李小芹，沈合松，張 菁，劉美伶，王 興，袁筱茜，張久權(quán)

重慶大學附屬腫瘤醫(yī)院影像科，重慶 400030

鼻咽癌（nasopharyngeal carcinoma，NPC）是一種起源于鼻咽黏膜上皮的惡性腫瘤，在中國南方發(fā)病率較高［1］。鼻咽癌治療方式首選單純放療或同步放化療，而其治療方案的選擇依賴于臨床分期［2］。高腫瘤分期的患者在接受同步放化療或放療聯(lián)合誘導或輔助化療后可以獲得更好的預后［3-5］，因此準確的治療前分期對鼻咽癌治療決策和預后判斷至關(guān)重要［6-7］。與低分期鼻咽癌相比，高分期鼻咽癌生長速度快，瘤內(nèi)壞死率高，血供不足，導致整體血管分布減少［8］。因此，對腫瘤灌注特性的評估可能有益于鼻咽癌分期。磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）灌注參數(shù)可以評估鼻咽癌的微血管增殖或血管生成［9］，有利于評估鼻咽癌的分期。

體素內(nèi)不相干運動（intravoxel incoherent motion，IVIM）彌散加權(quán)成像（diffusionweighted imaging，DWI）是一種通過使用雙指數(shù)模型將水分子彌散與微循環(huán)分離［10-11］的非增強MRI灌注技術(shù)。源自IVIM的快彌散系數(shù)（fast ADC，D*）和灌注分數(shù)（perfusion fraction，f）有助于區(qū)分鼻咽癌的腫瘤分期［12-13］。然而，IVIM難以將灌注與彌散完全分開，且不同范圍的b值會導致對血管大小的靈敏度不同［14］。動脈自旋標記（arterial spin labeling，ASL）是另一種MRI灌注技術(shù)，無需注射造影劑，而受益于流入的磁標記血液的對比度，可用于推導腫瘤血流量（tumor blood flow，TBF）以反映腫瘤灌注的定量信息［15］。由于其易于實施和高信噪比，三維準連續(xù)ASL（three-dimensional pseudo continuous ASL，3D pCASL）已被用作臨床成像技術(shù)［16-18］。一些研究［19-20］表明，3D-pCASL灌注參數(shù)有助于鼻咽癌分期。

選擇不輸注造影劑的最佳無創(chuàng)成像技術(shù)來輔助鼻咽癌的準確分期對于患者的治療決策和預后預測至關(guān)重要［21］。然而，很少有研究對ASL和IVIM對鼻咽癌分期的臨床價值進行全面比較。此外，先前的研究［22-25］表明，ASL衍生的TBF與膠質(zhì)瘤中IVIM衍生的D*或f顯著相關(guān)，但鼻咽癌中源自ASL和IVIM的灌注指標之間的相關(guān)性仍不清楚。因此，本研究旨在比較來自ASL和IVIM的定量參數(shù)對鼻咽癌分期的臨床價值，并確定這些定量參數(shù)的相關(guān)性。

1 資料和方法

1.1 患者資料

回顧并收集2018年6月—2020年6月鼻咽癌患者共56例。納入標準：① 經(jīng)病理學檢查證實的鼻咽癌；② 既往未行活檢或治療；③ 無MRI檢查禁忌；④ 無其他原發(fā)腫瘤。排除標準：① 缺乏完整的臨床和MRI數(shù)據(jù)，② 軸位T2加權(quán)圖像（T2-weighted imaging，T2WI）上的腫瘤最大直徑小于10 mm。根據(jù)美國癌癥聯(lián)合會第8版癌癥分期標準對腫瘤進行分期，人口統(tǒng)計學和TNM數(shù)據(jù)如表1所示。參照相關(guān)文獻［13，26］，將鼻咽癌分為高低分期兩組：臨床Ⅰ、Ⅱ期，T1、T2期，N0、N1期歸入低分期組，臨床Ⅲ、Ⅳ期，T3、T4期，N2、N3期歸入高分期組。

表1 56例鼻咽癌患者的臨床和人口統(tǒng)計學數(shù)據(jù)

