任王靜，趙　駿，王延洲，杜明珊，陳　偉，徐惠成　(.第三軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院婦產(chǎn)科，重慶 400038；.第三軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院放射科，重慶 400038)

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宮頸癌DCE-MRI半定量參數(shù)與BOLD-MRI基線R2*的相關(guān)性研究

任王靜1，趙駿2，王延洲1，杜明珊2，陳偉2，徐惠成1(1.第三軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院婦產(chǎn)科，重慶 400038；2.第三軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院放射科，重慶 400038)

[摘要]目的探討宮頸癌動態(tài)增強(qiáng)磁共振成像(DCE-MRI)半定量參數(shù)與血氧水平依賴磁共振成像(BOLD-MRI)基線R2*的相關(guān)性，為腫瘤乏氧檢測技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。方法24例宮頸癌患者在治療前行DCE-MRI及BOLD-MRI檢查，應(yīng)用專用后處理軟件獲得DCE-MRI半定量參數(shù)(SI-I、MER、Tmax、IAUC)及BOLD-MRI參數(shù)(基線R2＊)，分析DCE-MRI半定量參數(shù)與BOLD-MRI基線R2*的相關(guān)性。結(jié)果基線R2*與Tmax呈正相關(guān)(r=0.423，P=0.014)，基線R2*與SI-I、MER及IAUC無顯著相關(guān)性(P>0.05)。結(jié)論DCE-MRI半定量參數(shù)與BOLD-MRI基線R2*以不同原理反映腫瘤的氧合程度，聯(lián)合應(yīng)用上述參數(shù)有望提高腫瘤乏氧檢測的性能。

[關(guān)鍵詞]宮頸癌；磁共振成像；乏氧；參數(shù)

宮頸癌是女性生殖系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤[1]，腫瘤乏氧是其不良預(yù)后因素之一[2]，評估腫瘤的氧合程度有助于預(yù)測預(yù)后及優(yōu)化治療方案，目前臨床上缺乏一種無創(chuàng)、優(yōu)良的腫瘤乏氧檢測技術(shù)[3]。采用動態(tài)增強(qiáng)磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging, DCE-MRI)及血氧水平依賴磁共振成像(blood oxygenation level-dependent magnetic resonance imaging,BOLD-MRI)評估腫瘤的氧合程度是研究熱點，但兩者的檢測性能均有待提高，各自參數(shù)之間的相關(guān)性尚不完全明確，故本文擬探討DCE-MRI半定量參數(shù)與BOLD-MRI基線R2*之間的相關(guān)性，為磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)在評估宮頸癌氧合程度中的應(yīng)用進(jìn)一步奠定基礎(chǔ)。

1資料與方法

1.1臨床資料

收集2013年6月至2014年7月在我院婦產(chǎn)科住院治療的宮頸癌患者24例。其中鱗癌20例，腺癌3例，腺鱗癌1例；年齡34～63歲，平均(47.96±8.06)歲，絕經(jīng)患者9例；按宮頸癌臨床分期(FIGO 2009)標(biāo)準(zhǔn)，IB1期12例，IB2期4例，IIA1期5例，IIA2期1例，IIB期2例；20例行根治性手術(shù)，3例行外科分期，1例因肺功能差而放棄手術(shù)治療。入選標(biāo)準(zhǔn)：①所有患者經(jīng)病理學(xué)證實均為原發(fā)性宮頸癌；②MRI檢查前未接受手術(shù)和(或)放化療等任何抗腫瘤治療；③患者無體內(nèi)金屬植入、哮喘、釓類造影劑過敏及幽閉恐懼癥等磁共振檢查禁忌證；④患者知情同意接受MRI術(shù)前檢查。該研究經(jīng)我院倫理委員會批準(zhǔn)。

1.2MRI檢查

采用3.0T磁共振成像系統(tǒng)(Siemens,Trio,Erlangen,Germany)和8通道體部相控陣線圈對患者行盆腔MRI掃描，掃描序列及參數(shù)如下：①快速自旋回波TSE-T1WI。行宮頸軸位掃描，TR=680 ms，TE=11 ms，SL=3.5 mm,FOV=251 mm×379 mm,matrix=191×320，翻轉(zhuǎn)角150°，掃描時間90 s；②T2-haste序列，行矢狀位和軸位掃描，TR=1 000 ms，TE=88 ms，SL=4 mm,FOV=340 mm×340 mm,matrix=256×320，翻轉(zhuǎn)角128°，掃描時間27 s；③BOLD-MRI。應(yīng)用10回波T2-star序列，行宮頸軸位掃描，TR=181 ms，TE=1.84,3.82,5.8,7.78,9.76,11.74,13.72,15.7,17.68,19.66 ms，SL=3 mm,FOV=315 mm×420 mm,matrix=384×250，翻轉(zhuǎn)角20°，掃描時間70 s;④DCE-MRI。DCE-MRI采用T1加權(quán)三維VIBE序列行宮頸軸位連續(xù)掃描,TR=4.67 ms，TE=1.75 ms，SL=1 mm,FOV=340 mm×340 mm，matrix=448×300，翻轉(zhuǎn)角10°,共8期,第1期為平掃期，第2期到第8期為動態(tài)增強(qiáng)期，第1期掃描后與第2期之間有25 s時間間隔，經(jīng)肘靜脈由高壓注射器注入釓噴酸葡胺(Gd-DTPA),劑量為0.1 mL/kg,注射速度2.5 mL/s,隨后注入生理鹽水20 mL。

