酰胺質子轉移成像與體素內不相干運動成像評估子宮內膜腺癌組織學分級的價值

孔雅晴，曲倩倩，明蕾，王哲，鄧凱*

子宮內膜癌（endometrial carcinoma, EC）是女性生殖系統常見的惡性腫瘤之一，以腺癌多見，嚴重威脅女性健康。根據2009 年國際婦產科聯盟的標準[1]，將EC的病理分級分為三級：高分化癌G1，中分化癌G2，低分化癌G3。大約80%的EC為Ⅰ～Ⅱ級的子宮內膜腺癌（endometrial adenocarcinoma, EA），其余為Ⅲ級的EA和其他組織學類型的EC，如透明細胞癌或漿液性癌。EC的病理分級與患者預后直接相關[2]，且腫瘤級別的高低直接影響臨床治療方式的選擇，因此術前準確評估腫瘤的組織學分級對于臨床治療計劃以及改善患者預后有著重要的意義[3]。MRI技術具有較高的軟組織分辨率，已廣泛應用于EC術前診斷。酰胺質子轉移（amide proton transfer, APT）成像是一種新型的化學交換飽和轉移（chemical exchange saturation transfer,CEST）MRI技術，該技術通過檢測組織內源性蛋白質或多肽中的酰胺質子與水質子的交換速率來反映細胞內蛋白質濃度和pH值[4-5]，從而將MRI技術的應用范圍擴展到分子水平。體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion, IVIM）采用多b值，基于多種模型，減小了擴散加權成像（diffusion weighted imaging,DWI）單指數模型受到的腫瘤內部毛細血管微灌注的影響，能夠定量評估毛細血管微灌注產生的擴散系數D*及灌注系數f，可以更加準確地反映水分子擴散程度，同時獲得灌注相關信息，更加全面地反映腫瘤微觀情況[6]。作為功能MRI技術，近年來APT成像和IVIM成像在EC的術前診斷中得到了初步應用[7-10]，但關于分析及比較二者在評估EA分級中的價值的應用鮮有報道。本研究目的是探討APT 成像和IVIM 成像在評估EA術前組織學分級中的價值。

1 材料與方法

1.1 研究對象

這項前瞻性研究得到了我院倫理委員會的批準，批準文號：[2021]倫審字（S1036）號，獲得了每位患者的知情同意并已簽署知情同意書。自2021 年4月至2022年7月，根據臨床癥狀及超聲或CT檢查結果，60 名懷疑為EC 的患者治療前接受了磁共振檢查（包括APT 和IVIM 序列）。在60 名患者中，21 名患者由于以下原因被排除在外：（1）病變范圍太小無法測量（n=7）；（2）術后病理結果為子宮內膜息肉（n=6）；（3）術后病理結果為子宮內膜漿液性癌（n=1）；（4）術后病理結果為子宮內膜非典型增生（n=3）；（5）掃描序列不全或圖像存在過多偽影（n=3）；（6）未進行手術（n=1），最終39名病理證實為EA的患者被納入研究，年齡29～68歲。圖1顯示了關于患者選擇的簡要流程圖。在39名患者中，術后病理結果為Ⅰ級的有16例，Ⅱ級為14例，Ⅲ級為9例。

圖1 患者納入流程圖。APT 為酰胺質子轉移成像；IVIM 為體素內不相干運動成像。Fig. 1 Patient selection flowchart. APT: amide proton transfer; IVIM:intravoxel incoherent motion.

