體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像在舌癌術(shù)前T分期中的應(yīng)用

陳晨，賀中云*，田強(qiáng)，侯靜，于小平

體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像在舌癌術(shù)前T分期中的應(yīng)用

陳晨1，賀中云1*，田強(qiáng)1，侯靜2，于小平2

作者單位：
1.長沙醫(yī)學(xué)院附屬株洲市三三一醫(yī)院， 株洲 412002
2.中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院， 長沙 410013

目的探討磁共振體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像(intravoxel incoherent motion magnetic resonance imaging，IVIM-MRI)在舌癌術(shù)前T分期中的應(yīng)用。材料與方法經(jīng)過收集、篩選后，根據(jù)頭頸部腫瘤美國癌癥聯(lián)合委員會(huì)(American Joint Committee on Cancer，AJCC)T分期(2010年第7版)將47例舌癌患者分為4組，均行常規(guī)MRI、IVIM序列檢查并分期，以病理分期為標(biāo)準(zhǔn)，比較兩種方法對(duì)舌癌T分期準(zhǔn)確性的差異，采用單因素方差分析評(píng)估IVIM各參數(shù)(真擴(kuò)散系數(shù)D值、灌注相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)D*值及灌注分?jǐn)?shù)f值)對(duì)舌癌術(shù)前T分期的價(jià)值。結(jié)果對(duì)腫瘤術(shù)前T分期的估計(jì)，IVIM的準(zhǔn)確率(70.2%)較常規(guī)MRI準(zhǔn)確率(48.9%)高，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)；D值在T分期組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，表現(xiàn)為D值在1期與3、4期及2期與4期間比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)；D*、f值在各組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。結(jié)論相較于常規(guī) MRI，IVIM對(duì)舌癌術(shù)前T分期具有更好的優(yōu)勢，D值在舌癌的術(shù)前病理T分期中具有一定的價(jià)值。

舌腫瘤；體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)；磁共振成像；表觀擴(kuò)散系數(shù)

舌癌在我國的發(fā)病率居口腔癌首位，且多數(shù)為鱗癌[1]。舌癌位置表淺，易于觀察取活檢而獲得定性診斷，但臨床醫(yī)生及患者共同關(guān)心的焦點(diǎn)是如何提高患者的生存質(zhì)量，因此術(shù)前明確腫瘤的分期至關(guān)重要，其決定了初診患者治療方案的選擇。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)因?yàn)槠滠浗M織分辨率高，能夠準(zhǔn)確顯示病灶的范圍及周圍情況，成為舌癌的首選影像學(xué)檢查方法，為臨床提供詳細(xì)的病灶大小、浸潤深度及分級(jí)、分期依據(jù)，而體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(intravoxel incoherent motion，IVIM)通過多b值定量參數(shù)，能較真實(shí)地反映組織的擴(kuò)散系數(shù)及組織微血管灌注[2-3]。本研究擬通過舌癌患者磁共振體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像(IVIM magnetic resonance imaging，IVIM-MRI)的真擴(kuò)散系數(shù)D值、灌注相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)D*值及灌注分?jǐn)?shù)f值等相關(guān)參數(shù)分析，探討其對(duì)舌癌T分期的準(zhǔn)確性及臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

共收集2015年6月至2016年8月間經(jīng)手術(shù)或活檢證實(shí)的86例舌癌患者(長沙醫(yī)學(xué)院附屬株洲市三三一醫(yī)院22例，中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院64例)資料，并進(jìn)行回顧性研究分析。所有患者均有詳細(xì)的臨床及病理資料，根據(jù)病案信息和MRI資料對(duì)病例進(jìn)行篩選、分組。納入標(biāo)準(zhǔn)：逐一查閱所有患者的病案信息，納入在住院期間診斷且手術(shù)病理證實(shí)為舌癌的所有患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)有舌癌病史或手術(shù)史，或已進(jìn)行干預(yù)治療史；(2)未行手術(shù)治療；(3)有幽閉恐懼癥及MR檢查的禁忌證；(4)慢性嚴(yán)重腎功能損傷；(5)口腔內(nèi)有烤瓷牙；(6)患者吞咽偽影或頜骨偽影明顯，圖像質(zhì)量不佳而無法評(píng)估者。排除已行手術(shù)治療或放化療治療26例，吞咽運(yùn)動(dòng)等偽影嚴(yán)重者5例，2例患者因嚴(yán)重腎功能損傷未行增強(qiáng)掃描，僅行穿刺活檢6例，無完整的病理分期，最終有47例(長沙醫(yī)學(xué)院附屬株洲市三三一醫(yī)院11例，中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院36例)患者均有詳細(xì)的病例結(jié)果及影像資料被納入本組研究中，其中男42例，女5例，年齡38～76歲，平均年齡為58.3歲。

