雙指數(shù)模型DWI預測鼻咽癌分化程度的初步研究

盧強， 李飛平， 胡英， 王暉， 于小平

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雙指數(shù)模型DWI預測鼻咽癌分化程度的初步研究

盧強， 李飛平， 胡英， 王暉， 于小平

目的：探討雙指數(shù)模型磁共振擴散加權成像(DWI)對鼻咽癌(NPC)分化程度的預測價值。方法：根據(jù)腫瘤的分化程度，將33例經(jīng)病理證實的非角化型NPC患者分為分化組(14例)和未分化組(19例)。所有患者均行雙指數(shù)模型DWI檢查，比較2組中DWI參數(shù)值(ADCstand、ADCslow、ADCfast和Ffast值)的差異。結果：分化型NPC的ADCstand、ADCslow、ADCfast和Ffast值分別為(0.920±0.131)×10-3mm2、(0.680±0.115)×10-3mm2、(22.3±13.9)mm2/s和0.316±0.078；未分化型NPC的ADCstand、ADCslow、ADCfast和Ffast值分別為(0.952±0.203)×10-3mm2/s、(0.672±0.116)×10-3mm2/s、(17.8±20.3)mm2/s和0.299±0.120；僅ADCfast值在兩組間差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。ADCfast值預測NPC分化程度的敏感度為85.7%，特異度為63.2%。結論：ADCfast值對預測鼻咽癌的分化程度具有一定價值。

鼻咽癌； 磁共振成像； 擴散加權成像； 雙指數(shù)模型； 分化程度

鼻咽癌(nasopharyngeal carcinoma，NPC)是我國南方地區(qū)常見惡性腫瘤，其預后與病理分級密切相關。磁共振擴散加權成像(diffusion-weighted imaging，DWI)可以在活體狀態(tài)下監(jiān)測組織的微觀結構，已被越來越多地應用于評估NPC原發(fā)灶和淋巴結轉移的診斷、療效評估、復發(fā)灶及并發(fā)癥的早期檢測等[1-4]?；趩沃笖?shù)模型計算得到的表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)不能真實反映組織內水分子擴散的生物學特征[5]。基于體素內不相干運動(intra-voxel incoherent motion)理論的雙指數(shù)模型DWI，無需使用對比劑即可精確評估組織擴散系數(shù)及微血管灌注情況。因此，本研究通過分析不同病理分化程度的鼻咽癌在雙指數(shù)模型DWI參數(shù)上的差異，旨在探討雙指數(shù)模型DWI各參數(shù)值對不同病理分化程度鼻咽癌的鑒別診斷價值。

材料與方法

1.臨床資料

2014年1月-2014年3月符合納入標準的NPC患者38例，男26例，女12例，年齡26～67歲，平均45.8歲。研究對象納入標準：①病理診斷為非角化型NPC且未經(jīng)抗腫瘤治療的初診患者；②身體狀況良好，能完成MRI檢查且無檢查禁忌證者。排除標準：①因MR圖像偽影或變形而影響病灶觀察；②在橫軸面、矢狀面或冠狀面圖像上病灶的長徑小于1 cm、無法準確放置測量的興趣區(qū)。本研究方案經(jīng)本院醫(yī)學倫理委員會批準，獲得所有患者的知情同意。

2.磁共振檢查方法

所有患者均依次行常規(guī)平掃、雙指數(shù)模型DWI和增強MR檢查，使用GE Optimal MR360 1.5T超導型MR儀和相控陣頭頸聯(lián)合線圈，患者取仰臥位。常規(guī)平掃序列及參數(shù)：橫軸面T1WI，TR 568 ms，TE取Min Full，層厚6 mm，層距1 mm，視野22 cm×22 cm，回波鏈長度2；橫軸面T2WI，TR 6289 ms，TE 85 ms，層厚6 mm，層距1 mm，視野22 cm×22 cm，回波鏈長度2；雙指數(shù)模型DWI采用單次激發(fā)平面回波成像序列，取9個b值(b=0、50、80、100、150、200、400、600、800和1000 s/mm2)，TR 4225 ms，TE取最小值，層厚5 mm，層距1 mm，視野22 cm×22 cm，回波鏈長度4。增強掃描序列及參數(shù)：橫軸面T1WI，TR 365 ms，TE取最小值，層厚6 mm，層距1 mm，視野22 cm×22 cm，回波鏈長度2；冠狀面T1WI，TR 205 ms，TE 80 ms，層厚5 mm，層距1 mm,視野27 cm×27 cm，回波鏈長度2。

