體素內不相干運動擴散加權成像與動脈自旋標記技術在鼻咽癌不同分期中的擴散和灌注特征

廖麗萍， 廖海， 羅寧斌， 李強， 金觀橋， 韋波

鼻咽癌(nasopharyngeal carcinoma，NPC)是我國南方地區常見的頭頸部惡性腫瘤之一，鼻咽癌臨床分期可為治療和療效預測提供指導。盡管常規MRI在T分期的準確度達95%～100%[1]，但在診斷淋巴結轉移和遠處轉移方面仍存在困難，這歸因于常規MRI無法提供腫瘤功能信息，臨床上往往依賴PET/CT進行鼻咽癌準確的分期，但其具有輻射性。因此，需要一種非侵入性成像方法正確反映鼻咽癌分期以提高治療療效。體素內不相干運動擴散加權成像(intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI)是一種能夠同時測量擴散和灌注的成像技術，可從一定程度上反映腫瘤內部情況，其在鼻咽癌分期、良惡性病變鑒別診斷中具有較大的應用潛能[2-4]。三維準連續動脈自旋標記(three-dimensional pseudo continuous arterialspin labeling，3D pCASL)技術可以無創評估組織灌注信息，已經越來越多地應用于頭頸部腫瘤等疾病的研究中[5-7]。本研究通過分析IVIM-DWI與3D pCAS相關血流灌注及擴散參數在NPC分期中的特征，旨在探討IVIM-DWI與3D pCASL在鼻咽癌分期中的應用價值。

材料與方法

1.病例資料

前瞻性搜集2019年10月-2020年10月于我院就診的103例初診患者，所有研究對象在接受MRI檢查前均為首診患者，且經鼻咽鏡活檢病理確診為NPC。病例排除標準：①已經實施或給予任何形式的治療；②并發頭頸疾病或其他腫瘤；③有磁共振檢查禁忌癥。本研究經本院倫理委員會批準，所有患者檢查前均簽署知情同意書。

將入組患者分為高、低級別兩個組：低級別組包括臨床Ⅰ、Ⅱ期和T1、T2期及N0、N1期，高級別組包括臨床Ⅲ、Ⅳ期和T3、T4期及N2、N3期。

2.檢查方法

所有MRI檢查均采用GE Discovery MR750 W 3.0T磁共振掃描儀及頭頸聯合線圈。所有患者均行鼻咽部常規MRI平掃，然后行IVIM和3D pCASL掃描，最后行增強掃描。常規MRI掃描包括軸面T1WI (TR 568 ms，TE 11.8 ms)、T2WI-FS (TR 3897 ms，TE 95 ms)、冠狀面T2WI-IDeal(TR 3000 ms，TE 68 ms,層厚5 mm)，增強掃描包括軸面、矢狀面和冠狀面T1WI-FS (TR 426～823 ms，TE 9 ms)，視野22 cm×22 cm，層厚5 mm，層間距1 mm。

IVIM-DWI序列掃描參數：采用單次激發自旋回波擴散加權平面回波成像(SE-DW-EPI)序列，共11個擴散敏感系數b值(0、30、50、80、100、150、200、400、600、800 s、1000 s/mm2)，視野22 cm×22 cm，TR 4000 ms，TE 62.8 ms，層厚5 mm，層間距1 mm，帶寬250，矩陣128×128，b值NEX為2～4，掃描時長4 min 8 s。

3D pCASL序列掃描參數：采用3D螺旋采集方式，標記延遲時間(post label delay,PLD)為1525 ms，視野22 cm×22 cm，TR 4640 ms，TE 10.7 ms，層厚5 mm，層間距1 mm，帶寬62.50，矩陣512×8，NEX為3,掃描時間4 min 21 s。

3.IVIM-DWI及ASL數據處理與分析

IVIM-DWI和ASL的原始數據被導入GE-AW 4.6工作站Functool軟件上進行后處理。在 IVIM-DWI的原始圖像上，由兩位經驗豐富的放射科醫生選擇腫瘤的最大層面，在腫瘤邊緣手動勾畫感興趣區(region of interest,ROI)，ROI至少包括腫瘤面積的2/3，并且需結合平掃及增強掃描圖像，注意避開鄰近骨質和空氣等，出血、壞死區應被排除在ROI之外， 獲取以下相關參數：真實擴散系數(D)、灌注相關擴散系數(D*)和灌注分數(f)。將3D pCASL與軸面T2WI-FS圖像融合后進行ROI勾畫，與上述IVIM的測量方式一致。數據經后處理可獲得以下相關參數：平均腫瘤血流量(avrage of blood flow，BFavg)、最小血流量(blood flow，BFmin)、最大腫瘤血流量(blood flow，BFmax)。所有上述參數值均進行3次測量，最終結果取平均值。

