3D-APT 成像技術在鼻咽癌中的應用價值

鄒麗艷，楊 倩，劉 周，羅虹虹，肖嘉輝，夏 軍（通信作者）

（1 汕頭大學醫學院 廣東 汕頭 515041）

（2 國家癌癥中心＜國家腫瘤臨床醫學研究中心＞＜中國醫學科學院北京協和醫學院腫瘤醫院深圳醫院＞放射診斷科 廣東 深圳 518116）

（3 深圳市第二人民醫院醫學影像科 廣東 深圳 518035）

酰胺質子轉移（amide proton transfer imaging，APT）成像，是化學交換飽和轉移（chemical exchange saturation transfer，CEST）成像中的一種新技術，其可通過無創性檢測組織、細胞中游離蛋白和多肽類物質的酰胺質子與自由水質子之間的交換率，間接測定特定細胞游離蛋白和多肽類物質的含量水平，反映其濃度與環境的變化，了解腫瘤細胞密度和增殖程度，是一種潛在的腫瘤檢測和表征工具[1-3]。目前，已有大量腦部疾病及少量體部腫瘤的研究證實了APT 加權成像在腫瘤定性、病理分級、療效評估、預后預測等方面的價值，但APT 成像在頭頸部腫瘤的應用較少[4-8]。因此，本研究主要探討3D-APT 成像技術在鼻咽癌中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性研究分析2019 年12 月—2020 年3 月中國醫學科學院北京協和醫學院腫瘤醫院深圳醫院收治的22 例經活檢病理證實為鼻咽癌并進行了APT 檢查的患者臨床影像資料。22 例患者中男15 例，女7 例，平均年齡（49.6±12.6）歲。

納入標準：（1）臨床懷疑鼻咽癌首診患者，治療前均行3D-APT MRI 掃描；（2）經病理證實為鼻咽癌。排除標準：（1）經病理證實為頸部其他部位來源的腫瘤；（2）未針對鼻咽部病灶掃描或圖像質量不佳。本研究經倫理委員會審批通過（審批號為：2020-29）。

1.2 3D-APT MRI 掃描方案

采用GE Discovery 750 W 3.0T MRI 成像系統和頭頸部聯合線圈進行圖像采集。平掃時以鼻咽部病灶顯示的最大層面為中心，包繞鼻咽部整個病灶進行3D-APT 成像掃描。3D-APT 成像掃描參數為：TR/TE：2 500 ms/minimum， 層厚：5 mm， 層數：12 ～16 層，FOV：24 cm，矩陣：156×156，B1=1.0 uT，飽和脈沖時間500 ms；T1WI 序列（TR/TE=836 ms/10.4 ms）、T2WI 序列（TR/TE=6 198 ms/85 ms）的橫斷面，層厚：4 mm，層數：42 層，FOV：23 cm，矩陣：320×224。首先采集未施加飽和脈沖的基線圖像，然后以多個頻率偏移（±3.0，±3.5，±4.0，±7.0 ppm）采集不同頻率下的飽和圖像，APT 掃描時間為7 min7 s。

1.3 3D-APT 圖像分析

APT 圖像質量評價及對于鼻咽病灶顯示效果評價：由一名具有6 年影像診斷經驗的醫師對APT 圖像進行質量評價，再由具有近10 年工作經驗的高年資醫師審核，如果二者意見不一致的話，以高年資醫生的評價結果為準。對患者的APT gray map 3.0 ～4.0 ppm 進行圖像質量評價，觀察是否有偽影（包括磁敏感偽影、運動偽影、金屬偽影等），有無信號丟失、結構變形等。對病灶顯示效果評價方法：以T2WI 圖像作為參考評分，1 分：以T2WI 圖像作為參考，腫瘤病灶仍無法顯示；2 分：以T2WI 圖像作為參考，腫瘤能檢出，但腫瘤輪廓與T2WI圖像上腫瘤輪廓不能完全匹配；3 分：沒有T2WI 圖像參考，腫瘤也能檢出，且腫瘤輪廓清晰可見。

APT 值的測量：采用GE MRI 自帶后處理軟件自動重建B0 校正APT 圖像，以磁共振解剖圖像為參考，在未施加飽和脈沖S0 圖像上手動勾畫鼻咽癌病灶每一層，感興趣區（region of interest，ROI）盡可能為每層病灶的最大范圍，注意避開解剖圖像上明顯的壞死、囊變血管和出血區域，提取3.0 ～4.0 ppm 圖像上APT 值，測量3 次取平均值。以同樣的方式測量掃描范圍內正常側鼻咽組織、左右側肌肉 （翼外肌）、腺體（腮腺）、腦組織（小腦）等組織每一層的APT 值，測量3 次取平均值，ROI 范圍為相應組織的邊緣，以左右側組織的平均APT值作為測量結果，如圖1。

