0 引言

       软组织肿瘤是指起源于体内间叶组织的一类肿瘤，它们在临床表现、生物学行为和治疗反应上存在着显著差异^{[1, 2]}。Ki-67是一种核蛋白，其表达与细胞增殖活动密切相关^{[3, 4]}。其作为一种肿瘤增殖标记物，在众多肿瘤类型中被广泛研究^{[5, 6, 7]}。组织肿瘤的生物学行为与Ki-67表达密切相关，因此，准确检测Ki-67表达情况对于治疗计划和疾病监测至关重要^{[8, 9]}。传统的生物标本检测方法作为有创检查，其侵入性强，安全性不能得到有效保证^{[10, 11]}。随着医学成像技术的进步，扩散加权成像（diffusion weighted imaging, DWI）、体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion, IVIM）和动态对比增强磁共振（dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging, DCE-MRI）提供了更深入的肿瘤微观结构和血管功能信息^{[12, 13, 14]}。DWI能够通过表观扩散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）对病变进行定量评估，可以反映组织的水分子扩散特性^{[15, 16]}。IVIM通过双指数模型分析，能够有效识别扩散的水分子和具有灌注作用的毛细血管，即区分组织的微扩散和微灌注^{[17, 18]}。DCE-MRI可以有效评估肿瘤的血管通透性和血液动力学^{[12, 19]}。这些定量参数与软组织肿瘤的生物学特性，尤其是Ki-67表达水平之间的潜在关联，为肿瘤的非侵入性评估提供了新的视角。有研究认为软组织肉瘤DWI参数与Ki-67表达水平显著相关^{[8, 9]}，有助于区分低级别和高级别肉瘤。然而，这些研究只分析了这些定量参数与恶性软组织肿瘤之间的相关性，而忽略了Ki-67作为细胞增殖活性的重要指标，在良性软组织肿瘤中同样重要，可以提供肿瘤的生长速度等信息。因此，本研究旨在填补这一空白，深入探讨DWI、IVIM和DCE-MRI参数与软组织肿瘤中Ki-67表达水平之间的相关性，以期无创地评估肿瘤的增殖状态，从而为临床治疗提供更准确的指导。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       回顾性分析青岛大学附属医院、诸城市人民医院2019年1月至2024年1月收治的56例经病理证实的软组织肿瘤患者，其中青岛大学附属医院纳入45例患者、诸城市人民医院纳入11例患者，包括26名女性和30名男性，年龄8~68（43.5±17.7）岁。纳入标准：（1）在青岛大学附属医院、诸城市人民医院接受手术切除或活检后病理学证实为软组织肿瘤；（2）术前2周内进行DWI、IVIM和DCE-MRI检查；（3）临床资料完整。排除标准：（1）图像质量差影响图像分析；（2）肿瘤可测量部分小于1 cm；（3）复发或转移性肿瘤。根据Ki-67表达情况，将患者分为Ki-67低表达组（≤20%）和高表达组（>20%）^[20]。本研究遵守《赫尔辛基宣言》，并分别经诸城市人民医院伦理委员会[批准文号：诸医伦审（2023）第011号]、青岛大学附属医院伦理委员会[批准文号：QYFY WZLL 28636]批准，免除患者知情同意。

1.2 MR图像采集

       青岛大学附属医院使用德国Siemens Prisma 3.0 T磁共振仪、诸城市人民医院使用美国GE Discovery MR750 3.0 T磁共振仪，18通道体线圈对肿瘤所在部位进行检查。扫描序列包括常规轴位T1WI序列、T2WI序列、DWI及IVIM序列和DCE-MRI。

1.2.1 Siemens Prisma 3.0 T磁共振仪扫描参数

       T1WI序列参数：TR 600 ms，TE 10 ms，FOV 380 mm×380 mm，矩阵256×256，层厚4 mm；T2WI（包括脂肪抑制像）序列参数：TR 2400 ms，TE 87 ms，FOV 380 mm×380 mm，矩阵256×256，层厚4 mm；IVIM-DWI序列采用多b值扫描：0、10、20、30、40、50、70、100、150、200、400和700 s/mm²，TR 2700 ms，TE 87 ms，FOV 350 mm×350 mm，矩阵256×256，层厚4 mm；DCE-MRI序列参数：TR 7.95 ms，TE 3.69 ms，FOV 380 mm×380 mm，矩阵256×256，层厚4 mm。注射对比剂前先获取蒙片，注射后立即开始扫描，使用自动MRI动力注射器（Medrad Spectris Solaris EP）注射钆喷酸葡胺（拜耳股份有限公司，德国），剂量为0.1 mmol/kg，速率为2 mL/s，注射结束后使用15 mL生理盐水冲洗。

