宫颈癌DCE-MRI半定量参数与BOLD-MRI基线R2*的相关性研究

任王静，赵　骏，王延洲，杜明珊，陈　伟，徐惠成　(.第三军医大学西南医院妇产科，重庆 400038；.第三军医大学西南医院放射科，重庆 400038)



宫颈癌DCE-MRI半定量参数与BOLD-MRI基线R2*的相关性研究

任王静1，赵骏2，王延洲1，杜明珊2，陈伟2，徐惠成1(1.第三军医大学西南医院妇产科，重庆 400038；2.第三军医大学西南医院放射科，重庆 400038)

[摘要]目的探讨宫颈癌动态增强磁共振成像(DCE-MRI)半定量参数与血氧水平依赖磁共振成像(BOLD-MRI)基线R2*的相关性，为肿瘤乏氧检测技术的进一步发展奠定基础。方法24例宫颈癌患者在治疗前行DCE-MRI及BOLD-MRI检查，应用专用后处理软件获得DCE-MRI半定量参数(SI-I、MER、Tmax、IAUC)及BOLD-MRI参数(基线R2＊)，分析DCE-MRI半定量参数与BOLD-MRI基线R2*的相关性。结果基线R2*与Tmax呈正相关(r=0.423，P=0.014)，基线R2*与SI-I、MER及IAUC无显著相关性(P>0.05)。结论DCE-MRI半定量参数与BOLD-MRI基线R2*以不同原理反映肿瘤的氧合程度，联合应用上述参数有望提高肿瘤乏氧检测的性能。

[关键词]宫颈癌；磁共振成像；乏氧；参数

宫颈癌是女性生殖系统最常见的恶性肿瘤[1]，肿瘤乏氧是其不良预后因素之一[2]，评估肿瘤的氧合程度有助于预测预后及优化治疗方案，目前临床上缺乏一种无创、优良的肿瘤乏氧检测技术[3]。采用动态增强磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging, DCE-MRI)及血氧水平依赖磁共振成像(blood oxygenation level-dependent magnetic resonance imaging,BOLD-MRI)评估肿瘤的氧合程度是研究热点，但两者的检测性能均有待提高，各自参数之间的相关性尚不完全明确，故本文拟探讨DCE-MRI半定量参数与BOLD-MRI基线R2*之间的相关性，为磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)在评估宫颈癌氧合程度中的应用进一步奠定基础。

1资料与方法

1.1临床资料

收集2013年6月至2014年7月在我院妇产科住院治疗的宫颈癌患者24例。其中鳞癌20例，腺癌3例，腺鳞癌1例；年龄34～63岁，平均(47.96±8.06)岁，绝经患者9例；按宫颈癌临床分期(FIGO 2009)标准，IB1期12例，IB2期4例，IIA1期5例，IIA2期1例，IIB期2例；20例行根治性手术，3例行外科分期，1例因肺功能差而放弃手术治疗。入选标准：①所有患者经病理学证实均为原发性宫颈癌；②MRI检查前未接受手术和(或)放化疗等任何抗肿瘤治疗；③患者无体内金属植入、哮喘、钆类造影剂过敏及幽闭恐惧症等磁共振检查禁忌证；④患者知情同意接受MRI术前检查。该研究经我院伦理委员会批准。

1.2MRI检查

采用3.0T磁共振成像系统(Siemens,Trio,Erlangen,Germany)和8通道体部相控阵线圈对患者行盆腔MRI扫描，扫描序列及参数如下：①快速自旋回波TSE-T1WI。行宫颈轴位扫描，TR=680 ms，TE=11 ms，SL=3.5 mm,FOV=251 mm×379 mm,matrix=191×320，翻转角150°，扫描时间90 s；②T2-haste序列，行矢状位和轴位扫描，TR=1 000 ms，TE=88 ms，SL=4 mm,FOV=340 mm×340 mm,matrix=256×320，翻转角128°，扫描时间27 s；③BOLD-MRI。应用10回波T2-star序列，行宫颈轴位扫描，TR=181 ms，TE=1.84,3.82,5.8,7.78,9.76,11.74,13.72,15.7,17.68,19.66 ms，SL=3 mm,FOV=315 mm×420 mm,matrix=384×250，翻转角20°，扫描时间70 s;④DCE-MRI。DCE-MRI采用T1加权三维VIBE序列行宫颈轴位连续扫描,TR=4.67 ms，TE=1.75 ms，SL=1 mm,FOV=340 mm×340 mm，matrix=448×300，翻转角10°,共8期,第1期为平扫期，第2期到第8期为动态增强期，第1期扫描后与第2期之间有25 s时间间隔，经肘静脉由高压注射器注入钆喷酸葡胺(Gd-DTPA),剂量为0.1 mL/kg,注射速度2.5 mL/s,随后注入生理盐水20 mL。

