直肠癌是胃肠道最常见的恶性肿瘤之一，好发年龄在40~60岁，男性多于女性。其病因目前尚不清楚，发病率逐年增高并呈现年轻化趋势^[1]。MRI具有无放射损伤、多方位和多参数成像等优势，已成为诊断直肠癌并进行分期的重要检查手段^[2]。当前，磁共振技术在直肠癌中的应用正逐步从形态学影像过渡到功能影像，从单一技术过渡到多模态技术的联合应用。磁共振动态增强扫描成像（dynamic contrast enhanced MRI ，DCE-MRI）和弥散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）这两项功能磁共振技术联合应用，能在一定程度上反映直肠癌的病理特征^[3]，成为直肠癌术前诊疗的研究热点^[4]。本研究在于探讨不同分化程度直肠癌的DCE-MRI定量参数与DWI表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）的相关性，从影像学角度间接评估直肠癌微循环灌注情况和肿瘤组织增殖之间可能存在的内在关系。

1　材料与方法

1.1　一般资料

       收集2015年1月至2016年5月入住甘肃省人民医院经手术病理证实为直肠癌的102例病例，男62例，女40例，年龄35~83岁，平均（57.7±10.1）岁。所有患者均行MRI常规及增强扫描，将其图像进行回顾性分析。102例直肠癌患者中，高分化腺癌23例，中分化腺癌59例，低分化腺癌20例。入选标准：手术后病理证实为直肠腺癌；MR检查各序列影像数据完整；术前均未经过针对性服药及放化疗等治疗；所有受试患者均签署知情同意书。

1.2　MRI检查方法

       所有病例采用Siemens Skyra 3.0 T MR仪，18通道体表相控阵列线圈进行检查。磁共振检查常规序列包括：高分辨T1WI轴位，小FOV T2WI轴位及T2WI矢状位、冠状位，脂肪抑制T2WI轴位，常规DWI轴位扫描（b值＝50、1000 s/mm²）。随后进行动态增强扫描，应用T1 VIBE序列，扫描层面同T2WI，扫描参数：TR 5.08 ms，TE 1.77 ms，FOV 260 mm×260 mm，矩阵154×192，层厚3 mm，翻转角度为15° ，NEX 1。对比剂选用钆双胺注射液（Gd-DTPA），35期不间断扫描，单个时相扫描时间8 s，第3个时相扫描开始注入对比剂，由高压注射器以速度3 mL/s（剂量0.1 mmol/kg）注射入肘静脉，扫描时间共280 s。范围包括整个肿瘤部分，对比剂注射完毕后立即用15~20 mL生理盐水冲洗管道，速度3 mL/s，以保证药物完全引入体内。DCE扫描后行T1轴位、矢状位、冠状位的常规增强扫描。

1.3　图像分析及数据处理

       所有原始图像均传至MMWP后处理工作站上，动态增强图像使用TISSUE 4D软件，参数计算采用Tofts模型分析。由2名有经验高年资的MR诊断医师盲法阅片，在不提供病理学结果的情况下阅读磁共振动态增强图像，结果取2名医生所测的平均值。手动选取感兴趣区（region of interest，ROI），选择信号强化比较均匀的区域，大小尽量保持一致，可以是圆形或椭圆形，主要以病变形态为主，尽量避开肉眼可见大血管、出血及囊变液化坏死区以及正常的直肠组织（参照T1WI、T2WI、DWI及常规增强扫描图像），防止影响其准确性。再由软件直接得出血流动力学定量参数：容量转移常数（K^trans，min^-1）、速率常数（Kep，min^-1）、容积分数（Ve，Ve= K^trans/Kep） ，K^trans、Kep、Ve伪彩图见图1A、图2A、图3A。DWI分析：在ADC图上手动选取与动态增强相同层面感兴趣区，尽量与前次范围一致，测量3次取平均值作为最终ADCmean值，ADC图见图1B、图2B、图3B。

