吳 剛,王 奮,林少民,張 帥,黃小鵬,黃薇園
1.海南省人民醫(yī)院放療科,海南 ???570311;
2.海南省人民醫(yī)院放射科,海南 ???570311
鼻咽癌起源于鼻咽腔黏膜的鱗狀上皮,由于病灶發(fā)生位置較深且起病隱匿,早期臨床癥狀多不明顯且容易被忽略,因此大部分首次就診的鼻咽癌患者已是中晚期。鼻咽癌的病理類型主要為未分化型非角化性癌,腫瘤惡性程度高,倍增時(shí)間短,易發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。鼻咽癌預(yù)后除了跟腫瘤分期、治療方案相關(guān)外,還主要取決于腫瘤的生物學(xué)特性,其中放療敏感性是決定預(yù)后的重要因素。多數(shù)鼻咽癌患者放療敏感性相對(duì)較高,以放療為主的綜合治療后,很多患者可以達(dá)到完全緩解(complete remission,CR),預(yù)后相對(duì)較好。然而部分鼻咽癌患者,病理類型雖然相同,但是對(duì)放療反應(yīng)靈敏度較低,放療后表現(xiàn)為部分緩解(partial remission,PR)或疾病穩(wěn)定(stable disease,SD),甚至疾病進(jìn)展(progressive disease,PD)。對(duì)于未達(dá)到CR的患者,根據(jù)放射生物學(xué)原理,腫瘤細(xì)胞雖然未完全死亡,但是放療基本上已使腫瘤細(xì)胞失去增殖能力,故臨床上處理是觀察至少3個(gè)月,等待腫瘤細(xì)胞凋亡。若仍未達(dá)到CR,則再選擇進(jìn)一步局部治療,如后裝放療或手術(shù)治療。數(shù)月帶瘤生存可能會(huì)增加遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移率及腫瘤負(fù)荷,因此可能會(huì)使未控患者錯(cuò)失最佳治療時(shí)機(jī),甚至導(dǎo)致治療失敗。如何在治療中,早期發(fā)現(xiàn)放射治療敏感性低的患者,早期干預(yù),是臨床工作中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。放療近期療效在一定程度上可以反映腫瘤放射敏感性。所以,預(yù)測(cè)近期療效有利于及時(shí)有效地調(diào)整治療方案,改善患者預(yù)后。
磁共振(magnetic resonance imaging,MRI)擴(kuò)散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)是非侵入性新型功能成像技術(shù),是擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)技術(shù)的延伸和發(fā)展,通過(guò)探測(cè)水分子在組織中的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)來(lái)反映腫瘤組織的超微結(jié)構(gòu)特性,并通過(guò)多種參數(shù)測(cè)量間接反映微血管循環(huán)、細(xì)胞膜完整性及細(xì)胞密度,并可以在形態(tài)學(xué)改變之前發(fā)現(xiàn)腫瘤組織細(xì)微變化。本研究運(yùn)用MRI-DKI技術(shù)的相關(guān)參數(shù)前瞻性分析該技術(shù)在預(yù)測(cè)鼻咽癌放療近期療效中的作用。
① 年齡大于18歲;② 有明確的病理診斷;③ KPS評(píng)分>80;④ 治療前全身評(píng)估無(wú)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移;⑤ MRI檢查前未接受任何抗腫瘤治療。
① MRI檢查禁忌證;② 過(guò)去5年診斷出惡性腫瘤;③ 未完成放療計(jì)劃;④ 遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移;⑤ 頭頸部接受過(guò)放療。
2014年11月—2017年8月共有60例在海南省人民醫(yī)院就診的鼻咽癌患者入組。2例患者因拒絕放療出組,1例患者因個(gè)人原因要求出組。最終有57例患者納入研究?;颊叩囊话阗Y料及疾病分期見(jiàn)表1。TNM分期參照美國(guó)癌癥聯(lián)合會(huì)(American Joint Committee on Cancer,AJCC)第7版分期標(biāo)準(zhǔn)[1]。放療前分期檢查包括:鼻咽部和頸部的磁共振掃描,胸部CT掃描,腹部彩超及全身骨顯像檢查。