3.DWI資料分析

根據(jù)雙指數(shù)模型DWI理論，DWI圖像信號強度與所用b值之間的關系如公式1：

Sb/S0=(1-Ffast)·exp(-b·ADCslow)+ Ffast·exp(-b·ADCfast)

(1)

其中S0和Sb分別是b=0和不為0時的圖像信號強度，ADCfast代表因為微循環(huán)灌注而產(chǎn)生的擴散系數(shù)(快速擴散運動成分)，ADCslow代表單純的水分子擴散運動(緩慢擴散運動成分)，F(xiàn)fast代表灌注因素在擴散信號中所占比例。ADCstand即傳統(tǒng)單指數(shù)模型DWI所計算出的擴散系數(shù)，其計算公式為：

Sb/S0=exp(-b·ADCstand)

(2)

將DWI原始數(shù)據(jù)傳輸至GE ADW 4.6工作站，應用Functool軟件包的MADC軟件自動計算各參數(shù)值(ADCstand、ADCslow、ADCfast和Ffast)并生成相應的參數(shù)圖。病灶感興趣區(qū)(ROI)的選擇由兩位高年資頭頸部放射學醫(yī)師商定：參考橫軸面T2WI、平掃T1WI和增強T1WI，選擇病灶最大的層面，并避開病灶內壞死、囊變、含氣的區(qū)域和血管等，在該層面的DWI圖像(b=0s/mm2)上勾畫ROI(圖1、2)，將這一ROI復制到同層面的各DWI參數(shù)圖上進行參數(shù)值的測量。

4.統(tǒng)計學分析

結　果

1.NPC病理診斷結果

38例中2例因為圖像出現(xiàn)嚴重變形、3例因NPC病灶太小難以進行參數(shù)測量等原因被排除，其余33例納入最終的數(shù)據(jù)分析。33例均為非角化型NPC，其中分化型14例、未分化型19例，病灶位于鼻咽頂側壁8例、頂后壁9例、側壁11例、半腔4例、全腔1例。病灶最大上下徑為(21.6±6.7)mm，在橫軸面圖像上病灶最大長徑為(32.1±12.3)mm、寬徑(18.6±8.6)mm。

2.DWI參數(shù)比較

分化型與未分化型NPC的DWI參數(shù)值見表1，其典型參數(shù)圖見圖2～3。兩組之間ADCfast值的差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，ADCstand、ADCslow和Ffast在兩組之間的差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。采用ROC曲線評價ADCfast對鑒別分化型與未分化型NPC的診斷效能，ROC曲線下面積為0.722(圖3)，當ADCfast取閾值11.7 ×10-3mm2/s時，約登指數(shù)最大(0.489)，此時診斷敏感度為85.7%，特異度為63.2%。

表1　分化組與未分化組NPC的DWI參數(shù)值

注：*Mann-Whitney U檢驗，ADC值的單位為×10-3mm2/s。

討　論

在我國NPC高發(fā)區(qū)，未經(jīng)治療的NPC中絕大多數(shù)為非角化性癌，為盡可能保證研究對象的同質性，本研究中只納入了非角化性NPC，而沒有同時研究角化性NPC。非角化性NPC根據(jù)腫瘤細胞的分化程度又可分為未分化型和分化型兩類，兩者的病理特征和預后有所不同。因此，準確評價NPC的病理分級，有助于臨床治療方案的制定，特別是有助于放療靶區(qū)勾畫和劑量分布的選擇。雖然活檢能夠明確NPC的病理類型，但屬于有創(chuàng)檢查，難以多次重復進行，另外，對于部分復發(fā)的NPC患者，往往復發(fā)灶的位置深在、活檢難以成功。常規(guī)影像檢查方法對NPC病理分級缺乏特異性。采用DWI對腫瘤進行術前病理分級日益受到國內外學者的關注，且開始用于顱內腫瘤、宮頸癌等[6-7]，但目前尚未見DWI應用于預測NPC病理分級的研究報道。

