體素內不相干運動擴散加權成像評估淋巴結轉移對頭頸部鱗癌治療應答率的預測價值

鄧承健，何衛紅

（南華大學附屬第二醫院醫學影像科，湖南衡陽，421001）

體素內不相干運動擴散加權成像評估淋巴結轉移對頭頸部鱗癌治療應答率的預測價值

鄧承健，何衛紅

（南華大學附屬第二醫院醫學影像科，湖南衡陽，421001）

目的體素內不相干運動擴散加權成像（IVIM-DWI）評估頭頸部鱗狀細胞癌（HNSCC）淋巴結轉移彌散和微灌注情況。采用IVIM參數進行淋巴結分期，并根據隨訪獲得的治療應答率數據分析IVIM參數的預測價值。方法15例經病理確診的局部晚期頭頸部鱗癌淋巴結轉移患者在施行非手術保留器官治療前進行彌散加權成像（DWI）檢查。使用8種不同的b值（0～800 s/mm2）進行3 T DWI成像。IVIM雙指數擬合計算灌注指數f和擴散系數D。所有患者隨訪期均為13.5個月。對所有患者進行感興趣區（ROI）分析。結果13.5個月隨訪期間，15例患者中3例局部復發（LRF）。LRF患者初始f值高于局部區域控制（LRC）患者（14.5±0.6）％vs（7.7±2.6）％（P=0.001）。兩組間初始擴散系數D差異無統計學意義（0.97±0.15）×10-3mm2/s vs（0.88±0.13）× 10-3mm2/s（P=0.301）。結論淋巴結中初始灌注指數f具有預測HNSCC患者局部復發率和治療應答率價值。

體素內不相干運動；擴散加權成像；灌注分數；淋巴結轉移；頭頸部鱗狀細胞癌；治療應答率

Keywords:intravoxel incoherent motion;diffusion-weighted imaging;perfusion fraction;lymph node metastsis; head and neck squamous cell carcinoma;treatment response

彌散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）聯合表觀彌散系數（apparent diffusion coefficient，ADC）是評價淋巴結轉移的有效方法[1]。與形態學評價相比，DWI和ADC聯合使用評價能夠更好區分頭頸部鱗狀細胞癌（head and neck squamous cell carcinomas，HNSCC）患者良性淋巴結和淋巴結轉移。轉移性淋巴結中ADC值明顯偏低[2]。以往研究使用CT、MRI對比增強灌注成像亦發現，與良性淋巴結相比，HNSCC頸淋巴結轉移過度灌注和過度血管化[3]。

體素內不相干運動擴散加權成像（intravoxel incoherent motion-diffusion weighted imaging，IVIMDWI）是一種先進成像技術，可同時測量血管腔隙（灌注分數f）和擴散限制（擴散系數D）信號，無需使用造影劑。IVIM-DWI是基于b值不斷增加的擴散加權成像，b值較低時灌注良好組織會出現明顯信號衰減[4]。有研究采用反轉恢復DWI序列證實，血管腔隙b值較低時非單指數信號衰減是由于血容量、血流量和T2信號引起[5]。擴散加權數據采用雙指數擬合，可以區分灌注分數f和灌注自由擴散系數D。采用IVIM-DWI檢測頭頸腫瘤原發部位，可以提高不同部位頭部和頸部腫瘤的分辨率。此外，IVIMDWI在腫瘤表征和HNSCC治療應答率預測中潛力巨大。本研究旨在通過獲取HNSCC淋巴結轉移患者治療前灌注分數f和擴散系數D，評估其在預測治療應答率中的價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象

連續招募22例經病理確診的局部晚期HNSCC患者。其中15例DWI成像基線檢查顯示疑似淋巴結轉移，回顧性分析疑似淋巴結轉移情況，短軸＞15 mm的可疑淋巴結被認為是淋巴結轉移。多淋巴結轉移患者中，選取DWI序列覆蓋最大的淋巴結進行分析。15例患者中，女性6例，男性9例；年齡43～69歲，平均（54.5±7.6）歲；9例口咽癌，3例下咽癌，3例喉癌。

非手術器官保留治療前掃基線MRI。每例患者進行化療和/或免疫治療結合放療，化療方案可變?；颊呓邮芸ㄣK/順鉑和單用氟尿嘧啶（n=10）或聯合使用多西他賽（n=4）。接受免疫治療患者（n=12）增加西妥昔單抗。所有患者臨床和影像學隨訪期為治療結束后13.5個月或出現局部復發為止。影像顯示局部復發均經組織學活檢證實。