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图1  女，72岁，高分化腺癌，肿瘤侵犯肌层。A: K^trans、Kep、Ve伪彩图，肿瘤呈高信号（红色），测得K^trans=0.146 min^-1，Kep=0.455 min^-1，Ve=0.325；B：ADC图，ADCmean＝1.077 mm²/s
图2  男，40岁，中分化腺癌，肿瘤侵犯浆膜层。A：K^trans、Kep、Ve伪彩图，肿瘤呈高信号（红色），测得K^trans=0.338 min^-1，Kep=0.546 min^-1，Ve=0.623；B：ADC图，ADCmean＝0.928 mm²/s
图3  女，50岁，低分化腺癌，肿瘤侵犯周围组织。A：K^trans、Kep、Ve伪彩图，肿瘤呈高信号（红色），测得K^trans=0.520 min^-1，Kep=1.370 min^-1，Ve=0.366；B：ADC图，ADCmean=0.768 mm²/s
Fig. 1  Female, 72 years old, well differentiated adenocarcinoma, tumor invasion of the muscle layer. A: K^trans, Kep, Ve, pseudo color, the tumor showed high signal (red), measured as K^trans=0.146 min^-1, Kep=0.455 min^-1，Ve=0.325; B: ADC chart, ADCmean=1.077 mm²/s.
Fig. 2  Male, 40 years old, moderately differentiated adenocarcinoma, tumor invasion of the serous layer. A: K^trans, Kep, Ve, pseudo color, the tumor showed high signal (red), measured as K^trans=0.338 min^-1, Kep=0.546 min^-1, Ve=0.623; B: ADC chart, ADCmean=0.928 mm²/s.
Fig. 3  Female, 50 years old, poorly differentiated adenocarcinoma, tumor invasion of the surrounding tissue. A: K^trans, Kep, Ve, pseudo color, the tumor showed high signal (red), measured as K^trans=0.520 min^-1, Kep=1.370 min^-1, Ve=0.366; B: ADC chart, ADCmean=0.768 mm²/s.

1.4　统计学分析

       采用SPSS 19.0统计软件进行分析，对不同分化组的各参数采用单因素方差分析，对不同组织分化组之间的ADCmean与K^trans、Kep、Ve的比较采用Pearson相关性分析，P<0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1　直肠癌不同分化组ADCmean值与DEC-MRI定量参数值比较

       102例患者均完成磁共振检查，其中高分化腺癌23例，中分化腺癌59例，低分化腺癌20例。不同分化组ADCmean值与DEC-MRI参数值比较见表1，随着肿瘤分化程度的升高，ADCmean值有逐渐升高的趋势，K^trans、Ve值有逐渐下降的趋势，差异有统计学意义(P <0.05)。组内两两比较见表2。K^trans值、Ve值在中-低、高-低分化组之间，差异有统计学意义（P<0.05）。K^trans值、Ve值在高-中分化组间，差异无统计学意义(P>0.05)。不同分化程度直肠癌的Kep值差异无统计学意义(P >0.05)。

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表1  直肠癌不同分化组的ADC值及DEC-MRI参数比较
Tab.1  ADC value compared with the quantitative parameters in different differentiation of rectal cancer

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表2  直肠癌不同分化组间ADCmean值与DEC-MRI定量参数的P值
Tab.2  P value of ADCmean and DEC-MRI quantitative parameters in different differentiation groups of rectal cancer

2.2　直肠癌不同分化组ADCmean值与DEC-MRI定量参数相关性分析

       直肠癌不同分化组ADCmean值与DEC-MRI定量参数进行Pearson相关分析可见，中分化组、低分化组DEC-MRI定量参数K^trans值与ADCmean之间呈显著负相关(r中=-0.34，P<0.01 ；r低=-0.60，P<0.01)，并且随着分化程度的降低，相关性有所提高。见表3。

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表3  不同分化组ADCmean与K^trans、Kep、Ve相关性分析(Pearson相关分析)
Tab.3  Analysis on the correlation of ADCmean and K^trans, Kep, Ve in different differentiation of rectal cancer (Pearson correlation analysis)

