胡 芳，曾 童，王 力，陽(yáng)騰飛，周 廷，林 贊，邱士軍，曹 勇，吳 濤

1.湘南學(xué)院醫(yī)學(xué)影像檢驗(yàn)與康復(fù)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像人工智能湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 郴州 423000；2.湘南學(xué)院附屬醫(yī)院郴州市認(rèn)知相關(guān)腦疾病預(yù)警技術(shù)研發(fā)中心，湖南 郴州 423000；3.廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像科，廣東 廣州 510415；4.南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院影像科，廣東 廣州 510515；5.湘南學(xué)院第一附屬醫(yī)院影像醫(yī)學(xué)中心，湖南 郴州423000

鼻咽癌是我國(guó)華南地區(qū)男性第3 位高發(fā)腫瘤，發(fā)病率高達(dá)（10～15）/10 萬(wàn)［1］。放射治療（放療）是鼻咽癌首選和最有效的方法。放療時(shí)靶區(qū)劑量覆蓋無(wú)法避開(kāi)靶區(qū)附近腦組織，如顳葉、腦干等，因此，放療后以雙側(cè)顳葉為代表的靶區(qū)附近腦組織損傷一直是鼻咽癌晚期患者放療后的主要并發(fā)癥之一，且其潛伏期較長(zhǎng)［1］。目前，流行的調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)雖對(duì)減少顳葉及腦干的放射劑量起到了重要作用，但實(shí)際并未顯著降低放射性腦壞死的發(fā)生率［2］。顳葉等腦組織損傷可嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，從而帶來(lái)一系列不良社會(huì)效應(yīng)。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，頭頸部腫瘤放療后常規(guī)MRI 顯示正常的腦白質(zhì)存在微觀病理?yè)p傷，早期的重要特征是血管損傷并影響血流動(dòng)力學(xué)［3］。動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)成像（dynamic susceptibility contrastenhanced perfusion-weighted imaging，DSC-PWI）是腦灌注研究的經(jīng)典方法，可獲得多個(gè)灌注參數(shù)圖和參數(shù)值，從而全面評(píng)估腦血流動(dòng)力學(xué)情況。有學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)研究［4-6］，但均采用了1.5 T MRI 儀，研究范圍較局限，數(shù)據(jù)分析方法簡(jiǎn)單，多使用自帶的后處理軟件采用傳統(tǒng)的二維ROI 法，且結(jié)果并不一致。因此，本研究基于新的數(shù)據(jù)分析軟件NordicICE（v4.0.3）使用基于三維立體ROI 法分析3.0 T MRI DSC-PWI在監(jiān)測(cè)鼻咽癌放療前后靶區(qū)附近腦白質(zhì)血管的微觀病理改變，以期進(jìn)一步證實(shí)放射性腦損傷的發(fā)病機(jī)制，為放射性腦損傷的早期診斷及干預(yù)治療提供影像學(xué)資料。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2015 年1 月至2016 年3 月期間在湘南學(xué)院第一附屬醫(yī)院（郴州市第一人民醫(yī)院）經(jīng)鼻咽鏡活檢確診的鼻咽癌患者38 例，其中首次放療后25 例，無(wú)放療史13 例。本研究獲醫(yī)學(xué)倫理學(xué)委員會(huì)批準(zhǔn)（科研第〔2017005〕號(hào)）?；颊呔炇鹬橥鈺?/p>

納入標(biāo)準(zhǔn)：①無(wú)鼻咽癌顱內(nèi)侵犯；②顱內(nèi)無(wú)腫瘤性病變；③顱內(nèi)無(wú)血管性病變；④無(wú)嚴(yán)重的系統(tǒng)性疾病，如心臟病、糖尿病等；⑤常規(guī)MRI 平掃示顱內(nèi)無(wú)腦部梗死灶、軟化灶及其他占位性病變等；⑥無(wú)肝、腎等重要臟器疾??；⑦漢族；⑧右利手；⑨順產(chǎn)。排除標(biāo)準(zhǔn)：圖像采集及后處理過(guò)程中不合格者。