1.2 儀器與方法

采用3.0 T 磁共振成像儀（Ingenia CX, Philips Healthcare, the Netherlands），體部18 通道相控陣線圈，采取仰臥位及腳先進的方式減少小腸蠕動偽影，并適度充盈膀胱。所有患者術前均行MRI檢查，除常規MRI序列（如T2WI-SPAIR、T1WI-TSE等）外，所有患者還接受了APT、IVIM 序列檢查，其中IVIM b 值為0、50、100、150、200、400、600、800、1000、1200 s/mm2。根據常規MRI 序列確認子宮位置及形態后，以矢狀位T2WI-SPAIR 及冠狀位T2WI-TSE 為定位圖像，在子宮短軸位行APT 及IVIM 序列掃描。之后注射對比劑行動態增強磁共振成像（dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging, DCE-MRI）序列掃描。各序列掃描參數如表1所示。

表1 各掃描序列參數Tab.1 Details of MRI imaging parameters

1.3 圖像處理

將APT 圖像上傳至工作站（IntelliSpace Portal.V9.0.4.31010）測量APT 值。IVIM 圖像通過MRIcroGL及MITK軟件進行后處理并測量IVIM衍生參數f、D、D*值。由兩名對婦科影像有15年以上診斷經驗的放射科副主任醫師在對患者臨床、病理信息不知情的情況下分別獨立閱片并繪制感興趣區（region of interest, ROI）。首先，通過T2 及DCE 序列圖像大致確定病變范圍。其次，每位醫師參考T2 及DCE 序列圖像并通過將APT 與T2 序列融合的方式，在APT 及IVIM 原始圖像上繪制多邊形ROI（選擇與APT 序列相同層面的病變在IVIM 序列圖像上繪制ROI），選取病灶直徑大于1 cm 的層面進行勾畫（大于3 個層面），在盡量避開囊變、壞死及腫瘤邊緣等區域的基礎上包括盡可能多的腫瘤實性成分，保證每位醫師選取的ROI面積盡可能相近。最后，分別記錄兩位醫師感興趣區的APT值及IVIM衍生參數值并取兩位醫師測量的平均值用于最終分析，相關圖片如圖2～4所示。

1.4 統計學方法

使用SPSS 22.0 及MedCalc 軟件進行統計學分析，P＜0.05 表明差異具有統計學意義。首先通過Shapiro-Wilk檢驗分析APT值及IVIM各衍生參數值是否符合正態分布，符合正態分布的參數值用平均值±標準差的形式表示。使用組內相關系數（intra-class correlation coefficient, ICC）評估兩位醫師測量各參數結果的一致性，評估標準：≥0.75為一致性很好，0.60～0.74為一致性良好，0.40～0.59為一致性中等，＜0.40為一致性差。方差齊性檢驗之后，采用單因素方差分析比較各級EA之間APT值及IVIM各衍生參數值（f、D、D*）的差異。之后采用受試者工作特征（receiver operating characteristic, ROC）曲線評估差異具有統計學意義的參數對EA 級別的鑒別效能，并采用Delong 檢驗比較各曲線下面積（area under the curve, AUC）的差異性。同時，對于有診斷意義的參數，我們還采用了logistic 回歸進行聯合診斷。最后采用Spearman 相關性分析，評估APT 值、IVIM 衍生參數值與組織學分級之間以及APT 值和IVIM 各衍生參數值之間的相關性。

2 結果

2.1 兩位醫師測量結果一致性檢驗

本研究中所有參數值均符合正態分布。兩位醫師測量的各參數值的組內相關系數分別為：APT 0.955（95%CI:0.913～0.976）；f 0.958（95%CI:0.922～0.978）；D 0.964（95%CI:0.932～0.981）；D*0.825（95%CI:0.692～0.904），兩位醫師對APT值及IVIM各衍生參數值的測量結果均表現出很好的一致性。

2.2 三級之間APT值和IVIM衍生參數值的比較

三級之間APT 值和IVIM 衍生參數值的比較見表2。Ⅰ級EA的APT值和IVIM衍生參數（f、D、D*）值分別為2.66%±0.63%、0.220%±0.080%、（0.80±0.19）×10-3mm2/s、（0.023±0.010）mm2/s；Ⅱ級EA 各參數值分別為3.17%±0.43%、0.170%±0.049%、（0.77±0.15）×10-3mm2/s、（0.020±0.007）mm2/s；Ⅲ級EA各參數值分別 為3.45%±0.42%、0.150%±0.011%、（0.69±0.10）×10-3mm2/s、（0.017±0.007）mm2/s。

