陳紅，何浩強，呂曉飛，韓路軍，楊雅迪，李晶，文戈

鼻咽癌(nasopharyngeal carcinoma，NPC)是好發(fā)于我國南方的惡性腫瘤，放射治療是鼻咽癌的主要治療方式，而放射治療難以避開臨近的雙側(cè)顳葉、海馬等結(jié)構(gòu)，放射性腦損傷已成為嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量的并發(fā)癥之一[1]。晚期放射性腦損傷為不可逆性，治療效果較差，故早期監(jiān)測放射性腦損傷尤為重要。既往擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)對放射性腦損傷研究集中于白質(zhì)，且DTI是假設(shè)分子呈高斯運動，而生物組織由于受到細胞膜、細胞器、細胞內(nèi)外環(huán)境的影響，分子運動呈非高斯擴散[2]。擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)作為DTI技術(shù)的延伸，適用于研究腦組織灰白質(zhì)，能夠反映非高斯運動的擴散特性，更接近組織中分子真實擴散情況，從而反映腦組織微觀結(jié)構(gòu)變化[3-6]。近年來，DKI已在輕微腦損傷、注意力缺陷多動障礙、阿爾茨海默病、乳腺癌、前列腺癌、腦膠質(zhì)瘤等有初步運用，但其在鼻咽癌顳葉白質(zhì)及海馬早期隱匿性放射性腦損傷的研究鮮見。本研究旨在采用DKI技術(shù)探討鼻咽癌早期放射治療后雙側(cè)顳葉及海馬微觀結(jié)構(gòu)變化的非高斯擴散特點，評價DKI在早期放射性腦損傷的運用價值，以期為其臨床早期發(fā)現(xiàn)及監(jiān)測提供客觀依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本研究共納入鼻咽癌組(NPC組)及正常對照組(NC組)兩組被試。NPC組為2015年10月至2018年1月在中山大學(xué)腫瘤防治中心就診的29例NPC患者，男21例，女8例，年齡(40.28±9.45)歲，教育年限(12.29±2.98)年，鼻咽癌分期：AJCC第7版TNM I-IVb期。

納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)經(jīng)活檢病理證實，且未接受手術(shù)、誘導(dǎo)化療、放療等抗腫瘤治療的鼻咽癌初診患者；(2)擬按臨床計劃行適型調(diào)強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)；(3)年齡18～60歲，右利手；(4)無遠處轉(zhuǎn)移及明顯顱內(nèi)侵犯征象；(5)常規(guī)MRI檢查顱內(nèi)無明顯實質(zhì)性病變(包括腦實質(zhì)腫瘤、腦組織炎癥、腦血管病變、腦白質(zhì)病變)；(6)既往無顱腦外傷及手術(shù)史，無神經(jīng)及精神疾病史。

排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)對磁共振檢查禁忌者；(2)糖尿病、高血壓患者及合并其他系統(tǒng)疾病；腫瘤復(fù)發(fā)再次放療或不能堅持及完成IMRT治療者；(3)文盲、智力或視力低下不能完成量表測試者。

NC組為同時期收集的20例正常被試者，男13例，女7例，年齡(41.00±10.04)歲，教育年限(12.15±3.48)年。所有正常被試均無不適臨床癥狀；無顱內(nèi)病變；無嚴(yán)重血管疾病及腫瘤病史；無本人及家族性精神疾病史；無高血壓及糖尿??；無其他全身性或系統(tǒng)性疾病；無藥物濫用史；均為漢族、右利手。

所有NPC被試于治療前及放療后3個月時、所有NC被試均接受顱腦MRI檢查。被試在MRI檢查當(dāng)天行蒙特利爾認知評估量表(Montreal cognitive assessment，MoCA)量表測試，完成量表評價的NPC組治療前被試26例、NPC組放療后3個月被試18例、NC組被試20例。本研究通過中山大學(xué)腫瘤防治中心倫理委員會審核批準(zhǔn)(批準(zhǔn)號：GZR2014-073)，所有被試在檢查前均簽署了知情同意書。

