2D,TSE与3D,SPACE序列对直肠癌术前T分期的诊断价值比较

马文帅，高远翔，高耸，郝小磊，冯卫华

青岛大学附属医院放射科，山东 青岛 266555；
*通信作者 冯卫华 fengweihua@qdu.edu.cn

2020年全球结直肠癌的新发病例超过190万，死亡病例达93.5万，约占癌症病例和死亡病例的1/10。总体上，结直肠癌的发病率居第3位，死亡率居第2位[1]。运用现代影像学检查方法评价直肠癌患者的个体情况，并制订合理的治疗方法，能够有效降低直肠癌的复发并改善预后。中国结直肠癌诊疗规范（2020年版）推荐将MRI作为直肠癌常规检查项目[2]。对于局部进展期直肠癌患者，须在新辅助治疗前后分别行基线、术前MRI检查，以评价新辅助治疗效果，建议行非抑脂、小视野轴位高分辨T2WI扫描。

目前，美国国立综合癌症网络关于直肠癌的分期包括T、N、M分期，不同的TNM分期，尤其是TN分期对直肠癌治疗方式的选择具有重要的指导意义。直肠癌术前诊断中T2与T3的分期鉴别最重要，也最困难。针对T分期，目前准确度最高的术前检查方法为高分辨磁共振[3-5]。高分辨磁共振具有高软组织分辨率、高信噪比，该技术运用垂直于病变段肠管的小视野高分辨二维快速自旋回波（two-dimensional fast spin echo，2D TSE）序列扫描，利用直肠壁各层及病变区含水量的差异，将病变部位与正常直肠结构区分开。但2D序列由于受到层厚所致的容积效应、层间隔、肠管结构以及病变本身位置和形态的影响，常使临床医师对T分期的判断产生误差。本研究通过比较2D TSE与三维可变翻转角各向同性快速自旋回波（three-dimensional variable rotation angle isotropic fast spin echo，3D SPACE）序列对直肠癌术前T分期的诊断价值，旨在优化直肠癌患者的影像学检查方法，更好地为临床决策提供影像学依据。

1.1 研究对象 选取2018年1月—2019年12月青岛大学附属医院收治的直肠癌患者75例，其中男50例，女25例，年龄35～78岁，平均（62.5±11.9）岁。纳入标准：①病理活检诊断为直肠癌；
②病变位于直肠段（距肛门≤15 cm）；
③所有患者均接受手术治疗；
④手术前进行MRI检查，且图像经医师评估无伪影、少噪声干扰诊断；
⑤手术切除组织病理结果证实为直肠癌。本研究通过本院伦理委员会批准（QYFYWZLL26570），所有患者均签署知情同意书。

1.2 检查方法 采用Siemens Magnetom Skyra 3.0T MRI系统，患者取头先进、仰卧体位，采用18通道体部表面线圈。具体扫描参数见表1：①2D TSE序列组包括人体盆腔正矢状位2D T2 TSE（Sag T2 TSE）、定位线垂直于病变段肠轴的斜横轴位2D T2 TSE（OAx T2TSE）、定位线平行于病变段肠轴的斜冠状位2D T2 TSE（OCor T2 TSE），无后处理；
②3D SPACE序列组：盆腔段横轴位3D SPACE T2，利用GE sdc工作站ADW4.7 MPR后处理软件，分别参照对照组的定位方法，重建出Sag SPACE T2、OAx SPACE T2和OCor SPACE T2图像。扫描前患者排空直肠，无需其他准备。

表1 两组序列主要扫描参数

1.3 图像质量评估 主观评价：选取6个解剖结构（直肠黏膜层、直肠肌层、直肠浆膜层或外膜、肠周脂肪、直肠系膜筋膜、肿瘤）采用5分法对2D TSE及3D SPACE序列图像进行结构可见性评分[6]。0分：不可见；
1分：图像显示不清晰或有伪影；
2分：图像较好；
3分：图像好；
4分：图像非常好，并不存在伪影。比较2个序列的平均分数。

客观评价：计算信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR），使用GE sdc工作站ADW4.7测量组织信号强度，两组序列并排观察，通过直接视觉对比实现感兴趣区放置一致性，4个椭圆形感兴趣区分别放置于典型层面的瘤体、肌肉、脂肪和空气区域（噪声），大小为20 mm2，取其平均值。SNR为组织的平均信号强度/背景噪声的标准差，CNR为脂肪与瘤体的SNR差/背景噪声的标准差[7-8]。

