氨基質(zhì)子轉(zhuǎn)移成像對(duì)原發(fā)性肝癌的診斷價(jià)值

賈 非，孟 楠，吳寶林，殷慧佳，侯孟巖，韓東明

（新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院核磁共振科，河南新鄉(xiāng) 453100）

0 引言

原發(fā)性肝癌是一種發(fā)病率及病死率較高的原發(fā)性肝內(nèi)惡性腫瘤，雖然原發(fā)性肝癌的治療方法較多，但是治療后患者生存率不高[1]。氨基質(zhì)子轉(zhuǎn)移（amide proton transfer，APT）成像是化學(xué)交換飽和位移（chemical exchange saturation transfer，CEST）成像技術(shù)的一種[2]，它是Zhou等[3]在2003年提出的一種可在生物體內(nèi)探測(cè)多肽及游離蛋白質(zhì)水平的MRI技術(shù)。早期關(guān)于該成像技術(shù)應(yīng)用的研究主要集中在腦部腫瘤[4]，近年來(lái)該成像技術(shù)在動(dòng)物肝臟的可行性研究中已得到驗(yàn)證[5]，但將其應(yīng)用于診斷原發(fā)性肝癌的報(bào)道較少。本研究旨在對(duì)比分析彌散加權(quán)成像（diffusion-weighted imaging，DWI）和 APT 成像對(duì)原發(fā)性肝癌的診斷價(jià)值，為原發(fā)性肝癌診斷提供新思路，并為臨床精準(zhǔn)治療原發(fā)性肝癌提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2018年10月至2019年12月在本院行MRI檢查的原發(fā)性肝癌患者資料，本研究經(jīng)過(guò)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）患者及家屬知情同意；（2）經(jīng)臨床、病理和影像學(xué)檢查綜合診斷為原發(fā)性肝癌（以2017年肝癌診療規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)）[6]。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）檢查前接受過(guò)放化療；（2）掃描序列不完整或圖像存在明顯運(yùn)動(dòng)/金屬偽影；（3）病灶最大徑＜2 cm或＞10 cm；（4）彌漫型肝癌。符合納入標(biāo)準(zhǔn)的原發(fā)性肝癌患者共50例（肝癌組），平均年齡為（56.7±12.4）歲。其中16例經(jīng)術(shù)后病理證實(shí)，3例經(jīng)穿刺活檢病理證實(shí)，其余31例由2位經(jīng)驗(yàn)豐富的主任醫(yī)師嚴(yán)格按照診療規(guī)范確診。同期收集在我院行上腹部MRI檢查結(jié)果顯示正常的30例患者作為對(duì)照組，平均年齡（50.9±8.7）歲。

1.2 儀器與方法

采用 GE Discovery MR750 3.0T MRI掃描儀和32通道相控陣體線圈對(duì)患者行肝臟MRI掃描，取足先進(jìn)仰臥位，呼吸觸發(fā)掃描。掃描范圍從膈頂至肝下緣。所有受試者檢查前均禁飲食6～8 h，并接受均勻呼吸和屏氣訓(xùn)練。掃描序列包括常規(guī)序列（冠狀位T2WI序列，軸位T1WI、T2WI序列）和研究序列（軸位DWI序列、APT序列）。研究序列以常規(guī)MRI序列圖像為參考標(biāo)準(zhǔn)，在1名經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)生的指導(dǎo)下，對(duì)包含腫瘤實(shí)質(zhì)的所有層面進(jìn)行掃描。研究序列相關(guān)參數(shù)如下：

軸位DWI序列：采用SS SE-EPI序列，視野（field of view，F(xiàn)OV）36 cm×28 cm，重復(fù)時(shí)間（repetition time，TR）7 058 ms，回波時(shí)間（echo time，TE）73.9 ms，層數(shù)20，層厚5.0 mm，層間距1.0 mm，擴(kuò)散敏感系數(shù)（b值）為 0和 800 s/mm2。

軸位APT序列：采用SS CEST-EPI序列，F(xiàn)OV 36 cm×28 cm，TR 3 000 ms，TE 12.0 ms，層厚 5.0 mm，層間距1.0 mm，矩陣 128×128，飽和時(shí)間 4 s，翻轉(zhuǎn)角20°，化學(xué)位移±3.5×10-6。

1.3 圖像處理及分析

1.3.1 圖像后處理

將APT圖像傳至GE AW 4.6工作站，利用Functool工具包中的APT軟件進(jìn)行后處理。由1名主治醫(yī)師和1名副主任醫(yī)師（分別具有5和10 a臨床經(jīng)驗(yàn)）共同閱片，測(cè)量表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）和 APT 值。

1.3.2 感興趣區(qū)（region of interest，ROI）的選取

對(duì)比觀察常規(guī)T1WI、T2WI圖像，在原始圖像上沿腫瘤邊緣畫(huà)出邊界，在腫瘤實(shí)性部分勾畫(huà)3個(gè)形狀、大小相同的 ROI，面積一般為 50～200 mm2，采用后處理系統(tǒng)在各參數(shù)偽彩圖相同位置上自動(dòng)生成相同大小的ROI，獲取每個(gè)ROI的平均參數(shù)值，并計(jì)算3個(gè)ROI的平均值。用同樣方法在距離腫瘤邊界≤2 cm、＞2～＜5 cm及≥5 cm處，即近癌肝實(shí)質(zhì)、遠(yuǎn)癌肝實(shí)質(zhì)、正常肝實(shí)質(zhì)各勾畫(huà)3個(gè)ROI[7]。每位觀察者測(cè)量后取平均值，最終結(jié)果取2位觀察者的平均值。參考標(biāo)準(zhǔn)：（1）ROI邊緣與病灶邊緣保持一定距離，以避免容積效應(yīng)；（2）所有ROI的選擇應(yīng)盡量避開(kāi)肉眼可見(jiàn)的囊變、出血、壞死以及血管、膽管區(qū)域；（3）正常對(duì)照組的ROI選擇應(yīng)避開(kāi)肉眼可見(jiàn)的血管、膽管。

