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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

        2015-03-08 01:41:26任王靜王延洲杜明珊徐惠成第三軍醫(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
        局解手術(shù)學(xué)雜志 2015年2期
        關(guān)鍵詞:磁共振成像

        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。

        [參考文獻(xiàn)]

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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

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