1.4 图像分析 由2位副主任医师采用盲法分别对两组图像进行独立诊断，意见不统一时由第三位主任医师综合各方意见给予最终诊断。诊断标准依据国际抗癌联盟及美国癌症联合会颁布的第8版直肠癌T分期[9]，①T1：肿瘤侵犯黏膜下层（未累及固有肌层）；
②T2：肿瘤侵犯固有肌层；
③T3：肿瘤侵透固有肌层并侵犯浆膜下层（浆膜覆盖段）或侵犯直肠系膜（无浆膜覆盖）或内外括约肌间隙，根据肿瘤侵入直肠系膜部分与固有肌层的垂直距离分为：T3a（＜1 mm）、T3b（1～5 mm）、T3c（5～15 mm）、T3d（＞15 mm）；
④肿瘤侵犯覆膜脏层或侵犯或粘连于邻近器官，T4a：肿瘤侵犯脏层腹膜（浆膜覆盖段），T4b：肿瘤侵犯邻近器官或结构。

1.5 统计学分析 采用SPSS 19.0软件。符合正态分布的计量资料以±s表示，不同序列数据比较采用t检验；
不符合正态分布的计量资料以M（Q1，Q3）表示，不同序列数据比较采用Z检验。计数资料以例数表示；
对同一病灶进行2D T2 TSE和3D SPACE T2序列扫描，对其进行T分期诊断，采用Kappa系数评估两种序列术前诊断T分期与病理结果的吻合度，并计算敏感度、特异度和准确度。采用U检验对图像质量评估进行数据分析，P＜0.05为差异有统计学意义。

2.1 病理结果 75例直肠癌患者中，T1期4例、T2期21例、T3期46例、T4期4例。

2.2 2D T2 TSE结果 2D T2 TSE扫描方案显示：T1期0例，T2期13例（敏感度为61.53%，特异度为38.10%），T3期58例（敏感度为97.82%，特异度为77.59%），T4期4例（敏感度和特异度均为100.00%）。对比术后病理结果，2D T2 TSE序列对术前T分期的诊断一致性差（Kappa=0.49，P=0.000），T分期准确度为76.00%，见表2、图1～3。

表2 2D TSE扫描方案结果与病理结果对照（例）

图1 男，56岁，直肠中位恶性肿瘤。2D TSE T2高分辨成像（A）显示直肠外壁低信号环中断不连续（箭），诊断为T3期；
3D SPACE T2成像（B）显示肿瘤局限于肠壁黏膜层和肌层，未突破肠外壁，诊断为T2期；
病理组织切片（HE，×100，C）显示肿瘤组织浸润肌层，诊断为T2期

2.3 3D SPACE 结果 3D SPACE T2扫描方案显示：T1期3例（敏感度为100.00%，特异度为75%），T2期22例（敏感度为95.45%，特异度为100%），T3期46例（敏感度和特异度均为100.00%），T4期4例（敏感度和特异度均为100.00%）。对比术后病理结果，3D SPACE T2对术前T分期的诊断一致性高（Kappa=0.95，P=0.000），T分期准确度为98.67%，见表3、图1～3。

表3 3D SPACE扫描方案结果与病理结果对照（例）

图2 女，62岁，低位直肠癌。2D TSE T2高分辨成像（A）显示癌肿以宽基底贴附于直肠后壁，直肠外壁低信号环完整，诊断为T2期；
3D SPACE T2成像（B）显示在直肠截面8点钟方向直肠外壁连续性中断（箭），诊断为T3期；
病理组织切片（HE，×100，C）显示肿瘤细胞被肠周脂肪包绕，病理结果为T3期

图3 女，63岁，低-中位直肠癌。2D TSE T2（A）显示直肠外壁低信号环不连续（箭），可疑T3期；
3D SPACE T2（B）显示肿瘤局限于直肠黏膜层与肌层，外壁低信号环完整；
基于3D SPACE T2进行MPR重建的斜冠状位图像（C）、矢状位图像（D）显示直肠外壁完整，诊断为T1/2期；
病理图像（HE，×100，E）显示异型的肿瘤细胞局限于直肠肌层，最终诊断为T2期

2.4 图像质量评估 对于瘤体，3D SPACE序列的SNR优于2D TSE（P＜0.05）。对于脂肪及肌肉，两序列的SNR差异无统计学意义（P＞0.05），两序列的CNR差异无统计学意义（P＞0.05）。两序列显示直肠浆膜层或外膜、肠周脂肪、直肠系膜筋膜及瘤体一样可靠（均P＞0.05）。3D SPACE序列对于显示直肠黏膜层及直肠肌层要优越（均P＜0.05），见表4、5。

表4 2D TSE和3D SPACE序列的图像质量评分[M（Q1，Q3）]

