颞骨肿瘤动态增强MRI定量参数与肿瘤定性的初步研究

郑梅竹刘松汤若薇夏爽

1天津第三中心医院放射科

2天津医科大学一中心临床学院放射科

3天津第一中心医院放射科

近年来，许多临床和临床研究发现，从功能磁共振成像中提取的定量参数可以通过分析动态增强MRI（DCE-MRI）或者 DWI中的水分子的 Brownian运动对肿瘤缺氧进行无创性评估[1]。但是，DWI技术对于颅底肿瘤的检查有局限性：受区域空间分辨率和信噪比（SNR）的影响而造成的图像变形。DCE-MRI是直接定量评估肿瘤微循环特性和缺氧状态的另一项主要技术。在临床前肿瘤模型和临床肿瘤学中的这种应用已有报道[2]。DCE-MRI在鉴别良恶性肿瘤的领域，与肿瘤分级和分期、早期预测反应、化疗、放疗和抗血管生成治疗[3]的结果有关。然而，DCE-MRI在颞骨肿瘤中的价值尚不清楚。因此，本文就几种生长于颞骨的肿瘤的动态增强MR影像特征进行定量MR分析及特点进行对比及总结。

1 材料与方法

1.1 临床资料及分组

本研究收集2012年1月至2018年6月我院新诊断侵犯颞骨的肿瘤或肿瘤样病变患者（不包括胆脂瘤）。纳入及排除标准如图1。最终纳入21例侵犯颞骨肿瘤或肿瘤样病变，男性7例，女性14例；年龄范围32-70岁，平均53.4岁。经病理证实13例恶性肿瘤，8例为良性肿瘤或肿瘤样病变。按肿瘤或肿瘤样病变良恶性将患者分为两组。

1.2 MRI检查参数及数据处理

在本研究中，所有数据均于西门子3T磁共振成像（Siemens Trio Tim 3.0T）和信号接收线圈8通道头神经血管线圈进行采集，并用海绵固定头部减少运动伪影。在手术前1周内对患者进行常规及DCE检查。DCE-MRI扫描采用3D快速扰相梯度回波序列（3D TWIST），其空间分辨率：1.1×0.8×3.0 mm2，层厚：3.0mm；时间分辨率4.8 s。扫描参数：TR 4.9ms；TE 2 ms；翻转角度：12°；FOV：240×202 mm2；扫描时间：5分23秒。用2 mL/kg（或0.1 mmol/kg）的对比剂Gd-DTPA以速率为2 mL/s，随后在第6组动态扫描期间用10毫升生理盐水冲洗。常规扫描序列包括：T1WI冠状，T1WI轴位，T2WI冠状，脂肪抑制T2WI冠状。扫描参数如下：

T1WI冠状位：空间分辨率 0.8×0.8×3.0 mm2；TR 350 ms；TE 2.5 ms；层厚：；层数：25层；翻转角度：70°；FOV：200×175 mm2；扫描时间：2分29秒。

T1WI轴位：空间分辨率 0.8×0.8×3.0 mm2。扫描参数：TR 350ms；TE 2.5 ms；层厚：3.0mm；层数：20；翻转角度：70°；FOV：240×180 mm2；扫描时间：2分50秒。

T2WI冠状位：空间分辨率 0.7×0.5×3.0 mm2。扫描参数：TR 6000ms；TE 96 ms；层厚：3.0mm；层数：25；翻转角度：120°；FOV：200×200 mm2；扫描时间：1分44秒。

T2WI轴位：空间分辨率 0.6×0.6×3.0 mm2；扫描参数：TR 6000ms；TE 96 ms；层厚：3.0mm；层数：20；翻转角度：120°；FOV：240×180 mm2；扫描时间：1分44秒。

脂肪抑制T2WI冠状位：空间分辨率0.8×0.6×3.0 mm2。扫描参数：TR 7500ms；TE 81 ms；层厚：3.0mm；层数：25；翻转角度：150°；FOV：200×177 mm2；扫描时间：3分24秒。

