合成MRI 定量參數評估宮頸鱗癌淋巴脈管間隙浸潤的初步研究

郭麗美，王峻，武文奇，張毓婧，張潤梅，牛金亮

0 前言

在我國，宮頸癌是女性生殖系統最常見的惡性腫瘤，嚴重威脅女性生命安全[1]。宮頸鱗狀細胞癌是最常見的病理類型，約占全部宮頸癌的75%-80%[2-3]。淋巴脈管間隙浸潤（lymphovascular space invasion, LVSI）反映腫瘤細胞進入循環系統，最終播散至全身，是發生淋巴結轉移的重要途徑[4-5]。LVSI、深層間質浸潤、腫瘤大于4cm是早期宮頸癌復發的危險因素[6-7]。根據美國國立綜合癌癥網絡（National Comprehensive Cancer Network, NCCN）指南，LVSI 狀態是決定宮頸癌術后是否行輔助治療的因素之一[8]，也是決定是否可實施保留生育功能手術的重要因素[9]。因此，術前對宮頸鱗癌患者的LVSI 狀態進行評估，對于評估預后、制訂治療方案、降低致死率等十分重要。

常規MRI僅能提供腫瘤大小、間質浸潤深度等形態學評估，無法判定LVSI 狀態[10]。目前評價LVSI 狀態主要依靠術后病理，術前活檢由于腫瘤的異質性等特點，無法對LVSI 狀態做出準確評價[11-12]。既往有學者將體素內不相干運動（intravoxel incoherent motion, IVIM）成像[13]、酰胺質子轉移（amide proton transfer, APT）成像[14]等定量技術初步應用于預測宮頸癌LVSI 狀態，研究結果表明灌注系數、APT 值等在預測宮頸癌LVSI方面有一定價值。

縱向弛豫時間（longitudinal relaxation time, T1）、橫向弛豫時間（transverse relaxation time, T2）、質子密度（proton density, PD）等參數可用于定量評估組織內在生理特性，如心肌纖維化程度[15-16]、組織含水量、反映腫瘤細胞密度[17]等。在腫瘤學領域，上述定量參數在前列腺良惡性病變的鑒別診斷[17]、腎透明細胞癌病理分級[18]等方面有一定價值。然而，由于掃描時間過長、后處理分析復雜等原因，上述定量MRI技術的臨床應用受限。

合成MRI可實現單次掃描同時獲得T1、T2和PD值3個定量參數[19]，并且可重建對比加權圖像，可大大縮短掃描時間。目前，合成MRI技術已經初步應用于前列腺[20]、乳腺[21]良惡性病灶的鑒別診斷，發現T1 和T2值可以幫助判斷病灶性質、預測腫瘤的侵襲性。目前為止，合成MRI在術前預測宮頸癌的LVSI狀態的應用未見報道。鑒于此，本研究旨在初步探究合成MRI的定量參數預測宮頸鱗癌LVSI狀態的可行性，以期為宮頸鱗癌的術前診斷提供一定分子層面信息。

1 材料與方法

1.1 一般資料

前瞻性招募2020年5月至2022年11月因疑似宮頸癌于山西醫科大學第二醫院就診的患者。納入標準：（1）首次經臨床查體、影像學檢查、陰道鏡等初診為宮頸癌；（2）進行根治性子宮切除術；（3）盆腔MRI檢查后進行手術，時間間隔不超過一周。排除標準：（1）病灶肉眼不可見或病灶最大徑小于5 mm；（2）術后病理為非鱗狀細胞癌；（3）因圖像偽影明顯，MRI圖像質量差，無法進行影像評估。本研究遵守《赫爾辛基宣言》，經山西醫科大學第二醫院倫理審查委員會的批準（編號：2020YXD077），并獲得所有參與者的書面知情同意。