1.2 檢查方法

采用荷蘭Philips公司的Ingenia 3.0 T MRI掃描儀，使用16通道頭頸部相控陣線圈?；颊哳^先進取仰臥位，所有患者行鼻咽部常規(guī)MRI平掃后，進行IVIM和3D pCASL掃描，最后進行增強掃描。常規(guī)MRI掃描包括軸位T1WI［重復時間（repetition time，TR）614 ms，回波時間（echo time，TE）18 ms］，軸位T2WI脂肪抑制（TR 2 780 ms，TE 100 ms），軸位、矢狀位和冠狀位的對比增強T1WI脂肪抑制序列（TR 450 ms，TE 15 ms）。層厚和層間距分別為5.0和0.5 mm。IVIM和ASL序列于注射對比劑前完成。IVIM采用單次激發(fā)自旋回波彌散加權(quán)平面回波成像（spin-echo diffusion-weighted echo-planar imaging，SE-DW-EPI），取14個b值（0、20、40、50、60、80、100、200、300、400、500、600、800和1 000 s/mm2）［27］，層數(shù)15，TR 2 000 ms，TE 50 ms，視野230 mm×230 mm，層厚4 mm，回波鏈長度55，激勵次數(shù)為4。ASL序列：采用3D pCASL序列，3D螺旋采集方式，標記延遲時間1 025 ms，視野240 mm×240 mm，TR 4 326 ms，TE 11 ms，層厚3 mm，層間距0 mm，矩陣288×192，回波鏈長度21，激勵次數(shù)為3。

1.3 MRI圖像處理與分析

采用內(nèi)部軟件IVIM2b32np（荷蘭Philips公司）對雙指數(shù)模型IVIM進行分析，使用公式⑴［25］。

Sb是一個像素內(nèi)有彌散梯度b的信號強度，S0是像素內(nèi)沒有彌散梯度的信號強度，f是與微循環(huán)相關(guān)的灌注分數(shù)，D是反映純粹的分子彌散的慢彌散系數(shù)（slow ADC，D*），D*是灌注相關(guān)的快彌散系數(shù)。

定量ASL分析在Philips IntelliSpace Portal工作站上進行，使用公式⑵［19］。

λ是大腦的血液分配系數(shù)，SIcontrol和SIlabel是對照圖像和標記圖像的平均時間信號強度，PLD是標記后延遲時間，T1，blood是以秒為單位的血液的縱向弛豫時間，α是標記效率，SIPD是質(zhì)子密度加權(quán)圖像的信號強度，τ為標記持續(xù)時間。

2名放射科醫(yī)師在不知道組織病理學結(jié)果情況下分別繪制感興趣區(qū)（region of interest，ROI），并測量IVIM和ASL各參數(shù)。為了測量觀察者內(nèi)的重復性，觀察者1在間隔約1個月后再次分析所有患者的圖像。在b=800 s/mm2的IVIM圖像上，將ROI放置在腫瘤最大切面的實性部分，根據(jù)需要調(diào)整到相對高信號的區(qū)域。自動計算ROI各參數(shù)（D、D*、f）的均值、最小值和最大值。記錄用于測量IVIM參數(shù)的ROI層面。

將b=800 s/mm2的IVIM圖像在工作站分離并與TBF圖融合，努力確保相同的ROI，以確定IVIM和ASL參數(shù)。自動計算ROI中TBF的平均值、最小值和最大值。

1.4 統(tǒng)計學處理

由于M1期隊列人數(shù)較少（5例），未對M期進行統(tǒng)計學分析。

采用SPSS 25.0軟件進行統(tǒng)計學分析。采用Kolmogorov-Smirnov（K-S）檢驗判斷數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布。符合正態(tài)分布的定量資料以表示。通過組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient，ICC）和Bland-Altman圖評估ASL和IVIM參數(shù)觀察者內(nèi)和觀察者間的重復性。采用Spearman相關(guān)分析法分析ASL與IVIM參數(shù)之間的關(guān)系。在單變量分析中，因數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，所以采用獨立樣本t檢驗進行比較。采用受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線和DeLong檢驗分析評價ASL和IVIM參數(shù)對鼻咽癌腫瘤分期的區(qū)分能力。計算靈敏度、特異度和曲線下面積（area under curve，AUC），通過約登指數(shù)確定最佳閾值。采用二元邏輯回歸分析確定鼻咽癌腫瘤分期的ASL和IVIM獨立預測參數(shù)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié) 果

2.1 臨床資料

共71例鼻咽癌患者接受檢查，其中15例被排除在外，排除原因：病理學檢查證實為淋巴瘤4例，缺乏完整的TNM分期結(jié)果和MRI數(shù)據(jù)8例，軸位T2WI圖像上腫瘤最大直徑小于10 mm 3例。最終，共56例患者（男性42例，女性14例，平均年齡51歲）納入本研究。

TBF、D、D*和f的平均值和最大值顯示觀察者內(nèi)部和觀察者間的一致性良好（ICC：0.889～0.994），詳見表2，圖1、2。然而，TBF、D、D*和f的最小值顯示觀察者內(nèi)部和觀察者間的一致性較差（ICC：0.025～0.285），其Bland-Altman圖如圖3所示。因此，我們使用觀察者1首次測量的TBF、D、D*和f的平均值和最大值進行后續(xù)分析。

