DWI和PWI對宮頸癌放療效果的預測及放療前后影像學特征與病灶徑線變化的相關性

龐奇峰 金蘊菁 徐棟

宮頸癌是常見的女性生殖系統腫瘤，其發病率僅次于乳腺癌，我國每年約有13萬例的新發病例[1]。目前，宮頸癌的治療以手術治療和放療為主，化療為輔，其中放療包括外照射和腔內放療，適用于各期宮頸癌，具有不可替代性[2]。既往研究顯示，Ⅰ～Ⅳ期宮頸癌患者放療后5年生存率均較理想[3]。但因為腫瘤存在異質性，對放療敏感性也有不同，所以在治療前判斷腫瘤的放療敏感性對制定治療方案有著重要意義。MRI檢查是評價宮頸癌放療療效的最佳方法之一，但常規MRI檢查只能觀察腫瘤的形態、大小、信號等形態結構特征，而擴散加權成像（diffusion weighted imaging,DWI）可檢測組織內水分子的擴散運動，與表觀彌散系數（apparent diffusion coefficient,ADC）相結合還可在腫瘤發生形態結構改變前反映其微觀變化[4]。灌注加權成像（perfusion weighted imaging,PWI）可檢測組織內血流灌注的變化，通過測量強化峰值（peak height,PH）、最大上升斜率（maximun slope of increase,MSI）和達峰時間（time to peak,TTP），進一步判斷腫瘤內部的微血管生成情況，在腦部腫瘤中得到廣泛應用。PWI能在腫瘤出現形態改變之前就探測到腫瘤內微血管生成的狀態[5]。近年來，宮頸癌患者的放療敏感性評估是婦科腫瘤臨床研究的重點。筆者通過檢測宮頸癌患者放療前后ADC、PH、MSI、TTP的變化，探討上述指標變化與腫瘤徑線的相關性，并分析4項指標單獨及聯合檢測對宮頸癌患者放療效果的預測效能，以期為宮頸癌患者放療敏感性評估提供依據，現報道如下。

1 對象和方法

1.1 對象 選取2019年10月至2021年9月紹興第二醫院就診并接受放療的宮頸癌患者57例為放療組，年齡 41～69（54.91±7.00）歲，BMI 14.90～28.90（21.50±3.04）kg/m2；已婚39例，未婚18例；按照國際婦產科協會（International Federation of Gynecology and Obstetrics,FIGO）2009宮頸癌分期[2]，分為Ⅱb期11例、Ⅲa期19例、Ⅲb期13例、Ⅳa期11例、Ⅳb期3例。納入標準：（1）病理檢查診斷為宮頸癌，且病理類型為鱗癌；（2）臨床評定無法手術治療；（3）既往無手術史及放化療史。排除標準：（1）臨床資料不完整；（2）MRI檢查等資料缺失；（3）合并其他惡性腫瘤。另選取同院同期無宮頸疾病史、無MRI檢查禁忌證的宮頸炎患者32例作為對照組，年齡 41～68（53.53±6.48）歲，BMI 13.50～26.10（21.16±2.97）kg/m2；已婚 25 例，未婚 7例。兩組患者年齡、BMI、婚姻情況比較差異均無統計學意義（均P＞0.05）。本研究經紹興第二醫院醫學倫理委員會批準，患者及其家屬均簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 放療 選用德國Siemens公司Primus 6MV-X射線儀，采用調強放療方案，囑患者排空直腸、充盈膀胱后取仰臥位，依據CT掃面圖像勾畫腫瘤病灶靶區、臨床靶區、計劃靶區及受照射所危及的器官。外照射劑量為95%以上的計劃靶區照射劑量達47～50 Gy，5次/周，危及器官受照劑量要求：小腸V45＜20%、膀胱V45＜30%、直腸 V45＜40%、雙側股骨頭 V30＜25%、骨盆V40＜40%。腔內照射1次/周，劑量5～10 Gy，總劑量35～45 Gy。

1.2.2 MRI檢查 使用德國Siemens公司Magnetom Verio 1.5 T磁共振儀，以髂骨上緣至恥骨聯合下緣為掃描區域，對所有研究對象均進行常規MRI、DWI、PWI以及MRI增強掃描。對照組治療前行MRI檢查，放療組分別在放療前1周及放療結束后1個月進行MRI檢查。