1.2 MRI掃描方法

采用GE Signa Pioneer 3.0 T MRI 掃描儀，并使用腹部線圈。患者呈仰臥位。常規加權序列包括：橫斷位T1WI、橫斷位/矢狀位T2WI、橫斷位/冠狀位脂肪抑制T2WI、橫斷位擴散加權成像（diffusion-weighted imaging, DWI）。橫斷位T1WI序列參數：TR 753 ms，TE 11 ms，層厚5 mm，層間距1 mm，矩陣320×256，視野（field of view, FOV）260 mm×260 mm；橫斷位/矢狀位T2WI 序列參數：TR auto 763/3873 ms，TE 73.0/71.4 ms，層厚5/4 mm，層間距1 mm，矩陣288×288/280×280，FOV 260 mm×260 mm；橫斷位/冠狀位脂肪抑制T2WI 序列參數：TR auto 5305/4884 ms，TE 73.0/64.6 ms，層厚5/5 mm，層間距1 mm，矩陣288×288/300×300，FOV 260 mm×260 mm；橫 斷 位DWI 序 列 參 數：TR 5000 ms，TE 80.3 ms，層厚 5 mm，層間距1 mm，矩陣128×1300，FOV 260 mm×260 mm，b 值為0、800 s/mm2；矢狀位合成MRI（magnetic compilation, MAGiC）序列參數：TR 4000 ms，TE1 18.8 ms，TE2 94.1 ms，TI 210、610、1810、3810 ms，翻轉角90°、110°，FOV 260 mm×260 mm，層厚4 mm，層間距1 mm，矩陣320×224。

1.3 MRI圖像分析

將合成MRI 圖像傳輸至GE pioneer 設備自帶的MAGiC 專用后處理軟件（V100.1.1, GE, USA），生成定量參數圖。首先需參考矢狀位T2WI圖像，識別腫瘤實性區域及血管、壞死區域和囊性區域。在合成T2加權圖像上，選擇顯示腫瘤的最大層面，沿著腫瘤邊界勾畫感興趣區（region of interest, ROI），勾畫時盡量避開血管、壞死等區域，僅包括腫瘤實質成分區域（圖1和圖2），得到T1、T2和PD值。兩名放射科醫生（分別為主治醫師和副主任醫師）對患者臨床資料及病理結果不知情，并分別分析圖像，最終結果取兩者平均值。

圖1 女，33歲，病理確診為低分化宮頸鱗狀細胞癌，淋巴脈管間隙浸潤陰性。1A：矢狀位T2WI圖像；1B：合成T2WI圖像；1C-1E：分別為定量T1圖、T2圖和質子密度（PD）圖，T1值為1280.0 ms，T2值為88.0 ms，PD值為81.9 pu。Fig.1 A 33-year-old female patient with poorly-differentiated cervical squamous cell carcinoma and absent lymphovascular space invasion confirmed by pathology.1A: Sagittal T2-weighted imaging (T2WI); 1B: Synthetic T2-weighted images derived from the synthetic MRI sequences; 1C-1E: T1 map, T2 map, and proton density (PD) map, respectively, T1 value is 1280.0 ms, T2 value is 88.0 ms, PD value is 81.9 pu.

圖2 女，34 歲，病理確診為低分化宮頸鱗狀細胞癌，淋巴脈管間隙浸潤陽性。2A：矢狀位T2WI圖像；2B：合成T2WI圖像；2C-2E：分別為定量T1 圖、T2 圖和質子密度（PD）圖，T1值為1153.0 ms，T2值為78.0 ms，PD值為72.3 pu。Fig.2 A 34-year-old female patient with poorly-differentiated cervical squamous cell carcinoma and positive lymphovascular space invasion confirmed by pathology.2A: Sagittal T2-weighted imaging (T2WI); 2B: Synthetic T2-weighted images derived from the synthetic MRI sequences; 2C-2E: T1 map, T2 map, and proton density (PD) map, respectively, T1 value is 1153.0 ms, T2 value is 78.0 ms, PD value is 72.3 pu.

1.4 病理分析

根據2018 版國際婦產科聯盟（Federation of International of Gynecologists and Obstetricians,FIGO）分期，所有患者均行根治性子宮切除術±雙側卵巢切除+雙側盆腔淋巴結清掃±腹主動脈旁淋巴結清掃。病理結果均由山西醫科大學第二醫院病理科依據標準病理程序處理，進行HE染色，并進行免疫組化CD34（用于評估血管內皮）和D240（用于評估淋巴管）染色。采用光學顯微鏡聯合免疫組織化學法對病理組織進行檢測。LVSI 陽性被定義為在腫瘤組織外緣，內皮細胞所襯空間內存在附壁腫瘤細胞[22]。采集患者的組織病理學特征，包括：腫瘤分化程度、腫瘤最大徑等。