1.3圖像分析與處理

DCE-MR，將DCE-MRI原始圖像輸入工作站, 應(yīng)用Mean Curve軟件, 選取腫瘤最大截面，手動描繪腫瘤感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，由自帶后處理軟件得出ROI各時間點的信號強(qiáng)度，生成時間-信號強(qiáng)度曲線,計算如下參數(shù)：①信號強(qiáng)度最大增加值(maximal signal intensity increase over baseline,SI-I):SI-I=SImax-SIpre,其中SImax為注藥后ROI的曲線峰值信號強(qiáng)度，SIpre為注藥前ROI的信號強(qiáng)度；②最大增強(qiáng)率(maximal enhancement ratio,MER)MER= [(Simax-SIpre)/SIpre]×100%；③最大強(qiáng)化時間(Tmax)為開始注藥至曲線到達(dá)波峰的時間；④最初曲線下面積(initial area under the curve，IAUC)指注藥后首次采集信號強(qiáng)度時間點的曲線下面積，由于受軟件限制，IAUC據(jù)此公式推算，IAUC=(SI80-SIpre)×80÷2，SI80為開始注藥后80 s時所得的ROI信號強(qiáng)度。

BOLD-MRI:應(yīng)用Spin(The Wayne State University，USA)軟件，在宮頸軸位上選取腫瘤最大截面，手動描繪ROI(盡可能與DCE-MRI圖像描繪的ROI一致),腫瘤所在部位的判定由T2-haste圖像或DCE-MRI圖像決定，ROI的描繪應(yīng)盡量包括整個腫瘤組織，宮頸前后唇均可見病灶者，分別描繪前后唇ROI并計算出各自R2*值。

1.4統(tǒng)計方法

2結(jié)果

2.1病例特征

共24例患者參與本研究，所有患者均順利完成檢查，檢查期間及檢查后無明顯不適，無造影劑過敏發(fā)生，11例患者宮頸前后唇均可見明顯病灶，共35組檢測結(jié)果資料參與本研究。1例43歲宮頸鱗癌Ib1期患者的檢查結(jié)果見圖1。

a:宮頸軸位DCE-MRI平掃期，宮頸后唇可見一不規(guī)則占位，部分凸向?qū)m頸管；b：宮頸軸位DCE-MRI第2期，宮頸后唇病灶呈不均勻強(qiáng)化，ROI描繪見箭頭所示區(qū)域；c：宮頸軸位BOLD-MRI，ROI描繪見箭頭所示區(qū)域

圖11例患者(43歲,宮頸鱗癌Ib1期)檢查結(jié)果

2.2基線R2*與各參數(shù)的相關(guān)性檢驗

表1　各參數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果

表2　基線R2*與SI-I、MER、Tmax、IAUC之間的相關(guān)性

3討論

腫瘤乏氧將促進(jìn)宮頸癌的進(jìn)展，降低宮頸癌對放化療的敏感性[2-3]。引起腫瘤乏氧的機(jī)制復(fù)雜，常由腫瘤組織的血管結(jié)構(gòu)與功能異常、細(xì)胞代謝活躍及密度增加等因素綜合導(dǎo)致[4]。DCE-MRI能夠反映腫瘤血流灌注、血管密度和血管通透性，其特定參數(shù)與腫瘤組織的乏氧相關(guān)[5-7]。而BOLD-MRI借助內(nèi)源性對比劑——脫氧血紅蛋白，其R2*值(基線R2*值)也可反應(yīng)腫瘤組織的乏氧程度[8]。由于組織脫氧血紅蛋白含量受多種因素影響，如血液的流入效應(yīng)、局部血容量、血細(xì)胞比容、引流小靜脈等[9]，故我們推測DCE-MRI特定參數(shù)與BOLD-MRI基線R2*值之間存在一定聯(lián)系與區(qū)別，研究各自參數(shù)的相關(guān)性有助于更好地理解各參數(shù)在評估腫瘤乏氧中的意義。