1.2 磁共振成像檢測

基線磁共振成像檢查和后續檢查（治療完成后1.5、4.5、7.5和13.5個月）采用相同掃描方案。采用3T掃描儀（Magnetom Trio，西門子，埃朗根，德國），4通道頸線圈對患者進行檢查。DWI單次回波平面成像（SE-EPI）軸向脈沖序列參數如下：TR/TE：1 300/50 ms，13層，層面厚度：3 mm，平面分辨率：3×3 mm2，視野（FOV）：240×240 mm2，10中等水平，帶寬：3 472 Hz/像素，K空間并行成像技術GRAPPA因子2，總成像時間：4 min 51 s。0～800 s/mm2取8個不同b值（b=0、50、100、150、200、250、700和800 s/mm2）。使用3個擴散方向。對獲取圖像計算出跟蹤加權圖像，并進一步分析。除了DWI，還獲取了形態學圖像包括T1和T2加權TSE序列以及T2TIRM（快速反轉恢復序列）。應用對比劑（0.1 mmol/kg體重釓布醇）后，得到脂肪飽和T1 TSE圖像。

1.3 檢測后處理和數據分析

為計算灌注分數f和擴散系數D，根據IVIM模型利用MITK（醫學影像互動工具包）軟件對擴散加權數據進行后處理：

該公式中，S0為無擴散加權信號，S為擴散加權信號。參數估計是根據假設擴散測定主要受2種效應的影響，即毛細管網分子運動引入的灌注相關作用（假擴散系數，D*）和被動擴散的血管外作用（D）。由于D，D*同時非線性擬合，加權系數f不固定，第一步根據推薦方法以＞170 s/mm2的b值時的測量值用于估計f和D。第二步，通過窮舉搜索計算D*。

對這些定量分析進行感興趣區（region of interest，ROI）分析。由一位經驗豐富的放射科醫師通過與形態圖像比較這些數據首先確定出彌散加權圖像的對應區域。在整個淋巴結轉移區域的擴散加權成像中畫出ROI（在少數情況下，增大的淋巴結幾乎全部被DWI覆蓋），同時排除大片壞死及鄰近頸部血管。因肉眼可見的完全壞死性淋巴結轉移，分析數據將1例患者排除。每個ROI的信號強度首先取平均值，然后計算IVIM參數f和D。在治療結束后13.5個月內，將這些基線值與臨床療效進行比較。根據隨訪結果將患者分為兩組，局部控制（locoregional control，LRC）組和局部復發（locoregional failure，LRF）組，局部復發是指復發腫瘤位于原發腫瘤部位，局部控制是指影像學上腫瘤未增大。

1.4 統計學方法

采用SPSS 19.0統計軟件進行數據分析，計量資料以均數±標準差（±s）表示，非正態分布資料用中位數（四分位數間距）表示。LRC組和LRF組間符合正態分布的基線值進行獨立樣本t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

HNSCC患者接受非手術器官保護治療前，采用IVIM評估15例患者淋巴結轉移情況。治療結束后13.5個月隨訪期內，4例患者局部復發（LRF），11例患者局部控制（LRC）。LRF組和LRC組基線檢查的f和D值見圖1。LRF組平均初始f值為（14.5±0.6）％（14.1％～15.3％），LRC組平均初始f值為（7.7± 2.6）％（3.1％～12.3％）。因此，LRF患者初始f值高于LRC患者（t=3.183，P=0.001）。LRF組基線D值為（0.97±0.15）×10-3mm2/s，LRC組基線D值為（0.88± 0.13）×10-3mm2/s，兩組比較差異無統計學意義（t= 0.481，P=0.301）（見圖2）。

圖1 兩組患者基線f值和D值分布情況

圖2 兩組患者治療完成后1.5個月時MRI檢查的典型影像

3 討論

本研究發現，HNSCC患者接受非手術保留器官治療前，LRF組患者基線f值高于LRC患者。由于f值為血管腔隙的替代指標，最有可能反映腫瘤T2-加權血管體積分數，動態對比增強磁共振成像（DCE-MRI）中主要與局部血流量有關。然而，f受多種因素影響，包括局部血容量、血流量和T2信號[6]，故不能與DCE-MRI測量區域血流量進行比較。

以往有研究分析，HNSCC患者接受非手術器官保留治療前的區域血流量（DCE-MRI測量）對治療應答率的影響[7]。CAO等[8]研究發現，LRF患者基線血容量和血流高于LRC患者。與此相反，CHAWLA等[9]分析指出，LRF患者基線血漿體積分數低于LRC患者。但是這兩項研究結果并沒有統計學意義。