表2 三級EA之間APT值和IVIM衍生參數值的比較Tab.2 Comparisons of APT values and IVIM-derived parameters among three grades

2.2.1 Ⅰ級vs. Ⅱ級

Ⅰ級病變的APT 值顯著低于Ⅱ級病變（P=0.012），Ⅰ級病變的f 值顯著高于Ⅱ級病變（P=0.027）。Ⅰ級與Ⅱ級病變的D 值、D*值差異無統計學意義。

2.2.2 Ⅰ級vs. Ⅲ級

Ⅰ級病變的APT 值顯著低于Ⅲ級病變（P=0.001），Ⅰ級病變的f 值顯著高于Ⅲ級病變（P=0.010）。Ⅰ級與Ⅲ級病變的D 值、D*值差異無統計學意義。

2.2.3 Ⅱ級vs. Ⅲ級

Ⅱ級和Ⅲ級病變之間APT 值、f 值、D 值和D*值差異均無統計學意義。

2.3 APT 值、f 值及二者聯合診斷鑒別EA 級別的效能評估及比較

2.3.1 Ⅰ級vs. Ⅱ級

APT 值、f 值及二者聯合診斷鑒別Ⅰ級和Ⅱ級EA的AUC、敏感度、特異度分別為：0.78（95%CI:0.59～0.91）、92.8%、68.7%；0.70（95%CI:0.50～0.85）、71.4%、68.7%；0.83（95%CI:0.64～0.94）、92.8%、81.2%。APT 值與f值的AUC 之間（P=0.520，Z=0.63）、APT值與聯合診斷的AUC之間（P=0.540，Z=0.59）以及f值與聯合診斷的AUC之間（P=0.120，Z=1.54）的差異無統計學意義（表3，圖5～6）。

圖5 APT 值、IVIM 各衍生參數、APT 值和f 值聯合鑒別I 級和Ⅱ級子宮內膜腺癌的ROC 曲線，AUC 值分別為0.78（P＜0.05）、0.70（P＜0.05）、0.55（P＞0.05）、0.59（P＞0.05）、0.83（P＜0.05）。 圖6 APT 值、IVIM各衍生參數、APT 值和f值聯合鑒別I級和Ⅲ級子宮內膜腺癌ROC 曲線，AUC 值分別為0.86（P＜0.05）、0.81（P＜0.05）、0.68（P＞0.05）、0.68（P＞0.05）、0.92（P＜0.05）。APT為酰胺質子轉移成像；IVIM為體素內不相干運動；f為灌注分數；D為擴散系數；D*為偽擴散系數。Fig. 5 The ROC curves of APT values, IVIM-derived parameters and combined diagnosis of APT values and f values to differentiate grade I and II endometrial adenocarcinoma，and AUC values were 0.78(P＜0.05),0.70(P＜0.05), 0.55 (P＞0.05), 0.59 (P＞0.05), 0.83 (P＜0.05). Fig. 6 The ROC curves of APT values, IVIM-derived parameters and combined diagnosis of APT values and f values to differentiate grade I and Ⅲ endometrial adenocarcinoma, and AUC values were 0.86 (P＜0.05), 0.81 (P＜0.05),0.68 (P＞0.05), 0.68 (P＞0.05), 0.92 (P＜0.05). APT: amide proton transfer; IVIM: intravoxel incoherent motion; f: perfusion fraction; D:diffusion coefficient;D*:false diffusion coefficient.

