0 引言

       结直肠癌是我国发病率第二位、死亡率第五位的恶性肿瘤^[1]，大多数结直肠癌发生于直肠^[2]。Ki‐67是临床常用的反映肿瘤细胞增殖情况的免疫标志物之一^[3]，与癌症的发生发展和耐药性的产生密切相关^[4]，Ki-67高表达往往提示患者预后不良^[5]。但目前Ki‐67表达水平只能通过病理检查获得，易受肿瘤异质性影响且有一定滞后性，而在术前评估Ki‐67表达具有一定的临床应用价值。

       MRI的体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion, IVIM）技术扫描多个b值图像并通过双指数扩散衰减模型计算，能有效区分组织内扩散和灌注情况，可用于评估细胞数量和结构的变化，在评估肿瘤预后相关病理特征方面展示出良好的诊断效能^{[6, 7]}。魔镜成像（mDIXON-Quant）是一项非侵入性的3D多梯度回波序列，一次扫描同时生成脂肪分数（fat fraction, FF）图、R2^*图和T2^*图等多组图像，并通过各项参数反映组织内脂肪含量、铁沉积及血氧分压变化等^[8]，目前已用于评估宫颈癌分化程度^[9]、前列腺癌淋巴结及骨转移^[10]等研究。

       癌症与炎症的相关性是近期的研究热点，炎症可能会促进恶性肿瘤细胞的生长和增殖^[11]。中性粒细胞、淋巴细胞等一直被作为评价全身免疫和炎性反应的重要指标，很多研究发现这些炎症指标与癌症的脂质代谢及疾病的演变过程和预后情况存在相关性^{[12, 13]}。目前尚未见多模态MRI联合血细胞参数评估直肠癌病理特征的文献报道。因此，本研究旨在探讨IVIM、mDixon‐Quant联合血细胞参数在术前评估直肠癌Ki‐67表达水平的价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料

       本研究为回顾性研究，遵守《赫尔辛基宣言》，经华北理工大学附属医院医学伦理委员会批准，免除受试者知情同意，批准文号：20220131012。分析2022年2月至2024年2月就诊于我院因临床怀疑直肠肿瘤而行MRI检查的患者资料。纳入标准：（1）手术病理确诊为直肠腺癌，含有Ki‐67的免疫组化分析结果；（2）术前行盆腔MRI及血常规检查；（3）MRI扫描序列完整，包括IVIM及mDixon‐Quant等；（4）术前未接受放、化疗或其他治疗。排除标准：（1）图像资料缺失或受伪影干扰不能诊断；（2）病灶体积较小，无法勾画感兴趣区（region of interest, ROI）；（3）原为自身免疫性疾病或血液病者；（4）由于肿瘤本身引起的全身急性炎性反应患者。最终纳入直肠腺癌患者共50例（黏液腺癌3例，非黏液腺癌47例）。

1.2 Ki‐67免疫组化检测

       所有直肠癌患者术后组织标本经本院病理科医生统一检测。Ki‐67增殖指数判断：Ki‐67定位于细胞核，其内存在棕色或棕黄色颗粒视为阳性，Ki‐67增殖指数按阳性细胞所占百分比表示。本研究中患者Ki‐67阳性表达指数较高且呈明显偏态分布，取中位数70%为界值，分为Ki‐67高、低表达两组，Ki‐67高表达组22例，低表达组28例。

1.3 MRI检查

       采用Philips Ingenia 3.0 T超导型MRI扫描仪，配体部表面线圈，行盆腔扫描。依次完成盆腔MRI常规序列（斜轴位T1WI、矢状位及斜冠状位T2WI）、斜轴位高分辨（high resolution, HR）‐T2WI、斜轴位IVIM（b值为0、50、100、150、200、300、400、600、800、1000、2000 s/mm²）及斜轴位mDixon‐Quant。各序列扫描参数见详表1。

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表1  各序列扫描参数
Tab. 1  Scanning parameters for each sequence

