氢质子磁共振波谱监测乳腺癌新辅助化疗疗效的应用研究

汪晓红 彭卫军 谭红娜 信 超 顾雅佳 唐 峰 毛 健

乳腺癌是女性常见的恶性肿瘤,术前新辅助化疗(neoad juvant chemotherapy,NAC)配合手术是目前认为提高局部晚期乳腺癌患者生存率的有效手段[1]。NAC的应用使在体监测肿瘤化疗反应成为可能,由于目前临床应用于乳腺癌的化疗药物品种繁多,因此,在治疗早期了解药物疗效有助于正确选择合理的治疗方案。在肿瘤形态学发生变化之前早期评估乳腺癌NAC的疗效将直接影响治疗效果及其预后[2]。氢质子磁共振波谱(1H-MRS)是利用磁共振现象,对生物体内化合物组成及含量测定分析的技术,通过提供活体内肿瘤的生化代谢信息,有望在NAC治疗早期评价疗效,协助临床制定有效的治疗方案。本研究就1H-MRS在监测乳腺癌及NAC疗效中的应用价值开展初步探索。

方 法

1.一般资料

前瞻性分析自2006年9月～2009年3月间一组99例在术前进行NAC(化疗方案为:紫杉醇+卡铂组合)的乳腺癌患者(包括98个浸润性导管癌,1个黏液腺癌)按疗程随访的1H-MRS资料(化疗前,化疗一疗程后),所有病例均经手术病理证实。患者均为女性,年龄 30～63岁,平均年龄48.3岁。化疗前病灶大小 4.7～ 77.0cm3,平均 24.2cm3。

2.检查方法

采用GE 1.5T Signa Tw in Speed with Excite双梯度超导型磁共振扫描仪,患者俯卧于专用的乳腺相控阵表面线圈上,使双侧乳房自然悬垂于线圈洞穴内。常规三平面定位扫描后,采用FSE T1W I(TR 480m s、TE10m s、ETL=2)、T 2W I加脂肪抑制 (TR 3200m s,TE85m s)横断位扫描,层厚 5mm,层隔1mm,矩阵 256×160,激励次数 4次。之后行动态增强扫描,采用多时相增强乳腺容积成像 (VIBRANT序列),TR/TE3.9/1.1ms、回波时间T I14ms、层厚3.2mm,无间距,扫描层数116层,翻转角15°轴位扫描,视野 32cm;矩阵 416×288;激励次数 1次,检查前用12G静脉留置针建立静脉通道,造影剂采用Gd-DTPA(德国先灵公司的M agnevist),用量为0.2mmol/kg,于10s内快速团注,继而快速推注10ml生理盐水。在增强图像上选择体素感兴趣区 (voxel of interest,VO I),尽量选择瘤体实质部分,避开坏死区域及邻近的脂肪组织。行1H-MRS扫描序列(PROSE序列):TR/TE=2000/90ms,FOV:20cm,激励次数 (NEX)=8,VOI大小15mm×15mm×15mm,矩阵 1×1,水峰半高全宽FWHM(fu ll-w id th at half-maxim um)为8～18Hz,扫描时间 176s,化疗前及一疗程后MRS检查方法及参数保持一致,包括选定VO I区大小、部位亦尽量与初次检查保持一致。后处理利用SAGE软件分析处理谱线,选取合格谱线(基线相对平稳、无明显变形及干扰峰)并测量主要代谢物波峰指标,以胆碱峰(3.2ppm)峰高及峰下面积、信噪比作为分析数据源,进行治疗前后的比较。

3.数据统计与分析

以病理结果为金标准,在RECIST(Response Evaluation Criteria in Solid Tum ors)标准[3],即测量比较瘤体最大径的基础上,用肿瘤三维体积变化来评估疗效,影像学评估化疗前后乳腺肿瘤体积缩小65%及以上为治疗有效,缩小体积小于65%或较前增大为无效[4,5]。

所有数据由Excel 2003录入,定量数据用x+s表示。所有测量数据用SPSS16.0统计软件分析,计量资料首先采用单样本K-S拟合优度检验,检验样本的分布是否符合正态分布。计算所有病例中,1H-M RS检查的成功率,胆碱峰检测的敏感性,分别对治疗有效/无效组化疗前,一疗程后肿瘤1H-M RS测得的胆碱峰峰高、峰下面积及胆碱信噪比(胆碱信噪比=胆碱峰高/噪声)进行配对 t检验。所有的检验均用双侧检验,P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.1H-MRS结果