1.3 数据处理

将获得的动态增强图像传至西门子工作站进行后处理。它的主要原理如下：（1）计算对比剂注射前不同翻转角度的T1图各像素点T1值及其在动态增强后T1值的变化[4,5]；（2）对比剂（Gd-DTPA）浓度由信号强度计算[6]：假设对比剂浓度与1/T1之间呈线性关系并已知钆（Gd）化合物弛豫率（本研究中使用的Gd-DTPA的纵向弛豫速率为4.95 L/mmol/s）；（3）药代动力学模型采用基于扩展Tofts模型[7]和血管成分的双室模型，并被应用为线性化版本[8]。用动脉输入函数的处理方法[9]，在动态增强图像上手动勾画感兴趣区域（ROI）基础上对病变进行分析。

由两名工作7年及以上的医师分别对所有患者在动态增强图像上手动勾画感兴趣区域（ROI）基础上对病变进行分析。图像ROI选取：选取肿瘤最大层面的实性部分，尽量避开血管及肿物囊变、坏死、出血、钙化区域（图2c、图3c、图4c、图5b）。经工作站后处理，容积转移常数（Ktrans），反流速率常数（Kep），血管外细胞外间隙容积分数（Ve）及初始曲线下面积（iAUC），后取平均值并分别对肿瘤的MR平扫及增强图像的信号特征、骨质侵犯及强化行为。若两次数值相差较大或特征意见不同时，则由第三位高年资医师重新勾画ROI或进行再次评价。

1.4 统计学分析

用SPSS22.0软件进行统计学分析。两独立样本t检验用于比较颞骨恶性病变组及良性病变组间年龄及病变DCE各定量参数的差异。Fisher确切概率法用于比较性别。P＜0.05为检验水准。采用Tukey HSD事后多重比较法（Tukey’s method）评价不同参数在评价恶性病变组及良性病变组的敏感性和特异性。

2 结果

2.1 临床与组织病理学结果

颞骨恶性肿瘤13/21例（包括外耳道/中耳鳞状细胞癌、腺样囊性癌、耵聍腺腺癌、高分化乳头状腺癌、多形性腺瘤恶变及侵袭性脑膜瘤）和良性病变8/21例（包括神经鞘瘤、浆细胞肉芽肿及高级别上皮内瘤变）（表1）。临床表现包括。临床症状包括耳痛、耳鸣、耳流水（血）、耳堵，其中9例恶性肿物患者及5例良性病变患者听力有不同程度降低。恶性肿物组和良性病变组的年龄，性别无统计学差别（表2）。

表1 良恶性颞骨病变病理组织分型Table 1 Pathologic Histology Type of Benign and Malignant Temporal Tumor

表2 两组间临床资料及DCE-MRI定量参数比较Table 2 Comparsion of Clinical Data and DCE-MRI Quantitative Parameters between Two Groups

2.2 颞骨肿瘤的MR特征及DCE-MR参数

本研究纳入的21例患者，均为肿物直径均大于9mm。其中侵犯外耳道骨壁16例；累及中耳7例；累及腮腺4例。肿物与邻近脑灰质相比于平扫核磁均为等或稍短T1等或混杂T2信号影，于增强后均为明显或不均匀明显强化。（图2-5）

颞骨恶性肿瘤组和颞骨良性肿瘤及肿瘤样病变组的Ktrans值分别为0.382±0.153(min-1)，0.228±0.096(min-1)，两组之间具有显著统计学差别（P=0.020）（表2）（图6）。当Ktrans为0.214min-1 ，敏感度为100%，当Ktrans为0.332min-1，特异性为100%（图7）。

颞骨恶性肿瘤组和颞骨良性肿瘤及肿瘤样病变组的Kep值分别为0.552±0.221(min-1)，0.277±0.072(min-1)，两组间Kep值差别有统计学意义（P=0.003）（表2）（图8）。当Kep为0.297 ，敏感度为100%；当Kep为0.372，特异性为100%（图9）。两组的Ve，iAUC值无显著统计学差别（P＞0.05）。（表2）

图1 纳入及排除筛选流程图Fig.1 Flow chart of inclusion and exclusion

图2 女性，69岁，左耳间断流水半年，耳痛1月；听力下降。术后病理为外耳道鳞状细胞癌。a，b为T2WI及T1WI，肿瘤为等T1稍长T2信号影（白箭头），累及左侧腮腺（白星）。c图为DCE-MRI定量参数及ROI。Fig.2 Female,69-year-old,fluid outflow in left ear intermittently for a half year,earache for 1 month and hearing loss.Squamous cell carcinoma of the external auditory canal was identified by pathology.Tumor shows isointensity in T1WI(b)and slightly hyperintensity in T2WI(a)(white arrow),and involve left parotid gland(star).Figure c is quantitative parameters and ROI in DCE-MRI.