1.4 图像分析

       所有影像学参数由两名分别具有18年和13年腹部影像诊断经验的放射科主任医师和主治医师采用独立盲法进行分析测量。将IVIM图像和mDixon‐Quant图像传至ISP（Interllispace Portal, Philips Healthcare）工作站，经后处理分析得到定量参数：表观扩散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）、FF值、R2^*值和T2^*值；将IVIM图像传入第三方软件MITK Diffusion, Version 2018（DKFZ, Heidelberg, Germany）对图像进行测量，获得其定量参数：纯扩散系数（pure apparent diffusion coefficient, D）、伪扩散系数（pseudo apparent diffusion coefficient, D^*）、灌注分数（perfusion fraction, f）。以T2WI为参考，选取病灶在IVIM（b=1000 s/mm²）图像上明显高信号的区域为ROI（图1），ROI应尽可能多地包括肠壁肿瘤的实体部分，面积大于0.5 cm²，避开坏死、出血、囊性变性和血管的区域，并避免肿瘤边缘的部分容积效应，mDixon‐Quant ROI参考IVIM。每位观察者各勾画两个ROI取平均值，最终结果取两者测量的平均值。

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图1  ROI勾画示意图，绿色区域为勾画的ROI。1A：斜轴位T2WI图；1B：IVIM（b=1000 s/mm²）图；1C~1E：mDixon‐Quant图，依次为R2^*图、T2^*图及FF图。ROI：感兴趣区；IVIM：体素内不相干运动；FF：脂肪分数。
Fig. 1  Schematic diagram of ROI outlining, with the delineated ROI shows in green. 1A: Oblique axial T2WI image; 1B: IVIM (b=1000 s/mm²) image; 1C-1E: mDixon-Quant image, in order of R2^* map, T2^* map and FF map. ROI: region of interest; IVIM: intravoxel incoherent motion; FF: fat fraction.

1.5 血液学检测

       收集患者因确诊直肠癌入院第一次外周血常规检查结果，计算中性粒细胞/淋巴细胞值（neutrophil to lymphocyte ratio, NLR）、单核细胞/淋巴细胞值（monocyte to lymphocyte ratio, MLR）、血小板/淋巴细胞值（platelet to lymphocyte ratio, PLR）、血小板/单核细胞值（platelet to monocyte ratio, PMR）、系统免疫炎症指数（systemic immune inflammation index, SII）=中性粒细胞×血小板/淋巴细胞、全身炎症反应指数（systemic inflammatory response index, SIRI）=中性粒细胞×单核细胞/淋巴细胞。

1.6 统计学分析

       采用SPSS 26.0（Chicago, IL, USA）软件进行统计学分析。两位观察者的测量结果应用组内相关系数（intra-class correlation coefficient, ICC）进行一致性评估，若一致性良好即ICC>0.75，取两位观察者测量结果的平均值进行后续分析。计量资料采用正态性检验，符合正态分布的数据应用独立样本t检验，用均值±标准差表示；反之应用Mann-Whitney U检验，用中位数（上下四分位数）表示。两组患者一般临床资料以例数（%）表示，组间比较采用卡方检验或者Fisher精确检验。采用向前逐步分析法对差异有统计学意义的参数进行二元logistic回归分析并计算联合参数评估直肠癌Ki‐67高表达状态的预测值。单一及联合参数对直肠癌Ki‐67表达水平的诊断效能应用受试者工作特征（receiver operating characteristic, ROC）曲线进行评估，计算相应的曲线下面积（area under the curve, AUC）、95%置信区间（95% confidence interval, 95% CI）、阈值、敏感度和特异度。采用DeLong检验比较各组参数AUC间的差异性。采用主成分分析法（principal component analysis, PCA）计算联合模型中各参数所占权重。采用Spearman相关性分析评价两组间有统计学意义的影像学参数和血液学参数之间的关系。P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 入组患者的一般临床资料比较

       两组患者在年龄、性别、T分期、癌胚抗原（carcinoembryonic antigen, CEA）等临床特征间的差异均无统计学意义（P>0.05），详见表2。

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表2  两组患者一般临床资料的比较
Tab. 2  Comparison of the general clinical data of the two groups of patients