1.2 鼻咽癌治療方法和劑量

1.2.1 放射治療

鼻咽癌患者均行根治性IMRT，選用大孔徑CT以3 mm層距進行平掃及增強掃描，掃描范圍從頭到胸鎖關(guān)節(jié)下2 cm，參照ICRU50[7]和62號[8]文件勾畫鼻咽大體腫瘤體積(GTVp)、頸部轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)體積(GTVnd)、臨床靶區(qū)體積1(CTV1)及臨床靶區(qū)體積2(CTV2)，GTVp、GTVnd、CTV1、CTV2靶區(qū)處方劑量分別為：66～72 Gy、64～70 Gy、60～63 Gy、54～56 Gy[9]，劑量分割次數(shù)為30～33次。對雙側(cè)顳葉和海馬結(jié)構(gòu)在逐個CT圖像層面上勾畫進行劑量評價，通過Eclipse或Monaco計劃系統(tǒng)將鼻咽癌患者劑量數(shù)據(jù)進行收錄匯總。雙側(cè)顳葉及海馬最大劑量/平均劑量分別如下，左側(cè)顳葉：(7009.8±690.4) cGy/(1928.9±572.8) cGy；右側(cè)顳葉：(7019.4±710.6) cGy/(2029.7±668.3) cGy；左側(cè)海馬：(4911.7±1495.4) cGy/(2150.1±816.4) cGy；右側(cè)海馬：(4983.9±1460.9) cGy/(2160.3±890.1) cGy。

1.2.2 化療

鼻咽癌化療方案相近，鼻咽癌患者均經(jīng)過1～3程誘導(dǎo)化療或/和同期放化療，化療方案包括TPF (多西他賽+順鉑+5-氟尿嘧啶)、TP (紫杉醇+順鉑)、DDP (順鉑)、力樸素、尼妥珠單抗等化療方案。

1.3 MRI數(shù)據(jù)采集

采用GE Discovery MR750 3.0 T掃描儀和32通道頭線圈。掃描序列包括常規(guī)MR序列(矢狀位3D-T1WI、T2FLAIR)和DKI序列。掃描參數(shù)如下，矢狀位3D-T1WI：矩陣256×256，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，層厚1 mm，層間距0，F(xiàn)A=8°，TR 8.2 ms，TE 3.2 ms，TI 800 ms，掃描層數(shù)176層。DKI：25個方向擴散敏感度，b值分別為：0、1000、2000 s/mm2，矩陣128×128，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，層厚3 mm，層間距0，TR 5300 ms，TE 77.1 ms，NEX為1，掃描層數(shù)46層。

1.4 圖像后處理

圖1 DKI參數(shù)測量的ROI示意圖。1為右側(cè)顳葉白質(zhì)ROI，2為左側(cè)顳葉白質(zhì)ROI，3為右側(cè)海馬ROI，4為左側(cè)海馬ROI；勾畫過程參考b0圖。A；b0圖；B：MK彩圖Fig. 1 The ROI maps for measurement of DKI parameters. ROI 1 represents the white matter of the right temporal lobe. ROI 2 represents the white mater of the temporal lobe. ROI 3 represents the right hippocampus. ROI 4 represents the left hippocampus. ROIs were drawn referred to b0 and MK maps. A: b0 map. B: MK map.

