ZOOMit IVIM成像評估子宮內膜癌病理分級及Ki-67表達的價值

王芳，劉穎，張宇威，馬娟微，葉兆祥

子宮內膜癌(endometrial cancer，EC)是女性生殖系統(tǒng)常見惡性腫瘤，在我國發(fā)病率僅次于宮頸癌，在西方部分發(fā)達國家已占據(jù)首位[1-2]。病理分級是評價EC惡性程度的重要指標之一[3-4]；核抗原蛋白Ki-67可反應細胞分裂及增殖活性，其表達指數(shù)與腫瘤進展密切相關[5]。術前準確評估EC病理分級及Ki-67表達有助于判斷患者預后及制定個性化的治療方案。

磁共振成像是EC患者術前首選的影像學檢查方法，其功能成像序列體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion，IVIM)是DWI的進階模型，無需對比劑，一次成像即可同時獲得組織內水分子擴散及微循環(huán)灌注信息[6]，多項研究顯示相對傳統(tǒng)DWI單指數(shù)計算模型，IVIM更有助于精準表征組織微觀結構特征[7-8]。由于需要多b值采集圖像，定量參數(shù)對圖像信噪比敏感，IVIM對成像設備及技術要求較高[9]。既往IVIM研究多采用常規(guī)單次激發(fā)平面回波成像(single-shot echo-planar imaging，SS-EPI)技術，研究顯示SS-EPI成像存在圖像空間分辨率低、偽影出現(xiàn)幾率高等不足，在高場強下表現(xiàn)更為顯著。有學者在頭頸部腫瘤的研究中發(fā)現(xiàn)，采用ZOOMit成像可顯著提高DWI圖像質量[10-11]。本次研究擬前瞻性搜集子宮內膜癌患者，探討ZOOMit技術在IVIM成像中的可行性以及ZOOMit IVIM成像在術前評估子宮內膜癌病理分級及Ki-67表達中的價值。

材料與方法

1.臨床資料

前瞻性收集2020年6月-2021年3月在天津醫(yī)科大學腫瘤醫(yī)院就診的65例子宮內膜樣癌患者。病例納入標準為：①活檢病理示子宮內膜癌并于活檢術后5～7天接受MRI檢查；②MRI檢查前未接受內分泌、放化療等內膜癌相關治療；③無MRI檢查禁忌癥。排除標準為：①圖像質量欠佳或腫瘤體積小，無法有效勾畫ROI；②未在本院行手術治療或MRI檢查與手術時間間隔超過14天；③術后病理示非子宮內膜樣癌。本次入組患者年齡37～77歲，中位年齡52歲，絕經前32人，絕經后33人。本研究經天津醫(yī)科大學腫瘤醫(yī)院倫理委員會批準，所有入組患者均簽署知情同意書。

2.MRI掃描方法

采用Siemens Magnetom Skyra 3.0T超導MR掃描儀和16通道相控陣體部線圈。檢查前囑患者適度憋尿。掃描序列包括常規(guī)橫軸面T1WI，冠狀面、矢狀面T2WI，橫軸面抑脂T2WI(FOV 360 mm×280 mm，層厚6 mm，層間距2 mm)，小視野斜軸位T2WI(FOV 280 mm×280 mm，層厚6 mm，層間距2 mm)，常規(guī)橫軸面及矢狀面DWI(FOV 360 mm×280 mm，層厚4 mm，層間距2 mm)，斜軸位ZOOMit IVIM(FOV 190 mm×106 mm，TR 4100 ms，TE 75 ms，矩陣56×100)及矢狀面T1WI多期動態(tài)增強掃描。其中入組的25例患者另加掃斜軸位SS-EPI IVIM序列(FOV 190 mm×105 mm，TR 4700 ms，TE 75 ms，矩陣44×80)。斜軸位ZOOMit IVIM及SS-EPI IVIM均垂直于子宮長軸位掃描，掃面范圍參考小視野斜軸位T2WI，層厚3 mm，層間距0 mm，b=0、20、40、80、120、200、400、800 s/mm2，激勵次數(shù)選擇2(b=0～400 s/mm2)、4(b=800 s/mm2)。