图3 女性，41岁，右外耳道肿胀疼痛2个月，听力下降。术后病理为腺样囊性癌。a，b为T2WI及T1WI右侧外侧耳道可见团状等T1稍长T2信号影。c图为DCE-MRI定量参数及ROI。Fig.3 Female,41-year-old,swelling pain in left external auditory canal for 2 months and hearing loss.Adenoid cystic carcinoma was identified by pathology.Tumor shows crumby-like isointensity in T1WI(b)and slightly hyperintensity in T2WI(a).Figure c is quantitative parameters and ROI in DCE-MRI.

图4 女性，52岁，右耳隐疼痛8年，近2月加重。术后病理为神经鞘瘤。a，b为T2WI及抑脂T2WI,右侧外耳道内可见团状稍长T2信号影，其内信号不均匀。c图为DCE-MRI定量参数及ROI。Fig.4 Female,52-year-old,dull pain in right ear for 8 years,and aggravate in recnet 2 months.Schwannoma was identified by pathology.Tumor shows crumby-like heterogeneous slightly hyperintensity in T2WI(a),and b is fat-supression sequence.Figure c is quantitative parameters and ROI in DCE-MRI.

图5 男性，62岁，左耳流水闷堵5年。术后病理为浆细胞肉芽肿。图a为T2WI，左侧外耳道内可见等T2信号影（白箭头）。b图为DCE-MRI定量参数及ROI。Fig.5 Male,62-year-old,fluid outflow and stifling in left ear for 5 years.Plasma cell granuloma was identified by pathology.Tumor shows isointensity in T2WI(a)(white arrows).Figure b is quantitative parameters and ROI in DCE-MRI.

图6 颞骨恶性肿瘤组和颞骨良性肿瘤及肿瘤样病变组的Ktrans值分别为 0.382±0.153(min-1)，0.228±0.096(min-1)，两组之间具有显著统计学差别（*）。当Ktrans为0.332min-1，特异性为100%（*1）；当Ktrans为0.214min-1，敏感度为100%（*2）。Fig.6 The Ktrans values of malignant group and benign tumor or tumor-like lesion group were 0.382±0.153(min-1)and 0.228±0.096(min-1),respectively.There was significant difference between the two groups(*).The specificity for Ktrans=0.332 min-1was 100%(*1),and sensitivity for Ktrans=0.214 min-1was 100%(*2).

图7 恶性肿瘤组和良性病变组的Ktrans的值ROC曲线分析Fig.7 ROC curve for the Ktrans values of malignant group and benign lesion group

图8 颞骨恶性肿瘤组和颞骨良性肿瘤及肿瘤样病变组的Kep值分别为0.552±0.221(min-1)，0.277±0.072(min-1)，两组间Kep值差别有统计学意义（*）。当Kep为0.372，特异性为100%（*1）；当Kep为0.297，敏感度为100%（*2）。Fig.8 The Kep values of malignant group and benign tumor or tumor-like lesion group were 0.552±0.221(min-1)and 0.277±0.072(min-1),respectively.There was significant difference between the two groups(*).The specificity for Kep=0.372 min-1was 100%(*1),and sensitivity for Ktrans=0.297 min-1was 100%(*2).

图9 恶性肿瘤组和良性病变组的Kep的值ROC曲线分析Fig.9 ROC curve for the Kep values of malignant group and benign lesion group

3 讨论

本研究采用常规MRI和DCE-MRI检查试图鉴别侵犯颞骨肿物的良恶性。研究发现，体积较大的颞骨肿瘤的强化行为多为明显强化或不均匀明显强化。而而DCE-MRI检查中的Ktrans值和Kep值在颞骨良恶性肿瘤的鉴别中均具有很高的敏感性和特异性。