我們研究發(fā)現(xiàn)Tmax與基線R2*呈正相關(guān)(r=0.423，P=0.014)，分析其原因可能是Tmax反映了對比劑到達(dá)腫瘤組織的速度，它與腫瘤組織微血管密度(microvessel density,MVD)呈負(fù)相關(guān)[10]，而后者又反映了腫瘤組織的血供及氧合程度。因此，Tmax越大，腫瘤組織氧合程度越差，脫氧血紅蛋白含量越多，基線R2*越大。除了脫氧血紅蛋白含量，組織鈣化、出血及鐵的沉積等因素亦可影響基線R2*值[11]，從而限制了Tmax與基線R2*的相關(guān)性。本研究SI-I、MER及IAUC與基線R2*無顯著相關(guān)性，分析其原因可能為SI-I反映了血管外細(xì)胞外間隙容積比的大小[5]，即腫瘤細(xì)胞密度的大小，而細(xì)胞密度大小可能只是導(dǎo)致腫瘤乏氧的一個次要因素[7]，腫瘤組織的血容量及血流大小亦可影響脫氧血紅蛋白含量[12]，故腫瘤細(xì)胞密度的大小對脫氧血紅蛋白含量的影響較小，參數(shù)SS-I與基線R2*無顯著相關(guān)性。Lyng等[6]研究顯示，宮頸癌DCE-MRI參數(shù)MER與極譜法微電極技術(shù)所測的腫瘤氧分壓密切相關(guān)，腫瘤的灌注程度及細(xì)胞密度大小是影響MER的主要因素，微血管密度為次要影響因素，而腫瘤的微血管密度又與其血容量密切相關(guān)[13]。因此，Lyng等[6]所用方法得出的腫瘤灌注程度與血容量及基線R2*之間的關(guān)系尚需進(jìn)一步研究。已有較多的研究探討了參數(shù)IAUC的臨床意義，然而結(jié)論卻相互矛盾，有學(xué)者研究得出IAUC與腫瘤血管外細(xì)胞外間隙容積比相關(guān)性較弱[12，14]，亦有學(xué)者研究得出二者具有較強(qiáng)的相關(guān)性[15]，這可能與各研究的病理類型、計算方法等存在一定差異有關(guān)，然而其具體機(jī)理尚需進(jìn)一步探討。本研究認(rèn)為宮頸癌患者IAUC可能與血管外細(xì)胞外間隙容積比的相關(guān)性較強(qiáng)，這有助于解釋宮頸癌IAUC與基線R2*無顯著相關(guān)性。同時，Alonzi等[14]與本研究結(jié)果相似，此研究中關(guān)于前列腺癌的IAUC與基線R2*無顯著相關(guān)性。

本研究尚存在一定不足，首先，DCE-MRI的ROI與BOLD-MRI的ROI不完全一致可能，這是此類研究中普遍存在的問題，它包括不同序列掃描時掃描層面不一致以及閱片者ROI描繪偏差兩方面因素，我們的研究在描繪兩者ROI時，由同一閱片者盡可能選取同一層面及同一部位來減少潛在的誤差，使結(jié)果較可靠；其次，研究的病例數(shù)相對少，需更大樣本的研究來驗證。

綜上所述，本研究探討了宮頸癌DCE-MRI特定參數(shù)與BOLD-MRI基線R2*之間的相關(guān)性，為無創(chuàng)、定量評價宮頸癌的氧合程度奠定基礎(chǔ)。聯(lián)合應(yīng)用DEC-MRI與BOLD-MRI技術(shù)并構(gòu)建數(shù)學(xué)模型將有望成為極富潛力的腫瘤乏氧檢測方法。

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(編輯：周小林)

Relationships between baseline R2*of BOLD-MRI and Semi-quantitative parameters of DCE-MRI in cervical cancer

REN Wang-jing1,ZHAO Jun2,WANG Yan-zhou1,DU Ming-shan2，CHEN Wei2,XU Hui-cheng1(1.Department of Obstetrics and Gynecology,Southwest Hospital,Third Military Medical University,Chongqing 400038;2.Department of Radiology,Southwest Hospital,Third Military Medical University,Chongqing 400038,China)

Abstract:ObjectiveTo investigate the relationships between baseline R2*of blood oxygenation level-dependent magnetic resonance imaging(BOLD-MRI) and Semi-quantitative parameters of dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging(DCE-MRI) in cervical cancer,to lay a foundation for the further development of assessing tumor hypoxia techniques. MethodsTwenty-four patients with cervical cancer were subjected to DCE-MRI and BOLD-MRI before treatment,Semi-quantitative parameters(SI-I、MER、Tmax、IAUC) of DCE-MRI and the baseline R2*of BOLD-MRI produced by special post-processing softwares,the relationships between baseline R2*of BOLD-MRI and Semi-quantitative parameters of DCE-MRI were analyzed. ResultsSignificant positive correlations were observed between baseline R2*and Tmax(r=0.423，P=0.014)，there were no correlation between baseline R2*and SI-I、MER or IAUC(P>0.05). ConclusionSemi-quantitative parameters of DCE-MRI and baseline R2*of BOLD-MRI respectively reflected the oxygenation of tumor in different principle.The combined use of the above parameters is expected to improve the performance for defining tumor hypoxia.

Keywords：uterine cervical neoplasms；magnetic resonance imaging；hypoxia；parameter

[收稿日期]2015-01-12[修回日期] 2015-01-29

[通訊作者]徐惠成，電話：(023)68765403，E-mail：ahuieheng@yahoo.com.cn;陳偉，電話：(023)68754721，E-mail：landew@htmail.com

[基金項目]國家自然科學(xué)基金重大項目(61190122)

doi:10.11659/jjssx.10E015059

[中圖分類號]R445.2；R737.33

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1672-5042(2015)02-0154-04