3.圖像質量評價

主觀評估：由兩名具有10年以上腹盆部影像診斷經驗的副主任醫(yī)師獨立在工作站(Syngo via)上從幾何失真、解剖細節(jié)及偽影三個方面對斜軸位ZOOMit IVIM、SS-EPI IVIM圖像進行評分。評分標準如下[12-13]：幾何失真：1為極度失真；2為存在失真；3為圖像局部失真；4為輕微失真；5為可能無失真；6為無失真。解剖細節(jié)：1為極度模糊，解剖細節(jié)無法顯示；2為模糊，病灶邊界顯示不清；3為圖像局部模糊，影響病灶邊界顯示；4為輕度模糊，病灶邊界顯示欠清；5為解剖細節(jié)顯示良好；6為解剖細節(jié)顯示佳。偽影：1為極度嚴重偽影，圖像顯示不清；2為嚴重偽影，影響圖像顯示；3為圖像局部存在偽影；4為輕微偽影；5為可能無偽影；6為圖像清晰，無偽影。

客觀評價：測量兩種技術成像的信噪比(signal to noise radio，SNR)及對比信噪比(contrast to noise radio，CNR)，計算公式如下：SNR=SI癌灶/SD背景，其中SI癌灶代表癌灶的信號強度，SD背景代表背景噪聲信號的標準差(此次研究選擇宮腔周圍信號均勻區(qū)的脂肪組織作為背景噪聲被試對象)；CNR=SI癌灶/SD背景-SI肌層/SD背景，其中SI肌層代表子宮正常肌層的信號強度[13]。測量過程：由一名具有五年工作經驗的放射技術人員參考斜軸位T2WI圖像，分別在b=800 s/mm2斜軸位ZOOMit IVIM及SS-EPI IVIM圖像上(相較其余b值圖像，b=800 s/mm2圖像病灶及周圍肌層顯示皆較為清晰)手動勾畫興趣區(qū)(region of interest，ROI)，ROI面積取值不低于30 mm2，重復測量三次取均值作為結果并記錄。每例圖像ROI勾選的層面、位置及面積在兩組IVIM圖像上保持一致。

4.定量參數(shù)測量

將65例患者斜軸位ZOOMit多b值DWI圖像導入后處理工作站(Body Diffusion Toolbox)，通過軟件分析自動生成標準擴散系數(shù)ADC圖、真擴散系數(shù)D圖、偽擴散系數(shù)D*圖及灌注分數(shù)f圖。由進行圖像主觀評分的兩名副主任醫(yī)師在生成的ADC圖上獨立進行ROI勾畫：過程中參考小視野斜軸位T2WI、DWI及多期動態(tài)增強圖像，選取腫瘤顯示最大層面，沿病變內側緣不規(guī)則形勾畫[14]，避開層面內非實性區(qū)如出血、壞死等。勾畫完成后復制ROI至D圖、D*圖及f圖(勾畫示例見圖1a～d、2a～d)。

圖1 患者，65歲，子宮內膜樣癌，G2級，局灶淺肌層浸潤。a)ADC圖呈低信號，ADC值為0.849×10-3mm2/s； b)D圖示D值為0.802×10-3mm2/s；c)D*圖示D*值為17.041×10-3mm2/s；d)f圖示f值為0.837；e)病理診斷為G2級(×400，HE)；f)Ki-67指數(shù)約40%。 圖2 患者,56歲，子宮內膜樣癌，G3級，淺肌層浸潤。a)ADC圖呈低信號，ADC值為0.785×10-3mm2/s；b)D圖示D值為0.742×10-3mm2/s；c)D*圖示D*值為18.670×10-3mm2/s；d)f圖示f值為0.672；e)病理診斷為G3級(×400，HE)；f)Ki-67指數(shù)約80%。

兩位醫(yī)師另測量其中25位患者基于SS-EPI成像的IVIM定量參數(shù)D值，ROI勾畫的層面、位置及面積與ZOOMit IVIM圖像保持一致。

5.病理判定標準

患者手術標本均由病理科醫(yī)師依據(jù)標準病理程序處理。病理分級：依據(jù)腺體結構和實性區(qū)的比例以及腺上皮細胞核的異型性分為三級：低級別(實性結構比例≤5%，G1)、中級別(實性結構比例6%～50%，G2)、高級別(實性結構比例>50%，G3)。Ki-67指數(shù)：腫瘤組織切片染色使用中杉金橋公司的鼠Ki-67單克隆抗體，腫瘤細胞漿內出現(xiàn)深褐色染色顆粒視為陽性，取10個視野放大400倍進行計算，指數(shù)定義為視野內陽性表達的腫瘤細胞數(shù)/總腫瘤細胞數(shù)×100%，Ki-67<50%視為低表達組，Ki-67≥50%視為高表達組[15](病理示例見圖1e～f、2e～f)。