1.2 方法

1.2.1 檢查方法及參數(shù)

檢查前清潔口腔，去除口腔活動(dòng)義齒及頭頸部首飾，告知掃描過程中避免或減少吞咽運(yùn)動(dòng)；采用GE HDxt 3.0 T超導(dǎo)光纖磁共振成像儀，用頭頸部相控陣線圈采集。MRI掃描范圍從口咽部至鎖骨上，掃描序列包括MRI常規(guī)掃描序列、IVIM序列。

常規(guī)掃描序列包括：平掃軸位快速自旋回波T1WI：TR/TE=650/15.2 ms，軸位脂肪抑制快速自旋回波T2WI：TR/TE=3000/89.6 ms，視野220 mm×198 mm，矩陣256×224，NEX=4，層厚3 mm，層間距1 mm，增強(qiáng)使用對(duì)比劑釓噴酸葡甲胺(gadopentetate dimeglumine，Gd-DTPA)(劑量0.01 mmol/kg)。

IVIM序列掃描采用平面回波脈沖(echo plane imaging，EPI)序列，13個(gè)b值(0 s/mm2、10 s/mm2、20 s/mm2、30 s/mm2、50 s/mm2、70 s/mm2、100 s/mm2、150 s/mm2、200 s/mm2、400 s/mm2、600 s/mm2、800 s/mm2和1000 s/mm2)，b值為0～200 s/mm2時(shí)采集次數(shù)NEX=2，b值為400～1000 s/mm2時(shí)采集次數(shù)NEX=3。層厚3 mm，層間距1.0 mm，TR/TE=2500/79 ms，矩陣96×130。

1.2.2 圖像后處理及分類

將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入GE Work Station4.4后處理工作站，利用軟件Functool對(duì)IVIM圖像進(jìn)行后處理：選擇雙指數(shù)模型處理，自動(dòng)生成D值、D*值及f值參數(shù)圖。由兩名診斷經(jīng)驗(yàn)8年以上的放射科醫(yī)師采取互盲閱片并取得一致。參考軸位T1WI增強(qiáng)圖像和b=800 s/mm2的DWI圖像，選取病變最大層面的腫瘤組織進(jìn)行測量，采取手工繪制感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，ROI應(yīng)盡可能包括病灶范圍但不能超出病灶的邊界，重復(fù)測量3次并取平均值為病變最終的參數(shù)。

1.2.3 T分期標(biāo)準(zhǔn)

目前舌癌的臨床分期標(biāo)準(zhǔn)基本上采用頭頸部腫瘤美國癌癥聯(lián)合委員會(huì)(American Joint Committee on Cancer，AJCC)(2010年第7版)T分期標(biāo)準(zhǔn)。T1：腫瘤最大直徑≤2 cm；T2：腫瘤最大直徑＞2 cm，但≤4 cm；T3：腫瘤最大直徑＞4 cm；T4：腫瘤侵犯鄰近區(qū)域(穿破骨皮質(zhì)，侵犯舌深部肌層或舌肌，或上頜，或皮膚)。在未知任何臨床及手術(shù)病理的情況下，用常規(guī)MRI和多模態(tài)MRI分別對(duì)病例進(jìn)行分期。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

表1 常規(guī)MRI對(duì)舌癌的分期與病理分期對(duì)照表Tab. 1 The table compared with the routine MRI’s effect on the staging of tongue cancer to pathological stage

表2 IVIM-MRI對(duì)舌癌的分期與病理分期的對(duì)照表Tab. 2 The table compared with the routine IVIM-MRI’s effect on the staging of tongue cancer and pathological stage

表3 舌癌各T分期的IVIM參數(shù)Tab.3 The IVIM parameter of tongue cancer T-s

2 結(jié)果

2.1 常規(guī)MRI和IVIM-MRI對(duì)舌癌T分期對(duì)照

根據(jù)頭頸部腫瘤AJCC (2010年第7版) T分期，47例舌癌按照病理分為4 期：T1期(11例)，T2期(14例)，T3期(10例)，T4期(12例)；而在常規(guī)MRI中(見圖1)，T1期為9例，T2期為11例，T3期為9例，T4期為18例，常規(guī)MRI對(duì)舌癌T分期與病理分期對(duì)照見表1。其與病理分期相符合共23例，與病理分期不相符共24例，其正確率為48.9%；而在IVIM-MRI中(見圖2～4)，T1期為13例，T2期為12例，T3期為9例，T4期為13例，IVIM-MRI對(duì)舌癌的分期與病理分期對(duì)照見表2，其與病理分期相符合共33例，與病理分期不相符共14例，其正確率約為70.2%。兩種檢查方法在舌癌T分期中差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=4.417，P=0.036)。