將無(wú)放療史13 例鼻咽癌患者作為放療前控制組（pre-radiotherapy control group，PC）。首次放療后25 例又分為急性反應(yīng)期（acute reaction period，ARP）組13 例，即首次放療后0～6 個(gè)月的患者；延遲反應(yīng)期（delayed reaction period group，DRP）組12 例，即首次放療后7～24 個(gè)月的患者。

1.2 儀器與方法

ARP 組與DRP 組的放化療方案類似，采用頭頸聯(lián)合野三維調(diào)強(qiáng)適形放射治療，鼻咽部放射總劑量為66～68 Gy，分割次數(shù)為32～33 次。所有患者在放療前中后均接受誘導(dǎo)化療，同步化療和輔助化療方案，主要化療藥物為順鉑、多西他賽、紫杉醇等。

采用GE Signa HDXT 3.0 T MRI 掃描儀和8 通道頭頸聯(lián)合線圈采集圖像。掃描序列及參數(shù)：①常規(guī)序列軸位T2-FLAIR，TR/TE/IR 9 000 ms/120 ms/2 100 ms，層厚/層距5 mm/1 mm；②采集3D BRAVO T1結(jié)構(gòu)像，TR 8.1 ms，TE 3.2 ms，翻轉(zhuǎn)角150°，層數(shù)128 層，層厚1.2 mm，分辨率256×256，視野24 cm×24 cm，掃描時(shí)間3 min 3 s，激勵(lì)次數(shù)1 次；③DSC-PWI，采用多層采集方式，TR 1 500 ms，TE 144 ms，矩陣128×128，翻轉(zhuǎn)角90°，視野240 mm×240 mm，層厚5 mm，層距1 mm。對(duì)比劑為釓雙胺注射液，采集4 幅圖像觀察圖像無(wú)畸變后，使用高壓注射器經(jīng)肘前靜脈團(tuán)注對(duì)比劑，劑量0.2 mmol/kg 體質(zhì)量，流率4 mL/s，后以相同流率注射20 mL 生理鹽水沖洗導(dǎo)管。

1.3 圖像分析及處理

由2 名有經(jīng)驗(yàn)的MRI 診斷醫(yī)師觀察圖像，共同確定雙側(cè)顳葉白質(zhì)及其余腦實(shí)質(zhì)內(nèi)有無(wú)異常信號(hào)。T1結(jié)構(gòu)像和DSC-PWI 的原始數(shù)據(jù)后處理在NordicICE（v4.0.3）軟件上進(jìn)行，處理步驟如下：①輸入DSC-PWI 原始圖像；②利用軟件自動(dòng)設(shè)定TIC 的基線范圍和掃描最后時(shí)相；③選擇標(biāo)準(zhǔn)化腦血流量（normalized CBF，nCBF）和標(biāo)準(zhǔn)化腦血容量（normalized CBV，nCBV）值；④降低噪聲；⑤時(shí)間平滑，降低噪聲和動(dòng)態(tài)信號(hào)中異常信號(hào)的影響，提高曲線擬合過(guò)程的質(zhì)量；⑥頭動(dòng)校正；⑦以兩腔室模型為基礎(chǔ)，計(jì)算出反映血管通透性和血管內(nèi)外間隙容積的各種參數(shù)，并重建各種參數(shù)圖，包括nCBF 圖、nCBV 圖、平均傳輸時(shí)間（mean transit time，MTT）圖和達(dá)峰時(shí)間（time to peak，TTP）圖（圖1a～1d）；⑧空間平滑；⑨保存NIFTI 格式圖像；⑩輸入T1結(jié)構(gòu)像原始圖像，轉(zhuǎn)換保存為NIFTI 格式；重采樣T1結(jié)構(gòu)像，使之與DSC-PWI 圖像配準(zhǔn)；在配準(zhǔn)后的T1像上設(shè)置ROI，于大腦腳層面（顯示顳葉白質(zhì)最大層面）設(shè)置雙側(cè)顳葉白質(zhì)和大腦腳ROI，選擇球形立體ROI，約89 個(gè)像素，設(shè)置時(shí)選取腦白質(zhì)區(qū)域，盡量避開(kāi)灰質(zhì)和腦溝。為了對(duì)照，在遠(yuǎn)離顳葉的雙側(cè)側(cè)腦室后角后側(cè)枕葉白質(zhì)內(nèi)各設(shè)置1 個(gè)ROI（圖1e，1f）。用軟件批處理提取5 個(gè)ROI 的nCBV、nCBF、MTT、TTP值用于統(tǒng)計(jì)分析。