表3 各參數對子宮內膜腺癌級別的鑒別效能Tab.3 Efficiency of parameters in differentiating the grade of endometrial adenocarcinoma

2.3.2 Ⅰ級vs Ⅲ級

APT 值、f 值及二者聯合診斷鑒別Ⅰ級和Ⅲ級EA的AUC、敏感度、特異度分別為：0.86（95%CI:0.66～0.96）、88.8%、87.5%；0.81（95%CI:0.59～0.93）、100.0%、68.7%；0.92（95%CI:0.74～0.99）、100.0%、81.2%。APT 值與f 值的AUC 之間（P=0.670，Z=0.41）、APT值與聯合診斷的AUC之間（P=0.480，Z=0.70）以及f值與聯合診斷的AUC之間（P=0.080，Z=1.73）的差異無統計學意義（表3，圖5～6）。

2.4 Spearman相關性分析

APT 值與EA 組織學分級呈正相關，相關系數rs=0.578（95%CI:0.27～0.79,P＜0.001)，f 值與EA 組織學分級呈負相關，相關系數rs=-0.416（95%CI:-0.66～-0.11；P=0.008)。D、D*值與組織學分級之間以及APT 值與IVIM 各衍生參數值之間沒有顯著相關性（P＞0.05）。

3 討論

本研究探討了APT、IVIM 兩種功能MRI 技術在評估EA 術前病理分級中的價值，結果顯示APT 值、f 值與EA 組織學分級相關，有助于術前預測EA 分級，APT值和f值對EA 級別的鑒別效能無顯著差異。各級別EA之間D值和D*值差異無統計學意義。

3.1 APT成像在EA病理分級中的價值

APT 成像技術通過檢測組織內源性蛋白質或多肽中的酰胺質子來反映細胞內蛋白質含量及酸堿度的變化，其原理在于通過探測水質子信號變化間接獲得細胞內蛋白質信息，APT 值的高低反映了細胞內的蛋白質濃度及pH 值，且有研究表明APT 值與之成正相關。本次研究結果顯示Ⅱ級和Ⅲ級EA APT值要高于Ⅰ級EA，這與之前的研究結果一致[11]，且與其他部位惡性腫瘤APT 成像的研究結果相符[12]。針對本研究結果，結合APT 成像原理及相關研究，可能有以下幾個原因。首先是細胞密度的差異，與低級別EA相比，高級別腫瘤細胞更為活躍，細胞增殖較快，細胞密度較低級別大，從而產生更多的細胞內蛋白和多肽，酰胺質子濃度升高，與水質子交換速率增快，APT 值升高。另外，最近有研究表明[13]，Ⅱ型EC（通常為Ⅲ級子宮內膜樣腺癌、漿液性癌和透明細胞癌以及癌肉瘤）血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）水平通常較高。VEGF 本質是一種糖蛋白，在子宮內膜表達并在血管生成、血管功能及通透性等方面發揮關鍵作用[14]，隨著腫瘤級別的增高，VEGF 含量升高（蛋白含量增加），血管生成增多[15]，這可能也是導致本研究的結果的原因之一。其次可能是核異型性的差異。與低級別EA 相比，高級別EA分化較差，核異型性更為顯著，核異型性可誘導大分子物質和疏水性細胞膜之間的相互作用，從而促進蛋白質和多肽的釋放[16]。最后可能與組織壞死程度有關。由于高級別腫瘤生長較快，腫瘤組織容易發生缺氧缺血性壞死，導致局部酸性環境的形成[17]，pH 值減低，降低了酰胺質子與水質子的交換速率。但組織壞死過程中會向周圍釋放蛋白及多肽[18]，導致內源性蛋白含量增加，促進了酰胺質子和水質子的交換速率?？赡苓@一過程對APT 值的影響要高于pH 值降低對APT 值的影響，使得高級別EA 的APT值較高。本研究結果中APT成像鑒別Ⅰ級和Ⅱ級、Ⅰ級和Ⅲ級EA 的AUC 分別為0.83、0.84，提示具有較高的鑒別效能。術前明確腫瘤分級直接影響臨床治療方式的選擇及患者預后情況，可以術前行APT檢查輔助臨床診斷，但因其空間分辨率較差，對肌層浸潤及淋巴轉移評估不具優勢，而DCE可根據子宮不同結構間強化的差別評估EC肌層浸潤[19]，因此可考慮與DCE成像聯合進一步明確診斷。