1.5 統計學方法

采用SPSS 22.0（IBM, Armonk, NY）及MedCalc進行統計分析。應用組內相關系數（intra-class correlation coefficient, ICC）評價兩名醫師測量腫瘤的T1、T2 和PD 值的一致性，ICC≥0.75 為高度一致，0.75＞ICC≥0.40 中度一致，ICC＜0.40 為一致性較低。非正態分布的連續數據表示為中位數（下四分位數，上四分位數），符合正態分布的計量資料表示為均數±標準差。根據數據分布特征，采用獨立樣本t檢驗或Mann-WhitneyU檢驗，比較不同LVSI 狀態下T1、T2 和PD 值的差異。受試者工作特征（receiver operating characteristic, ROC）曲線分析合成MRI定量參數鑒別宮頸鱗癌的LVSI狀態的診斷效能。應用MedCalc軟件進行DeLong檢驗，比較不同參數預判LVSI 狀 態 的ROC 曲 線 下 面 積（area under the curve, AUC）值。P＜0.05認為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 臨床資料

80 名經術后病理證實的宮頸鱗癌患者納入研究（圖3），其中LVSI 陽性者51 例，LVSI 陰性者29 例。兩組患者的年齡、腫瘤分化程度、腫瘤最大徑、術前FIGO分期差異無統計學意義，詳見表1。

表1 80例宮頸鱗癌患者的臨床和病理信息Tab.1 Clinical and pathological characteristics of 80 cases of cervical squamous cell carcinoma

圖3 納入和排除流程圖。LVSI為淋巴脈管間隙浸潤。Fig.3 A flowchart of patient inclusion and exclusion.LVSI: lymphovascular space invasion.

2.2 兩名醫師測量的T1、T2、PD值的一致性

兩名醫師測量的宮頸鱗癌腫瘤的T1、T2、PD值顯示出較高的一致性。T1、T2 和PD 值的ICC 分別為0.900 [95%置信區間（confidence interval,CI）:0.849-0.935]、0.874（95%CI: 0.810-0.917）和0.893（95%CI: 0.838-0.930）。

2.3 合成MRI 參數評估宮頸鱗癌的淋巴脈管間隙浸潤狀態

LVSI 陽性組的T1 值[(1191.60±101.17) ms vs.(1316.58±107.42) ms]和T2 值[(80.72±5.62) ms vs.(89.79±7.43) ms]顯著低于陰性組（P值均＜0.001）。不同LVSI狀態的T1、T2和PD值如表2所示。

表2 宮頸鱗癌不同淋巴脈管間隙浸潤狀態各參數間比較Tab.2 Assessment of differences in T1, T2, and PD values in different lymphovascular space invasion status of cervical squamous cell carcinoma

2.4 T1和T2值對淋巴脈管間隙浸潤狀態的診斷效能

T1 和T2 預測宮頸鱗癌LVSI 狀態的AUC 分別為0.798、0.850，T1 值1237.26 ms、T2 值86.19 ms 是最佳臨界值。采用二元多因素logistic回歸分析，回歸方法為輸入，回歸分析結果：T1 [B值=-0.010, OR=0.990(95%CI: 0.983-0.997),P=0.009], T2 [B 值=-0.199,OR=0.820 (95%CI: 0.726-0.925),P=0.001]。將回歸分析得到的預測概率值進行ROC分析，即參數T1和T2值聯合診斷的診斷效能，為0.881。采用DeLong檢驗比較不同參數獨立及聯合診斷LVSI 狀態的AUC 值，發現T1和T2聯合診斷與T1、T2值單獨分析相比差異無統計學意義（P=0.054,P=0.357）。預測LVSI狀態的每個定量參數的ROC分析結果見圖4和表3。

表3 合成MRI參數鑒別淋巴脈管間隙浸潤狀態的診斷效能Tab.3 Diagnostic performance of the parameters from synthetic MRI in predicting the status of lymphovascular space invasion

圖4 T1和T2值診斷宮頸鱗癌患者淋巴脈管間隙浸潤狀態的受試者工作特征（ROC）曲線。AUC為曲面下面積。Fig.4 The receiver operating characteristic (ROC) of T1, T2 values and combined T1 and T2 in terms of lymphovascular space invasion status in cervical squamous cell carcinoma.AUC: area under the curve.

