分析其原因可能是肿瘤侵袭性越高，水分子扩散受限就越明显，从而导致瘤内ADC值减低。本研究勾画肿瘤最大层面的ROI所获得的ADCtmax值可以区分LVI和N分期，但不能评估其他预后因素。LI等^[24]研究有相似结果，ADCtmax值无法区分病理分化程度，但可以用于评估LVI和N分期。大部分研究主要使用ADCtmean值来研究其与肿瘤生物学特征的相关性^{[25, 26]}。目前关于瘤内ADC值是否能区分直肠癌组织学分级有不同的研究结果。LIU等^[23]研究表明，通过勾画整个肿瘤ROI得到的ADCtmean和ADCtmin可以区分组织学分级，与ADCtmean值相比，ADCtmin值在区分直肠癌分化方面显示出更高的诊断价值。CURVO-SEMEDO等^[27]的研究也得出相同的结论，他们的研究认为勾画肿瘤最大层面的ROI得到的ADCtmean可以区分组织学分级。但SUN等^[25]得出了不同研究结果，他们认为勾画肿瘤最大层面ROI所得出的ADCtmean值不能用于区分组织学分级。YUAN等^[28]通过研究直肠癌瘤周信息对直肠癌预后因素的影响，他们认为，瘤周平均值及瘤周/瘤内ADC比值可以区分直肠癌的病理分化程度。本研究表明，仅ADC ratio能区分组织学分级，原因可能为本研究增加了瘤周区域的数据，使得信息更加全面，细胞分化程度越低，肿瘤恶性程度越高，瘤周微环境更复杂，导致ADC ratio较大，另一部分原因可能是由于分组方法不同，导致了研究结果的差异。本研究将高分化和中分化的病例分为一组，低分化的样本量较少。此外，不同研究中ROI勾画方法不同，这也可能导致了研究结果的差异^[24]。以上这些相互矛盾的结果和较低的诊断性能可能表明瘤内ADC值不足以提高诊断的准确性。

3.2 瘤周ADC参数及瘤周/瘤内ADC比值与病理因素分析

       本研究评估瘤周ADC值发现，较高的ADCpmean与较高的T分期、TD、LVI相关，较高的ADC ratio与较高的组织学分级、T分期以及N分期、TD和LVI相关，ADC ratio在诊断T分期、N、TD和LVI方面的诊断价值较瘤周及瘤内ADC值存在一定的增高。这与YUAN等^[28]的研究结果相一致，他们的研究认为肿瘤的ADC ratio和ADCpmean增高与肿瘤的组织学分级、T分期、N分期、TD和LVI存在相关性。但是本研究发现仅ADC ratio对病理分化程度有诊断价值，而YUAN等认为ADCpmean及ADC ratio可以区分直肠癌的病理分化程度。分析其原因可能与本研究低分化病例较少、ROI选取不同有关，此外扩散和微灌注的综合作用也会导致研究结果的差异。本研究认为，仅ADC ratio、ADCpmean是评估LVI及TD的独立危险因素，说明瘤周区域在区分直肠癌LVI和TD方面具有一定的诊断价值。分析其原因可能为瘤周区域包括肿瘤侵袭性相关的各种信息，淋巴血管引流受阻会导致瘤周水肿，水分子扩散不受限，从而瘤周ADC值较高，导致ADC ratio增高。之前也有研究报告了乳腺癌的LVI与瘤周水肿有关^{[29, 30]}。有相关文献报道存在TD的肿瘤血流量更加丰富，肿瘤组织异质性更高，TD更可能起源于血管。因此本研究推测TD会引起瘤周环境的改变，瘤周微血管增多，血管通透性增高，渗出液增多，细胞间隙扩大。另一种解释为，TD可能会导致瘤周淋巴血管回流受阻，从而引起瘤周水肿，导致瘤周ADC值增高，从而ADC ratio增高。目前直肠癌中关于肿瘤周围ADC值与预后因素之间的关系的文章较少，本研究发现瘤周ADC值与较多预后因素相关，可以一定程度反映肿瘤的微观环境信息，与之前研究结果一致^[28]，但研究较少，因瘤周ROI测量方法较瘤内ADC值稳定性差，因此，需要进一步研究。本研究发现ADC ratio在预测部分病理预后因素中AUC值较高，与瘤内、瘤周参数及联合预测模型相比诊断效能相仿，分析其原因可能与部分肿瘤是环周浸润并且浸润了整个肌层，可以用来测量的瘤周组织较少相关。

3.3 ROI勾画

       ADC是一个理论上的绝对值，容易受诸多因素影响，例如不同的场强、不同制造商的MRI扫描仪、b值大小和ROI选取不同等^[31]。其中最重要的为ROI的选取，大多数先前的研究将整个肿瘤ROI或三个圆形/椭圆形ROI放置在肿瘤内^{[27,32, 33]}。全体积的ROI测得的ADC值可能会受到DWI的伪影和ADC图配准错误的影响更明显。之前研究报道，三个最大层面ROI足以识别乳腺癌的肿瘤信息^[34]。因此，为了尽量减少这些混淆DWI的因素的影响，本研究在瘤内选取肿瘤最大层面的三个面积约20 mm²（16～30 mm²）的椭圆形ROI，选用其最大值、最小值及平均值，瘤周选取在肿瘤边缘ADC值视觉最低的区域勾画三个面积约22 mm²（16～30 mm²）的椭圆形ROI，选取其中最大值及平均值，测量其与直肠癌预后的相关性。但是，对于不同b值、ROI大小与ADC ratio在评估不同的预后因素中的诊断效能需要进一步探讨。

3.4 本研究的局限性

       本研究存在以下局限性：首先，病例数量较少，且低分化程度患者仅7例；其次，我们仅选用直肠管状腺癌的患者；最后，我们在肿瘤最大层面勾画ROI，虽然不能代表整个肿瘤信息，但在临床上较容易应用。后续会扩大样本量同时增加对其他病理类型直肠癌的研究。

4 结论

       综上所述，瘤周ADC值、瘤内ADC值对直肠癌部分病理预后因素有较高的诊断价值，其中直肠癌ADC ratio在病理分期、LNM、TD及LVI方面的AUC值较ADCtmean、ADCpmean有一定程度增高。