3　讨论

3.1　直肠癌不同分化程度DWI表现及病理学基础

       DWI对早期直肠病变的检出敏感，主要依赖水分子的布朗运动成像。在直肠癌的组织中，恶性细胞增殖活跃，体积大，排列紧密，水分子的扩散程度明显受限。另外，肿瘤内的水肿和囊变也可使弥散效应增强^[5,6]，在DWI上表现为明显高信号。ADC值作为DWI成像的定量参数，可以反映水分子的自由扩散程度和血管的微循环，弥散越受限，ADC值则越低^[7]。扩散敏感因子（b值）是DWI的重要参数，是检测水分子扩散运动能力的指标。Hosonuma及Ichikawa等^[8,9]研究表明b值为1000 s/mm²时，DWI图像上可更加清晰地显示肿瘤。本研究采用b值分别选用50 s/mm²、1000 s/mm²，在1000 s/mm²上获ADC图并测ADCmean值，这样既提高了DWI敏感性，同时也有效克服了灌注和T2穿透效应的影响，提高了ADCmean的准确性。本研究中，随着肿瘤分化程度的降低，ADCmean值逐渐减小。这是由于随着肿瘤恶性程度增加，肿瘤细胞增殖明显增快，细胞核比例增大，单位体积内细胞的密集程度增加，导致细胞外间隙距离减小，水分子自由扩散程度降低，ADCmean值减低。

3.2　直肠癌不同分化程度DEC-MRI定量参数意义及其病理学基础

       DCE-MRI是在血流动力学效应基础上，对病变内的对比剂浓度进行量化的MRI成像技术，为活体肿瘤微血管生成和通透性等提供血流动力学信息。其病理学基础在于肿瘤组织的新生血管网不具有正常血管结构，其基底膜不完整，且细胞血管外间隙（extracellular extravascular space，EES）大，使得肿瘤组织毛细血管通透性增大，对比剂外漏速度增加，从而处于高供血状态^[10]。DCE-MRI定量参数：K^trans是描述对比剂从血管内转移至EES的数值，其大小主要受流经组织的血液含量、血管内皮表面积及通透性的影响。Kep则是描述对比剂自EES回返至血管间隙速率的数值，Kep值也可以反映肿瘤微血管的生长状态。Ve值为单位容积组织内EES的体积，主要反映EES大小。沈浮等^[11]研究表明直肠癌病灶的K^trans值、Kep值、Ve值均高于正常直肠组织，K^trans值与肿瘤分化程度存在相关性，但未详细讨论。本研究的数据显示，随着肿瘤分化程度的降低，K^trans、Ve值逐渐上升。分析其原因可能是随着肿瘤组织恶性程度的增加，肿瘤内不成熟的新生血管越多，血流增多，肿瘤细胞分泌的血管内皮因子对血管的刺激增强^[12]，从而使得血管通透性增大，导致K^trans值增大。EES的增大及细胞外基质的改变，使得Ve值增大。

3.3　直肠癌不同分化程度ADC值与DEC-MRI定量参数的相关性

       磁共振动态增强成像主要与微血管多少、血管壁通透性、微血管的分布等因素有关，弥散加权成像主要与生物组织水分子的弥散运动有关。虽然磁共振动态增强成像和弥散加权成像两种成像方法原理不同，但两者之间有一定联系。从理论上来看，ADC值与微循环灌注间存在相关性是可能的。这是因为对生物组织而言，水分子的运动主要包括水分子的弥散运动、毛细血管网中血流的微循环灌注及生物组织的生理运动。所以在工作中所测到的生物组织ADC值要比理论上大，它是水分子弥散运动和血流灌注的综合表现^[7,13,14]。陈金银等^[15]研究表明ADCmean和K^trans值、Kep值能定量区分直肠癌组织与正常的直肠组织，可以作为直肠癌的影像生物标记物。本研究的结果基本验证了此结论，数据显示中、低分化组直肠癌的ADCmean值与K^trans值有一定负相关性，差异有统计学意义。随着分化程度的降低，两者的相关性逐渐增强，低分化组两者的相关性最强，高分化组两者的相关性没有统计学意义。究其原因，可能是由于高分化组肿瘤细胞异型性及新生血管密度相对较小，而中、低分化组肿瘤恶性程度高，细胞的增殖较高分化组旺盛，其诱导肿瘤微血管生成的能力强、血管不成熟，血管灌注及渗透水平相对提高^[16,17]，因此，肿瘤分化越低K^trans值增高越明显。同时，新生的肿瘤血管又给直肠癌细胞提供了营养支持，从而促进肿瘤增殖，细胞间隙减小，弥散受限加强，ADCmean值减小。两者相互促进、相互影响、形成恶性循环。通过不同分化组ADCmean值与K^trans值相关性的差异，将两者有效的结合，对术前进一步诊断直肠癌的病理分化及恶性程度提供了帮助。

       总之，本研究探索性地发现直肠癌不同分化组ADCmean值与K^trans值相关性存在显著定量差异，为今后诊断评价直肠癌的恶性程度提供了有力的科学证据。