在体乳腺癌灶1H-M RS谱线在0～5ppm的取值范围中可见到3个主要代谢峰(水峰、胆碱复合峰、脂肪联合峰)。本组乳腺癌1H-M RS监测成功率为83.8%(83/99),其中2例近腋窝、胸壁的肿瘤,3例近皮下较表浅的乳腺癌灶行1H-MRS检查失败;有5例谱线变形严重,出现明显宽大的干扰峰,因而掩盖了主要代谢产物共振峰。另有6例谱线呈锯齿状改变,导致无法正确辨认代谢产物共振峰。亦有5例部分基线不平稳的现象,但尚能辨认代谢产物共振峰,故仍将其归在成功病例中。在成功施行1H-MRS检查,并基线尚平稳的1H-MRS谱线的乳腺癌病例中,发现3.2ppm处明显可测量的胆碱峰有63例,敏感性为75.9%(63/83)。

2.治疗效果

1H-MRS成功检测到胆碱峰的63个病例中,48个于NAC一疗程后成功随访。化疗结束后疗效判断,以影像学评估其中8例治疗无效,40例有效。治疗有效组一疗程后,肿瘤体积平均缩小1.2±3.1cm3(-2.1～10.9cm3),t=2.005,P=0.055,差异无统计学意义。

比较有效与无效两组间治疗前胆碱峰峰高、峰下面积及胆碱信噪比之间差异有统计学意义 (P＜0.05),有效组初始Cho峰高、峰下面积及信噪比均高于无效组(表1)。

表1 治疗有效、无效组之间初始Cho峰高、峰下面积及胆碱信噪比比较

3.分别比较有效组与无效组治疗前后胆碱峰峰高、峰下面积及胆碱信噪比之间差异

统计治疗有效组一疗程后胆碱峰峰高、峰下面积及胆碱信噪比的变化:其中大部分经NAC一疗程后Cho消失(占82.5%,33/40),仅7例表现为Cho的下降。统计结果P值均小于0.01,认为有效组治疗前与一疗程后肿瘤Cho峰高、峰下面积及胆碱信噪比变化有统计学意义,有效组经NAC一疗程后Cho峰高、峰下面积及信噪比均有显著下降(图1,表2)。

无效组治疗前与一疗程后肿瘤Cho峰高、峰下面积及胆碱信噪比变化无统计学意义(P＞0.05,表3,图 2)。

表2 治疗有效组NAC前及一疗程后Cho峰高、峰下面积及胆碱信噪比比较

表3 治疗无效组NAC前及一疗程后Cho峰高、峰下面积及胆碱信噪比比较

讨 论

1.乳腺癌新辅助化疗及影像学评价

乳腺癌NAC是术前对局部晚期乳腺癌患者进行全身系统性的细胞毒性药物治疗,以使肿瘤降期,达到保乳手术治疗的目的,加上术后的巩固化疗,明显改善其疗效及预后[1,4]。乳腺癌NAC的关键在于提高有效率。准确的疗效评价有助于临床优化治疗方案,合理选择手术时机。传统影像学方法很难正确评估治疗疗效,容易受治疗后纤维化或坏死组织的干扰。目前,运用磁共振成像技术监测乳腺癌NAC疗效的研究已有报道[6]。

以往有关乳腺1H-M RS的研究较少,因为乳腺内水和脂肪的含量较高,宽大的脂肪峰或水峰常掩盖所需测量的主要波峰,影响了瘤体内代谢产物的测量。另外,M RS检查对硬件及技术的要求较高,如场强及匀场的要求等。但近年来,由于高场强磁共振扫描仪的运用及技术上的改进,有关MRS在乳腺肿瘤方面的研究时有报道[5-7]。本研究采用的PROSE序列,成功地抑制了主要的脂肪、水信号,对胆碱峰的检测敏感性有了明显的提高,使1H-MRS成功应用于临床成为可能[8]。

2.乳腺癌1H-MRS谱线特点

1H-MRS诊断乳腺恶性肿瘤的标准主要基于瘤体内能检测到明显的胆碱化合物[8-10]。通过1HM RS谱线检测到化学位移3.2ppm处明显抬高的波峰即为胆碱复合峰,胆碱复合物(tCho)主要由游离胆碱、胆碱磷酸和甘油胆碱磷酸组成。在活体组织中,tCho产生的化学位移形成的小共振峰可融合,组成一个独立的共振峰,提示癌组织中tCho的含量明显升高[9,10],因此tCho可以作为代表肿瘤细胞增殖活性和细胞密度的标志物。

经200例细针穿刺证实的样本MRS检测[11]发现用胆碱峰的出现与否鉴别肿瘤良恶性具有较高的敏感性、特异性。在体1H-M RS研究[8-10]证实,在约 70%～96%的乳腺癌病灶中可出现显著升高的胆碱代谢峰,而仅有14%～18%的乳腺良性肿瘤出现胆碱峰。本研究在成功出现MRS谱线的83例乳腺癌中,检测出明显可测量的Cho峰63例,敏感性达 75.9%,与文献报道相符。