使用ADW4.6工作站對數(shù)據(jù)進行分析處理，得到7個參數(shù)圖：各向異性分數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)圖、平均擴散系數(shù)(mean diffusivity，MD)圖、軸向擴散張量(axial diffusivity，Da)圖、徑向擴散張量(radial diffusivity，Dr)圖、平均峰度(mean kurtosis，MK)圖、軸向峰度(axial kurtosis，Ka)圖、徑向峰度(radial kurtosis，Kr)圖，于雙側(cè)顳葉白質(zhì)、雙側(cè)海馬手動勾畫ROI (region of interest)，ROI放置于靠近側(cè)腦室下角的雙側(cè)顳葉白質(zhì)、雙側(cè)海馬最大面積層面，應(yīng)盡量避開腦溝、腦室以及鄰近的血管等結(jié)構(gòu)。勾畫過程參考b0圖及DKI彩圖，同時將ROI投射到其他DKI參數(shù)圖上(圖1)。ROI的勾畫參考以往文獻[10-11]，由2名醫(yī)師(具有3年經(jīng)驗的住院醫(yī)師及11年經(jīng)驗的副主任醫(yī)師)共同討論決定，并測量3次后取平均值。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 23.0軟件包對數(shù)據(jù)進行分析。首先采用kolmogorov-smimov法對數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布檢驗，數(shù)據(jù)符合正態(tài)性分布時采用配對或兩獨立樣本t檢驗。ROI測量的各DKI參數(shù)值以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)形式表示。采用兩獨立樣本t檢驗比較NPC組治療前和NC組的年齡、教育年限間的差異，采用χ2檢驗比較NPC組和NC組的性別差異。采用兩獨立樣本t檢驗對NPC組治療前與NC組基線DKI各參數(shù)值及MoCA量表評分差異進行比較，采用配對樣本t檢驗對NPC組治療前及3個月后各DKI參數(shù)值及MoCA量表評分差異進行比較，DKI相關(guān)參數(shù)的比較采用同側(cè)分別進行比較。在NPC組內(nèi)，采用兩獨立樣本t檢驗對放療前后有統(tǒng)計學(xué)差異的左右側(cè)顳葉DKI參數(shù)值的變化程度進行比較；對NPC組內(nèi)放療前后差異有統(tǒng)計學(xué)意義的DKI參數(shù)值，采用偏相關(guān)分析，以年齡、性別、教育年限作為協(xié)變量，分析其放療前后差值變化與MoCA量表評分差值變化、與所在同側(cè)顳葉/海馬的最大/平均劑量之間的相關(guān)關(guān)系。上述P＜0.05被認為具有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖2 NPC組治療前與放療后雙側(cè)顳葉白質(zhì)及右側(cè)海馬的DKI參數(shù)變化。Temp_R：右側(cè)顳葉白質(zhì)；Temp_L：左側(cè)顳葉白質(zhì)；HIPP_R：右側(cè)海馬；pre_NPC：鼻咽癌組治療前；3m_NPC：鼻咽癌組放療后3個月；NC：正常對照組；ns：無統(tǒng)計學(xué)差異Fig. 2 Changes of DKI related parameters of the bilateral temporal lobe white matter and the right hippocampus before and after treatment in NPC group. Temp_R: white matter of right temporal lobe, Temp_L: white matter of left temporal lobe. HIPP_R: right hippocampus. pre_NPC: pretreatment in NPC group. 3m_NPC: 3 months after radiotherapy in NPC group. NC: normal control. ns: not significant.

表1 NPC組和NC組雙側(cè)顳葉白質(zhì)、雙側(cè)海馬ROI各參數(shù)比較Tab. 1 Comparisons of the parameters of each ROI within bilateral temporal lobe white matter and bilateral hippocampus between NPC group and NC group

圖3 NPC組左側(cè)顳葉白質(zhì)治療前與放療后3個月MK、Kr的差值(△MK、△Kr)與左側(cè)顳葉放療最大劑量(Temp_L_max)呈顯著正相關(guān)Fig. 3 The different values of MK and Kr (△MK, △Kr) in white matter of the left temporal lobe show significant a positive correlation with the maximum irradiation dose of the left temporal lobe (Temp_L_max), respectively.

