DWI聯合DCE-MRI定量參數對非小細胞肺癌放化療早期療效評估的臨床應用價值

張順鎮 李 艷 許曉金 張凌菱

廈門市海滄醫院放射影像科，福建廈門 363001

肺癌是最常見的惡性腫瘤之一，多數肺癌患者就診時已屬于中晚期，其中非小細胞肺癌（NSCLC）約占85%，其術后5年生存率只有15%，主要治療手段為放化療[1]。傳統的影像學評估腫瘤的形態學變化不能真實反映腫瘤變化病理過程，磁共振功能成像能夠在腫瘤治療后早期發生變化獲取有用信息[2]。磁共振彌散加權成像（DWI）、體素內不相干運動（IVIM）、動態增強磁共振成像（DCE-MRI）、磁共振波普（MRS）等功能成像技術，可在活體狀態下評估組織的生理和代謝變化及腫瘤微循環狀態，為臨床診斷和治療提供參考。隨著MRI技術在肺部應用，通過掃描系列的優化能夠產生高質量的具有足夠空間分辨力的肺部影像[3]，有研究表明DWI和DCE-MRI技術對NSCLC的早期療效評估有明顯優勢[4]，本研究目的是探討DWI聯合DCE-MRI定量參數對非小細胞肺癌放化療早期療效評估的臨床應用價值

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2018年1月至2019年12月在廈門市海滄醫院行胸部CT檢查并經支氣管鏡或穿刺活檢病理證實為非小細胞肺癌患者共29例，其中男17例，女12例，年齡53～76 歲，平均（63.0±11.2）歲。納入標準：①所有患者均經組織病理學檢查明確非小細胞肺癌，滿足中國胸部腫瘤研究協作組等機構聯合制定的《肺癌多學科團隊診療中國專家共識》中相關診斷標準[5]。②首次接受放化療，并于放化療前1周內及放化療結束后3周分別行MR檢查；③肺癌病灶長徑2 cm以上；④本研究方案通過醫院醫學倫理委員會，所有患者均簽知情同意書。排除標準：①幽閉恐懼癥或其他不能配合原因導致患者不能配合MRI檢查者；②體內金屬植入物者；③MRI檢查禁忌者；④精神疾病患者；⑤臨床資料不完整；⑥合并其他部位惡性腫瘤；⑦易發生肺內或遠處轉移者。

1.2 方法

1.2.1 檢查技術及成像參數 所有病例均采用GE Signal HDXT 1.5T磁共振成像系統，8通道相控陣體部線圈 ,均行常規橫斷位 T1WI、T2WI、DWI、冠狀位T2WI序列檢查和DCE-LAVA增強掃描。常規橫斷位掃描范圍由肺尖至肺底，冠狀位由前往后包括整個肺野。掃描系列：①常規掃描系列分別為：RC Ax T1 SE PG 序列，TR（ms）自動，TE（ms）minful，層厚 10 mm，層間距 2 mm，矩陣 288×160，NEX1；RTr Ax T2 fs FSE序 列，TR（ms） 自 動，TE 90 ms，FOV 40 cm，層厚 10 mm，層間距 2 mm，矩陣288×224，NEX2；Cor T2 SSFSE序列，TR 1600 ms，TE 90 ms，層厚 8 mm，層間距 29 mm，矩陣 256×192，NEX1；②DWI掃描系列 RTr Ax DWI b=600序列，TR（ms）自動，TE minful（ms），FOV 40 cm，層厚10 mm，層間距 2 mm，矩陣 128×128，NEX6。③動態LAVA增強序列，TR（ms）自動，TE（ms）自動，FOV 40 cm，層厚10 mm，層間距-5 mm，矩陣288×160，全肺單期掃描時間約5 s，共掃描11期，總掃描時間3 min 25 s，掃描過程患者輕輕自由呼吸，開始注射造影劑同時啟動掃描，采用釓噴酸葡胺注射液（GD-DTPA），0.15 mmol/kg，經肘正中靜脈由高壓注射器注射，完成后生理鹽水15 ml沖洗，速率是2.5 ml/s。

1.2.2 圖像分析及數據處理 所有數據均在GE adw4.7工作站，通過GEN IQ后處理軟件進行，所有數據采集由2名放射科高年資醫師負責，采用雙盲法，選取病灶橫斷位最大直徑層面，在肺癌區域手動繪制感興趣區域（region of interest，ROI）以覆蓋病灶，放置ROI時，盡量避開鄰近的較大血管、壞死、囊變、鈣化及肺不張區域。通過軟件測量出DCE-MRI數據的定量動態增強參數并生成相關的參數圖，定量參數包括：Ktrans（容積轉移常數）、Kep（組織間隙-血漿速率常數）、Ve（細胞外間隙容積分數）、Vp（血漿容積分數）。DWI感興趣區（ROI）的選擇與上述DCE-MRI感興趣區一致，并測量彌散ADC值，所測得的值取平均數作為最終的參數值。