颞骨可分为六个部分，外耳道，中耳-乳突，内耳道，岩尖，面神经及血管（颈内动脉管，颈静脉孔。生长于颞骨的肿瘤可以是起源于这六个部分的任何组织。颞骨的结构精细、复杂。由于病变生长的位置不同，有的患者病变生长体积较大后，引起了听力的下降才来就诊。对于体积较小的肿瘤，我们可以根据其生长部位，组织密度及信号的特点，强化方式等及各种影像学检查对其进行定位及进行鉴别诊断[10]。而这些体积较大的颞骨病变增强后多表现为明显强化，如鳞状细胞癌、腺样囊性癌、耵聍腺癌，也包括一些良性肿瘤，如神经鞘瘤、浆细胞肉芽肿等也可以明显强化。普通的增强MR检查就很难判断其性质[11,12]。这就需要DCE-MRI的定量参数分析来帮助鉴别诊断。

近几年DCE-MRI已经应用于颅内及头颈部肿瘤的鉴别诊断中[13,14]。DCE-MRI能够定量评估肿瘤微循环特性，包括血管大小和分布、高通透性、血流异质性及其空间分布[15]。本研究中，颞骨恶性肿瘤的Ktrans值及Kep值显著高于良性肿瘤，而且在鉴别二者中具有很高的敏感性和特异性。

原发颞骨恶性肿瘤是一种罕见的恶性肿瘤，每年发病率为每一百万人一例，占所有头颈部癌的0.2%[16]。而最常见的恶性肿瘤为鳞状细胞癌，其次是腺样囊性癌[17]。本研究纳入13例颞骨恶性肿瘤患者中，4例为鳞状细胞癌，5例为腺样囊性癌。虽然这些恶性肿瘤的病理类型不同，但都具有同样恶性的生物学行为及肿瘤血管的生成。与正常组织相比，肿瘤需要更苛刻的营养和氧气供应，以及增大的清除代谢废物和二氧化碳的能力[18]。在满足这些需要时，肿瘤形成更活跃的血管生成过程以促进肿瘤相关的新生血管[13]。而恶性肿瘤的生长、侵袭和转移依赖于血管生成。动态MRI增强检查能够提供定量的信息，尤其是Ktrans，可综合反应组织血流灌注量和血管渗透性的高低，值越大，血流灌注越丰富，血管渗透性越高，提示内皮细胞越不完整[13,19,20]。颞骨恶性肿瘤的生长伴有大量的内皮血管增生，肿瘤新生血管不成熟，微血管密度较高，对比剂从血管外组织外间隙（extravascualar extracellular space,EES）回渗快，Kep值增大。本研究纳入的良性病变（6例神经鞘瘤、1例浆细胞肉芽肿及1例高级别上皮内瘤变）也有丰富的血供，但血管壁及内皮细胞相对完整，Ktrans值相对低一些。而神经鞘瘤，在许多血管周围有一层厚的胶原纤维鞘[12]，也影响了对比剂从血管外组织外间隙回渗入血管腔内的速度，Kep值也相应的低于恶性肿瘤。对于浆细胞性肉芽肿，属于特发性的炎性假瘤，由于其炎性反应的性质，血管通透性增加，Ktrans值也相应增大。上皮内瘤变的病理特点为结构上及细胞极性的丧失，高级别上皮内瘤变相当于癌变的前一阶段，具有一定的恶性的细胞学和结构特征，其新生血管数目较少，血流并没有达到恶性肿瘤的水平，Ktrans值也相对较低。因而DCE-MRI定量参数能够较敏感的鉴别颞骨肿瘤的良恶性。

4 结论

颞骨恶性肿瘤及一部分颞骨良性肿瘤及肿瘤样病变的MRI增强表现均可为明显强化。测量Ktrans值和Kep值可以估计颞骨肿瘤的肿瘤血管生成和增殖，而DCE-MRI参数可以作为成像生物标志物来预测肿瘤的生物学侵袭性。

5 局限性

临床工作中，体积较小的肿瘤的良恶性鉴别更加有意义，但是图像的层厚为3mm，小于3mm的肿瘤由于存在部分容积效应，无法准确评估。

不同病理类型的外耳道恶性肿瘤确实会存在差别，比如囊腺癌和鳞癌，由于生物学行为的不同，会存在差别。不同病理分级的肿瘤也会影响DCE的结果，将来会继续收集病例分析。由于病例数目少，不满足具体分组、分级分析的统计学要求，也是本研究下一步的努力方向。