動態對比增強MRI定量參數直方圖分析在胃癌HER2表達中的應用價值

張霄，曲金榮，張宏凱，趙玉洲，劉鶯，黎海亮

胃癌是全球第5大常見惡性腫瘤，其死亡率位居所有惡性腫瘤第3位[1]。盡管胃癌的診治水平不斷提高，但大部分胃癌患者發現時已屬于進展期，手術切除率低，化療是主要的治療手段，總體療效不佳[2]。靶向治療現已成為胃癌精準化個體治療的重點。人類表皮生長因子受體2(Human epidermal growth factor receptor 2，HER2)是目前胃癌靶向治療最受關注的生物標志物之一。一項國際多中心隨機對照Ⅲ期臨床研究(TOGA試驗)的結果顯示，化療聯合針對HER2的曲妥珠單抗治療可顯著延長進展期胃癌患者的生存期[3]。明確HER2狀態對于能夠獲益于HER2靶向治療的胃癌患者十分重要。目前對HER2表達一般采用取活檢標本進行免疫組織化學法(immunohistochemistry，IHC)、熒光原位雜交(fluorescence in situ hybridization，FISH)進行檢測，但是HER2表達存在空間及時間的異質性，病灶治療過程中HER2狀態也可能出現變化，因此在腫瘤復發轉移后和行二線HER2靶向治療前需重復檢測HER2狀態[4]，然而通過反復多次的組織活檢來重新評估HER2的狀態在臨床實踐中是不可行的。因此，需要尋找一種無創性監測HER2狀態的方法。動態對比增強MRI(dynamic contrast-enhanced，DCE-MRI)定量參數不僅能反映組織的血流灌注和血管通透性，還能反映腫瘤空間和時間上的微環境改變[5]。以往研究表明DCE-MRI參數與胃癌表皮生長因子受體(epithelial growth factor receptor，EGFR)相關，可作為預測胃癌預后的生物標志物[6]。直方圖分析可以綜合反映組織內部的不均質性及信號分布情況，與常規測量的平均值相比可獲取更全面的信息[7]。目前關于DCE-MRI定量參數與HER2表達的關系尚不明確，本研究旨在初步探討DCE-MRI定量參數直方圖分析是否具有無創性評估HER2表達的價值。

材料與方法

1.病例資料

搜集2018年1月-2019年11月在河南省腫瘤醫院行腹部MRI檢查的胃癌患者。病例納入標準：①術后病理證實為胃癌；②術前1～2周行腹部DCE-MRI檢查；③病例資料完整，包括臨床、影像資料及HER2免疫組化結果；④患者均未合并其他嚴重基礎疾病及腫瘤病變。病例排除標準：①手術前行放化療等治療；②圖像質量較差，不能用于診斷；③病變長徑小于1 cm。

共收集74例患者，排除4例病變較小難以勾畫ROI及5例圖像質量難以滿足診斷要求者，最終納入65例患者，其中HER2陰性組34例，HER2不確定組22例，HER2陽性組9例。本研究通過河南省腫瘤醫院倫理委員會批準(批準文號：2019180)，并告知患者檢查前均簽署知情同意書。

2.檢查方法

患者檢者前禁食禁水6～8 h，檢查前15～20 min肌注鹽酸消旋山莨菪堿10 mg(杭州民生藥業，青光眼、低血壓等禁忌證者禁用)。MRI檢查采用德國Siemens 3.0T MR掃描儀(MAGNETOM Skyra,Siemens Healthcare,Erlangen,Germany)，18通道體線圈和內置的32通道脊柱線圈。掃描序列及參數：先行MRI平掃，包括軸面常規T2WI、冠狀面T2WI、矢狀面T2WI、橫軸面DWI(b=50、700 s/mm2)。DCE-MRI檢查采用自由呼吸放射狀K空間填充方式的容積內插體部檢查技術(star volumetric interpolated breath-hold examination，Star VIBE)，掃描參數：TR 3.87 ms，TE 1.82 ms，翻轉角12°，層厚2.5 mm，視野320 mm×320 mm，重建的像素大小1.0 mm×1.0 mm×3.0 mm，徑向視圖1659，掃描時間309 s。采集68期，每期包括72幅圖像。掃描開始后20 s，采用自動雙管高壓壓力注射器經肘前靜脈以2.5 mL/s流率注入對比劑Gd-DTPA(0.1 mmol/kg，廣州康臣藥業有限公司)，之后以同樣流率注入生理鹽水20 mL。