2.2 两位观察者测量数据的一致性比较

       两位观察者测量数据的一致性均良好（ICC>0.75），可以取二者测量结果的均值做进一步的研究（表3）。

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表3  两位观察者测得各参数一致性检验结果
Tab. 3  Consistency test results of each parameter measured by two observers

2.3 两组病例间参数差异

       Ki‐67高表达组的R2^*值、FF值、NLR、SII、SIRI高于Ki‐67低表达组，而ADC值、D值低于Ki‐67低表达组，差异具有统计学意义（P<0.05）；而两组间D^*值、f值、T2^*值、MLR、PLR、PMR差异均无统计学意义（P>0.05）（表4）。

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表4  Ki‐67高、低表达组间参数的比较
Tab. 4  Comparison of parameters of Ki‐67 high and low expression groups

2.4 影像学参数及血细胞参数鉴别直肠癌Ki-67表达水平的效能

       ADC值、D值、R2^*值、FF值、NLR、SII、SIRI、影像学联合参数（ADC值+D值+R2^*值+FF值）及影像学参数联合血细胞参数（ADC值+D值+R2^*值+FF值+NLR+SII+SIRI）评估直肠癌Ki‐67表达水平的效能分别为0.691、0.775、0.739、0.724、0.784、0.726、0.718、0.839及0.906；DeLong检验结果显示联合参数的诊断效能较各单一参数的诊断效能得到了明显提升（表5，图2）。采用PCA得到影像学联合参数模型中D值、ADC值、R2^*值、FF值所占权重分别为26.84%、25.50%、23.91%、23.75%；影像学参数联合血细胞参数模型中NLR、SII、FF值、R2^*值、D值、ADC值、SIRI所占权重分别为18.25%、17.18%、15.90%、13.13%、12.76%、12.75%、10.02%（图3）。

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图2  受试者工作特征曲线分析各参数评估直肠癌Ki‐67表达水平的效能。
图3  主成分分析影像学联合参数模型（3A）及影像学参数联合血细胞参数模型（3B）中各参数所占权重。ADC：表观扩散系数；D：纯扩散系数；FF：脂肪分数；NLR：中性粒细胞/淋巴细胞值；SII：系统免疫炎症指数；SIRI：全身炎症反应指数。
Fig. 2  Receiver operating characteristic curve analysis of the efficacy of each parameter to assess Ki-67 expression levels in rectal cancer.
Fig. 3  Weights assigned to each parameter in the imaging association parameters model (3A) and the imaging combined with blood cell parameters model (3B) by principal component analysis. ADC: apparent diffusion coefficient; D: pure apparent diffusion coefficient; FF: fat fraction; NLR: neutrophil to lymphocyte ratio; SII: systemic immune inflammation index; SIRI: systemic inflammatory response index.

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表5  Ki‐67高、低表达组各参数诊断效能比较
Tab. 5  Comparison of the diagnostic efficacy of each parameter in Ki-67 high and low expression groups

2.5 影像学参数与血液学参数的相关性分析

       Spearman相关性分析显示两组影像学参数间，ADC值与D值、R2^*值存在相关性（r=0.467，P=0.001；r=-0.305，P=0.031），D值与R2^*值存在相关性（r=-0.401，P=0.004），余影像学参数间无相关性（P>0.05）（表6）。两组影像学参数与血液学参数间，Ki‐67高表达组中FF值与SII呈正相关，差异具有统计学意义（r=0.525，P=0.012），余影像学参数与血细胞参数均无相关性（P>0.05）；Ki‐67低表达组中影像学参数与血细胞参数均无相关性（P>0.05）（表7）。

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表6  两组影像学参数之间的关系（r值，P值）
Tab. 6  Relationship between each imaging parameter in two groups (r, P)

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表7  Ki‐67高、低表达组影像学参数与血细胞参数的关系（r值，P值）
Tab. 7  Relationship between imaging parameters and blood cell parameters in Ki‐67 high and low expression groups（r, P）