圖1　未分化型NPC。選取病灶最大層面的T2WI進行觀察，在對應層面的DWI(b=0s/mm2)上手動繪制ROI，軟件自動計算并生成病灶的ADCstand、ADCslow、ADCfast 和Ffast參數(shù)圖，此例中病灶的ADCstand、ADCslow和ADCfast值分別為0.957×10-3、0.695×10-3和17.3×10-3mm2/s，F(xiàn)fast值為0.322。a) T2WI； b) DWI(b=0s/mm2)； c) ADCstand偽彩圖； d) ADCslow偽彩圖； e) ADCfast偽彩圖； f) Ffast偽彩圖。

傳統(tǒng)DWI采用單指數(shù)模型，它基于水分子的各向同性運動理論，完全未考慮活體組織的微循環(huán)灌注情況，因而所計算出的ADC值往往高于組織的真實擴散系數(shù)，不能真實反映活體組織內水分子擴散運動的生物學特征。雙指數(shù)模型是基于將活體組織中水分子的運動分為快慢兩種成份，慢成分(ADCslow)代表水分子因熱能而導致的緩慢移動(即布朗運動)，快成分(ADCfast)代表因血流壓力梯度而導致的水分子快速移動，反映水分子在毛細血管網(wǎng)中的位移。雙指數(shù)模型DWI適用于既有水分子擴散(布朗運動)、又有血液微循環(huán)灌注的活體組織。事實上，大部分腫瘤組織成像體素內同時具有擴散和灌注這兩種狀態(tài)。因此，相對于單指數(shù)模型而言，雙指數(shù)模型DWI可以將水分子擴散與血流灌注分離，所計算出的ADC值更接近于組織的真實擴散系數(shù)，從而可更好地反映組織的微觀特征。

目前已有學者將雙指數(shù)模型DWI應用于良惡性鼻咽部病變的鑒別診斷。張水興等[8]的研究中發(fā)現(xiàn)，NPC原發(fā)灶的灌注相關擴散系數(shù)值(ADCfast)高于炎性病變，而真實擴散系數(shù)(ADCslow)和灌注分數(shù)值(Ffast)低于炎性病變。Lai等[9]發(fā)現(xiàn)NPC原發(fā)灶的ADCfast值高于放療后纖維化，而ADCslow真實擴散系數(shù)和灌注分數(shù)低于放療后纖維化。以上結果表明，雙指數(shù)模型DWI可以檢測到鼻咽部良性與惡性病變在微觀結構上的差別，從而有助于鑒別NPC與良性病變。

Lai等[10]發(fā)現(xiàn)隨著NPC的TNM分期升高，ADCslow趨于降低?？赡艿脑蚴荰NM分期越高，瘤細胞增殖更加顯著，瘤細胞排列更緊密，細胞核更大，細胞質更少，導致細胞外間隙更小，細胞膜通透性更低，從而使水分子擴散明顯受限。本研究中未發(fā)現(xiàn)分化型與未分化型NPC之間ADCslow和ADCstand值的差異有統(tǒng)計學意義，可能表明ADCslow和ADCstand值對于鑒別分化型與未分化型NPC的價值有限，但仍需進一步研究。

圖2　分化型NPC。選取病灶最大層面的T2WI進行觀察，在對應層面的DWI(b=0s/mm2)上手動繪制ROI，軟件自動計算并生成病灶的ADCstand、ADCslow、ADCfast 和Ffast參數(shù)圖，此例中病灶的ADCstand、ADCslow和ADCfast值分別為1.020×10-3、0.763×10-3和21.4×10-3mm2/s，F(xiàn)fast值為0.265。a) T2WI； b) DWI(b=0s/mm2)； c) ADCstand偽彩圖； d) ADCslow偽彩圖； e) ADCfast偽彩圖； f) Ffast偽彩圖。

