双指数扩散加权成像参数与鼻咽癌临床分期的关系

李飞平，卢 强，胡 英，文 露，于小平

（中南大学湘雅医学院附属肿瘤医院，湖南 长沙 410013）

鼻咽癌（Nasopharyngeal carcinoma，NPC）是我国南方地区常见的恶性肿瘤，准确的临床分期关系到治疗方案的制定以及对预后的判断。目前，我国NPC分期采用中国2008分期系统，以磁共振作为分期的基本手段和依据，根据MR形态学改变对NPC进行T和N分期[1]。近年来，随着磁共振硬件系统，特别是磁体及梯度系统的发展，多b值DWI序列及体素内不均一运动模型（Intravoxel incoherent motion，IVIM）逐渐开始被应用于临床研究中[2]。磁共振IVIM扩散成像能够无创地检测并提取活体组织的扩散和灌注信息[3-4]，可用于揭示疾病的病理生理学改变，从而更好地进行检出病灶、疾病分期、疗效随访等。该技术在对NPC的诊断及鉴别中已有报道[5-6]，但是尚未见将IVIM用于NPC临床分期的研究报道。因此，本研究拟通过研究IVIM参数与NPC各分期指标的相关性，探讨IVIM参数在评估NPC恶性程度、侵袭性和转移潜能方面的能力，了解功能磁共振在NPC临床分期中的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集 2014年3—6月在本院行 MRI检查的NPC患者54例，年龄26～67岁，平均46岁，其中男37例，女17例。所有研究对象在接受MRI检查前均经病理诊断为NPC且未做任何治疗的初诊病人。经本院伦理委员会批准，所有患者在接受检查前均被告知检查目的并签署知情同意书。

1.2 设备及扫描方法

所有患者均依次行常规平扫、IVIM DWI和增强MR检查，使用GE R360 1.5T超导型MR扫描仪和相控头颈联合线圈，患者取仰卧位。IVIM DWI采用单次激发自旋回波弥散加权平面回波成像（SE-DW-EPI）序列行鼻咽部横断面成像，取9个b值（b=0s/mm2、50s/mm2、80s/mm2、100s/mm2、150s/mm2、200s/mm2、400s/mm2、600s/mm2、800s/mm2、1000s/mm2），TR=4225ms，TE 取 minimum，层厚 5 mm，层距 1 mm，FOV 22 cm，NEX 4。

1.3 图像分析与数据采集

由2名经验丰富的MRI诊断医师采用双盲法进行分析，在AW 4.6工作站上，利用Functool-MADC软件进行处理。结合轴位T2脂肪抑制图像，在ADC图上选取病灶最大层面，手动绘制感兴趣区（ROI），尽量避开囊变、坏死区。分别记录Slow ADC值（ADCslow）、Fast ADC 值（ADCfast）、Standard ADC 值（ADCstand）、Fraction of fast ADC 值（Ffast），每个病灶测量3次取平均值。

根据IVIM DWI理论，DWI图像信号强度与所用 b 值之间的关系为 Sb/S0=（1-Ffast）·exp（-b·ADCslow）+Ffast·exp（-b·ADCfast）。其中S0和Sb分别是b值为0和不为0时的图像信号强度，ADCfast代表快成分的弥散系数（即伪弥散系数或者灌注弥散系数），ADCslow代表慢成分的弥散系数（即真实弥散系数），Ffast代表灌注因素在弥散信号中占的比例。ADCstand即传统DWI所计算出的表观弥散系数，采用的是单指数模型，其计算公式为 Sb/S0=exp（-b·ADCstand）。

根据NPC中国2008分期标准，MRI检查后结合患者其它全身检查结果对所有纳入的对象进行分期。

1.4 统计学方法

应用SPSS 19.0统计软件包进行统计分析，IVIM各参数值以均数±标准差（）表示，临床分期与IVIM各参数测量值之间相关性分析采用Spearman分析法，临床总分期之间及T、N分期之间各参数值的比较采用方差分析，M分期之间各参数值的比较采用独立样本t检验，P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

54例患者接受检查，其中5例因图像质量差、NPC病灶太小难以进行参数测量等原因被排除，其余49例患者纳为研究对象，其临床分期见表1。

表1 研究对象临床分期

NPC临床分期与IVIM各参数值相关性分析见表2。ADCstand值与总分期（r=0.410，P=0.003）、N 分期（r=0.313，P=0.029）、M 分期（r=0.349，P=0.014）均呈正相关；T分期与ADCslow值呈负相关（r=-0.356，P=0.012）（图1），与 ADCfast值呈正相关（r=0.388，P=0.006）（图2）；未发现其它参数与分期存在明显相关性。