圖1 動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)成像（DSC-PWI）灌注及ROI 設(shè)置圖 注：圖1a 為標(biāo)準(zhǔn)化腦血流圖，圖1b 為標(biāo)準(zhǔn)化腦血流量圖，圖1c 為平均傳輸時(shí)間圖，圖1d 為達(dá)峰時(shí)間圖，圖1e為雙側(cè)顳葉白質(zhì)和大腦腳ROI 選取示意圖，圖1f 為雙側(cè)枕葉白質(zhì)ROI 選取示意圖

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

常規(guī)序列觀察顯示2 例患者顳葉壞死，1 例額部有金屬異物排除。數(shù)據(jù)處理過(guò)程中未見(jiàn)不符合處理標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

2.1 3 組一般資料比較（表1）

表1 3 組一般資料比較

3 組患者性別、年齡和受教育程度比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。

2.2 3 組nCBF 值比較（表2）

表2 nCBF 值組間差異統(tǒng)計(jì)結(jié)果（）

表2 nCBF 值組間差異統(tǒng)計(jì)結(jié)果（）

注：nCBV 為標(biāo)準(zhǔn)化腦血容量，PC 為放療前控制組，ARP 為急性反應(yīng)期，DRP 為延遲反應(yīng)期。

ARP 組左側(cè)顳葉和右側(cè)顳葉白質(zhì)ROI 的nCBF值較PC 組均顯著升高（P=0.011、0.022），其余3 個(gè)ROI 組間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。DRP 組5 個(gè)ROI 與其他2 組組間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。

2.3 3 組nCBV 值比較（表3）

表3 nCBV 值組間差異統(tǒng)計(jì)結(jié)果（）

表3 nCBV 值組間差異統(tǒng)計(jì)結(jié)果（）

注：nCBV 為標(biāo)準(zhǔn)化腦血流量，PC 為放療前控制組，ARP 為急性反應(yīng)期，DRP 為延遲反應(yīng)期。

ARP 組左側(cè)顳葉和右側(cè)顳葉白質(zhì)ROI 的nCBV值較PC 組均顯著升高（P=0.017、0.021），其余3 個(gè)ROI 組間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。DRP 組5 個(gè)ROI 與另2 組組間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。

2.4 3 組MTT 值比較（表4）

表4 MTT 值組間差異統(tǒng)計(jì)結(jié)果（s，）

表4 MTT 值組間差異統(tǒng)計(jì)結(jié)果（s，）

注：MTT 為平均傳輸時(shí)間，PC 為放療前控制組，ARP 為急性反應(yīng)期，DRP 為延遲反應(yīng)期。

DRP 組左側(cè)顳葉白質(zhì)ROI 的MTT 值較ARP 組顯著升高（P=0.022），其余4 個(gè)ROI 的MTT 值組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。PC 組5 個(gè)ROI 與其他2 組組間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。

2.5 3 組TTP 值比較（表5）

表5 TTP 值組間差異統(tǒng)計(jì)結(jié)果（s，）

表5 TTP 值組間差異統(tǒng)計(jì)結(jié)果（s，）

注：TTP 為達(dá)峰時(shí)間，PC 為放療前控制組，ARP 為急性反應(yīng)期，DRP 為延遲反應(yīng)期。

DRP 組5 個(gè)ROI 的TTP 值較PC 組均顯著升高（均P＜0.05）；ARP 組的大腦腳和雙側(cè)枕葉的TTP 值均較PC 組明顯升高（均P＜0.05），雙側(cè)顳葉白質(zhì)ROI 兩者差異不明顯（均P＞0.05）；ARP 組和DRP 組組間5 個(gè)ROI 的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。