6.統(tǒng)計學分析

采用SPSS 26.0及Medcalc 15統(tǒng)計軟件完成數(shù)據(jù)分析。采用Kappa檢驗分析兩名醫(yī)師主觀評分結果的一致性(Kappa<0.4一致性差、0.45≤Kappa<0.6一致性中等、0.6≤Kappa<0.8一致性較好、Kappa≥0.8一致性好)；采用Wilcoxon檢驗比較ZOOMit IVIM及SS-EPI IVIM圖像主觀評分、SNR、CNR及定量參數(shù)測量結果的組間差異；使用組內相關系數(shù)(intraclass correlation coefficient，ICC)評價兩位醫(yī)師定量參數(shù)測量結果的一致性：ICC>0.75表示一致性好。所有計量資料行S-W正態(tài)性檢驗及方差齊性分析。以術后病理作為檢驗標準，采用Spearman相關分析評估ZOOMit IVIM定量參數(shù)與子宮內膜癌病理分級、Ki-67表達之間的相關性。采用獨立樣本t檢驗或Mann-WhitneyU檢驗比較子宮內膜癌病理分級低級別組與高級別組、Ki-67低表達組與高表達組間各參數(shù)的差異。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。繪制組間差異有統(tǒng)計學意義參數(shù)的受試者操作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線，通過曲線下面積(area under curve，AUC)評價IVIM模型參數(shù)對子宮內膜癌病理高級別組、Ki-67高表達組的鑒別診斷效能。

結 果

1.術后病理資料

65例患者中高分化15例(grade1，G1)、中分化36例(grade2，G2)、低分化14例(grade3，G3)。依據(jù)國際婦科病理學會[16]建議，將G1與G2合并為低級別組共51例，G3歸為高級別組共14例。65例患者中Ki-67低表達組(<50%)33例，Ki-67高表達組(≥50%)32例。Ki-67高表達組患者平均年齡(54.3±7.1)歲，Ki-67低表達組平均年齡(50.6±6.6)歲，組間差異有統(tǒng)計學意義(t=-2.133，P=0.037)。患者年齡在病理高、低級別組間差異無統(tǒng)計學意義(t=-0.568；P=0.578)。

2.圖像質量評價

兩名醫(yī)師對ZOOMit IVIM及SS-EPI IVIM兩組圖像質量主觀評分一致性較好(Kappa值均>0.6)。ZOOMit IVIM及SS-EPI IVIM圖像在幾何失真(P<0.001)、解剖細節(jié)(P<0.001)、偽影(P<0.001)、SNR值(P<0.05)、CNR(P<0.05)值組間差異均具有統(tǒng)計學意義(表1)。D值測量結果在ZOOMit IVIM和SS-EPI IVIM兩組圖像間差異無統(tǒng)計學意義(Z=-0.700、-0.091；P=0.484、0.927)，但基于ZOOMit IVIM成像測量的D值兩名醫(yī)師的組間一致性更高(ICCZOOMit=0.957，95%CI 0.899～0.981；ICCSS-EPI=0.890，95%CI 0.750～0.952)，見圖3a～b。

表1 SS-EPI IVIM與ZOOMit IVIM圖像主觀評分比較

圖3 a)兩組IVIM圖像SNR箱型圖；b)兩組IVIM圖像CNR箱型圖。圖4 a) ADC值、D值、D*值及D與D*值聯(lián)合鑒別診斷G3級子宮內膜癌的ROC曲線，AUC值分別為0.711、0.763、0.678、0.817；b)ADC值、D值鑒別診斷子宮內膜癌Ki-67高表達組的ROC曲線，AUC值分別為0.698、0.720。

3.不同病理分級及Ki-67表達水平組間定量參數(shù)分布特征

兩名醫(yī)師對各定量參數(shù)值測量結果一致性良好：ADC值ICC 0.953(95%CI 0.922～0.971)，D值ICC 0.971(95%CI 0.949～0.983)，D*值ICC 0.785(95%CI 0.648～0.869)，f值ICC 0.889(95%CI 0.817～0.932)。本次研究取兩名醫(yī)師測量結果的均值進一步分析，見表2～4。