T1WI采用快速自旋回波（fast spin echo,FSE）序列：重復時間（repetition time,TR）/回波時間（echo time,TE）=700 ms/20 ms，層厚/間距=4 mm/1 mm，矩陣256×256；T2WI采用反轉快速自旋回波（fast recovery fast spin echo,FRFSE）序列：TR/TE=3 000 ms/100 ms，層厚/間距=4 mm/1 mm，矩陣256×256；軸位DWI采用平面回波成像（echo planar imaging,EPI）序列：TR/TE=4 025 ms/63.5 ms，層厚/間距=4 mm/0 mm，矩陣 128×96，b值取 0、800 s/mm2。PWI掃描采用快速小角度激發（fast low angle shot,FLASH）序列，以腫瘤最大層面為病灶中心層進行掃描:TR/TE=5.0 ms/1.5 ms，層厚/間距=3.6 mm/1 mm，視野（field of view,FOV）=260 mm，VOXEL SIZE=2.06 mm×4 mm，MATRIX：192×136，信號平均次數（number of excitation,NSA）=1，20層，每層35期掃描，時間間隔為0.58 s，采用高壓注射器以3 ml/s靜脈團注對比劑二乙三胺五乙酸釓絡合物/釓噴酸葡甲胺鹽（Gd-DTPA），劑量為0.1 mmol/kg，隨后以相同的速率注射0.9%氯化鈉注射液15 ml沖洗管道，靜脈團注開始后啟動掃描。于灌注掃描結束后行常規增強掃描，采用FSE序列T1WI成像，分別行冠狀位、矢狀位、橫斷位 T1WI，TR/TE=4.0 ms/1.9 ms，FOV=320 mm，層厚=4 mm，重建厚度=2 mm，MATRIX：320×160。由2位副主任醫師獨立進行影像分析，若結果不一致，經討論后統一診斷結果。

將掃描數據導入Mean Curve軟件包分析，以腫瘤強化最顯著的區域為感興趣區，生成時間-強度曲線，并計算相關灌注參數值，包括PH、MSI及TTP。

1.3 觀察指標 （1）比較兩組患者的ADC、PH、MSI、TTP；（2）比較放療前后宮頸癌患者的ADC、PH、MSI、TTP，記錄放療前后病灶最大橫徑和最大縱徑，計算放療前后病灶徑線變化率，橫徑變化率=（放療前橫徑-放療后橫徑）/放療前橫徑×100%，縱徑變化率=（放療前縱徑-放療后縱徑）/放療前縱徑×100%；（3）根據放療前后病灶最大徑的變化將宮頸癌患者分為放療有效組（病灶完全消失或病灶最大徑縮短≥30%）和放療無效組（病灶最大徑縮短＜30%或增大），比較放療有效組和放療無效組間病灶最大橫徑和最大縱徑以及ADC、PH、MSI、TTP。

1.4 統計學處理 采取SPSS 22.0統計軟件。計量資料以表示，組間比較采用兩獨立樣本t檢驗；計數資料以頻數[例（%）]表示，組間比較采用χ2檢驗；采用Spearman秩相關分析放療前后病灶徑線變化率與放療前各項參數的相關性；采用ROC曲線分析ADC、PH、MSI、TTP及4項指標聯合檢測對宮頸癌患者放療效果的預測效能。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 放療有效組與放療無效組患者臨床資料的比較 放療有效組41例，放療無效組16例。兩組患者年齡、BMI、婚姻狀況等方面比較差異均無統計學意義（均P＞0.05）；放療無效組FIGO分期Ⅳ期占比明顯高于放療有效組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表1。

表1 放療有效組與放療無效組患者臨床資料的比較

2.2 放療組和對照組ADC、PH、MSI、TTP的比較 放療組ADC、TTP較對照組低，PH、MSI較對照組高，差異均有統計學意義（均P＜0.05），見表2。

表2 放療組和對照組ADC、PH、MSI、TTP比較

2.3 放療前后宮頸癌患者ADC、PH、MSI、TTP的比較 與放療前比較，放療后宮頸癌患者ADC、TTP明顯升高，PH、MSI明顯降低，差異均有統計學意義（均P＜0.05），見表3。

表3 宮頸癌患者放療前后ADC、PH、MSI、TTP的比較

2.4 放療有效組與放療無效組患者治療前ADC、PH、MSI、TTP以及最大橫徑、最大縱徑的比較 放療有效組放療前ADC、PH、MSI均高于放療無效組，最大橫徑和最大縱徑均小于放療無效組（均P＜0.05），但兩組TTP比較差異無統計學意義（P＞0.05），見表4。

表4 放療有效組與放療無效組患者放療前ADC、PH、MSI、TTP以及最大橫徑、最大縱徑的比較

2.5 放療前后病灶徑線變化率與DWI、PWI參數的相關性分析 結果顯示，最大橫徑變化率、最大縱徑變化率與放療前MSI均呈負相關（r=-0.623、-0.713，均P＜0.05），但與ADC、PH、TTP均無相關性（均P＞0.05），見圖1、2。