2.2 不同T分期的舌癌IVIM參數(shù)

舌癌不同病理分期IVIM參數(shù)特征見表3。隨著T分期的增加，D值逐漸下降，T1、T2、T3、T4期舌癌的D值分別為(0.84±0.18)×10-3mm2/s、(0.74±0.13)×10-3mm2/s、(0.63±0.12)×10-3mm2/s、(0.51±0.22)×10-3mm2/s，D值在各病理分期間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，D值在1期與3、4期及2期與4期間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，D值在1期與2期、2期與3期、3期與4期間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)；D*值一般為D值的10倍及其以上，且隨著T分期的增大，D*值呈下降趨勢，f值呈上升趨勢；D*、f值在各組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。

圖1 ～4 男性，67歲，手術(shù)病理為舌左側(cè)緣高分化鱗癌(IVA期)。圖1 脂肪抑制序列T2WI，腫塊呈稍高信號(hào)，并累及周圍牙齦；圖2～4 分別為IVIM 參數(shù)D偽彩圖、f偽彩圖及D*偽彩圖，D值為0.45×10-3mm2/s，f值為40.8%，D*值為68.4×10-3mm2/sFig. 1 —4 A 67-year-old male patient, who with high differentiated squamous cell carcinoma of the left margin of his tongue (IVA) after surgical pathology.Fig.1 The lesion was slightly hyper-signal on T2WI with fat suppression and affected the surrounding gingiva; Fig.2—4 They were pseudo color maps from IVIM parameters of D, f and D*respectively: the value of D was 0.45×10-3mm2/s, and the value of f was 40.8%, and the value of D*was 68.4×10-3mm2/s.

3 討論

基于活體組織內(nèi)不僅存在水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，還受微循環(huán)毛細(xì)血管灌注的影響，1986年Le等[4]提出IVIM。IVIM模型早期主要用于腦缺血性疾病、肝硬化疾病的診斷[5]，目前逐漸應(yīng)用到研究腫瘤生物學(xué)特征中，在乳腺腫瘤、胰腺癌、腎癌及前列腺癌方面顯示出其較常規(guī)MRI甚至傳統(tǒng)DWI明顯的優(yōu)勢[6-7]。近年來，IVIM模型逐漸用于頭頸部腫瘤的診斷、鑒別診斷以及療效評(píng)估中[8-12]。舌癌的TNM分期是影響其最佳治療方案的選擇及預(yù)后的關(guān)鍵因素之一。本次研究初次嘗試將IVIM模型應(yīng)用于舌癌T分期中，其診斷正確率約為70.4%，而常規(guī)MRI在舌癌T分期的正確率約為40%，且兩種檢查方式在舌癌T分期中差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，因此IVIM-MRI較常規(guī)MRI能顯著提高舌癌T分期的正確率，能更準(zhǔn)確指導(dǎo)臨床醫(yī)生確定最佳的治療方案，提高患者的生活及生存質(zhì)量。

IVIM模型可根據(jù)受檢部位組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)的差異而得出不同的D值、D*值及f值。D值代表組織中純水分子的擴(kuò)散效應(yīng)；D*代表血液微循環(huán)的灌注所致的擴(kuò)散效應(yīng)，與血流量有關(guān)；f為灌注分?jǐn)?shù)，表示局部微灌注效應(yīng)在總體擴(kuò)散效應(yīng)中占的比例，與血容量有關(guān)[13]。目前關(guān)于IVIM 模型中D值計(jì)算需充分考慮到MR信號(hào)衰減與b值的關(guān)聯(lián)[14]，因此本組研究選取5個(gè)高b值(≥200 s/mm2)進(jìn)行D值的計(jì)算，且腫瘤越大，分化程度越差，D值越小，說明水分子擴(kuò)散程度越受限。本組D值在舌癌的T分期間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，且隨著舌癌腫塊T分期的增高，D值表現(xiàn)為下降的趨勢。這可能是腫瘤細(xì)胞細(xì)胞核大，排列緊密，細(xì)胞外間隙窄，其代謝較正常的組織細(xì)胞代謝快，T分期越高，需要更多的細(xì)胞器及新生血管為其提供能量，加之細(xì)胞排列紊亂，對(duì)水分子的擴(kuò)散限制更加明顯，從而導(dǎo)致D值的降低。本組的結(jié)論與國內(nèi)學(xué)者[15-17]的結(jié)論一致，而D值在舌癌的T1期與T2期、T2期與T3期、T3期與T4期間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，筆者認(rèn)為相鄰T分期的舌癌可能主要表現(xiàn)為腫塊大小的區(qū)別，而異質(zhì)性表現(xiàn)不明顯。