1.2.2 GE Discovery MR750 3.0T磁共振仪扫描参数

       T1WI序列参数：TR 400 ms，TE 12 ms，FOV 380 mm×380 mm，矩阵256×256，层厚4 mm；T2WI（包括脂肪抑制像）序列参数：TR 3300 ms，TE 80 ms，FOV 380 mm×380 mm，矩阵256×256，层厚4 mm；IVIM-DWI序列采用多b值扫描：0、30、50、80、100、150、200、500、800、1000、1500和2000 s/mm²，TR 2500 ms，TE 90 ms，FOV 350 mm×350 mm，矩阵256×256，层厚4 mm；DCE-MRI序列参数：TR 3.75 ms，TE 1.25 ms，FOV 380 mm×380 mm，矩阵256×256，层厚4 mm。获取蒙片后注射对比剂，并立即开始扫描。使用高压注射器注射钆喷酸葡胺（拜耳股份有限公司，德国），剂量为0.1 mmol/kg，速率为2 mL/s，注射结束后使用15 mL生理盐水冲洗。

1.3 MRI图像分析

       将所有MRI数据导入GE AW4.7后处理工作站，由两名分别具有15年（副主任医师）和10年（主治医师）放射诊断经验的医师，独立、双盲进行分析。使用MRI Body Diffusion Toolbox Syngo.via（VB10，Siemens Healthcare，德国）软件，在DCE-MRI图像强化最明显的期相所显示的病灶最大层面，对肿瘤实性区域勾画感兴趣区（region of interest, ROI）；使用Tissue 4d Syngo.via（VB10,Siemens Healthcare，德国）软件，在IVIM-DWI图像b=0 s/mm²的DWI序列上绘制ROI。当患者病灶为多发时选取最大者勾画，并自动复制到各参数图，大小为0.20~14.59 cm²，尽量避开出血、坏死、钙化和骨化等区域。基于DWI及IVIM图像获得灌注分数（perfusion fraction, f）、真扩散系数（pure diffusion coefficient, D）、假扩散系数（pseudo-diffusion coefficient, D^*）及表观扩散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）；基于DCE-MRI图像获得容积转运常数（volume transfer constant, K^trans）、速率常数（rate constant, Kep）、血管外细胞外间隙容积分数（extravascular extracellular volume fraction, Ve）和曲线下面积（area under the curve, AUC），每位观察者分别对所有病灶的参数进行三次测量，每次全部测量完毕后间隔3周进行下一次，并将三次测量结果的平均值作为最终结果进行后续研究。

1.4 统计学分析

       采用SPSS 26.0（IBM, USA）软件进行统计分析。分类资料用频数（百分比）表示，其组间差异比较采用卡方检验。使用Shapiro-Wilk检验确定数据是否符合正态分布。符合正态分布的计量资料以平均值±标准差表示，不符合正态分布则以中位数（四分位数）表示，分别使用独立样本t检验或Mann-Whitney U检验进行比较。随后，对具有显著差异的参数绘制受试者工作特征（receiver operating characteristic, ROC）曲线，计算曲线下面积（AUC）、敏感度和特异度，以评估各参数鉴别Ki-67低表达组与高表达组的效能。使用Pearson相关性分析评估与Ki-67表达显著相关的指标之间的关联。使用组内相关系数（intraclass correlation coefficient, ICC）评估2名观察者间测量参数（即每位观察者三次测量的平均值）的一致性，ICC>0.75则认为一致性良好，并使用高年资放射科医师的分析结果作为最终结果进行后续分析。P<0.05认为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 临床资料

       本研究包含56例经病理证实的软组织肿瘤患者，女26名，男30名，其中26例良性软组织肿瘤包括神经鞘瘤14例、神经纤维瘤4例、血管瘤4例、血管平滑肌瘤4例；30例恶性软组织肿瘤包括未分化多形性肉瘤2例、上皮样肉瘤2例、恶性外周神经鞘瘤8例、弥漫大B细胞淋巴瘤2例、间变性大细胞淋巴瘤2例、滑膜肉瘤2例、中分化纤维肉瘤4例、高级别黏液纤维肉瘤2例、上皮样骨母细胞瘤2例、侵袭性纤维瘤病4例。Ki-67指数在1%~80%之间，34例肿瘤的Ki-67指数≤20%，值为7.59%±6.92%；22例的Ki-67指数>20%，值为46.36%±20.13%（表1）。在对ROI的勾画以及DWI、IVIM、DCE参数的测量中，2名观察者之间取得了良好的一致性（ICC值为0.861~0.998），见表2。