表2 病理低級別組與高級別組各定量參數(shù)值比較

①定量參數(shù)在病理高、低級別組間分布特征:ADC值、D值及D*值在病理高、低級別組間差異有統(tǒng)計學意義，與病理分級呈負相關(rs=-0.301、-0.374、-0.253，P=0.015、0.002、0.042)；ADC值、D值及D*值鑒別病理高級別組子宮內膜癌的AUC值分別為0.711、0.763、0.679，各參數(shù)值AUC組間差異無統(tǒng)計學意義(ADC值和D值：Z=1.071、P=0.284；ADC值和D*值：Z=0.328、P=0.743；D值和D*值：Z=0.828、P=0.407)。以D值≤0.782×10-3mm2/s作為最佳閾值時，敏感度、特異度、陽性預測值、陰性預測值分別為100%、47.06%、34.1%、100.0%。D與D*值聯(lián)合鑒別診斷病理高級別組子宮內膜癌的AUC為0.817(95%CI 0.701～0.902)，敏感度、特異度、陽性預測值(PPV)、陰性預測值(NPV)分別為78.57%、74.51%、45.8%、92.7%。D與D*值聯(lián)合鑒別病理高級別組AUC大于D*值(Z=2.537、P=0.011)、與ADC值及D值組間差異無統(tǒng)計學意義(Z=1.531、P=0126；Z=0.828、P=0.407)。參數(shù)f值與病理分級無相關性(rs=0.116，P=0.359)。

②定量參數(shù)在Ki-67高、低表達組間分布特征:ADC值、D值在子宮內膜癌Ki-67高、低表達組間差異有統(tǒng)計學意義(P<0.005)，與Ki-67表達水平呈負相關(rs=-0.343、-0.381，P=0.005、0.002)；ADC、D值鑒別診斷子宮內膜癌Ki-67高表達組AUC分別為0.698、0.720，ADC值及D值的AUC差異無統(tǒng)計學意義(Z=0.824，P=0.410)。以ADC值≤0.746×10-3mm2/s作為最佳閾值時，敏感度、特異度、陽性預測值、陰性預測值分別為46.88%、84.85%、75.0%、62.2%；以D值≤0.843×10-3mm2/s作為最佳閾值時，敏感度、特異度、陽性預測值、陰性預測值分別為93.75%、42.42%、61.2%、87.5%。D*值、f值與Ki-67表達無相關性(rs=-0.082、-0.007，P=0.516、0.959)。

表3 Ki-67低表達組與高表達組各定量參數(shù)值比較

表4 參數(shù)診斷病理高級別、Ki-67高表達組子宮內膜癌ROC曲線分析

討 論

本次研究顯示采用ZOOMit技術較常規(guī)SS-EPI可獲得更優(yōu)質的IVIM圖像，ZOOMit IVIM成像有助于術前評估子宮內膜癌病理分級及Ki-67表達。

IVIM成像可同時獲取組織內環(huán)境水分子擴散及微血管灌注信息，且成像過程無需使用對比劑，有望解決磁共振檢查在臨床實踐中一直頗受爭議的對比劑過敏及釓沉積難題，是近年來腫瘤影像研究的熱點[9,17-18]。目前IVIM成像研究多采用SS-EPI技術，SS-EPI由于成像回波鏈長、迂回的K空間填充方式及相位方向帶寬小等，易導致圖像存在失真變形、空間分辨率低、解剖細節(jié)顯示欠佳等不足[10,19]；另一方面子宮為一空腔臟器，且解剖位置臨近膀胱、直腸，易產生磁化率差異偽影，而IVIM相對較長的成像時間又增加了膀胱尿液充盈、腸腔蠕動等運動相關偽影的生成幾率，上述因素都將影響子宮成像質量，而良好的圖像質量是進行有效影像觀察及醫(yī)學研究的前提。本次研究嘗試采用ZOOMit技術行子宮內膜癌IVIM序列檢查，結果顯示ZOOMit IVIM圖像在幾何失真、解剖細節(jié)、偽影、信噪比、對比信噪比等方面均優(yōu)于SS-EPI IVIM，與既往ZOOMit在DWI研究中結果一致[10-11]。本次研究另測量了病灶分別基于ZOOMit及SS-EPI成像條件下的定量參數(shù)D值，選擇參數(shù)D是綜合考慮其受干擾因素較小，較為穩(wěn)健、客觀[20]，結果顯示D值在兩組圖像間差異無統(tǒng)計學意義，但基于ZOOMit成像醫(yī)師測量結果的組間一致性更高，有學者[21]在前列腺癌的研究中分別基于ZOOMit DWI與SS-EPI DWI提取影像組學特征，發(fā)現(xiàn)基于ZOOMit DWI提取的特征值具有更好的預測效能，結合本次研究提示ZOOMit成像更有助于醫(yī)學觀察及研究。