3 讨论

       本研究探讨了IVIM、mDixon‐Quant联合血细胞参数对直肠癌Ki‐67表达水平的预测价值，并进一步研究了影像学参数与血细胞参数之间的相关性。结果显示，与低表达组相比，高表达组的ADC值、D值更低，而R2^*值、FF值、NLR、SII、SIRI更高，均对直肠癌Ki‐67表达水平具有一定预测价值，且联合上述参数可明显提高诊断效能。此外，相关性分析显示高表达组中SII与FF值呈正相关。本研究结合所收集病例及相关文献^[5]，取Ki‐67中位数（70%）为截断值，首次联合IVIM和mDixon‐Quant对直肠癌Ki‐67表达水平进行评估，并进一步联合了血细胞参数，希望能提高预测的准确性并寻找最具诊断价值的标志物，为临床判断肿瘤侵袭性及选择治疗方案提供术前参考。本研究还进一步分析了影像学参数与血细胞参数的相关性，对肿瘤所引起的病灶代谢改变和炎症反应进行了初步探讨，通过相关参数了解肿瘤的生物学行为及肿瘤微环境的变化，为患者个体化治疗提供新思路。

3.1 IVIM评估Ki-67表达水平的价值

       IVIM无需应用外源对比剂便可以对病灶内的扩散和灌注情况进行定量评估，在节约成本、减少采集时间和对因不同原因无法接受造影剂的患者进行检查等方面具有重要优势。该技术在多种肿瘤良恶性鉴别以及检测预后生物标志物和治疗监测等方面已经显示出潜力^{[14, 15]}。在本研究中，ADC值和D值在Ki‐67高表达组的测量值更低。这与MEYER等^[16]通过IVIM参数直方图评估Ki‐67表达的研究结论类似。ADC值和D值用于描述水分子在组织内的扩散情况，当肿瘤细胞快速增殖时，会导致细胞形态不规则、细胞排列紊乱且细胞核/质比例增加，组织内水分子扩散受限，表现为两者测量值下降^[17]。Ki‐67表达指数越高，肿瘤细胞增殖能力越强，水分子扩散受限更明显，ADC值和D值更低。相关性分析结果显示ADC值和D值存在一定相关性，由于IVIM是由弥散加权成像衍生而来，其通过双指数模型进行计算，使D值较ADC值能更准确反映组织内水分子扩散，结合既往研究认为D值可能具有更高的诊断效能^[18]。f值和D^*值均为灌注相关参数，本研究测量的f值和D^*值在两组间的差异并不具有统计学意义，这与先前研究结论相似^[19]。但也有研究认为f值和D^*值具有一定诊断价值^[20]。分析原因可能为，f值易受肿瘤组织微血管解剖结构、血管渗透性和微血管密度等较多因素的影响，导致其在信噪比较低时不易测出稳定的数值，可重复性较差^[21]。而由D^*值计算公式[D^*=（l×v）/6，l为毛细血管长度，v为毛细血管中血流的平均速度]可知，其值受多种生理过程影响，测量结果具有不稳定性。既往也有研究认为D^*值对噪声的敏感性较高且表现出比f值更低的可重复性^[22]。