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表1  Ki-67不同表达组临床资料及参数
Tab. 1  Clinical data and parameters in different Ki-67 expression groups

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表2  观察者间一致性分析
Tab. 2  Consistency analysis among observers

2.2 不同Ki-67表达组DWI、IVIM、DCE参数比较及效能分析

       低和高Ki-67表达组ADC、D、D^*、f、K^trans、Kep、Ve和AUC的对比分析见表1。ADC和D值在低Ki-67表达组下显著高于高表达组，而低表达组的K^trans和Kep值显著低于高表达组。图1、2分别展示了具有代表性的低和高Ki-67表达组软组织肿瘤MRI图像。将对比分析中差异具有统计学意义（P<0.05）的参数绘制ROC曲线（图3）。ADC、D、K^trans和Kep的AUC值分别为0.920、0.904、0.650和0.743（表3）。其中D值显示出较高的敏感度（88.20%），而ADC值显示较高的特异度（100.00%）。

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图1  女，57岁，左前臂神经纤维瘤。1A：病变在T2WI呈高信号；1B～1C：病变在ADC图（1B）和D图（1C）呈高信号强度，ADC值和D值分别为1.60×10^-3 mm²/s和1.65×10^-3 mm²/s；1D：增强扫描病变呈明显强化；1E：DCE灌注曲线呈持续上升型；1F：病理图（HE ×100）；1G：Ki-67免疫组织化学染色（×100）显示阳性细胞数约10%。
Fig. 1  Female, 57-year-old, neurofibroma of left forearm. 1A: The lesion exhibits high signal intensity on T2-weighted imaging (T2WI); 1B-1C: The lesion shows high signal intensity on ADC map (1B) and D map (1C), with ADC and D values of 1.60×10^-3 mm²/s and 1.65×10^-3 mm²/s, respectively; 1D: The lesion demonstrates significant enhancement on contrast-enhanced scan; 1E. DCE perfusion curve shows a continuous rising pattern; 1F: Pathological image (HE ×100); 1G: Ki-67 immunohistochemical (×100) staining reveals about 10% positive cells. ADC: apparent diffusion coefficient; D: pure diffusion coefficient; DCE: dynamic contrast-enhanced.

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图2  女，60岁，右大腿上皮样黏液纤维肉瘤。2A：病变在T2WI呈高信号；2B~2C.病变在ADC图（2B）和D图（2C）呈低信号强度，ADC值和D值分别为0.89×10^-3 mm²/s和0.62×10^-3 mm²/s；2D：增强扫描病变呈明显不均匀强化；2E：DCE灌注曲线呈流出型；2F：病理图（HE ×200）；2G：Ki-67免疫组织化学染色（×200）显示阳性细胞数约50%。
Fig. 2  Female, 60-year-old, epithelioid myxofibrosarcoma of right thigh. 2A: The lesion exhibits high signal intensity on T2-weighted imaging (T2WI); 2B-2C: The lesion shows low signal intensity on ADC map (2B) and D map (2C), with ADC and D values of 0.89×10^-3 mm²/s and 0.62×10^-3 mm²/s, respectively; 2D: The lesion demonstrates significant uneven enhancement on contrast-enhanced scan; 2E. DCE perfusion curve shows a washout pattern; 2F. Pathological image (HE ×200); 2G: Ki-67 immunohistochemical (×200) staining reveals about 50% positive cells. ADC: apparent diffusion coefficient; D: pure diffusion coefficient; DCE: dynamic contrast-enhanced.

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图3  各定量参数的受试者工作特征（ROC）曲线。ADC：表观扩散系数；D：真扩散系数；K^trans：容积运转常数；Kep：速率常数。
Fig. 3  Receiver operating characteristic (ROC) curves for various quantitative parameters. ADC: apparent diffusion coefficient; D: pure diffusion coefficient; K^trans: volume transfer constant; Kep: extravascular extracellular volume fraction.