3 討論

腦白質(zhì)的血流量與血管的功能和血-腦脊液屏障的完整性密切相關(guān)。研究表明，動(dòng)物顱腦經(jīng)放射線照射后，首先出現(xiàn)血管受損傷表現(xiàn)，包括小血管擴(kuò)張及血管內(nèi)皮細(xì)胞和基底膜損傷表現(xiàn)，如內(nèi)皮細(xì)胞空泡形成、上皮細(xì)胞腫脹乃至凋亡、基底膜增厚等［7-8］。顱腦經(jīng)放射線照射后的另一重要特征是神經(jīng)炎癥反應(yīng)，促炎癥反應(yīng)蛋白釋放增加為其重要內(nèi)容［9］，這些改變會(huì)激發(fā)血管壁玻璃樣變性、腔內(nèi)微血栓形成等，進(jìn)而改變血管結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致血-腦脊液屏障破壞和血管通透性增高，血管源性水腫隨即出現(xiàn)，血流動(dòng)力學(xué)也可能受到影響［10］，而脫髓鞘等神經(jīng)組織損傷則晚于或伴隨于血管損傷［7-8］。這種微觀結(jié)構(gòu)損傷可持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，若血管損傷不能修復(fù)且進(jìn)一步發(fā)展，最終將導(dǎo)致腦組織缺血缺氧而發(fā)生液化性壞死，這已得到放射性腦病的病理檢查證實(shí)，此階段病變可通過(guò)傳統(tǒng)影像檢查發(fā)現(xiàn)［11］。因此，放療后有必要對(duì)放療靶區(qū)附近腦組織微循環(huán)進(jìn)行研究。

MRI 灌注加權(quán)成像為研究腦組織微觀結(jié)構(gòu)和循環(huán)提供了可能。DSC-PWI 可以觀察組織微血管分布和毛細(xì)血管期血流灌注信息，表現(xiàn)為T1WI 信號(hào)增強(qiáng)或T2WI 信號(hào)減弱，與灌注強(qiáng)度呈正比［12］，可利用不同的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出各種灌注參數(shù)，如相對(duì)腦血流量（relative cerebral blood flow，rCBF）、相對(duì)腦血容量（relative cerebral blood Volume，rCBV）、MTT 和TTP 等，用于評(píng)價(jià)組織、器官的血流灌注情況。rCBF被認(rèn)為是目前預(yù)測(cè)腦組織存活狀態(tài)最佳的灌注指標(biāo)；rCBV 與組織灌注及微血管分布間存在良好的相關(guān)性。也有研究認(rèn)為，TTP 和MTT 是顯示腦灌注損傷最敏感的指標(biāo)［13］。DSC 灌注方法利用外源性對(duì)比劑的強(qiáng)T2*效應(yīng)計(jì)算灌注參數(shù)，3.0 T MRI 的T2*值小，因此采集分析DSC-PWI 各項(xiàng)參數(shù)較1.5 T MRI更具優(yōu)勢(shì)。

本研究發(fā)現(xiàn)，在急性反應(yīng)期，靶區(qū)附近雙側(cè)顳葉的nCBF 和nCBV 值較放療前均升高，較遠(yuǎn)的區(qū)域無(wú)明顯改變，而遲發(fā)反應(yīng)期雙側(cè)顳葉白質(zhì)的nCBF 和nCBV 值與放療前相比差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。說(shuō)明放射線早期即引起了放療靶區(qū)附近腦組織血管損傷，局部組織過(guò)度灌注，以往已有研究［14］證實(shí)了這一點(diǎn)。分析可能是急性炎癥活動(dòng)導(dǎo)致，血管壁內(nèi)因炎癥的調(diào)節(jié)作用，刺激血管周圍的細(xì)胞分泌大量的血管活性因子，如氮氧化合物、細(xì)胞激酶調(diào)節(jié)因子及腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等，這些因子能夠調(diào)節(jié)腦血管的節(jié)律，導(dǎo)致血管擴(kuò)張灌注增加［15］，從而表現(xiàn)為CBF和CBV 值增加［16-17］。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，小鼠顱腦放射線照射后，潛伏期腦白質(zhì)血管擴(kuò)張是普遍存在的［18-19］，同時(shí)電鏡觀察到腦血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、基底膜縮短及密度減低，血-腦脊液屏障通透性增高。此外，腦組織照射后早期即能檢測(cè)到各種相關(guān)的炎癥細(xì)胞因子，如腫瘤壞死因子（TNF）、白介素1（IL-1）等，炎癥反應(yīng)可引起機(jī)體組織血管擴(kuò)張，從而間接導(dǎo)致灌注增加。