圖3　ADCfast對鑒別分化型與未分化型NPC診斷效能的ROC曲線，曲線下面積為0.722。

理論上，ADCfast和Ffast值隨著組織內毛細血管密度和灌注成分的增加而增大。這一理論在關于NPC的DWI臨床研究中得到了驗證：Lai等[10]發(fā)現(xiàn)，隨著NPC的TNM分期升高，ADCfast和Ffast也趨于降低。而Huang等[11]發(fā)現(xiàn)，隨著NPC總分期、T分期和M分期的增高，其Ktrans值(一個反映毛細血管灌注和滲透性的指標)相應增高。提示病理分期越高的NPC，其微循環(huán)灌注越強(Ktrans值增加，ADCfast和Ffast值也增加)。本組資料顯示，未分化型NPC的ADCfast值低于分化型，提示ADCfast值很可能與NPC的病理分級有關(即NPC的惡性程度越高，其ADCfast值越低)，即ADCfast值有助于對兩者進行鑒別。

綜上所述，不同分期或者分化程度的NPC之間，其微循環(huán)灌注狀態(tài)存在一定的差異。對未分化型NPC來說，有可能由于瘤細胞增殖更加顯著、細胞外組織間隙液體壓力更高，導致毛細血管受壓以及微循環(huán)灌注減少，從而表現(xiàn)為腫瘤的ADCfast值低于分化型NPC。本研究中未發(fā)現(xiàn)分化型與未分化型NPC的Ffast值上有明顯差異，可能表明Ffast值對于分化型與未分化型NPC的鑒別診斷價值有限，但仍需進一步研究。

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Biexponential model diffusion-weighted imaging for predicting differentiation degree of nasopharyngeal carcinoma:a preliminary studyLU Qiang，LI Fei-ping，HU Yin，et al.Department of Diagnostic Radiology，Cancer Hospital，Xiangya School of Medicine，Central South University，Changsha 410013，P.R.China

Objective:To explore the potential value of biexponential model diffusion-weighted imaging (DWI) in predicting differentiation degree of nasopharyngeal carcinoma (NPC).Methods:Thirty-three patients with nonkeratinizing NPC (undifferentiated type 19 cases，differentiated type 14 cases) underwent biexponential model DWI using multi-b-value (b=0,50,80,100,150,200,400,600,800 and 1000s/mm2).The differences of diffusion parameters (ADCstand,ADCslow,ADCfastand Ffast) were compared between the undifferentiated NPCs and differentiated NPCs.Results:The ADCstand,ADCslow,ADCfastand Ffastvalue of the differentiated NPCs were (0.920±0.131)×10-3mm2/s,(0.680±0.115)×10-3mm2/s,(22.3±13.9)mm2/s and 0.316±0.078,respectively.For the undifferentiated NPCs，the ADCstand，ADCslow，ADCfastand Ffastwere (0.952±0.203)×10-3mm2/s,(0.672±0.116)×10-3mm2/s,(17.8±20.3)mm2/s and 0.299±0.120,respectively.For ADCstand,ADCslowand Ffastvalue,no significant difference was found between the undifferentiated NPCs and differentiated NPCs;but there was significant difference in the ADCfastvalue between the two groups.Based on the receiver operating characteristic (ROC) curve,ADCfasthad a sensitivity of 85.7% and a specificity of 63.2% in predicting the differentiation degree of NPC.Conclusion:ADCfastis helpful in predicting differentiation degree of NPC.

Nasopharyngeal carcinoma； Magnetic resonance imaging； Diffusion weighted imaging； Biexponential model； Differentiation degree

2014-11-05修回日期：2015-01-19)

410013長沙，湖南省腫瘤醫(yī)院 中南大學湘雅醫(yī)學院附屬腫瘤醫(yī)院)放診科(盧強、李飛平、于小平)，放療科(胡英、王暉)

盧強(1976-)，男 ，湖南長沙人，副主任技師 ，主要從事磁共振功能成像工作。

于小平，E-mail：hnyuxiaoping@163.com

湖南省科技廳科技計劃資助課題 (2010FJ3097)；中南大學湘雅醫(yī)學院附屬腫瘤醫(yī)院青年基金課題(A2012-01)

·頭頸部影像學·

R445.2； R739.63

A

1000-0313(2015)04-0323-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2015.04.006