圖1 女，33 歲，鼻咽癌患者MRI 掃描圖像

1.4 統計學方法

采用SPSS 26.0 統計軟件處理數據。符合正態分布的計量資料以均數±標準差（± s）表示，兩組間比較采用t檢驗，多組間數據采用方差分析；計數資料以頻數（n）、百分率（%）表示，采用χ2檢驗。以P＜0.05代表差異有統計學意義。

2 結果

2.1 病例資料整理

納入的22 例鼻咽癌患者病理均為非角化性未分化型鼻咽癌，TNM 分期依據第8 版AJCC 指南，其T1、T2、T3、T4期患者分別2、5、6、9 例；N1、N2、N3期患者分別2、14、6 例；M0期18 例，M1期4 例；總體腫瘤分期中Ⅲ期8 例，ⅣA 期10 例，ⅣB 期4 例。見表1。

表1 22 例患者臨床信息

2.2 APT 圖像的質量評價

對鼻咽癌患者的3.0 ～4.0 ppm APT 圖像進行病灶顯示效果評分，結果顯示1 分、2 分、3 分對應的檢查次數分別為0、10、12 次，發現約45.5%（10/22）的APT 圖像可以部分顯示鼻咽癌病灶的輪廓，54.5%（12/22）的APT 圖像可以完全顯示鼻咽癌病灶的輪廓。納入研究的22 例鼻咽癌患者的圖像進行APT 圖像質量評價，發現約36.36%（8/22）的圖像存在磁敏感偽影，主要體現在小腦、前中顱底氣體與組織交界面；27.27%（6/22）的圖像部分存在信號缺失，但所有圖像均未出現DWI 圖像上類似的結構變形及扭曲現象。

2.3 鼻咽癌病灶與頭頸部正常組織APT 值比較

5 例鼻咽癌患者病灶對側存在正常鼻咽組織，分析比較同層鼻咽癌病灶與對側正常鼻咽組織的APT 值，研究發現鼻咽癌病灶的APT 值高于其對側正常鼻咽組織，差異具有統計學意義（P＜0.05）。見表2、圖2。22 例鼻咽癌患者病灶的APT 值均高于肌肉、腮腺組織，差異具有統計學意義（P＜0.05）；鼻咽癌病灶APT 值高于小腦組織，但差異無統計學意義（P＞0.05），見表3、圖3。

表2 鼻咽癌病灶與對側正常鼻咽組織APT 值比較（ ± s，%）

表2 鼻咽癌病灶與對側正常鼻咽組織APT 值比較（ ± s，%）

組織類型APTmean tP鼻咽癌病灶2.35±1.51 6.5830.001對側正常鼻咽0.53±0.38

表3 鼻咽癌病灶與頭頸部正常組織APT 值的比較（ ± s，%）

表3 鼻咽癌病灶與頭頸部正常組織APT 值的比較（ ± s，%）

組織類型APTmean tP鼻咽癌病灶 1.78±2.512.33 0.025翼外肌-0.21±3.11鼻咽癌病灶 1.78±2.511.5330.133小腦 0.80±1.66鼻咽癌病灶 1.78±2.516.5420.001腮腺-9.71±7.85

圖2 鼻咽癌與對側正常鼻咽組織APT 值的差異

圖3 鼻咽癌與頸部組織APT 值的差異

2.4 不同腫瘤分期的鼻咽癌病灶APT 值比較

將納入研究的22 例鼻咽癌患者依據AJCC8th 進行了腫瘤分期，結果顯示不同N 分期、M 分期的鼻咽癌病灶APT 值的差異具有統計學意義（P＜0.05）；不同T分期和總體腫瘤分期的鼻咽癌病灶APT 值的差異無統計學意義（P＞0.05），見表4。

表4 不同腫瘤分期的鼻咽癌病灶APT 值的比較（ ± s，%）

表4 不同腫瘤分期的鼻咽癌病灶APT 值的比較（ ± s，%）

腫瘤分期APTmeanF/tP T 分期T15.49±3.52 1.6090.107 T22.46±2.12 T31.13±1.24 T40.73±2.27

表4 （續）

表4 不同腫瘤分期的鼻咽癌病灶APT 值的比較（ ± s，%）

腫瘤分期APTmeanF/tP N 分期N10.21±0.70 3.007 0.003 N21.97±2.61 N31.12±2.58 M 分期M01.75±2.702.206 0.031 M10.93±1.64總體腫瘤分期Ⅲ2.31±2.98 1.2380.298ⅣA1.42±2.47ⅣB0.93±1.64