既往有研究利用1.5 T MRI 分析鼻咽癌放療后放射性腦病顳葉損傷的DSC-PWI 特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)放療后0～6 個(gè)月常規(guī)MRI 檢查顯示陰性的顳葉腦白質(zhì)rCBF 明顯降低，隨著時(shí)間推進(jìn)，rCBF 改變呈動(dòng)態(tài)過(guò)程［17］。王繼民等［5］利用磁共振動(dòng)脈自旋標(biāo)記成像分析了首次放療后的鼻咽癌患者雙側(cè)顳葉腦白質(zhì)CBF的變化，發(fā)現(xiàn)放療結(jié)束后CBF 顯著下降，隨后逐漸上升，6 個(gè)月后仍略低于正常顳葉白質(zhì)。李洲等［6］也得出相似結(jié)論。本研究與以上研究不盡一致，可能與數(shù)據(jù)采集設(shè)備和分析方法及患者差異有關(guān)，有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

本研究還發(fā)現(xiàn)，放療后患者在急性反應(yīng)期距離放療靶區(qū)較近的雙側(cè)顳葉白質(zhì)TTP 值與放療前比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而較遠(yuǎn)的2 個(gè)枕葉和大腦腳白質(zhì)TTP 值與放療前相比明顯延長(zhǎng)。在遲發(fā)反應(yīng)期則5 個(gè)ROI 的TTP 值均較放療前顯著延長(zhǎng)，與急性反應(yīng)期相比，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。TTP 的延長(zhǎng)代表了對(duì)比劑流經(jīng)的血管通路阻力增加。本研究說(shuō)明，放射線早期即引起了對(duì)比劑血管通路的阻力增加，且隨著時(shí)間延長(zhǎng)，阻力呈持續(xù)上升趨勢(shì)，反映了放射性腦損傷局部微循環(huán)血流動(dòng)力學(xué)的障礙。分析這可能是由于放射線引起頸部及鼻咽部腫瘤放療靶區(qū)及周邊組織血管的內(nèi)膜增生、血流變緩的結(jié)果。此前多項(xiàng)研究也證實(shí)，鼻咽癌放療后患者頸部血管損傷，頸動(dòng)脈斑塊形成率遠(yuǎn)高于正常對(duì)照組［20］，在遲發(fā)反應(yīng)期出現(xiàn)頸動(dòng)脈狹窄，發(fā)生率高達(dá)78.9%［21］，這可能解釋放療后患者腦白質(zhì)TTP 普遍延長(zhǎng)的現(xiàn)象［22］，與本研究一致。

本研究中，放療靶區(qū)附近雙側(cè)顳葉白質(zhì)的MTT值在急性反應(yīng)期和遲發(fā)反應(yīng)期較放療前差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，僅左側(cè)顳葉在遲發(fā)反應(yīng)期較急性期的MTT 值明顯延長(zhǎng)。MTT 延長(zhǎng)表明血液在局部組織內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)，多數(shù)是由于病變組織微循環(huán)不暢造成的。說(shuō)明在急性反應(yīng)期，放療靶區(qū)附近的腦白質(zhì)微循環(huán)通暢程度無(wú)明顯影響，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，微循環(huán)受阻不通暢。

綜上所述，放療靶區(qū)附近腦白質(zhì)微循環(huán)在放療后早期即發(fā)生了變化，呈過(guò)度灌注狀態(tài)，血管通路的阻力開(kāi)始增加，但局部組織微循環(huán)尚通暢。隨著時(shí)間窗延長(zhǎng)，其過(guò)度灌注狀態(tài)有所恢復(fù)，但微循環(huán)逐漸受阻，血管通路的阻力進(jìn)一步增加。離放療靶區(qū)較遠(yuǎn)的腦組織血管通路在放療后早期阻力增加，隨著時(shí)間延長(zhǎng)未見(jiàn)恢復(fù)。本研究進(jìn)一步支持了放射性腦損傷的血管損傷學(xué)說(shuō)。