3 討論

本研究探討了合成MRI 在預測宮頸鱗癌LVSI 狀態的價值，結果顯示，LVSI 陽性組T1 和T2 值均低于LVSI 陰性組的患者，T1 值、T2 值獨立診斷及T1 和T2聯合診斷LVSI狀態的效能差異無統計學意義。

3.1 T2值與淋巴脈管間隙浸潤狀態

T2值是公認的反映不同組織中自由水含量的定量生物標志物[23-24]。既往有研究將T2值應用于識別直腸癌患者的惡性淋巴結[25]、判定腎透明細胞癌病理分級[26]、鑒別前列腺良惡性病變[27]等領域。在宮頸癌方面，既往研究表明T2值在預測宮頸癌LVSI狀態方面有一定價值[28-29]。其中，LI 等[29]采用T2 maping 技術預測宮頸鱗癌中的LVSI狀態，發現T2值可用于預測宮頸鱗癌LVSI狀態，AUC值達0.877。本研究中LVSI陽性組的T2值顯著低于LVSI陰性組，與既往研究結果一致，但AUC值（0.850）略低于上述研究。這種差異可能與研究人群不同有關，LI等[29]的研究病例數為58例，其中LVSI陽性者17例，本研究病例數80，LVSI陽性者51例。

3.2 T1值與淋巴脈管間隙浸潤狀態

T1 mapping 已被廣泛應用于無創性評估心肌彌漫性纖維化[30-32]。在腫瘤學領域，T1值的應用多聯合對比劑進行評估，通過計算細胞外體積分數、增強掃描后強化率、下降率等參數，進行腎透明細胞癌病理分級的鑒別[33]、評估胰腺腫瘤化療后療效評估[34]、肝細胞癌病理分級、預后評估等[35]。WANG 等[36]研究表明，基于T1 mapping 的細胞外體積分數在鑒別宮頸癌LVSI 狀態方面有一定價值，LVSI 陽性組細胞外體積分數顯著高于非LVSI 組，細胞外體積分數的診斷效能優于動態增強掃描的定量參數Ktrans值。本研究基于平掃采用合成MRI 技術，結果表明LVSI 陽性組的T1 值明顯低于陰性組。ZHAO 等[37]的研究中，采用合成MRI技術評估直腸癌的病理特征，發現壁外靜脈侵犯陽性組的T1 值低于壁外靜脈侵犯陰性組，與本研究結果一致。組織T1弛豫時間與多種生物因素有關，如大分子濃度和水結合狀態[38]。LVSI 陽性腫瘤更容易伴有細胞缺氧、壞死，大分子物質聚集等[13-14,39]，這些因素可以縮短組織的T1弛豫時間。

相比傳統的T1 mapping、T2 mapping 技術，合成MRI在一次掃描中生成T1、T2、PD三個弛豫時間的定量圖，可以更加全面地反映腫瘤信息，大大提高工作效率。本研究結果中，二元logistics回歸分析中T1和T2 值均為預測宮頸鱗癌LVSI 的獨立影響因素，T1 和T2值兩個參數聯合在預測宮頸鱗癌LVSI狀態方面的AUC值略高于T1、T2值單獨診斷，但差異無統計學意義。

3.3 局限性

本研究存在幾個局限性：首先，樣本量小，為單中心研究，多中心大樣本的前瞻性研究將在以后的研究中進行；其次，ROI 勾畫僅在腫瘤最大層面獲得，由于腫瘤的異質性的特點，可能會對結果產生影響，逐層勾畫腫瘤可獲得更全面的腫瘤信息；最后，T1、T2、PD 值等參數受多種生理因素影響，其與腫瘤病理特征的相關性需進行進一步的研究。

4 結論

綜上所述，本研究表明合成MRI可以在術前無創性地預測宮頸鱗癌LVSI 狀態，為臨床醫生制訂治療方案提供參考。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。

作者貢獻聲明：牛金亮設計本研究的方案，對稿件重要內容進行了修改；郭麗美起草和撰寫稿件，獲取、分析或解釋本研究的數據；王峻、武文奇、張毓婧、張潤梅獲取、分析或解釋本研究的數據，參與試驗的設計，并對稿件的討論部分進行了修改；全體作者都同意發表最后的修改稿，同意對本研究的所有方面負責，確保本研究的準確性和誠信。