1.3图像分析与处理

DCE-MR，将DCE-MRI原始图像输入工作站, 应用Mean Curve软件, 选取肿瘤最大截面，手动描绘肿瘤感兴趣区(region of interest，ROI)，由自带后处理软件得出ROI各时间点的信号强度，生成时间-信号强度曲线,计算如下参数：①信号强度最大增加值(maximal signal intensity increase over baseline,SI-I):SI-I=SImax-SIpre,其中SImax为注药后ROI的曲线峰值信号强度，SIpre为注药前ROI的信号强度；②最大增强率(maximal enhancement ratio,MER)MER= [(Simax-SIpre)/SIpre]×100%；③最大强化时间(Tmax)为开始注药至曲线到达波峰的时间；④最初曲线下面积(initial area under the curve，IAUC)指注药后首次采集信号强度时间点的曲线下面积，由于受软件限制，IAUC据此公式推算，IAUC=(SI80-SIpre)×80÷2，SI80为开始注药后80 s时所得的ROI信号强度。

BOLD-MRI:应用Spin(The Wayne State University，USA)软件，在宫颈轴位上选取肿瘤最大截面，手动描绘ROI(尽可能与DCE-MRI图像描绘的ROI一致),肿瘤所在部位的判定由T2-haste图像或DCE-MRI图像决定，ROI的描绘应尽量包括整个肿瘤组织，宫颈前后唇均可见病灶者，分别描绘前后唇ROI并计算出各自R2*值。

1.4统计方法

2结果

2.1病例特征

共24例患者参与本研究，所有患者均顺利完成检查，检查期间及检查后无明显不适，无造影剂过敏发生，11例患者宫颈前后唇均可见明显病灶，共35组检测结果资料参与本研究。1例43岁宫颈鳞癌Ib1期患者的检查结果见图1。

a:宫颈轴位DCE-MRI平扫期，宫颈后唇可见一不规则占位，部分凸向宫颈管；b：宫颈轴位DCE-MRI第2期，宫颈后唇病灶呈不均匀强化，ROI描绘见箭头所示区域；c：宫颈轴位BOLD-MRI，ROI描绘见箭头所示区域

图11例患者(43岁,宫颈鳞癌Ib1期)检查结果

2.2基线R2*与各参数的相关性检验

表1　各参数的统计结果

表2　基线R2*与SI-I、MER、Tmax、IAUC之间的相关性

3讨论

肿瘤乏氧将促进宫颈癌的进展，降低宫颈癌对放化疗的敏感性[2-3]。引起肿瘤乏氧的机制复杂，常由肿瘤组织的血管结构与功能异常、细胞代谢活跃及密度增加等因素综合导致[4]。DCE-MRI能够反映肿瘤血流灌注、血管密度和血管通透性，其特定参数与肿瘤组织的乏氧相关[5-7]。而BOLD-MRI借助内源性对比剂——脱氧血红蛋白，其R2*值(基线R2*值)也可反应肿瘤组织的乏氧程度[8]。由于组织脱氧血红蛋白含量受多种因素影响，如血液的流入效应、局部血容量、血细胞比容、引流小静脉等[9]，故我们推测DCE-MRI特定参数与BOLD-MRI基线R2*值之间存在一定联系与区别，研究各自参数的相关性有助于更好地理解各参数在评估肿瘤乏氧中的意义。