表1 患者基本信息Tab.1 Patient characteristics
1.4.1 治療與評(píng)估
所有患者均接受適形調(diào)強(qiáng)放射治療(intensitymodulated radiation therapy,IMRT),鼻咽病灶放療總劑量68.2~72.6 Gy/31~33次/43~54 d。放療結(jié)束3個(gè)月后在海南省人民醫(yī)院復(fù)查鼻咽MRI。根據(jù)RECIST 1.1標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估療效,CR:鼻咽部無(wú)局部腫塊及黏膜增厚。難以通過(guò)影像學(xué)界定的患者,可借助鼻咽活檢以確認(rèn)是否有腫瘤殘留。根據(jù)腫瘤消退情況將患者分為治療反應(yīng)組(response group,RG)及治療抵抗組(no-response group,NRG)。
1.4.2 MRI掃描方法
掃描采用3.0 T MRI掃描儀(MAGNETOM Skyra,購(gòu)自德國(guó)Siemens公司),線圈采用8通道頭頸聯(lián)合線圈,仰臥位。訓(xùn)練患者在掃描期間盡量避免運(yùn)動(dòng)、吞咽及說(shuō)話。MRI掃描序列包括:橫斷位質(zhì)子加權(quán)成像(proton density weighted imaging,PDWI)和DKI。PDWI采用短時(shí)反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列,DKI采用30個(gè)方向的脂肪抑制單鏈自旋回波序列。DKI參數(shù)包括部分各向異性(fractional anisotropy,F(xiàn)A)、平均擴(kuò)散系數(shù)(mean diffusion coefficient,Dmean)、平均峰度系數(shù)(mean kurtosis coefficient,Kmean)、平均峰度張量(mean kurtosis tensor,Mkt)、峰度部分各向異性(kurtosis fractional anisotropy,KFA)、橫向擴(kuò)散系數(shù)(radius diffusion coefficient,Drad)、軸向擴(kuò)散系數(shù)(axis diffusion coefficient,Dax)、橫向峰度系數(shù)(radius kurtosis coefficient,Krad)及軸向峰度系數(shù)(axis kurtosis coefficient,Kax)。
1.4.3 DKI后處理及數(shù)據(jù)測(cè)量
DKI原始圖像經(jīng)后處理軟件DKE version 2.6處理得到各參數(shù)偽彩圖[2]。基于感興趣區(qū)(region of interest,ROI)的參數(shù)測(cè)量使用MRIcro version 1.40軟件。閱片分別由兩名高年資放射科診斷醫(yī)師單獨(dú)完成,閱片者對(duì)病理結(jié)果和治療后分組采取盲法。ROI選取在腫瘤最大截面上手動(dòng)勾畫(huà),橫斷位PDWI圖像作為解剖參考。從Kmean繪制的ROI拷貝到各個(gè)參數(shù)偽彩圖,保證測(cè)量ROI的一致性。在橫斷位PDWI圖像上測(cè)量腫瘤的最大徑。所有參數(shù)值采用兩位閱片者的平均值。
用SPSS 22.0 mac版統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,閱片分別由兩名放射科診斷醫(yī)師單獨(dú)完成,并計(jì)算組間同類相關(guān)系數(shù)。連續(xù)變量組間比較采用Mann-Whitney U檢驗(yàn)。年齡(<45歲 vs ≥45歲)和T分期(T1-2vs T3-4)組間采用χ2檢驗(yàn)。各個(gè)DKI參數(shù)預(yù)測(cè)鼻咽癌放療反應(yīng)采用受試者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲線分析并計(jì)算曲線下面積(area under curve,AUC)、靈敏度和特異度。通過(guò)計(jì)算Youden指數(shù)(Youden指數(shù)=靈敏度+特異度-1)得到臨界值。二分類Logistic回歸分析各參數(shù)是否是鼻咽癌放療反應(yīng)的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