2 結(jié)果

2.1 臨床資料

NPC組和NC組臨床資料無統(tǒng)計學(xué)差異(年齡：t=0.66，P=0.36；教育年限：t=0.21，P=0.89；性別：χ2=0.30，P=0.58)。

2.2 雙側(cè)顳葉及海馬各DKI參數(shù)值比較

2.2.1 雙側(cè)顳葉白質(zhì)

與NPC組治療前比較，NPC組放療后3個月雙側(cè)顳葉白質(zhì)的FA(左側(cè)：P=0.009；右側(cè)：P=0.001)、MK(左側(cè)：P=0.027；右側(cè)：P=0.034)、Kr值(左側(cè)：P=0.007；右側(cè)：P=0.007)均顯著減低(表1，圖2)；左右顳葉白質(zhì)的放療前后FA、MK、Kr值的變化程度、雙側(cè)顳葉白質(zhì)的MD、Da、Dr、Ka值治療前與放療后3個月的改變均無顯著統(tǒng)計學(xué)差異(P值均大于0.05)。NPC組治療前與NC組基線雙側(cè)顳葉白質(zhì)的各DKI參數(shù)值均無顯著統(tǒng)計學(xué)差異。

2.2.2 雙側(cè)海馬

與NPC組治療前比較，NPC組放療后3個月右側(cè)海馬的MK值(P=0.033)、Kr值(P=0.031)顯著升高(表1，圖2)；左側(cè)海馬的MK、Kr值、雙側(cè)海馬的MD、Da、Dr、Ka值的改變均無顯著統(tǒng)計學(xué)差異。NPC組治療前與NC組基線雙側(cè)海馬各DKI參數(shù)值均無顯著統(tǒng)計學(xué)差異。

2.3 MoCA量表評分值比較及相關(guān)性分析

NPC組放療后3個月的MoCA評分[(27.47±2.04)分]較治療前MoCA評分[(28.94±1.20)分]顯著減低(t=2.58，P=0.02)。NPC組治療前與NC組的MoCA評分[(28.90±0.91)分]統(tǒng)計學(xué)分析無顯著統(tǒng)計學(xué)差異(t=0.32，P=0.75)。偏相關(guān)分析結(jié)果表明，NPC組治療前與放療后MoCA量表的差值與雙側(cè)顳葉放療最大/平均劑量、與雙側(cè)海馬放療最大/平均劑量、與雙側(cè)顳葉白質(zhì)放療前后FA、MK、Kr差值、與右側(cè)海馬放療前后MK、Kr差值的相關(guān)性均無顯著統(tǒng)計學(xué)差異(P值均大于0.05)。

2.4 DKI差異參數(shù)的變化與放療最大/平均劑量相關(guān)性分析

在NPC組內(nèi)，左側(cè)顳葉白質(zhì)治療前與放療后3個月MK、Kr的差值(△MK、△Kr)與左側(cè)顳葉放療最大劑量呈顯著正相關(guān)(P=0.044，r=0.407；P=0.006，r=0.530)(圖3)，與左側(cè)顳葉放療平均劑量無顯著相關(guān)(P＞0.05)。右側(cè)顳葉白質(zhì)治療前與放療后3個月MK、Kr的差值與右側(cè)顳葉放療最大/平均劑量、右側(cè)海馬治療前與放療后3個月MK、Kr的差值與右側(cè)海馬放療最大/平均劑量、雙側(cè)顳葉白質(zhì)治療前與放療后3個月FA的差值與右側(cè)顳葉放療最大/平均劑量均無統(tǒng)計學(xué)差異(P值均大于0.05)。

3 討論

3.1 DKI參數(shù)在放射性腦損傷中的運用

放射性腦損傷是NPC患者嚴(yán)重影響生活質(zhì)量的并發(fā)癥，根據(jù)放療時間和臨床癥狀，放射性腦損傷分為三個階段：急性反應(yīng)期(放療后數(shù)天到數(shù)周內(nèi))，亞急性期或早期延遲反應(yīng)期(放療3個月后)，晚期延遲反應(yīng)期(放療后6個月到數(shù)年)[12-13]。早期放射性腦損傷的臨床癥狀表現(xiàn)為嗜睡、頭痛、惡心等，這些通常是短暫可逆的，晚期延遲反應(yīng)期癥狀包括不同程度的漸進性神經(jīng)認知功能損害，甚至最終不可逆性的放射性腦壞死[14]，因而放射性腦損傷的臨床早期檢測顯得尤為重要。