3.1H-MRS监测NAC治疗反应

肿瘤提取物、细胞模型及肿瘤异体移植模型的多项研究[11,12]证实,MRS不但可用于乳腺癌的辅助诊断,还能提供肿瘤NAC早期疗效信息。考虑到通过1H-MRS的谱线分析,可以了解到化疗药物在人体内的摄取与代谢,Wolf等[12]研究证实,用MRS监测随访乳腺癌治疗早期疗效是可行的。

1H-M RS可以无创伤性检测组织内部生化代谢及生物学特性,从而了解肿瘤生物学行为、进展、病理生理学及治疗反应等[11,12]。随着乳腺癌的进展,瘤体内tCho的含量将明显增高;而经NAC有效治疗后,肿瘤细胞增殖活性降低,生长代谢明显减弱,细胞逐渐凋亡、坏死,细胞密度下降,tCho的含量随之降低,而1H-M RS谱线上的tCho峰将出现明显变化[13]。

Griffiths等[13]对肿瘤模型化疗反应的研究亦证实,未经治疗肿瘤的生长及内部生化代谢水平远高于治疗后。1H-MRS可监测瘤体内化疗药物的摄取与代谢,通过肿瘤内部组成的生化信息变化,监测乳腺癌的治疗反应,且能在肿瘤形态学发生变化前,快速有效地评估治疗疗效,指导临床选择个体化的有效治疗方案[9]。2001年Jaganathan等[14]首次应用1H-MRS监测乳腺癌治疗疗效时,发现89%的患者经治疗后胆碱共振峰消失或明显减弱。本组资料中,有效组经一疗程化疗后有82.5%的Cho峰消失,而仅7例乳腺癌Cho峰表现为明显下降。M eisamy等[2]认为1H-M RS能在局部进展期乳腺癌新辅助化疗治疗最初24h内检测出治疗反应的变化。因此,NAC前后的1H-M RS波谱分析发现胆碱复合峰的消失或减弱可作为早期监测局部进展期乳腺癌对NAC的治疗反应一项有效指标[14]。我们的研究结果与文献报道一致,当有效组在NAC一疗程后检测到Cho峰的明显下降或消失时,肿瘤体积尚未发生显著变化。

研究显示,本组乳腺癌患者化疗有效组初始1HMRS测得的胆碱水平(胆碱峰高、峰下面积及信噪比)均明显高于治疗无效组,与文献报道相符[2]。这可能是因为有效组乳腺癌生长代谢较无效组更为活跃,对化疗药物作用更敏感的缘故,有待于进一步的药代动力学研究证实。因此,由1H-M RS提供的早期检测NAC疗效的信息能预估乳腺癌的治疗预后信息。此外,早期预估治疗疗效亦有利于研究者评估新辅助化疗中抗肿瘤药物的作用机制[2]。

4.总结与不足

本组研究结果提示,1H-M RS在监测乳腺癌方面的应用具可行性,但重复性和稳定性仍有欠缺。但在成功出现胆碱峰的乳腺癌患者疗程随访中发现,治疗有效者在瘤体大小发生变化前胆碱峰明显减弱或消失,证实1H-M RS可在乳腺癌灶形态学发生变化前监测到瘤体内主要代谢物的变化,可作为临床提供疗效评价的新手段。

尽管通过乳腺肿瘤模型及临床的研究证实1HM RS可用于监测评估乳腺癌的早期治疗反应,目前1H-MRS应用于乳腺技术上尚存在缺陷,因而在临床上的运用仍有争议。M RS检查对场强、磁场均匀性要求较高,否则会造成化学位移信息的丢失,易产生伪影,使得波峰或谱线变形而导致波谱质量明显降低,难以用于临床分析评估指标。此外,由于检查技术方法或代谢产物含量低的缘故,其检测Cho峰的敏感度受限(研究中仅为75.9%),其临床应用还受信噪比、呼吸运动及检查时间的限制,MRS易产生谱线变形,基线不平稳等现象。另外,病灶内感兴趣区的定位还受肿瘤形态(不规则)、位置(与皮肤、胸壁的关系)、大小甚至瘤体内出血坏死等多因素的影响。

本组1H-M RS研究在增强相定位,由于动态增强后对病灶定位精确,且增强相瘤体实质部分显示较明显,容易避开坏死区,在以往脑肿瘤MRS定位亦建立在增强相基础上已有报道[15],并在乳腺肿瘤MRS的研究中亦已予以证实[16]。因为代谢产物(胆碱复合物)往往存在于细胞内,而造影剂Gd-DTPA在细胞外间隙,因此,可以推测造影剂对MRS检测代谢产物含量的影响是极细微的。因此,1H-MRS完全可以结合动态增强MRI,成为辅助监测评价乳腺癌NAC早期疗效的手段之一。