放療結(jié)束后3個(gè)月復(fù)查MRI,RG共有48例(84.2%)患者,無(wú)可見(jiàn)病灶,按RECIST 1.1版本評(píng)估為CR組。NRG共有9例(15.8%)患者,主要包括PR、SD及PD。DKI參數(shù)的組間同類相關(guān)系數(shù)為0.78。
治療前測(cè)量腫瘤最大徑,N R G比R G大,但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.057)。年齡(χ2=9.281,P=0.002)及T分期在兩組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=3.947,P=0.047)。在9個(gè)DKI參數(shù)中,治療前RG的Dax、Dmean和Drad明顯大于NRG(P=0.020、0.030和0.030)。治療前RG的FA、Kax、KFA、Kmean、Krad和Mkt明顯低于NRG(P=0.030、0.020、0.010、0.000、0.000和0.000,表2)。
表2 DKI掃描結(jié)果Tab.2 DKI Parameters(±s)
表2 DKI掃描結(jié)果Tab.2 DKI Parameters(±s)
Parameter RG NRG P value Maximum diameter of tumor D/cm 2.97±1.10 3.25±0.51 0.057 Dax/×10-3 m2/s 2.01±0.50 1.52±0.28 0.020 Dmean/×10-3 m2/s 1.76±0.47 1.31±0.23 0.030 Drad/×10-3 m2/s 1.64±0.47 1.20±0.21 0.030 FA 0.15±0.03 0.17±0.15 0.030 Kax 0.55±0.17 0.79±0.24 0.020 KFA 0.24±0.76 0.32±0.04 0.010 Kmean 0.55±0.15 0.79±0.12 0.000 Krad 0.53±0.14 0.76±0.10 0.000 Mkt 0.57±0.15 0.83±0.12 0.000
選取KFA、Kmean、Krad和Mkt做ROC曲線分析,各參數(shù)預(yù)測(cè)鼻咽癌放療反應(yīng)的情況見(jiàn)表3。Krad在預(yù)測(cè)放療反應(yīng)方面較其他參數(shù)更好(圖1)。
二分類Logistic回歸分析,以腫瘤殘留與否為因變量,結(jié)果顯示,除性別外,年齡、T分期和DKI的各個(gè)參數(shù)均是鼻咽癌放療反應(yīng)的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素。T分期晚會(huì)增加腫瘤殘留的風(fēng)險(xiǎn),KFA、Kmean、Krad和Mkt降低會(huì)減少腫瘤殘留的風(fēng)險(xiǎn)。
表3 峰度參數(shù)預(yù)測(cè)放療敏感性的比較Tab.3 Comparison of kurtosis parameters to predict radiotherapy response
圖1 ROC曲線Fig.1 ROC Curve
MRI功能成像越來(lái)越多地應(yīng)用于臨床實(shí)踐當(dāng)中。擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging,DWI)首先假設(shè)體內(nèi)的水分子符合高斯(即正態(tài))分布[3]。彌散受限時(shí)DWI信號(hào)增強(qiáng),表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)信號(hào)減弱。
用治療前ADC值是否可以預(yù)測(cè)鼻咽癌放療敏感性存在一定爭(zhēng)議[4-5]。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),放療前鼻咽癌病灶的ADC值與治療效果之間存在明顯的相關(guān)性[5-6],然而另外一些研究得到了陰性的結(jié)果[7]。Zhang等[6]的研究表明,治療前的ADC值是腫瘤局控率和無(wú)病生存期的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素。治療前ADC值預(yù)測(cè)局部治療失敗的靈敏度為65.2%,特異度為69.5%,比本研究報(bào)道的相關(guān)數(shù)據(jù)低。此外,Chen等[7]將Ⅲ~Ⅳ期鼻咽癌按新輔助化療療效分組,治療前的ADC值在兩組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