圖1 鼻咽癌T分期組和臨床分期組的TBFmean和f mean值柱狀圖

圖2 低T分期（T1）和低臨床分期（Ⅱ期）的鼻咽癌患者MRI圖像

圖3 高T分期（T4）和高臨床分期（Ⅳ期）的鼻咽癌患者MRI圖像

表2 3D pCASL和IVIM定量參數(shù)評估鼻咽癌的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)

2.2 鑒別鼻咽癌高低T分期

鼻咽癌高低T分期組TBF、D、D*、f的均值和最大值見表3。如圖1～3所示，灌注參數(shù)TBFmean和fmean在低T分期組中明顯高于高T分期組（P＜0.001）。TBFmax、Dmean、Dmax、D*mean、D*max和fmax在T分期高低級別組中差異無統(tǒng)計學意義。

ROC曲線分析結(jié)果見圖4A和表4。TBFmean的AUC高于fmean（0.888vs0.789，P=0.022）。二元邏輯回歸分析顯示TBFmean（P=0.001）和fmean（P=0.010）是區(qū)分高低T分期的獨立預測因子。

2.3 鑒別鼻咽癌高低N分期

TBF、D、D*、f的平均值和最大值在低N分期組和高N分期組之間差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05，表3）。

表3 鼻咽癌高低T、N、臨床分期組3Dp CASL和IVIM參數(shù)的平均值和最大值

2.4 鑒別鼻咽癌高低臨床分期

如圖1～3所示，灌注參數(shù)TBFmean和fmean在低臨床分期組中明顯高于高臨床分期組（P=0.025）。TBFmax、Dmean、Dmax、D*mean、D*max和fmax在高低臨床分期組中差異無統(tǒng)計學意義。

ROC曲線分析結(jié)果見圖4B和表4。TBFmean的AUC高于fmean（0.838vs0.741，P=0.025）。多變量二元邏輯回歸顯示TBFmean（P=0.011）和fmean（P=0.013）是區(qū)分鼻咽癌高低臨床分期的獨立預測因子。

表4 TBFmean和fmean在區(qū)分高低T分期和臨床分期的診斷效能

圖4 TBFmean和f mean在鑒別鼻咽癌高低T分期和臨床分期的ROC分析

2.5 ASL與IVIM參數(shù)的相關(guān)性

表5和圖5列出了ASL和IVIM參數(shù)之間的相關(guān)性。Spearman秩相關(guān)分析顯示TBFmean和fmean中度相關(guān)（r=0.632，P＜0.001）。其他IVIM參數(shù)與ASL參數(shù)無相關(guān)性。

表5 鼻咽癌中3D-pCASL和IVIM參數(shù)的相關(guān)性

圖5 ASL和IVIM相關(guān)參數(shù)（TBFmean和fmean）散點圖

3 討 論

鼻咽癌是中國高發(fā)的惡性腫瘤之一，大多數(shù)鼻咽癌早期對放療靈敏度高，準確的治療前分期對于鼻咽癌患者選擇最佳的個體化治療方案至關(guān)重要。ASL和IVIM是一種無輻射、無需注射對比劑的成像技術(shù)，通過顯示腫瘤的灌注特征來對鼻咽癌分期［20，24-25，28-31］。本研究顯示，ASL和IVIM的灌注參數(shù)TBFmean和fmean可以區(qū)分鼻咽癌高低T分期和臨床分期。ROC曲線分析結(jié)果顯示，TBFmean比fmean在鑒別鼻咽癌高低T分期和高低臨床分期方面具有更好的診斷性能。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)鼻咽癌TBFmean與fmean之間存在中度相關(guān)關(guān)系。