DKI在DTI模型的基礎(chǔ)上引入了概率與四階峰度，可以評價腦組織白質(zhì)和灰質(zhì)水分子擴散的受限程度及擴散的不均質(zhì)性，顯示DTI難以顯示的纖維交叉、彎曲等復(fù)雜微觀環(huán)境的結(jié)構(gòu)特征[15]。DKI可同時獲得衍生的DTI擴散度量(FA、MD、Da、Dr)及DKI度量指標(biāo)(MK、Ka、Kr)[5]。FA常用來評價腦白質(zhì)水分子沿纖維束方向的擴散，MD用于反映分子整體擴散水平和擴散阻力的整體情況，Da及Dr分別代表與軸突方向平行和垂直的水分子的擴散。MK是定義為峰度在所有方向峰度的平均值，被認為是組織微結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的指標(biāo)，Ka是指沿著擴散橢球軸向的峰度值，Kr代表擴散正交方向上的峰度值，因擴散受限主要在徑向，Kr較Ka較為突出[5]。

3.2 顳葉白質(zhì)的DKI參數(shù)改變及其意義

本研究中，NPC組雙側(cè)顳葉白質(zhì)放療后3個月FA值較治療前顯著減低，這與以往的人體及動物實驗研究結(jié)果相似[14，16-19]。在放療后早期延遲反應(yīng)期，由于白質(zhì)軸突的脫髓鞘過程，會導(dǎo)致FA值的減低，并且由于放療后早期的炎癥反應(yīng)，充填在軸突周圍的膠質(zhì)細胞增生及周圍血管的水腫，軸突密度的減低，這也會導(dǎo)致顳葉白質(zhì)的FA值減低[14，16-17，19]。還有一種說法認為，由于水腫的存在，軸突組織變得疏松，其組織排列變得不規(guī)則，組織一致性減低，導(dǎo)致了FA值的減低[2]。本研究中NPC組放療后3個月雙側(cè)顳葉白質(zhì)MK值較放療前顯著減低，可能是由于雙側(cè)顳葉白質(zhì)放療后軸突完整性破壞，細胞減少，軸突密度減低，導(dǎo)致了腦組織復(fù)雜程度減低[3-4，12，15]。在以往潘海賓等[20]的橫斷面研究中，亦發(fā)現(xiàn)了鼻咽癌放療結(jié)束后早期出現(xiàn)顳葉白質(zhì)MK值降低，但他們的研究并未進一步探討Kr及Ka值的變化。我們進一步的研究發(fā)現(xiàn)雙側(cè)顳葉白質(zhì)放療后Kr值減低，說明水分子垂直于軸突方向的擴散受限程度減低，進一步說明了NPC組放療后顳葉白質(zhì)早期延遲反應(yīng)期脫髓鞘過程的存在[15]。而本研究中反映髓鞘完整的DTI衍生參數(shù)Dr在鼻咽癌放療前后并未有顯著差異，與之相似的是，Cheung等[21]的研究發(fā)現(xiàn)Kr值較Dr值能更敏感探測神經(jīng)組織徑向的改變，本研究結(jié)果表明Kr值能比DTI衍生參數(shù)Dr值能夠更敏感反映NPC放療后顳葉白質(zhì)髓鞘的丟失。