然而,在人體內(nèi),由于細(xì)胞間隔的存在,水分子的彌散運(yùn)動(dòng)比高斯分布要復(fù)雜得多[8]。此外,MRI功能成像在顱底區(qū)腫瘤的臨床工作中并未得到廣泛應(yīng)用,受到諸多限制:頭頸部解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜,受副鼻竇氣體、骨等交界面影響,局部磁場(chǎng)極不均勻,易產(chǎn)生磁敏感偽影,吞咽、呼吸及大血管搏動(dòng)等自主生理活動(dòng)也常會(huì)導(dǎo)致顯著的運(yùn)動(dòng)偽影[9]。DTI技術(shù)是在DWI基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的成像技術(shù),可以在三維空間內(nèi)分析組織內(nèi)水分子的彌散特性,通過(guò)各向同性Dmean和FA來(lái)反映[10]。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn),非高斯運(yùn)動(dòng)模型DTI和DKI參數(shù)可以更好地預(yù)測(cè)頭頸部腫瘤局部療效[11]。但是尚未見(jiàn)利用DKI參數(shù)預(yù)測(cè)鼻咽癌患者放療近期療效的研究報(bào)道。
為分析生物組織中復(fù)雜的非高斯擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)行為并獲得組織的特性信息,研究者設(shè)計(jì)了不同的擴(kuò)散模型來(lái)分析[12-13]。DKI技術(shù)是DTI技術(shù)的延伸,用于探查水分子的非高斯擴(kuò)散特性,可以提供比DWI(高斯擴(kuò)散模型)更準(zhǔn)確的生理學(xué)信息。DKI模型可以同時(shí)獲得組織的特性和擴(kuò)散數(shù)據(jù),可以提供更多的微觀結(jié)構(gòu)信息。DKI比單指數(shù)和雙指數(shù)模型具有更好的可靠性和可重復(fù)性[12]。然而,DKI參數(shù)與局控率之間的關(guān)系十分復(fù)雜[11,14]。我們通過(guò)多個(gè)b值詳細(xì)分析非線性擬合模型后推測(cè),DKI值有反映組織復(fù)雜微觀結(jié)構(gòu)的潛力(如腫瘤細(xì)胞密度、腫瘤組織的基質(zhì)體積和復(fù)雜的膜結(jié)構(gòu))。因此,DKI參數(shù)可以在微觀結(jié)構(gòu)水平反應(yīng)腫瘤組織的改變,從而使早期預(yù)測(cè)治療效果成為可能。Yuan等[15]使用了和本研究相同的b值(0、500、1 000和1 500 s/mm2)進(jìn)行研究,結(jié)果顯示,非高斯擴(kuò)散模型包括DKI與單指數(shù)模型相比,區(qū)分鼻咽癌病灶與周?chē)M織能力更強(qiáng)。本研究發(fā)現(xiàn),RG的鼻咽癌患者Dmean、Drad和Dax值較高,F(xiàn)A、Kax、Kmean和Krad值較低,說(shuō)明DKI掃描具有預(yù)測(cè)鼻咽癌放療近期療效的價(jià)值。
二分類Logistic回歸分析表明,年齡、T分期和DKI參數(shù)是鼻咽癌近期療效的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素。χ2檢驗(yàn)顯示,年齡和T分期間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。年齡小、T分期晚的患者,腫瘤惡性程度較高,此外T分期晚的患者,治療劑量較高,放療范圍較大,所以治療耐受性差,這與很多實(shí)體腫瘤類似。在DKI的諸多參數(shù)預(yù)測(cè)放療反應(yīng)方面,峰度參數(shù)比擴(kuò)散參數(shù)更好,這些結(jié)果與既往研究相似[2,16]。峰度參數(shù)反映了組織的擴(kuò)散峰度,代表了微觀組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性[17]。因此,峰度參數(shù)可能會(huì)對(duì)病理變化更敏感。雖然鼻咽癌中肉眼可見(jiàn)的壞死或囊性變十分少見(jiàn),但不同的患者,具有不同程度的腫瘤微壞死灶和組織異質(zhì)性[18]。這種組織異質(zhì)性多由乏氧引起,放療敏感性差。因此,峰度參數(shù)預(yù)測(cè)放療反應(yīng)比擴(kuò)散參數(shù)更好。