表5 2D TSE和3D SPACE序列图像的SNR及CNR比较（±s）

表5 2D TSE和3D SPACE序列图像的SNR及CNR比较（±s）

序列SNR CNR瘤体脂肪肌肉2D TSE 83.94±40.34 213.56±95.26 41.86±19.34 19.36±10.11 3D SPACE 27.54±18.72 t值 -2.54 0.80 0.24 -1.54 119.95±39.83 191.23±59.47 40.40±15.58 P值0.016 0.430 0.820 0.140

传统2D成像技术由于受到层厚所致的容积效应、层间隔较大等因素影响，在一定程度上影响了医师对直肠癌T分期的诊断。3D SPACE技术为3D可变翻转角各向同性自旋回波成像技术，克服了传统2D自旋回波序列图像的模糊效应和高SAR值的问题，其3D容积成像技术可以实现亚毫米级别无间隔各向同性扫描成像，空间分辨率较传统2D序列高[6]。随着多层同步成像、并行采集、压缩感知等加速技术的发展，短时高效的3D SPACE扫描已成为现实。此外，其各向同性成像的特点使其可以通过MPR软件进行多平面重建，还能按照器官如直肠的走行进行任意层面重建，不仅有助于节省扫描时间，还可以提高诊断能力。3D SPACE技术目前已广泛应用于神经[10-12]、脑血管[13]、骨关节系统[14-15]等。

Hossein等[7]将3D SPACE技术应用于腰椎扫描，发现对于除椎体和椎间盘外的所有腰椎区域，3D SPACE序列具有更高的SNR、CNR和可见性。Bathala等[6]发现3D SPACE序列提供的前列腺和前列腺周围解剖结构在质量上与传统的2D TSE序列一样可靠。目前未见有确切数据对3D SPACE序列扫描直肠癌的图像进行质量评价以及SNR和CNR测量。本研究采用对同一患者分别进行2D TSE与3D SPACE序列扫描，排除了个体差异造成的干扰。通过对图像质量进行主、客观分析得知，3D SPACE序列扫描瘤体的SNR优于2D TSE序列，直肠周围脂肪及肌肉的SNR与传统2D TSE序列扫描的SNR无显著差异。2D TSE序列和3D SPACE序列的CNR无显著差异。3D SPACE序列对于显示直肠黏膜层及直肠肌层优于2D TSE序列，对直肠浆膜层或外膜、肠周脂肪、直肠系膜筋膜及瘤体的显示与2D TSE序列一样可靠。

随着MRI技术对直肠癌术前T分期研究的深入，肿瘤与直肠及其与周边各层结构的浸润关系得到更好的显示。本研究中共计13例病灶行2D TSE序列扫描诊断为T3期，行3D SPACE序列扫描诊断为T2期，最终经病理证实为T2期，这是由于当肿瘤存在于直肠纡曲处，在图像上极易与正常直肠外壁重叠，表现为肿瘤突破直肠外壁的假象。1例经2D TSE序列扫描诊断为T2期，经3D SPACE序列扫描诊断为T3期，最终经病理诊断为T3期，则是由于直行的直肠外壁重叠至肿瘤区域，图像上表现为直肠外壁完整。本研究中，2D TSE序列对诊断T分期准确度为76.00%，3D SPACE序列为98.67%，较孙轶群等[16]的结果高，考虑是由于本研究参数优化后层厚更薄以及样本量的差异所致。2D TSE序列在直肠癌扫描的层厚一般在3 mm以上，层间距通常设置为层厚的20%～30%，而厚层成像的直接影响就是部分容积效应，同时层间隔的存在会漏检相应的结构信息，这2个因素严重降低了层间分辨率。3D SPACE序列对2D TSE序列最大的优势是大幅增加层间分辨率，实现层面内与层面间的三维高分辨率[17]，部分容积效应接近消除。此外，3D SPACE序列扫描还支持任意平面重建，在获取任何倾角的图像时不依赖于操作人员，可用于复杂骨盆解剖的可视化，对于直肠这类走行不规则、个体化差异较大的器官，其诊断效率更高[18-20]。

综上所述，3D SPACE序列对于显示直肠癌病灶具有更高的SNR。对于直肠黏膜层及直肠肌层的显示具有更高的可见性。3D SPACE序列对于直肠癌T分期的诊断效能优于2D TSE序列。因此在临床工作中可以用3D SPACE序列替代2D TSE序列，对于患者的新辅助治疗[2]，提高手术切除率和保肛率，延长患者无病生存期有重要意义。

利益冲突 全部作者均声明无利益冲突