ASL作為一種非增強MRI技術(shù)，提供定量參數(shù)TBF，能反映鼻咽癌腫瘤組織灌注的生理信息［32］，并已廣泛應(yīng)用于腫瘤分級分期研究［24-25，31，33］。盡管高分期腫瘤與血管生成增加相關(guān)，但是在本研究中，低T分期和低臨床分期腫瘤的TBFmean高于高T分期和高臨床分期腫瘤。這一矛盾現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是，在腫瘤血管生成過程中，血管內(nèi)皮細胞可能增殖產(chǎn)生或不產(chǎn)生有管腔的功能血管，而高分期鼻咽癌無功能的腫瘤新生血管并不增加腫瘤微循環(huán)灌注［30］。一項針對頭頸部鱗狀細胞癌的ASL研究［25］顯示，低分期腫瘤的TBF低于高分期腫瘤，沒有增加腫瘤微循環(huán)灌注，這與本研究結(jié)果不一致。多種因素可能導致這種差異。首先，在勾畫ROI的過程中，我們在b=800 s/mm2的IVIM圖像上沿高信號區(qū)放置ROI，盡量避免壞死區(qū)域，但高T分期鼻咽癌不能避免不完全壞死和微壞死，導致腫瘤灌注減少［3］；其次，由于鼻咽癌、口咽癌、下咽癌等不同頭頸部鱗狀細胞癌之間存在異質(zhì)性，腫瘤血流可能存在一定的異質(zhì)性。

本研究結(jié)果顯示，低T分期和低臨床分期腫瘤的fmean高于高T分期和高臨床分期腫瘤，這與相關(guān)研究［8，30］對鼻咽癌和食管鱗狀細胞癌的研究結(jié)果一致。這可能提示高分期腫瘤因快速生長而耗氧量增加，最終導致微循環(huán)灌注減少，高分期腫瘤有較高的瘤內(nèi)壞死百分率，導致整體血管供應(yīng)減少。此外，盡管在高分期鼻咽癌中存在豐富的腫瘤血管，但是腫瘤血管的不規(guī)則和迂曲也導致了低灌注［34］。

在本研究中，TBFmean區(qū)分鼻咽癌高低T分期和臨床分期的AUC高于fmean，這與ASL和IVIM對膠質(zhì)瘤分級的比較研究［25］不一致。有幾個可能的因素可以解釋這種差異。首先，3D-pASL作為一種先進的ASL成像序列，通過結(jié)合高場、并行成像和3D成像結(jié)合背景抑制，提高ASL在TBF成像中的靈敏度［35］。第二，原發(fā)腫瘤的TBFmean可以直接反映不同分期腫瘤血流的差異，但fmean與微血管相關(guān)，由腫瘤微循環(huán)血漿體積與血管外間隙體積之比決定［36-37］。第三，IVIM DWI中不同MRI機器之間b值有差異，對于不同中心的DWI標準協(xié)議沒有達成共識［12，27］，由此從IVIM推導出非最優(yōu)f值。因此，TBFmean在高低T分期和高低臨床分期的鑒別上優(yōu)于fmean。

本研究顯示，在低N分期和高N分期腫瘤之間，沒有一個參數(shù)顯示差異有統(tǒng)計學意義。原因可能是N分期狀態(tài)不僅取決于腫瘤的血液供應(yīng)狀態(tài)，也受其他多種因素影響，如原發(fā)腫瘤大小、數(shù)量、浸潤深度及淋巴結(jié)的位置等［38］。

本研究發(fā)現(xiàn)，鼻咽癌中由ASL衍生的TBFmean與由IVIM衍生的fmean呈中度正相關(guān)（r=0.632）。這一結(jié)果與神經(jīng)膠質(zhì)瘤的研究［25］結(jié)果一致，該研究表明TBF和f之間存在相關(guān)性（r=0.560）。這說明隨著血液從血管流向細胞外間隙，腫瘤組織微血管血流也隨之增加，細胞外間隙血容量與微血管血漿體積的比值也隨之增加［39］。然而，本研究結(jié)果顯示，TBFmax和fmax之間沒有統(tǒng)計學相關(guān)性（r=0.011，P=0.948），原因可能是由于腫瘤的異質(zhì)性，灌注參數(shù)的最大值不能準確反映鼻咽癌的灌注。

本研究存在一定的局限性。首先，樣本量小，我們需要一個更大的樣本來進行T、N和臨床分期的研究。第二，由于病理微血管密度可以反映腫瘤組織的氧合狀態(tài)，指導鼻咽癌放療和化療策略的制訂，但我們未根據(jù)腫瘤組織病理微血管密度參數(shù)驗證MRI灌注參數(shù)。第三，我們將ASL成像中PLD固定為之前文獻推薦的1 000 ms，但是PLD的選擇可能會影響測量的TBF值，我們將在未來的研究中比較不同PLD下的ASL圖像質(zhì)量。

綜上所述，ASL與IVIM可以很好地評估鼻咽癌的血流灌注信息，有利于預測鼻咽癌治療前的臨床分期。與IVIM的fmean相比，ASL的TBFmean能更好地區(qū)分鼻咽癌的T分期和臨床分期，有助于鼻咽癌患者獲得最佳的治療決策和更好的預后，且ASL與IVIM灌注參數(shù)呈中度正相關(guān)。