3.2 IVIM相關參數f值在EA病理分級中的價值

IVIM 是擴散加權成像的進階模型，相比于傳統DWI 單指數計算模型，多b 值、多種模型的IVIM 成像能夠更全面地反映腫瘤的微觀情況。雙指數模型是IVIM 最為經典的模型，分別以D-mono 及D-Bi（D 值）、D*-mono 及D*-Bi（D*值）、f-mono 及f-Bi（f值）為其量化參數。本研究結果顯示Ⅱ級和Ⅲ級EA的f值顯著低于Ⅰ級EA（P=0.033,P=0.016），f是灌注系數，反映了腫瘤組織間毛細血管的通透性和血管的生成情況[20]，此外還與核質比和組織間隙滲透壓有關[21]。腫瘤的生長和侵襲有賴于腫瘤內部新生血管數量的增加，如上所述，隨著腫瘤級別增高，VEGF 及其受體表達增加，促進新生血管生成以及增加血管通透性[15]，這似乎與本研究結果相矛盾，但也有研究表明新生血管生成過程中可能導致血管破裂，使得高級別腫瘤組織容易發生缺氧缺血性壞死[17,22]，這可能導致腫瘤灌注減低。另外高級別腫瘤分化較差，核質比增高也可能導致了f值的降低。在之前的研究中[9,23-24]，f 值與腫瘤級別的關系一直頗具爭議，Li 等[21]的研究結果顯示各級別EC之間f值無顯著差異，Shen等[23]認為高級別膠質瘤f 值較高，而Bai 等[24]認為低級別膠質瘤f 值較高，因此仍需大量相關研究證實。在本研究中，f 值在鑒別Ⅰ級和Ⅲ級EA 時的鑒別效能（AUC=0.64）要低于APT值的鑒別效能（AUC=0.84），但差異沒有統計學意義。

3.3 IVIM相關參數D值、D*值在EA病理分級中的價值

本研究中各級別EA 之間D 值、D*值均無顯著差異，這與之前的研究結果一致[9,25-26]。理論上來說，D 值反映的是水分子的擴散程度，主要與細胞密度有關[27]。如上所述，高級別腫瘤的細胞密度更高，核異型性較高，核仁增大，水分子擴散程度較低級別腫瘤更加受限，導致D值降低。在本次研究結果中，D值隨腫瘤級別增高而減低，但差異無統計學意義，說明雖然水分子擴散程度是腫瘤特征的重要方面，但仍不能直接、全面地反映其生物學特性。且與低級別腫瘤相比，高級別腫瘤更易發生缺血壞死[17]，有研究表明[28]，壞死會導致ADC 值的增高。與ADC 值類似，D 值反映的也是水的擴散程度，因此，腫瘤壞死可能也會導致高級別腫瘤D值升高，這可能是導致本結果中各級別之間D值差異無統計學意義的主要原因之一，當然也可能是樣本量較少的緣故，尚需進一步擴大樣本量。

灌注參數D*值可以反映腫瘤內部灌注情況，對水分子的運動速度較敏感[29]，雖然隨腫瘤級別增高血供逐漸豐富，但同時會伴有微血管壁發育不良、扭曲變形、腫瘤細胞密度增大導致血管受壓程度增加等情況，使微毛細血管血流量的變化不足以反映病理分級的改變，導致D*變化不明顯[30]。另外也可能是因為標準差較大，數據的不穩定性和對信噪比水平的依賴性，使得D*值較難準確測量[31]。

3.4 本研究的局限性

我們的研究存在一些局限性。首先是樣本量較少，且Ⅲ級病例數量較少，各級別病例分布欠均勻，今后需擴充樣本量進一步驗證。其次是在ROI 繪制過程中避開了囊變壞死等區域，這可能不利于全面評估腫瘤特征，尚需更加深入的研究。

綜上所述，APT 值和f 值與EA 組織學分級相關，鑒別效能較好，APT 值和f 值對EA 病理級別的鑒別效能無顯著差異，APT成像和IVIM成像有助于術前預測EA組織學分級。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。