3.2 mDixon-Quant评估Ki-67表达水平的价值

       mDixon‐Quant是一项无创的新型功能MRI技术，该项技术一次屏气采集6个回波，结合7峰值脂肪模型和T2^*校正，有效将水脂分离，对组织脂肪含量和铁沉积进行精准定量^[23]。本研究中Ki‐67高表达组的FF值高于低表达组，相关研究也认为相较于正常组织，肿瘤组织因代谢变化等因素具有更高的脂肪含量^{[24, 25]}。糖和脂肪均为细胞的主要营养物质，肿瘤组织中丰富的脂肪极大地满足了癌细胞快速增殖的高能量需求，补充了单纯糖代谢可能导致的能量不足，对癌细胞快速增殖具有重要意义^[26]。脂质代谢的相关研究认为，正常的脂质代谢有助于维持巨噬细胞吞噬功能、组织稳态和宿主防御机制，而异常的脂质代谢会导致机体炎症反应和氧化应激的发生，加速肿瘤的发生发展^[27]。mDixon‐Quant所得到的R2^*值消除了脂肪信号的干扰，使其更加准确地反映病灶局部血氧分压的变化^[8]，T2^*值与R2^*值互为倒数。本研究结果显示，两组间R2^*值的差异具有统计学意义，Ki‐67高表达组的R2^*值较高。既往研究也发现R2^*值与直肠癌预后相关病理指标密切相关^[28]。分析原因可能为，Ki‐67高表达提示肿瘤细胞增殖能力越强，细胞数量不断增加且细胞代谢旺盛，使肿瘤组织处于缺氧状态，血氧交换缓慢，血液的代谢产物如脱氧血红蛋白、含铁血黄素等在肿瘤组织中不断增加，这些顺磁性物质会导致磁场不均匀性发生去相位效应，使R2^*值升高^[29]。此外，病灶局部缺氧状态将刺激血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）的生成，使肿瘤组织中微血管密度增加，然而新生血管管壁较脆弱，易导致出血，进一步增加脱氧血红蛋白等的生成^[30]。

3.3 血细胞参数评估Ki-67表达水平的价值及其与影像学参数的相关性分析

       肿瘤微环境与肿瘤的发生发展和转移密切相关，而肿瘤微环境由众多炎症细胞构成。有研究认为，以中性粒细胞为主的炎症细胞可通过不同的机制促进肿瘤的发展^[31]，而淋巴细胞是宿主免疫系统的重要组成部分，淋巴细胞增殖被认为是机体的抗癌免疫反应。因此，这些炎症细胞的数值或比值可能代表了癌症炎症反应和抗癌免疫反应之间的平衡^[32]。在本研究中，两组间NLR、SII、SIRI差异具有统计学意义。可能的原因为，Ki‐67 高表达状态提示肿瘤细胞的增殖过程较为活跃，促进机体产生大量抗原、细胞因子、炎性介质，将引起中性粒细胞等升高，淋巴细胞减少，使其比值升高。既往研究也发现NLR、SII、SIRI等升高与多种肿瘤侵袭性较强以及预后不佳密切相关^{[33, 34]}。本研究结果显示Ki‐67高表达组中血细胞参数SII与mDixon‐Quant参数FF值呈正相关。我们认为，Ki‐67高表达状态提示肿瘤细胞增殖能力旺盛，侵袭性较强，可能会增加全身炎症反应和病灶脂质沉积的发生。病灶内脂质沉积会加重肿瘤组织缺氧状态，脂肪细胞会释放促炎症、纤维化和血管生成因子，促进肿瘤细胞的代谢和炎症反应的发生，加速肿瘤的发生发展^[35]。而中性粒细胞、血小板等也会刺激VEGF分泌，增加血管生成^[36]，既往研究认为新生血管的生成和肿瘤组织的缺氧状态是肿瘤进展的重要因素^[37]。然而目前两者相关性较弱，尚需大量研究证实肿瘤异常脂质代谢与炎症反应之间的关联。

3.4 不足与展望

       本研究存在一定局限性：（1）本研究病例数较少且Ki‐67表达水平整体较高，有可能对研究结果造成影响，需要进一步加大样本量，以提高统计结果的可靠性；（2）IVIM序列选择的b值大小和数量还没有统一标准，需要进一步研究以优化b值的选择；（3）采用了单层ROI勾画而非对肿瘤全域进行参数分析，这种测量方法可能因肿瘤异质性而产生选择偏倚，期待未来通过影像组学等方法对肿瘤全域进行研究；（4）本研究纳入病例中包含黏液腺癌与非黏液腺癌，两者具有不同的分子机制，而本研究尚未对该问题进行探讨，后续会增加样本量分别对黏液腺癌与非黏液腺癌进行进一步研究。

4 结论

       综上所述，IVIM、mDixon‐Quant及血细胞参数均可有效评估直肠癌Ki‐67表达水平，并且联合应用可以提高预测的效能，具有很好的临床应用前景。此外，癌症的异常脂质代谢导致肿瘤病灶内脂肪沉积，可能会引起炎症反应的发生。