圖1 胃癌患者，男，73歲，HER2免疫組織化學結果1+。a)增強MRI示增厚胃壁明顯強化(箭)；b)病變位置勾畫ROI(箭)；c)容積轉移常數trans圖示病變所在位置(箭)；d)Ktrans直方圖，均值=0.322/min，Perc10=0.164/min，Perc25=0.230/min，Perc50=0.308/min，Perc75=0.390/min，Perc90=0.480/min。

3.圖像處理和數據分析

兩位診斷醫師采用4分制進行圖像質量評分[8]，評分標準：0分，明顯偽影，無法區分胃壁層次；1分，中等程度偽影，很難區分胃壁層次；2分，輕度偽影，較易區分胃壁層次；3分，無偽影，可清晰區分胃壁層次。

將DCE-MRI圖像導入美國GE Omni-Kinetics軟件(GE Medical,China)進行后處理，選擇胸主動脈以獲得動脈輸入函數(arterial input function，AIF)。由2位具有5年以上工作經驗的MRI診斷醫師采用雙盲法測量DCE-MRI定量參數，評估2位醫師測量數據的一致性，若一致性好，取其中一位醫師測得的數據用于后續分析。選取強化最明顯的期相，參考T2WI、DWI圖像逐層勾畫病灶邊界，盡量避開囊變、壞死和周圍血管的區域，并在軟件中將病灶融合，生成整個腫瘤三維ROI。采用Tofts模型生成藥代動力學參數，包含容積轉移常數(volume transfer constant，Ktrans)、速率常數(rate constant，Kep)、血管外細胞外間隙容積比(extravascular extracellular volume fraction，Ve)，獲取DCE-MRI定量參數的均值及第10、25、50、75、90百分位數(Perc10、Perc25、Perc50、Perc75、Perc90)(圖1)，然后進行統計學分析。

4.免疫組織化學染色

取患者術后病理組織進行免疫組織化學染色(免疫組化)檢測，由2位高年資病理醫師一起判讀，若兩者意見不一致，引入第三位醫師進行判斷。檢測流程及評分標準參照201l版《胃癌HER2檢測指南》[9]，評分標準：①0，胞膜無染色或<10%腫瘤細胞染色；②1+，≥10%腫瘤細胞微弱或隱約可見膜染色，僅有部分細胞染色；③2+，≥10%腫瘤細胞膜有弱至中度基底側膜、側膜或完全性膜染色；④3+，≥10%腫瘤細胞基底側膜、側膜或完全性膜強染色。檢測指南指出HER2檢測首選IHC法，IHC 0或1+判定為HER2陰性，IHC 3+判定為HER2陽性，IHC 2+判定為不確定，根據IHC結果將HER2狀態分為上述三組。

5.統計學分析

結 果

1.2位閱片醫師間的一致性分析

2位醫師對圖像質量評分的一致性很好(Kappa=0.837，P<0.01，表1)。

表1 2位MRI診斷醫師對圖像質量的評分

2位MRI診斷醫師測量DCE-MRI定量直方圖參數的一致性較好，ICC值為0.780～0.944(P<0.01)。

2.不同HER2表達組間DCE-MRI直方圖參數值比較

各定量參數直方圖結果均不符合正態分布，采用Kruskal-WallsH檢驗及Bonferroni校正法進行差異性分析。3種不同HER2表達類型組間的測量值及組間比較結果見表2，3組間的Ktrans均值、Perc25、Perc50、Perc75、Perc90及KepPerc75差異均有統計學意義(P值均<0.05)。對上述6個參數進一步進行兩兩比較，HER2陽性組與HER2不確定組比較，上述6個參數差異均有統計學意義(P值均<0.05)；HER2陰性組與HER2不確定組比較，上述6個參數差異無統計學意義(P值均>0.05，表3)。

表2 胃癌3種HER2表達類型的DCE-MRI直方圖參數比較結果

表3 各DCE-MRI直方圖參數組間兩兩比較的P值

3.診斷效能分析

對差異有統計學意義的直方圖參數繪制ROC曲線，其中KtransPerc75的診斷效能最佳(AUC=0.802)，診斷閾值為0.592/min，敏感度為88.89%，特異度為69.64%(表4)。