我们研究发现Tmax与基线R2*呈正相关(r=0.423，P=0.014)，分析其原因可能是Tmax反映了对比剂到达肿瘤组织的速度，它与肿瘤组织微血管密度(microvessel density,MVD)呈负相关[10]，而后者又反映了肿瘤组织的血供及氧合程度。因此，Tmax越大，肿瘤组织氧合程度越差，脱氧血红蛋白含量越多，基线R2*越大。除了脱氧血红蛋白含量，组织钙化、出血及铁的沉积等因素亦可影响基线R2*值[11]，从而限制了Tmax与基线R2*的相关性。本研究SI-I、MER及IAUC与基线R2*无显著相关性，分析其原因可能为SI-I反映了血管外细胞外间隙容积比的大小[5]，即肿瘤细胞密度的大小，而细胞密度大小可能只是导致肿瘤乏氧的一个次要因素[7]，肿瘤组织的血容量及血流大小亦可影响脱氧血红蛋白含量[12]，故肿瘤细胞密度的大小对脱氧血红蛋白含量的影响较小，参数SS-I与基线R2*无显著相关性。Lyng等[6]研究显示，宫颈癌DCE-MRI参数MER与极谱法微电极技术所测的肿瘤氧分压密切相关，肿瘤的灌注程度及细胞密度大小是影响MER的主要因素，微血管密度为次要影响因素，而肿瘤的微血管密度又与其血容量密切相关[13]。因此，Lyng等[6]所用方法得出的肿瘤灌注程度与血容量及基线R2*之间的关系尚需进一步研究。已有较多的研究探讨了参数IAUC的临床意义，然而结论却相互矛盾，有学者研究得出IAUC与肿瘤血管外细胞外间隙容积比相关性较弱[12，14]，亦有学者研究得出二者具有较强的相关性[15]，这可能与各研究的病理类型、计算方法等存在一定差异有关，然而其具体机理尚需进一步探讨。本研究认为宫颈癌患者IAUC可能与血管外细胞外间隙容积比的相关性较强，这有助于解释宫颈癌IAUC与基线R2*无显著相关性。同时，Alonzi等[14]与本研究结果相似，此研究中关于前列腺癌的IAUC与基线R2*无显著相关性。

本研究尚存在一定不足，首先，DCE-MRI的ROI与BOLD-MRI的ROI不完全一致可能，这是此类研究中普遍存在的问题，它包括不同序列扫描时扫描层面不一致以及阅片者ROI描绘偏差两方面因素，我们的研究在描绘两者ROI时，由同一阅片者尽可能选取同一层面及同一部位来减少潜在的误差，使结果较可靠；其次，研究的病例数相对少，需更大样本的研究来验证。

综上所述，本研究探讨了宫颈癌DCE-MRI特定参数与BOLD-MRI基线R2*之间的相关性，为无创、定量评价宫颈癌的氧合程度奠定基础。联合应用DEC-MRI与BOLD-MRI技术并构建数学模型将有望成为极富潜力的肿瘤乏氧检测方法。

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(编辑：周小林)

Relationships between baseline R2*of BOLD-MRI and Semi-quantitative parameters of DCE-MRI in cervical cancer

REN Wang-jing1,ZHAO Jun2,WANG Yan-zhou1,DU Ming-shan2，CHEN Wei2,XU Hui-cheng1(1.Department of Obstetrics and Gynecology,Southwest Hospital,Third Military Medical University,Chongqing 400038;2.Department of Radiology,Southwest Hospital,Third Military Medical University,Chongqing 400038,China)

Abstract:ObjectiveTo investigate the relationships between baseline R2*of blood oxygenation level-dependent magnetic resonance imaging(BOLD-MRI) and Semi-quantitative parameters of dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging(DCE-MRI) in cervical cancer,to lay a foundation for the further development of assessing tumor hypoxia techniques. MethodsTwenty-four patients with cervical cancer were subjected to DCE-MRI and BOLD-MRI before treatment,Semi-quantitative parameters(SI-I、MER、Tmax、IAUC) of DCE-MRI and the baseline R2*of BOLD-MRI produced by special post-processing softwares,the relationships between baseline R2*of BOLD-MRI and Semi-quantitative parameters of DCE-MRI were analyzed. ResultsSignificant positive correlations were observed between baseline R2*and Tmax(r=0.423，P=0.014)，there were no correlation between baseline R2*and SI-I、MER or IAUC(P>0.05). ConclusionSemi-quantitative parameters of DCE-MRI and baseline R2*of BOLD-MRI respectively reflected the oxygenation of tumor in different principle.The combined use of the above parameters is expected to improve the performance for defining tumor hypoxia.

Keywords：uterine cervical neoplasms；magnetic resonance imaging；hypoxia；parameter

[收稿日期]2015-01-12[修回日期] 2015-01-29

[通讯作者]徐惠成，电话：(023)68765403，E-mail：ahuieheng@yahoo.com.cn;陈伟，电话：(023)68754721，E-mail：landew@htmail.com

[基金项目]国家自然科学基金重大项目(61190122)

doi:10.11659/jjssx.10E015059

[中图分类号]R445.2；R737.33

[文献标识码]A

[文章编号]1672-5042(2015)02-0154-04