NPC不同临床分期之间IVIM各参数值的比较见表3。ADCstand值在不同总分期、N分期及M分期之间存在显著差异（P<0.05）；ADCslow值在不同总分期、T分期及N分期之间亦存在显著差异（P<0.05）。ADCfast、Ffast值在不同临床分期之间无统计学差异。

3 讨论

DWI做为一种常用的检查方法目前已被广泛应用于临床中，但是多数都是基于组织信号的衰减呈单指数模型。据报道，很多器官或组织的多b值衰减信号受到微灌注的影响，随着b值的增大呈双指数函数衰减[7]。常用的单指数模型描述水分子扩散是在单一的环境中，而人体由不同的组织构成，各组织的细胞类型、细胞密度及血供情况均有差异，因此，用单指数模型描述人体内水分子的运动有一定的偏差。IVIM是在体素内不相干运动技术基础上把人体内的水分成血管内水和血管外水[3-4]，血管外水即细胞内水和细胞间液，流动比较缓慢，这种移动称为表观扩散；血管内水即人体内流动的血液中的水，这种水伴随着血液流动很快，相对于血管外水，这种水运动称为假扩散，即灌注[8]。灌注对单一的曲线衰减有影响，但经常被忽视。IVIM能弥补这一点，它能分离体内水分子的扩散和灌注，分别用ADCslow值、ADCfast值表示。ADCstand值是根据单指数模型由计算机算出来的一个综合ADC值。Ffast值代表ADCfast值所占比例，即灌注系数f。

表2 鼻咽癌临床分期与IVIM各参数相关性

表3 不同临床分期之间IVIM各参数值的比较

图1 图1a～1d 分别为 T1～T4期 ADCslow图，其 ADCslow值分别为 0.723×10-3mm2/s、0.613×10-3mm2/s、0.506×10-3mm2/s、0.500×10-3mm2/s，即随着T分期的增高，ADCslow值减低。Figure 1. Figure 1a～1d are ADCslowmaps of stage T1～T4,with their values of 0.723×10-3mm2/s,0.613×10-3mm2/s,0.506×10-3mm2/s and 0.500×10-3mm2/s,which is reduced with increasing T stage.

图2 图2a～2d分别为T1～T4期ADCfast图，随着T分期的增高，血流分布更为丰富，其ADCfast值分别为11.7×10-3mm2/s、13.7×10-3mm2/s、16.0×10-3mm2/s、30.7×10-3mm2/s。Figure 2. Figure 2a～2d are ADCfastmaps of stage T1～T4,with their ADCfastvalues of 11.7×10-3mm2/s,13.7×10-3mm2/s,16.0×10-3mm2/s and 30.7×10-3mm2/s.There is more abundant blood flow distribution with increasing T stage.

本研究结果显示，NPC T分期与ADCslow值呈负相关（P<0.05），与 ADCfast值呈正相关（P<0.01），即随着T分期的增高，病变ADCslow值降低，ADCfast值增高。可能是T分期越高，肿瘤侵袭性越强，肿瘤代谢越快，需要更多的细胞器及新生血管为其提供能量，细胞核大，排列紧密，细胞外间隙窄，因此，细胞内和细胞间水分子的扩散更受限致，ADCslow值降低，新生血管增生灌注增强，从而ADCfast值增高。Matsumoto等[9]研究表明，ADC值与细胞所处的温度、细胞密度、细胞膜的完整性有关，细胞所处的温度从27℃升高到45℃时以及细胞膜破坏时，ADC值均升高；细胞密度增加时，ADC值减低。彭雯佳等[10]研究发现，在栓塞大鼠一侧大脑中动脉后，患侧脑供血区ADCfast值明显低于健侧，说明ADCfast值明显受灌注影响。Zhang等[5]利用IVIM对NPC原发灶的研究中发现，相对于鼻咽部增殖腺体，NPC原发灶的ADCslow值明显低于增殖腺体，而ADCfast值明显高于后者，可能的原因是恶性肿瘤细胞质增加致扩散受限、新生血管增生致实质灌注增强。本研究得出T分期与ADCslow值呈负相关、与ADCfast值呈正相关，可能是因为不同T分期NPC原发灶细胞质及新生血管的增殖程度不同，T分期越高，细胞质越密集、新生血管越丰富，因此该结果如果可靠，可能对病情的评估及放疗计划的制定有一定的指导意义。