4.統計學分析

結 果

1.一般資料

共有103例患者接受檢查，其中3例因運動偽影難以進行測量被排除，余100例患者納為研究對象(行ASL檢查者83例，行IVIM-DWI檢查者100例)，病理類型為非角化未分化癌95例，非角化分化型5例。根據AJCC第8版鼻咽癌分期系統進行評估。低級別組：T1/T2期(n=55)、N0/N1期(n=55)及臨床Ⅰ/Ⅱ期(n=32)，高級別組：T3/T4期(n=45)、N2/N3期(n=45)及臨床Ⅲ/Ⅳ期(n=68)。由于M1期的患者較少(n=4)，因此未將M分期納入統計學分析。100例患者的一般資料及分期見表1。

表1 100例患者的一般臨床資料和數據分布特征

2.IVIM-DWI及ASL參數與鼻咽癌分期的相關性分析

D、D*、f值與臨床總分期、T分期、N分期均呈負相關。T分期與D值呈低度負相關(r=-0.25，P<0.05),N分期與D值呈低度負相關(r=-0.31，P<0.05)；臨床總分期與D值呈中度負相關(r=-0.41，P<0.05)，與f值呈低度負相關(r=-0.191，P<0.05，表2)。

表2 鼻咽癌分期與ASL及IVIM-DWI各參數的相關性

3.IVIM-DWI及ASL各參數在鼻咽癌高、低級別組的差異比較

低級別組腫瘤的D值、D*值、f值均高于高級別組。在T分期中，低級別組的D值[(0.79±0.19)×10-3mm2/s]顯著高于高級別組[(0.71±0.12)×10-3mm2/s]。在N分期中，低級別組的D值[(0.82±0.19)×10-3mm2/s]顯著高于高級別組[(0.68±0.09)×10-3mm2/s]；低級別組的D*值[(14.25±5.09)×10-3mm2/s]顯著高于高級別組[(12.00±4.86)×10-3mm2/s]。在臨床總分期中，低級別組的D值[(0.87±0.22)×10-3mm2/s]顯著高于高級別組[(0.70±0.10)×10-3mm2/s]，低級別組的f值顯著高于高級別組[分別為(0.32±0.09)和(0.28±0.08)]；但低級別組的BFmax[(113.17±51.99)mL/min·100g]顯著低于高級別組[(146.65±77.14)mL/min·100g,圖1、2,表3]。

表3 IVIM-DWI和ASL參數在低級別組與高級別組之間的差異比較

圖1 NPC臨床Ⅱ期(T2N1)患者,男,59歲。a) T2WI圖像示右側鼻咽部腫瘤(箭)； b) D圖，D值為0.740×10-3mm2/s；c) ASL圖，BFmax值為109.5 mL/min·100g。 圖2 NPC臨床Ⅲ期(T3N0)患者,男，63歲。a) T2WI圖像示左側鼻咽部腫瘤(箭)； b) D圖，D值為0.700×10-3mm2/s； c) ASL圖，BFmax值為124mL/min·100g。

4.IVIM-DWI及ASL參數對鼻咽癌分期的診斷效能D值在鼻咽癌T分期、N分期、臨床總分期中的診斷效能較低，但均高于其他參數，ROC曲線下面積分別為0.621、0.642、0.683(圖3，表4)。

圖3 D值預測T分期、N分期及臨床總分期的ROC曲線。a) D值預測T分期的ROC曲線； b) D值預測N分期的ROC曲線； c) D值預測臨床總分期分期的ROC曲線。

表4 各分期與ASL及IVIM-DWI各參數間的ROC曲線分析結果

5.IVIM-DWI參數D*值、f值與ASL參數BFmax的相關性

D*值與BFmax呈負相關，相關系數r=-0.052(P>0.05)；f值與BFmax呈正相關，r=0.043(P>0.05)。

討 論

鼻咽癌臨床分期的準確性對于患者的治療至關重要，對治療療效及預后有重要影響。IVIM-DWI及3DpCASL的擴散和灌注參數在鼻咽癌分期中有一定價值。表明這些腫瘤生物標志物可能有助于鼻咽癌的分期，在臨床中具有一定指導意義。