3 討論

3D-APT 成像是容積掃描，可獲得多層圖像，相當于2D 單層掃描，可更加全面立體地了解腫瘤的特征，且3D 掃描獲得單層圖像的時間比2D 成像更短。目前，僅有個別文獻報道了2D-APT 成像具有潛在預測鼻咽癌患者生存期的價值[9-13]。目前，未見關于3D-APT 成像在鼻咽癌中的應用的報道。

3.1 鼻咽癌病灶與對側正常組織APT 的差異

本研究結果顯示鼻咽癌病灶的APT 值高于對側正常鼻咽組織，更強的APT 效應可能反映快速增殖的腫瘤細胞和癌組織中異常活躍的蛋白質合成，這與本課題組既往對進行的2D-APT 研究結果一致[12]。研究結果顯示鼻咽癌病灶APT 值與腫瘤分期存在一定的關聯；不同N 分期、M 分期鼻咽癌病灶APT 的差異具有統計學意義，不同T 分期和總體腫瘤分期的鼻咽癌病灶APT 值的差異無統計學意義，既往研究中也證實APT 值與M 分期具有統計學意義[12]。

3.2 鼻咽癌病灶與頸部正常組織APT 的差異

本研究結果顯示鼻咽癌病灶的APT 均明顯高于肌肉組織、腮腺組織；但與小腦組織間的差異無統計學意義。楊倩等[13]研究表明50 例鼻咽癌患者的APT 值明顯高于肌肉和小腦組織（P＜0.05）；此外，Law 等[7]對117 名頭頸部腫瘤患者進行研究，表明頭頸部惡性腫瘤的APT 平均值、中位值和第90 百分位數顯著高于肌肉組織、腦組織和涎腺良性腫瘤。Yuan 等[8]對6 例健康志愿者進行研究發現腮腺的APT 平均值高于咬肌、頜下腺和甲狀腺，可能因為腮腺是大唾液腺體，富含氨基酸、乳酸和丙酮酸有關[14]。但該結果與本研究結果不符，本研究中腮腺的APT 值低于鼻咽癌病灶，可能原因是鼻咽癌病灶對腮腺產生的某些影響，其原因還有待進一步研究。

3.3 對鼻咽部進行APT 成像在技術上具有挑戰性

本研究中APT 圖像對病灶顯示效果滿意，與本課題組前期進行的鼻咽部2D APT 掃描的結果一致，為其在臨床的廣泛應用奠定了基礎[13]。在鼻咽部研究較少，在很大程度上受限于磁共振成像本身在頭頸部成像的技術難度[7]。本研究APT 圖像中主要存在磁敏感偽影、前中顱底氣體與組織交界面處運動偽影、金屬偽影；鼻腔、鼻竇、雙側額葉、雙側乳突等氣體與組織交界面存在部分信號缺失。分析其原因可能：首先，頭頸部解剖結構的復雜性，頸部肌肉組織、黏膜、腺體、骨、脂肪、牙齒以及鼻咽腔、鼻竇等含氣結構存在固有的磁敏感的異質性，以及顱內外金屬或假牙等植入物的干擾。此外，患者自身條件受限，容易受到自主和不自主運動的影響，包括呼吸、吞咽、咳嗽、上頜骨運動等導致對病灶定位的不準確及圖像偽影產生。磁共振磁場的不均勻性也是重要原因之一，并且APT 成像還受人體pH 微環境狀態空間和時間的異質性影響[7,15-16]。

這項研究有一些局限性。首先，3D 掃描模式需要在不同的射頻飽和頻率偏置處采集多個成像容積，相比于2D 成像，其掃描時間更長。其次，由于固有組織異質性以及磁場的不均勻性對APT 加權成像的圖像質量造成一定的影響。本研究為減少磁場的不均勻性對APT 圖像質量的影響，均在APT 掃描前進行了勻場及脂肪抑制；為優化圖像質量，盡可能讓患者去除頭頸部金屬及假牙等植入物；為減少患者呼吸、吞咽、咳嗽等自主運動產生偽影，在檢查前對患者進行注意事項宣傳及相關訓練是很有必要的。考慮到活體組織的復雜性及磁共振成像的技術難度，如何優化及改進掃描技術以提供更加快速且穩健的APT 成像還需要進一步的探討。此外，由于這是一項初步研究，所有患者均為非角化性未分化型鼻咽癌，無法比較不同病理類型鼻咽部腫瘤APT 值的差異。

綜上所述，3D-APT 圖像對于鼻咽部的病灶顯示效果滿意，鼻咽癌病灶APT 值與鼻咽正常側組織、頭頸部肌肉、腮腺APT 值差異較大，可表征不同組織類型，可為APT 成像技術在鼻咽癌診斷及療效評估等臨床應用打下基礎。