圖1 宮頸癌患者放療前后最大橫徑變化率與放療前MSI值關系散點圖

圖2 宮頸癌患者放療前后最大縱徑變化率與放療前MSI值關系散點圖

2.6 ADC、PH、MSI、TTP及4項指標聯合檢測對宮頸癌患者放療效果的預測效能 將宮頸癌患者放療前ADC、PH、MSI和TTP與放療效果（放療有效=1，放療無效=0）進行ROC曲線分析，其AUC分別為0.780、0.738、0.774、0.639，4項指標聯合檢測的AUC為0.925，見表5、圖3。

表5 ADC、PH、MSI、TTP及4項指標聯合檢測對宮頸癌患者放療效果的預測效能分析

圖3 ADC、PH、MSI、TTP及4項指標聯合檢測預測宮頸癌患者放療效果的ROC曲線

3 討論

宮頸癌的病因較為復雜，除人乳頭瘤病毒感染為其首要病因外，還受性行為、分娩、遺傳及生活方式的影響[6]。近年來，宮頸癌的發病率有所上升，患病年齡有年輕化趨向，嚴重威脅女性生活質量及健康[7]。由于宮頸癌發生早期無典型的臨床癥狀，導致患者就診時多已處于中晚期，進而影響預后[8]。及時、準確的對放療效果評估，可最大程度上減少對正常組織的損傷，也可幫助醫師及時調整方案，保證療效，有利于患者預后。MRI檢查可清晰地顯示軟組織結構、顯現腫瘤病灶與癌旁組織的位置關系、判斷腫瘤的擴散情況及其性質，在宮頸癌的臨床診斷中具有重要價值[9]。MRI檢查多用來觀察腫瘤形態結構的改變，但形態結構的改變常發生于分子水平改變之后[10]。

DWI對水分子的微觀運動極其敏感，可通過檢測組織中水分子擴散狀態間接反映組織微觀結構的變化，具有無輻射、重復性強等優點，可用來評估腫瘤患者的療效、隨訪情況[11]。ADC為DWI的定量指標，計算ADC用于腫瘤的診斷及其效果評價已成功應用于乳腺癌[12]、腦膠質瘤[13]等疾病。本研究中，放療組ADC低于對照組；與放療前比較，放療后宮頸癌患者ADC升高，但仍低于對照組。宮頸癌患者病灶處腫瘤細胞快速增殖，進而對DWI檢查中水分子擴散的阻礙更大，導致ADC減小，放療可不同程度的殺死腫瘤細胞，病灶處腫瘤細胞數量減少，對水分子擴散的阻礙減小，ADC升高[14]。多項研究表明，在腫瘤治療成功后ADC會有所增加，反映水分子擴散限制減少和細胞密度的降低，腫瘤形態結構的變化比水分子擴散運動變化慢[15-17]，與本研究結果一致。因此，DWI結合ADC可于腫瘤組織形態結構發生改變前從微觀角度來評價療效。PWI以對比劑作為媒介，通過對指定區域的接快速成像，來獲得灌注參數，反映腫瘤組織內微血管狀況，PH、MSI和TTP是與血管灌注率關系較為密切的指標。因此，觀察PWI參數可了解組織內血流動力學改變情況，得到血流灌注信息，從而了解組織的微血管分布及毛細血管通透性。PH反映對比劑流入量，間接反映微血管數量及容積；MSI反映對比劑流入的速度大小，與腫瘤微血管密度有關，密度越高血供越豐富，MSI越大；TTP是指組織強化達到峰值的時間，反映血管阻力，與灌注速率成反比。本研究中，放療組PH、MSI高于對照組，TTP低于對照組；與放療前比較，放療后宮頸癌患者PH、MSI明顯降低，TTP升高。宮頸癌患者化療后腫瘤體積縮小、腫瘤細胞數目降低，內部微血管密度及數量減少，PH、MSI降低；腫瘤組織的壞死纖維化等導致血管阻力增大，血流灌注減少，TTP增大。提示宮頸癌患者放療前腫瘤細胞增殖迅速，微血管密度及數量較高，放療后腫瘤細胞壞死繼而纖維化，局部血管內皮增厚、管腔閉塞，進一步減少病灶處血流灌注，中斷腫瘤細胞的營養供給，加快腫瘤細胞的死亡。ROC曲線分析顯示，宮頸癌患者放療前ADC、PH、MSI、TTP及4項指標聯合檢測均對放療效果有較好的預測效能，提示DWI、PWI可用于從微觀角度出發，來評估宮頸癌患者放療效果。

綜上所述，DWI可通過測量ADC提供腫瘤評估的相關依據，PWI可通過測量PH、MSI、TTP來判斷腫瘤內部微血管變化情況，兩者結合可較為全面的評估放療效果，為臨床醫師制定及調整治療方案提供依據。