IVIM-DWI雙指數模型可獲得組織更真實的擴散和灌注信息，其相關參數包括真實擴散系數(D)、灌注相關擴散系數(D*)、灌注分數(f)值。IVIM-DWI近年來已運用于多種器官組織腫瘤的血流灌注測量中[8]，還用于療效預測、監測的相關研究中[9,10]。本研究結果顯示D值與臨床總分期、T分期、N分期呈負相關，與黃琬云等[11]的研究結論一致。本研究發現在臨床總分期、T分期和N分期中，高級別組的D值均顯著低于低級別組，這與Lai等[2]的研究結果基本一致。IVIM-DWI各參數在鼻咽癌分期中，雖然診斷效能不理想，但仍然具有一定的診斷價值，其中D值的診斷價值最高，反映了D值對整個鼻咽癌分期產生的影響最大，這可能是由于鼻咽癌分期越高，腫瘤生長代謝越旺盛，細胞密度越大，細胞核與細胞漿比值越大，細胞外間隙越小，水分子擴散更容易受限，因此D值越低。本研究結果顯示，D*、f值隨著鼻咽癌分期的增高而降低，低級別組的D*值、f值分別在N分期、臨床總分期中顯著高于高級別組，但兩者對鼻咽癌分期的診斷效能低。然而Lai等[2]研究證實D*、f值具有較高的診斷效能。相關研究表明隨著腫瘤的生長，微血管的異常增生造成了組織內環境的結構紊亂、血液供應不暢，導致腫瘤組織的慢性缺氧，容易出現缺血、壞死等[12]；因此鼻咽癌分期越高，D*、f值越低。

ASL使用射頻脈沖磁化標記動脈血中的水質子作為內源性示蹤劑，可無創性評估灌注水平，該技術具有良好的信噪比和標記率，可重復性好。目前，ASL在腦實質中的應用已經成熟，在鼻咽癌的T1期診斷、療效評價中已有相關文獻報道[3,13]。有研究發現動態對比增強MRI(dynamic contrast-enhanced MRI,DCE-MRI )相關參數與ASL的BF值顯著相關，可以代替DCE-MRI評估鼻咽癌的灌注特性[14]。本研究結果顯示，ASL的BFmax對于鼻咽癌的診斷效能較差，但在臨床總分期高、低級別組間差異有統計學意義，在高級別組中腫瘤表現為高灌注，低級別組中則表現為稍高或中低灌注，這與張波等[15]的研究結論一致。一般認為，腫瘤內血管生成程度與其惡性程度呈正相關，腫瘤的惡性程度越高，越容易侵犯周圍結構及發生淋巴結和遠處轉移，也越需要豐富的血供；所以從低分期到高分期，BFmax越來越高。理論上，BFmax與IVIM-DWI灌注指標D*、f值應具有正相關性，但本研究結果顯示BFmax值與D*值呈負相關，與f值呈正相關(P>0.05)，BFmax值隨著鼻咽癌的分期的增高而增高，然而D*、f值隨著鼻咽癌分期的增高而降低。這與li等[3]、張波等[15]的研究結論不一致；分析其原因，可能與以下因素有關：①D*、f值具有不穩定性，這可能是因為D*值的測量精度受重復性、磁場下的組織特征和MRI檢查等因素的影響[16-18]，f值的測量在很大程度上依賴TE和T2弛豫時間[19]；②本研究測量的BF是腫瘤內部血流的最大值，而IVIM-DWI灌注參數測量的是腫瘤內部血流灌注的平均值，包含了低血量灌注區，且D*可能包含更多關于通透性的信息[20]。

本研究尚處于初步階段，仍存在以下不足之處：①3D pCASL的延遲標記時間(PLD)對灌注結果易產生影響，本研究只設定了PLD為1525 ms，該PLD是否為最佳時間還需進一步研究；②本研究為單中心研究，樣本選擇存在一定偏倚，可能會對結果造成一定影響。

綜上所述，3D pCASL與IVIM-DWI可無創反映鼻咽癌的擴散和血流灌注信息，在鼻咽癌分期中有一定指導作用，其中IVIM-DWI的相關參數D值價值最高。