到目前為止,還沒(méi)有用峰度參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)治療效果的研究。Quentin等[2]的研究發(fā)現(xiàn),Kmean和Kax可以鑒別前列腺癌和炎性反應(yīng),Krad卻不可以。但是在本研究中,所有峰度參數(shù)值在RG和NRG間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,并且Krad是最敏感的鑒別放療反應(yīng)的參數(shù)。分析原因如下:在軸位(即橫斷位)上,鼻咽黏膜向前為鼻咽腔,向后為頭長(zhǎng)肌及顱底斜坡,有筋膜、骨膜及骨皮質(zhì)等阻隔,浸潤(rùn)過(guò)程較復(fù)雜。鼻咽黏膜在人體解剖學(xué)形態(tài)上接近縱向分布,而鼻咽癌的腫瘤細(xì)胞趨向于沿黏膜浸潤(rùn)播散。而Krad反映的是縱向峰度參數(shù),因此更能反應(yīng)腫瘤的播散行為。當(dāng)鼻咽癌的腫瘤細(xì)胞向周?chē)M織播散時(shí),T分期晚的異質(zhì)性更明顯。FA和KFA在RG和NRG間差異顯著,因此,F(xiàn)A和KFA可能在一定程度上可以反映腫瘤組織的異質(zhì)性。Li等[19]的研究表明,F(xiàn)A和ADC值可以發(fā)現(xiàn)早期鼻咽癌患者三叉神經(jīng)受侵情況。Mkt和KFA無(wú)需彌散張量信息即可反應(yīng)峰度張量的各向異性[20-21]。這些參數(shù)為腦深部結(jié)構(gòu)提供了更多的生物學(xué)信息,特別是在復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)中評(píng)估擴(kuò)散信息有特殊優(yōu)勢(shì)[22]。在本研究中,Mkt和KFA在兩組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在以后的研究中,需進(jìn)一步探討這些參數(shù)在頭頸部腫瘤診斷及治療中的意義。
本研究發(fā)現(xiàn),NRG的擴(kuò)散參數(shù)比RG低,與既往一些頭頸部腫瘤ADC的研究結(jié)果相反[23],但是也有1篇ADC的研究[24]及1篇關(guān)于鼻腔鼻竇鱗狀細(xì)胞癌的DKI研究[11]與本研究結(jié)果相似。分析原因如下:① 擴(kuò)散參數(shù)會(huì)受峰度參數(shù)影響,且呈負(fù)相關(guān);② 由于壞死及乏氧的原因,擴(kuò)散系數(shù)可能比ADC值更能反映異質(zhì)性[25],但是本研究設(shè)計(jì)并未加入乏氧的監(jiān)測(cè);③ 擴(kuò)散系數(shù)可能與T分期有關(guān)。T分期越高,擴(kuò)散系數(shù)值越低。T分期晚和擴(kuò)散系數(shù)值低,均表現(xiàn)為放療敏感性差[24]。我們會(huì)在下一步的研究中,結(jié)合病理學(xué)檢查進(jìn)行探討。
本研究有兩個(gè)方面的不足:① 放療效果依據(jù)治療結(jié)束3個(gè)月以后的復(fù)查來(lái)界定。因此,DKI參數(shù)與長(zhǎng)期放療療效如生存期、復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移的關(guān)系,未能納入研究。我們選擇3個(gè)月這個(gè)時(shí)間點(diǎn)來(lái)判斷局控率參照了Hong等[26]的研究。本研究項(xiàng)目還在進(jìn)行中,無(wú)病生存期、總生存期、局控率、復(fù)發(fā)率及轉(zhuǎn)移率等相關(guān)數(shù)據(jù)均在進(jìn)一步的隨訪當(dāng)中。② 本研究樣本量有限,且為單中心研究。因此,亟待多中心臨床試驗(yàn)及大樣本病例總結(jié)來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證本研究的結(jié)果。
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