1.3 統計學分析

應用SPSS 19.0軟件進行數據處理，使用Spearman等級相關系數計算來自DCE-Mri定量參數和ADC值相關性。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 早期療效評估結果

根據實體腫瘤評價標準（RECIST）評價療效[6]，分有效組和無效組，有效組包括完全緩解（CR）和部分緩解（PR）共19例，無效組包括病變進展（PD）和病變穩定（SD）共10例。

2.2 DWI掃描結果

與治療前比較，有效組患者癌灶ADC值顯著增高（P＜0.05），無效組癌灶ADC值無顯著變化（P＞0.05）；組間比較，有效組患者治療后癌灶ADC值顯著高于無效組治療后（P＜0.05），見表1及圖 5、10。

表1 放化療前后患者腫瘤平均ADC值（×10-3 mm2·s-1）比較（）

表1 放化療前后患者腫瘤平均ADC值（×10-3 mm2·s-1）比較（）

組別 n 治療前 治療后 t值 P值有效組 19 1.231±0.122 1.574±0.141 3.314 0.040無效組 10 1.283±0.154 1.335±0.113 0.105 0.195 t值 0.122 2.683 P值 0.163 0.042

2.3 DCE-MRI掃描結果

與治療前比較，有效組患者治療后Ktrans、Kep及Ve均有下降，Ktrans、Kep、Ve的變化，差異有統計學意義（P＜0.05），見表2；組間比較，兩組患者治療后Ktrans、Ve及Kep比較，差異有統計學意義（P＜0.05），見表 3，圖 2～ 4、圖 6～9。

表2 有效組治療前后DCE-MRI定量參數比較（）

表2 有效組治療前后DCE-MRI定量參數比較（）

組別 n ktrans/（min-1） Kep/（min-1） Ve有效組 19治療前 0.276±0.115 1.315±0.316 0.262±0.079治療后 0.216±0.084 1.048±0.316 0.204±0.061 t值 2.649 3.051 2.655 P值 0.045 0.041 0.044

表3 有效組與無效組治療后DCE-MRI定量參數比較（）

表3 有效組與無效組治療后DCE-MRI定量參數比較（）

組別 n ktrans/（min-1） Kep/（min-1） Ve有效組 19 0.216±0.084 1.048±0.316 0.304±0.061無效組 10 0.205±0.067 0.982±0.238 0.361±0.074 t值 2.629 0.129 1.523 P值 0.048 0.163 0.079

圖1 治療前患者動態增強影像，可見左上肺占位性病變圖2 治療前患者定量參數偽彩圖Ktrans顯示腫瘤病灶及血流灌注情況圖3 治療前患者定量參數偽彩圖Kep顯示腫瘤病灶及血流灌注情況

圖4 治療前患者定量參數偽彩圖Ve顯示腫瘤病灶及血流灌注情況圖5 治療前患者DWI偽彩圖 ADC值為1.10×10-3mm2·s-1圖6 治療后患者動態增強影像，可見左上肺占位性病變較治療前明顯縮小

圖7 治療后患者定量參數偽彩圖Ktrans顯示腫瘤病灶及血流灌注情況圖8 治療后患者定量參數偽彩圖Kep顯示腫瘤病灶及血流灌注情況圖9 治療后患者定量參數偽彩圖Ve顯示腫瘤病灶及血流灌注情況圖10 治療后患者DWI ADC值為1.27×10-3mm2·s-1，較治療前ADC值升高男性患者，67歲，左上肺鱗癌，療效評價為PR。圖1～5依次為治療前動態增強及定量參數偽彩圖Ktrans（0.066 min-1）、Kep （2.295 min-1）、Ve（0.194）、ADC 值 1.10×10-3 mm2·s-1。圖 6-10 依次為治療后3周動態增強及定量參數偽彩圖Ktrans（0.049 min-1）、Kep （1.303 min-1）、Ve（0.167）、ADC值1.27×10-3mm2·s-1，顯示腫瘤治療后病灶ADC值升高，Ktrans、Kep及Ve降低。

2.4 放化療后腫瘤ADC值與DCE定量參數相關性分析

有效組及無效組患者化療后ADC值與定量參數 Ktrans、Kep無相關性（P均＞ 0.05），與 Ve有相關性（P均＜ 0.05），見表 4。

表4 放化療后腫瘤ADC值與DCE-MRI定量參數的相關性（）

表4 放化療后腫瘤ADC值與DCE-MRI定量參數的相關性（）

組別 n DCE定量參數 ADC值r值 P值有效組 19 ktrans （min-1）（0.216±0.084） 0.203 0.431 Kep（min-1）（1.048±0.316 ） 0.185 0.426 Ve（0.304±0.061） 0.471 0.031無效組 10 ktrans （min-1）（0.205±0.067） 0.027 0.811 Kep（min-1）（0.982±0.238） 0.039 0.729 Ve（0.361±0.074） 0.435 0.021