D*、f值反映微循環(huán)灌注，在本研究中，D*值可為相對(duì)應(yīng)D值的10倍以上，與張水興等[18]在鼻咽癌研究中得出的結(jié)論一致；理論上f值應(yīng)隨著組織微循環(huán)灌注的增加而增大，雖然本組的D*值、f值均隨T分期的增加呈現(xiàn)升高的趨勢，可能與舌癌細(xì)胞生長快，血管通透性增加有關(guān)，但本研究中D*和f值在舌癌T分期之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[17]，筆者認(rèn)為T分期主要標(biāo)準(zhǔn)為腫瘤的大小，不能體現(xiàn)腫瘤的分化程度及惡性程度，即不能準(zhǔn)確反映組織內(nèi)毛細(xì)血管的豐富程度，當(dāng)然這還需要在后續(xù)的研究中用大樣本數(shù)據(jù)進(jìn)一步證實(shí)。

本研究首次將多模態(tài)MRI技術(shù)應(yīng)用于口腔并評(píng)價(jià)其在舌癌首診中的價(jià)值。但口腔IVIM圖像易受諸多因素影響，主要為口腔、咽腔等含氣空腔所致磁敏感偽影及檢查過程中不自覺吞咽動(dòng)作。另外隨著b值的增高，組織信號(hào)衰減越明顯，圖像越容易變形，信噪比越低，本組部分病變范圍較小，易影響數(shù)據(jù)的測量及計(jì)算。筆者的經(jīng)驗(yàn)是除指導(dǎo)受檢者配合外，采用并行采集技術(shù)、局部放置飽和帶及縮短回波時(shí)間(echo time，TE)可有效降低偽影，增加圖像質(zhì)量。但本研究收集的病例數(shù)較少，且均為鱗癌，種類單一，可能對(duì)結(jié)果產(chǎn)生一定影響。

IVIM 模型在舌癌T分期中能將腫瘤的擴(kuò)散和灌注用不同參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立評(píng)估，且無需引入對(duì)比劑，操作性強(qiáng)，在舌癌診斷及進(jìn)一步的療效評(píng)價(jià)等方面具有良好的應(yīng)用前景。

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Application of introvoxel incoherent motion sequence in the preoperative T-stage of tongue carcinoma

CHEN Chen1, HE Zhong-yun1*, TIAN-Qiang1, HOU Jing2, YU Xiao-ping2

1The Affiliated No.331 Hospital of Zhuzhou, Changsha Medical University, Zhuzhou 412002, China
2The Affiliated Cancer Hospital of Xiangya School of Medicine, Central South University, Changsha 410013, China
*Correspondence to: He ZY, E-mail: hezhongyun@126.com

Objective:To investigate intravoxel incoherent motion MR imaging (IVIM--MRI) in the preoperative T-stage of tongue carcinoma.Materials and Methods:According to the T-stage of Head and Neck Neoplasms AJCC (2010 7th), 47 cases of tongue cancer patients were divided into four groups after searching and screening.Both conventional MRI and IVIM sequences were undergone for each patient who was staged. The accuracy of two methods for T staging of tongue cancer was compared with the pathological results. The value of IVIM parameters (pure molecular diffusion coefficient (D), perfusion-related diffusion coefficient (D*), perfusion fraction (f))were evaluated on tongue cancer preoperative T-stage by usingOne-Way ANOVA.Results:Estimating of the tumor preoperative T-stage, the accuracy of the IVIMMRI was 70.2% which was more accurate than routine MRI (48.9%) and that was statistically significant (P＜0.05); The differences of D values in the T-stage groups were statistically significant (P＜0.05), performanced for the differences of D value both in the T1 phase tongue carcinoma and T3, 4 phase, and the T2 phase tongue carcinoma and T4 phase were statistically meaningful (P＜0.05). But the differences of D*and f in the T-stage were not statistically significant (P＞0.05).Conclusion:Compared with routine MRI, IVIM-MRI has certain advantage in differentiating T-stage, and D has a certain value in the preoperative T-stage of tongue cancer.

Tongue neoplasms; Intravoxel incoherent motion; Magnetic resonance imaging; Apparent diffusion coefficient

9 Jan 2017, Accepted 24 Mar 2017

湖南省衛(wèi)生計(jì)生委2015年度科研課題計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：B2015-161)

賀中云，E-mail：hezhongyun@126.com

2017-01-09

接受日期：2017-03-24

R445.2；R739.86

A

10.12015/issn.1674-8034.2017.04.005

陳晨, 賀中云, 田強(qiáng), 等. 體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像在舌癌術(shù)前T分期中的應(yīng)用.磁共振成像, 2017, 8(4): 260-264.

ACKNOWLEDGMENTS This work was part of 2015 Annual Scientific Research Subject Plan Project supported by Health and Family Planning Commission of Hunan Province (No. B2015-161).