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表3  各参数对Ki-67表达的识别效能比较
Tab. 3  Comparison of the discriminatory power of various parameters on Ki-67 expression

2.3 相关性分析

       应用Pearson相关系数对ADC、D、K^trans和Kep与Ki-67值之间的相关性分析发现，ADC和D值与Ki-67值呈显著负相关（r=-0.637、-0.625，P均<0.001）。K^trans与Ki-67值呈显著正相关（r=0.263，P=0.050）。Kep与Ki-67值无相关性（r=0.188，P=0.166），详见表4。

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表4  各参数对Ki-67的Pearson相关性分析
Tab. 4  Pearson correlation analysis of each parameter to Ki-67

3 讨论

       本研究探究了DWI、IVIM和DCE-MRI参数与软组织肿瘤中Ki-67表达的相关性。结果发现ADC和D值在低Ki-67表达组下显著高于高表达组，而K^trans和Kep值显著低于高表达组。ADC值对Ki-67表达情况识别效能最佳，AUC为0.920。相关性分析显示ADC和D值与Ki-67值呈显著负相关（P<0.001），K^trans与Ki-67值呈显著正相关（r=0.263，P=0.050），Kep与Ki-67值无相关性（r=0.188，P=0.166）。DWI、IVIM和DCE-MRI参数能够反映肿瘤的生物学行为，对于术前确定肿瘤分级、指导治疗选择以及评估预后具有重要意义。

3.1 DWI、IVIM参数与软组织肿瘤Ki-67表达相关性

       既往有研究指出Ki-67指数与大多数肿瘤的ADC值呈负相关，然而ADC可能受到分子扩散和微循环的影响^{[21, 22, 23]}。因此在本研究中，我们使用了IVIM模型和多b值来分离微循环或灌注相关效应与真实组织扩散（D）^{[24, 25, 26]}。结果表明，ADC、D与Ki-67指数之间存在显著的负相关，说明ADC和D值可能预测软组织肿瘤增殖状态。低Ki-67表达组的ADC和D值显著高于高表达组，与ZHANG等^[17]人的研究一致。原因可能是随着Ki-67表达的增加，肿瘤细胞增殖增加，导致细胞排列异常密集，从而影响水分子的限制性扩散，并通过降低的ADC和D值表现。本研究中低表达组的D^*值略高于高表达组，但其差异在统计学上不显著，与既往报道相悖^{[27, 28]}。这可能由于本研究纳入高表达组的病例恶性程度更高，其不成熟的新生血管较多，具有较多的异常结构，从而引起血流速度变化。此外，已有研究报道了D^*的重复性和再现性较弱^[29]。

3.2 DCE-MRI参数与软组织肿瘤Ki-67表达相关性

       K^trans和Kep值在高Ki-67高表达组中显著高于低表达组，这可能是因为恶性肿瘤具有更活跃的血管新生，由于新生血管内皮不完整，导致血管通透性较高^{[30, 31]}。该结论与其他研究一致，这些研究显示K^trans和Kep值与肿瘤体积变化和Ki-67表达显著相关^{[32, 33]}。然而，Ve在两组之间没有统计学显著差异。可能由于Ve通常受多种因素影响，包括肿瘤细胞的密度、细胞周围水肿以及细胞间质压力等，存在不稳定性^[34]。同时，IVIM的灌注分数ƒ并没有像K^trans和Kep一样与Ki-67显著相关，其可能的原因是IVIM主要对小血管的无序流动较敏感，而DCE-MRI信号则反映了大血管的通透性和血液回流速度^{[25, 29, 35]}。我们的研究结果还显示Ki-67与DCE-MRI衍生的K^trans指标之间存在显著的正相关，而与Kep无相关性。可能是因为K^tran反映了血管的渗透性和组织血流量，与肿瘤新生血管紧密相关，而Ki-67作为细胞增殖的标志物，其表达水平与肿瘤的生长速率有关^{[3, 4]}。因此其相关性反映了肿瘤生长速率与其血管生成能力之间的关系。而Kep值表示对比剂从细胞外间质返回血管的速率，其更多的与肿瘤微环境的结构有关，而与肿瘤增殖能力关系不大。

3.3 本研究的局限性及展望

       本研究的几个局限性：（1）本研究是在具有异质性组织类型的小患者队列中进行的，可能存在偏倚；（2）使用的DWI、IVIM和DCE参数的测量是基于肿瘤最大层面的ROI，没有包括肿瘤整体；（3）未探讨量化获得的MR参数与长期临床结果之间的关联，未来将进一步研究，以评估DWI、IVIM和DCE-MRI参数在预测肿瘤治疗反应、复发和患者生存方面的价值。

4 结论

       综上所述，IVIM和DCE-MRI技术不仅能够提供肿瘤组织的微观结构和血管功能信息，还可能反映肿瘤的生物学行为。其中ADC值和D值是鉴别Ki-67增殖状态的最优指标，对软组织肿瘤的术前确定肿瘤分级、指导治疗选择以及评估预后具有重要意义。