ADCstand值是根据单指数模型将所取9个b值综合计算得出的一个ADC值。本研究结果显示ADCstand值与NPC临床总分期呈正相关，且在不同总分期之间亦存在明显差异。其原因可能是随着总分期增高，NPC原发灶侵袭性越强，从而对氧供的需求越大，当氧供满足不了肿瘤代谢需要时，肿瘤内部出现缺氧坏死，肿瘤内水分子扩散加快，导致ADC值增大。ADCstand值与NPC的N、M分期亦呈正相关（P<0.05），且在不同总分期、N分期及M分期之间存在显著差异，说明ADCstand值可能对预测淋巴结转移及远处转移有一定的意义，但是本组M1期病例只有3例，结果可能存在偏倚，因此，仍需扩大样本量进一步论证。

ADCslow值在不同总分期、T分期及N分期之间亦存在显著差异（P<0.05），在总分期Ⅰ～Ⅳa期、N分期0～2期其值呈递减趋势，但是在Ⅳb期及N3期表现为突然增大，可能是因为随着NPC分期的增高，原发灶内出现坏死，肿瘤异质性增大所致。

本研究未发现 ADCfast、Ffast值与 N、M分期有相关性，提示ADCfast、Ffast值可能对预测N、M分期无指导意义；本研究亦未发现ADCfast、Ffast值在不同总分期，不同T、N、M分期之间的差异有统计学意义，其原因可能是因为本组样本量不够或者是ADCfast、Ffast值在不同分期之间存在重叠尚不能达到精细分期的目的。

本研究也存在不足之处，比如数据的采集，我们采用的是手动绘制ROI，ROI内平均值可能不能反应肿瘤组织的异质性属性[11]。因此，在以后的研究中，扩大样本量以及采用基于体素的分析或者是异质性分析，可能能消除ROI均值的影响。

总之，基于IVIM的DWI作为一种无创的扫描技术，从分子水平描述肿瘤组织的特性，可以作为一种常规的影像学检查技术应用于临床。本研究结果得出IVIM多个参数与NPC分期存在相关性，这说明IVIM可以多参数、无创性反映NPC的组织特性、侵袭性及疾病的进展程度，有可能作为NPC治疗方案制定、放化疗敏感性评价乃至预后判断的影像学生物标志之一。

[1]中国鼻咽癌临床分期工作委员会.鼻咽癌’92分期修订工作报告[J]. 中华放射肿瘤学杂志，2009，18（1）：2-6.

[2]李飞宇，王霄英，肖江喜，等.不同b值对前列腺外周带癌区和非癌区ADC值及其差值的影响[J].实用放射学杂志，2007，23（12）：1649-1651.

[3]任静，宦怡，常英娟，等.前列腺癌多b值扩散加权成像研究[J].实用放射学杂志，2008，24（4）：502-504.

[4]Giannarini G,Petralia G,Thoeny HC.Potential and limitations of diffusion-weighted magnetic resonance imaging in kidney,prostate,and bladder cancer including pelvic lymph node staging:a critical analysis of the literature[J].Eur Urol,2012,61(2):326-340.

[5]Zhang SX,Jia QJ,Zhang ZP,et al.Intravoxel incoherent motion MRI:emerging applications for nasopharyngeal carcinoma at the primary site[J].Eur Radiol,2014,24(8):1998-2004.

[6]Lai V,Li X,Lee VH,et al.Intravoxel incoherent motion MR imaging:comparison of diffusion and perfusion characteristics between nasopharyngeal carcinoma and post-chemoradiation fibrosis[J].Eur Radiol,2013,23(10):2793-2801.

[7]Koh DM,Collins DJ,Orton MR.Intravoxel incoherent motion in body diffusion-weighted MRI:reality and challenges[J].AJR,2011,196(6):1351-1361.

[8]Riches SF,Hawtin K,Charles-Edwards EM,et al.Diffusionweighted imaging of the prostate and rectal wall:comparison of biexponential and monoexponential modelled diffusion and associated perfusion coefficients[J].NMR Biomed,2009,22(3):318-325.

[9]Matsumoto Y,Kuroda M,Matsuya R,et al.In vitro experimental study of the relationship between the apparent diffusion coefficient and changes in cellularity and cell morphology[J].Oncol Rep,2009,22(3):641-648.

[10]彭雯佳，陈士跃，陆建平，等.双指数衰减表观扩散系数对大鼠超急性期脑缺血的评价 [J].影像诊断与介入放射学，2012，21（1）：61-66.

[11]Huang B,Chan T,Kwong DL,et al.Investigation of intratumoral heterogeneity in nasopharyngeal carcinoma using18F-FDG PET-CT[J].AJR,199(1):169-174.