3 討論

磁共振彌散加權成像（DWI）是目前能在活體上進行水分子擴散測量與成像的唯一方法，通過在體內無創性檢測水分子運動狀態的改變，從微觀分子水平間接的反映組織結構和細胞密度等信息[7]。DWI定量分析通過測量ADC值獲得。有研究發現，腫瘤組織的細胞密度是影響ADC值的關節因素，細胞排列越緊密，細胞間隙越小，水分子擴散越受限，導致ADC值越小，反之，ADC值越大，肺癌組織新生細胞及小血管豐富，細胞間隙小，ADC值較正常組織降低[8]。本研究表1中可以看出，有效組患者治療后ADC值較治療前顯著增大，有效組患者治療后腫瘤的ADC值也顯著大于無效組，說明ADC值能夠較準確反映腫瘤組織的微觀結構及功能變化，該實驗結果與王丹丹等相關研究[6]一致，DWI可用作為非小細胞肺癌患者放化療早期療效評估的一種有效工具。

磁共振動態增強掃描（dynamic contrast-enhanced-MRI，DCE-MRI）是運用動態增強圖像和藥代動力學模型，通過研究組織中對比劑濃度隨時間的變化規律及對比劑血管內外的交換過程，定量描述腫瘤微血管生成及通透性等血流動力學信息[9]，通過計算得到四個定量參數：Ktrans（容積轉移常數）、Kep（組織間隙-血漿速率常數）、Ve（細胞外間隙容積分數）、Vp（血漿容積分數），定量評估腫瘤微循環特性。DCE-MRI已被諸多研究證實與腫瘤微血管密度、腫瘤分級、腫瘤放化療早期治療效果等相關，是一種能夠在活體反映病變血流動力學狀態和腫瘤微環境的功能成像技術[10]。但相關研究多見于無明顯呼吸運動及心臟運動影響的組織器官，如前列腺[11]和直腸[12]等，關于肺部動態增強磁共振的報道相對較少。本實驗只探討Ktrans、Kep、Ve定量參數意義。本實驗從表2～3顯示有效組治療后Ktrans、Kep、Ve均較治療前下降，且差異有統計學意義。有效組及無效組治療后Ktrans有統計學差異，Ve及Kep差異無統計學意義。Ktrans在評估腫瘤血流灌注較為敏感。Ve的變化尚有爭議。本實驗有效組Ve降低與焦學瑩[13]發現肺癌 BACE治療早期Ve降低一致，但與Alina等[14]發現接受新輔助化療的乳腺癌患者治療后早期Ve升高不符，有學者[15]提出在DCE-MRI中測得的Ve實際相當于對比劑的分布體積，治療后腫瘤壞死區增加、存活的有灌注的腫瘤面積減少，導致對比劑的分布減少，即Ve下降，但隨著時間延長，對比劑可能有足夠時間擴散到壞死區，使Ve升高。本實驗表4顯示有效組及無效組化療后腫瘤ADC值與Ve有相關性，表明化療后腫瘤組織壞死增多，腫瘤細胞密度降低，細胞外液增多，彌散不受限，ADC值升高，而腫瘤有效灌注面積減少，對比劑分布減少，Ve降低。本實驗與陶秀麗等[16]將 Ve可作為評估非小細胞肺癌早期療效的敏感指標觀點一致。本實驗選取測量動態增強定量參數的時點是腫瘤強化峰值，這能較大程度反映Ktrans變化，但對Ve的變化需要大量樣本證實。DCE-MRI不僅能反映腫瘤形態學變化，也能評價腫瘤組織微循環狀態。

DWI及DCE-MRI定量參數對晚期非小細胞肺癌放化療后早期療效評估均有一定臨床價值，但也存在不足。DCE-MRI在肺部成像技術要求很高，呼吸、心跳等運動偽影及肺部磁敏感偽影仍是影響其可重復測量的主要因素，其每個定量參數的作用和意義仍存在爭議；DWI的B值選擇不同、ROI不同選取方法等，對測量結果影響也較大，單指數模型只能得到體素內的平均擴散系數，僅反映擴散的總體情況。探討最佳磁共振功能成像技術參數組合評估臨床價值應用仍需大量病例研究。

綜上所述，DWI及DCE-MRI定量參數可作為非小細胞肺癌放化療后早期療效評估有效檢查方法，兩者聯合能獲取腫瘤組織內環境更多信息，定量參數Ve與ADC值聯合應用能更好的反映腫瘤細胞結構及微循環狀態變化。