討 論

HER2也稱為ErbB2或HER2/neu，是位于17號染色體上的原癌基因，在乳腺癌、胃癌等多種腫瘤組織中均有不同程度的表達[10]。HER2為EGFR家族成員之一，與其配體結合觸發下游信號通路，增加腫瘤細胞的增殖活性，抑制腫瘤細胞的凋亡，促進新生血管形成，加快腫瘤進展[11]。不同HER2表達程度的胃癌具有不同的生物學特征，HER2陽性胃癌預后較差，復發率高，曲妥昔單抗聯合化療是HER2陽性晚期轉移性胃癌的一線治療方式，明確HER2狀態有助于治療方案的選擇[12]。本研究結果顯示，HER2陽性組的Ktrans均值、Perc25、Perc50、Perc75、Perc90及KepPerc75高于HER2不確定組，HER2陽性組的Ktrans均值、Perc50、Perc75高于陰性組(P值均<0.05)。Ktrans反映對比劑從血管滲透到血管外細胞外間隙(extravascular extracellular space，EES)的能力，Kep為對比劑從EES反流回血管的速率，Ktrans及Kep與血流量和血管壁通透性密切相關，HER2陽性組胃癌瘤體細胞增殖迅速，不成熟新生毛細血管增多且分化不成熟，導致腫瘤微血管通透性增加，對比劑交換增多、速度加快。目前尚無研究探討DCE-MRI定量參數與HER2的相關性，Joo等[6]的研究結果顯示Ktrans與胃癌EGFR等級呈顯著正相關，HER2作為EGFR家族一員，具有促進腫瘤細胞增殖、增加血管生成的作用，HER2陽性組的Ktrans及Kep的部分直方圖參數值高于另外兩組符合原理。Ve主要反映在EES中對比劑濃度占整個體素的百分比，本研究結果顯示，Ve各參數值在3組間的差異均無統計學意義，推測可能為腫瘤存在明顯的異質性，并且Ve在病變過程中的穩定性較差。目前Ve是否具有意義的說法不一，因此，Ve值在反映腫瘤異質性方面的價值仍需大樣本、多中心的研究證實。

直方圖分析與ROI內像素強度的灰度頻數分布有關，百分位數是直方圖的常用參數之一，可以更清楚地反映定量參數的整體分布情況[13]，目前已有報道顯示直方圖百分位數在腫瘤的分級及鑒別診斷中具有一定價值[14,15]。本研究Ktrans各參數中Perc50、Perc75、Perc90的AUC值均高于均值，其中KtransPerc75的診斷效能最高，Perc75表示在整個瘤體內有75%像素點的參數值小于此值，由于胃癌的異質性很高，相較于反映整體趨勢的平均值，百分位數能更加敏感地反映微小變化，不易受極端值的影響，Ktrans的高百分位數代表腫瘤最具侵襲性、血流灌注相對豐富的區域，更能反映腫瘤的生物學特征[16]。Sun等[17]研究DCE-MRI直方圖參數分析預測食管鱗癌放化療反應，結果顯示放化療前的KtransPerc10評估療效的能力高于平均值等其他參數，說明直方圖分析在反映腫瘤的內部特征中更具優勢。

本研究存在以下局限性：①病例未通過FISH檢測HER2基因是否擴增，明確IHC2+陽性或陰性。今后將進一步研究MRI是否具有鑒別HER2基因擴增的價值；②本研究樣本量較小，特別是HER2 IHC3+病例只有9例，可能會影響結果準確性，但相關研究表明HER2陽性率僅占13%左右[18]，今后應擴大樣本量并且進一步細化研究方案；③只研究了百分位數的部分參數，目前對紋理參數正在深入研究中。

綜上所述，DCE-MRI定量參數直方圖分析能夠反映腫瘤特征，具有評估胃癌HER2表達情況的潛能，但僅有KtransPerc90診斷HER2陽性表達的約登指數大于0.6，說明DCE-MRI定量直方圖參數的診斷效能不夠高。本研究為DCE-MRI在預測HER2表達中的初級探索，病例數較少，今后可增加樣本量，聯合擴散加權成像以及影像組學等方法提高MRI評估HER2表達的效能，使其真正發揮臨床價值。