65例患者基于ZOOMit IVIM圖像獲取的定量參數(shù)值顯示，病理高級別組、Ki-67高表達組的ADC值、D值低于對應的病理低級別組及Ki-67低表達組，且在同一組織類別中，D值低于ADC值，與既往研究結果一致[22-24]。ADC值、D值與水分子擴散自由度正相關，在b值<1000 s/mm2時，基于水分子運動高斯分布模型的ADC值、D值主要與細胞密度、細胞形態(tài)等細胞外空間結構有關[25]。隨著腫瘤病理分級及Ki-67表達水平增高，組織內實性成分比例增加，細胞密度增大，間質血管生成增加，細胞外空間減少，水分子擴散自由度受限加劇，ADC值、D值減低，由于D值剔除了微循環(huán)灌注效應，故D值低于ADC值。在鑒別診斷子宮內膜癌病理高級別組、Ki-67高表達組中，D值AUC、敏感度、陰性預測值均高于ADC值，顯示存在趨勢上的差異，且D與D*值聯(lián)合診斷的AUC值進一步提高，更利于提示患者存在高風險。雖然統(tǒng)計結果顯示其特異度與陽性預測值較低，考慮與樣本量的大小及分布有關，下一步工作中將繼續(xù)收集樣本進一步分析。

參數(shù)D*值主要與體素內微循環(huán)血流速度有關，f值表示灌注成分占整體擴散的比例，與血流量有關[6]。既往申洋等[26]對卵巢良、惡性研究顯示卵巢良性組D*值高于惡性組，本次結果顯示病理低級別組D*值高于高級別組。分析隨著腫瘤惡性程度升高，單位體積內細胞密度增加，實性成分構成比增加，導致組織內微血管腔受壓，體素內微循環(huán)血流平均通過時間延長，D*值減低。本次研究結果顯示參數(shù)f值在病理高、低級別組與Ki-67高、低表達組間差異均無統(tǒng)計學意義，與邢金麗等[22]、孟楠等[27]在子宮內膜癌研究中的結果一致。f值與血流量相關，推測由于子宮內膜血供存在月經周期及內分泌水平的個體差異，且本次入組的病例皆為子宮內膜樣癌，大部分子宮內膜樣癌腫瘤血供并非異常豐富，上述原因導致不同病理分級、Ki-67表達組間血流量的差異不顯著。目前也有部分學者認為D*值、f值由于影響因素較多，可重復性欠佳，穩(wěn)定性較差，導致診斷效率較低[17,28]。D*值、f值在子宮內膜癌病變中的鑒別診斷價值仍需要擴大樣本量，統(tǒng)一掃描參數(shù)及后處理方式，聯(lián)合多中心及病理相關指標進一步研究。

本次研究存在一定局限性。首先綜合低b值區(qū)T2WI的透射效應及高b值區(qū)背景的抑制因素，圖像SNR、CNR只分析了b值=800 s/mm2的圖像，其余b值未納入分析，考慮在b值=800 s/mm2圖像病灶及周圍肌層顯示較為清晰，更有助于ROI準確勾畫；其次由于本次SS-EPI IVIM入組樣本量較少，未對比ZOOMit IVIM與SS-EPI IVIM成像定量參數(shù)的診斷效能，下一步工作將繼續(xù)擴大SS-EPI成像樣本量作進一步分析；另外，本次研究為單中心單機型研究，得出的結論需要聯(lián)合多中心、多機型進一步分析驗證。

綜上所述，ZOOMit技術在子宮內膜癌IVIM成像中具有較好可行性，ZOOMit IVIM成像對術前評估病理分級、Ki-67表達具有一定價值，有助于無創(chuàng)評估內膜癌腫瘤侵襲性及增殖性特征，為臨床判斷預后及制定個性化的治療方案提供參考。