根據HNSCC原發腫瘤組織病理學分析，微血管密度越高，HNSCC侵襲性更高，從而導致淋巴結轉移和遠端轉移發生風險更高。組織病理學檢測結果顯示，局部控制率越低原發腫瘤微血管密度越高，以往有研究采用彩色超聲多普勒檢測患者放化療前淋巴結轉移情況也得到類似結果，該研究發現，基線檢查超聲顯示淋巴結血管化程度越高，生存率下降，遠端轉移較早發生，從而預后越差[10]。這些結果也與本研究結果一致，HNSCC LRF患者淋巴結轉移血管腔隙（f）更大。以往對HNSCC原發腫瘤部位的IVIM分析表明，預后不良（LRF、遠處轉移和死亡）患者腫瘤原發部位基線f值更高，因此，基線f值更高往往提示腫瘤高侵襲性。

盡管HAUSER等[11]研究發現，預后好與預后差HNSCC患者原發腫瘤部位ADC水平差異有統計學意義，但預后較好患者基線D值僅呈較低趨勢，這一研究結果與本課題在淋巴結轉移中觀察到的結果一致，LRC患者基線D值略低。此外，本研究結果與CHAWLA等[9]研究結果類似，CHAWLA等發現，完全應答HNSCC患者淋巴結中ADC值僅略低于部分應答患者，差異有統計學意義。一般來說，腫瘤細胞外空間較大如硬癌或壞死腫瘤通常預后不良，而高度增殖實體腫瘤細胞密度高通常預后良好，這些差異可能與缺氧和微壞死腫瘤組織酸中毒有關，從而導致放化療抵抗[12-14]。然而，本組患者淋巴結轉移LRF和LRC患者D值差異無統計學意義。本研究和以往其他研究僅發現f和ADC分析具有預后價值，而D值則不具有預后價值。這些結果提示，HNSCC患者預后良好和較差患者ADC水平差異可能與不同血管分型有關。原發腫瘤部位的類似結果[11]也驗證該假設。本研究的主要局限性是樣本量小，隨訪中僅有15例HNSCC淋巴結轉移患者可供評估和分析。然而，這一初步結果具有一定臨床應用價值，本課題組未來將在更大樣本量患者和更長隨訪期進一步深入研究，以驗證本研究的結果。

總之，局部晚期HNSCC患者淋巴結轉移IVIM分析表明，基線檢查中高f值可以預測治療后局部復發，而LRC和LRF患者D值差異無統計學意義。因此，HNSCC擴散加權成像結果提示LRC和LRF患者不同血管分型具有預測臨床結果的潛力。

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（張蕾 編輯）

Predictive value of IVIM-DWI in evaluation of lymph node metastasis on treatment response in head and neck squamous carcinomas

Cheng-jian Deng,Wei-hong He
(Department of Medical Imaging,the Second Affiliated Hospital,University of South China, Hengyang,Hunan 421001,China)

ObjectiveTo evaluate diffusion and micro-perfusion of lymph node metastases of head and neck squamous cell carcinomas(HNSCC)using intravoxel incoherent motion(IVIM)diffusion-weighted imaging(DWI), use the obtained IVIM parameters to characterize lymph nodes staging and to evaluate the potential predictive value of these parameters using therapy response rate during follow-up.MethodsFifteen patients with lymph node metastases of histologically-confirmed locally advanced HNSCC were examined using DWI before a nonsurgical organ preserving therapy.DWI imaging was performed at 3 T using eight different b-values ranging 0-800 s/mm2. The perfusion fraction f and the diffusion coefficient D were extracted using IVIM biexponential fit.A follow-up period of 13.5 months was available for all the patients.A region of interest(ROI)analysis was performed in all the patients.ResultsLocoregional failure(LRF)was present in 3 of the 15 patients within 13.5 months of follow-up.The initial f-value was significantly higher(P=0.001)in the patients with LRF than in the patients with locoregional control[(14.5±0.6)％vs.(7.7±2.6％),P=0.001].The initial diffusion coefficient D did not differ significantly between the two groups[(0.97±0.15)×10-3mm2/s vs.(0.88±0.13)×10-3mm2/s,P=0.301].ConclusionsOur results indicate that a high initial perfusion fraction f in lymph nodes may predict poor treatment response in patients with HNSCC due to locoregional failure.

R739.91

：B

10.3969/j.issn.1005-8982.2017.02.018

1005-8982（2017）02-0094-04

2016-04-19