3.3 海馬的DKI參數(shù)改變及其意義

海馬是對放療后早期損傷效應(yīng)尤為敏感的腦區(qū)。本研究首次探討了海馬放療后早期的擴散峰度改變，我們發(fā)現(xiàn)NPC組放療后3個月右側(cè)海馬的MK值及Kr值顯著升高。海馬是以灰質(zhì)為主的顳葉解剖結(jié)構(gòu)，MK值的升高可能是由于放療后早期神經(jīng)元胞體細胞和細胞器腫脹，且伴隨著膠質(zhì)細胞的增生，導(dǎo)致腦灰質(zhì)組織的復(fù)雜程度升高所致。而右側(cè)海馬放療后3個月的Kr值升高，可能是由于NPC放療后早期延遲反應(yīng)期神經(jīng)元細胞及細胞器腫脹，膠質(zhì)細胞增生，導(dǎo)致了水分子擴散受限程度升高[15]。放療后早期顳葉海馬擴散峰度參數(shù)改變模式的機制需要進一步深入研究。

3.4 DKI的參數(shù)改變與放療劑量相關(guān)關(guān)系及其意義

劑量依賴性的改變在放射性腦損傷相關(guān)研究常有報道[13，22-25]，而擴散峰度參數(shù)的變化與劑量間的關(guān)系鮮有研究。本研究中NPC組左側(cè)顳葉白質(zhì)治療前和放療后3個月的MK、Kr值差值和左側(cè)顳葉放療最大劑量值呈顯著正相關(guān)關(guān)系，提示NPC組顳葉白質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)改變與放療劑量密切相關(guān)。與之相似的是，以往的臨床和動物實驗研究究表明放射性腦損傷與放療劑量有關(guān)[22-25]。而右側(cè)顳葉白質(zhì)、右側(cè)海馬治療前后的MK、Kr差值與相關(guān)放療劑量無顯著統(tǒng)計學(xué)差異，可能是由于本研究樣本量不夠大所致。

3.5 MoCA量表值的改變及其意義

本研究發(fā)現(xiàn)NPC組放療后3個月的MoCA量表值減低，表明了NPC組放療后早期延遲反應(yīng)期患者的神經(jīng)認知功能下降。有研究認為放療引起的學(xué)習(xí)及記憶功能減退與海馬的損傷有關(guān)[26]。海馬被認為負責(zé)言語記憶的形成，其功能障礙可能會導(dǎo)致患者記憶能力下降[10，27]。放療可能會引起血管的損傷從而導(dǎo)致海馬結(jié)構(gòu)功能障礙，有臨床試驗表明放療時保護海馬能使患者早期意識功能障礙的受損程度減低[28]。但本研究MoCA量表評分值的改變與DKI參數(shù)值的改變沒有顯著相關(guān)性，這可能是由于MoCA量表評估的簡單性及不敏感性引起的，以往的研究顯示MoCA量表在評價被試的執(zhí)行功能、語言和視覺記憶、注意力方面并不非常敏感[29]。

本研究仍存在一些不足：(1)本研究樣本量偏小，今后將擴大樣本量進一步研究；(2) MoCA量表是簡易神經(jīng)認知評估量表，有待進一步采用精細量表評估神經(jīng)認知功能；(3)盡管本研究表明顳葉白質(zhì)損傷與放療關(guān)系密切，但所有NPC組患者均進行誘導(dǎo)化療或(和)同期放化療，化療藥物對腦組織結(jié)構(gòu)的損傷仍未能排除[30]，進一步研究單純放射治療患者的顳葉損傷可以排除化療影響；(4)本研究采用手動勾畫ROI方式獲得DKI參數(shù)值，其可重復(fù)性較差，今后采用基于體素的全腦研究可以克服這一局限性。

綜上所述，本研究顯示了鼻咽癌放療后早期雙側(cè)顳葉白質(zhì)和海馬的隱匿性微觀結(jié)構(gòu)改變，并表明左側(cè)顳葉白質(zhì)擴散峰度參數(shù)呈劑量依賴性改變，采用DKI能較DTI更敏感地發(fā)現(xiàn)這些病變非高斯擴散特點。DKI可以作為客觀的影像學(xué)手段監(jiān)測鼻咽癌放療后顳葉白質(zhì)和海馬早期隱匿性放射性腦損傷，為臨床早期發(fā)現(xiàn)及干預(yù)提供客觀影像學(xué)依據(jù)。

利益沖突：無。