1.3.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 23.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計(jì)量資料統(tǒng)計(jì)前先檢驗(yàn)其正態(tài)性，若服從正態(tài)分布，則以±s表示；若不服從正態(tài)分布，則以中位數(shù)（上下四分位數(shù)）表示。對(duì)服從正態(tài)分布的資料采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較肝癌組和正常組的差異，不服從正態(tài)分布的采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)。采用Levene檢驗(yàn)評(píng)估方差齊性，采用單因素方差分析比較肝癌組織、近癌肝實(shí)質(zhì)、遠(yuǎn)癌肝實(shí)質(zhì)和正常肝實(shí)質(zhì)ADC和APT值的差異，組內(nèi)兩兩比較采用最小顯著性差異法（least significant difference，LSD）。采用 Spearman相關(guān)分析分別評(píng)價(jià)ADC和APT值與距離肝癌組織遠(yuǎn)近的相關(guān)性。繪制ROC曲線評(píng)價(jià)ADC和APT值鑒別原發(fā)性肝癌的診斷效能。采用最大約登指數(shù)計(jì)算出最佳閾值。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

（1）典型病例的MRI圖像、APT軟件后處理偽彩圖及病理圖像如圖1～3所示。

圖1 臨床及影像綜合診斷為肝細(xì)胞肝癌患者的檢查圖像

圖2 低分化肝細(xì)胞肝癌患者的檢查圖像

圖3 中分化肝細(xì)胞肝癌患者的檢查圖像

（2）肝癌組的ADC值低于對(duì)照組，而APT值高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均＜0.01），詳見(jiàn)表1。

表1 肝癌組與對(duì)照組ADC、APT值比較

（3）方差分析顯示肝癌組織、近癌肝實(shí)質(zhì)、遠(yuǎn)癌肝實(shí)質(zhì)和正常肝實(shí)質(zhì)的ADC值和APT值存在顯著差異，P均＜0.05；組內(nèi)兩兩比較顯示，除遠(yuǎn)癌肝實(shí)質(zhì)與正常肝實(shí)質(zhì)之間的ADC、APT值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）外，其他各組間的 ADC、APT 值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均＜0.05），具體見(jiàn)表2。原發(fā)性肝癌患者正常肝實(shí)質(zhì)和肝癌組織邊緣的距離與APT值成負(fù)相關(guān)（r=-0.585，P＜0.01），隨著距離的增加，APT值降低；原發(fā)性肝癌患者正常肝實(shí)質(zhì)和肝癌組織邊緣的距離與 ADC 值成正相關(guān)（r=0.469，P＜0.01），隨著距離的增加，ADC值增大。

表2 原發(fā)性肝癌患者不同組織類型之間的ADC、APT值比較

（4）ADC和APT鑒別診斷原發(fā)性肝癌的ROC曲線如圖4所示。APT成像的ROC曲線的AUC值為0.908，明顯高于 DWI（AUC 值為 0.796），P＜0.01。各參數(shù)鑒別診斷原發(fā)性肝癌的敏感度、特異度詳見(jiàn)表3。

圖4 APT和ADC兩參數(shù)值鑒別診斷肝癌和正常肝組織的ROC曲線

表3 ADC與APT對(duì)原發(fā)性肝癌的診斷效能比較

3 討論

3.1 APT成像的原理

APT成像是一種基于CEST技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一種磁共振成像方法[2]，無(wú)需使用外源性對(duì)比劑即可在活體組織內(nèi)檢測(cè)游離蛋白和肽類含量[8]。APT信號(hào)強(qiáng)度與內(nèi)源性游離蛋白和肽類的含量以及氨基質(zhì)子的交換速率有關(guān)，隨著內(nèi)源性游離蛋白和肽類含量的增加而升高[9]。

3.2 肝癌組織和正常肝實(shí)質(zhì)、遠(yuǎn)癌肝實(shí)質(zhì)、近癌肝實(shí)質(zhì)的APT參數(shù)特征分析

本研究結(jié)果顯示，肝癌組織的APT值普遍高于遠(yuǎn)癌肝實(shí)質(zhì)、近癌肝實(shí)質(zhì)，這與先前的利用APT診斷腦部腫瘤[10]、胸部疾病[11]、直腸癌[12]、子宮內(nèi)膜癌[13]等的研究結(jié)論相一致。此外，Ray等[14]將體內(nèi)APT信號(hào)與體外組織學(xué)相結(jié)合，在動(dòng)物模型中測(cè)量蛋白質(zhì)濃度，發(fā)現(xiàn)APT信號(hào)的改變大部分（66%）是由于蛋白質(zhì)的濃度變化所導(dǎo)致，還有一部分（34%）來(lái)源于腫瘤的酸堿度變化。因此，肝癌組織的APT值升高可能原因是肝癌組織分裂增殖較為旺盛，導(dǎo)致肝癌組織內(nèi)蛋白質(zhì)或多肽的含量明顯增加，也可能是因?yàn)楦伟┙M織細(xì)胞較為活躍，癌細(xì)胞產(chǎn)生的腫瘤微環(huán)境導(dǎo)致肝癌組織更容易發(fā)生氨基酸質(zhì)子與自由水質(zhì)子的交換，從而能夠測(cè)得更高的APT值。

3.3 與肝癌組織距離不同的正常肝實(shí)質(zhì)的APT參數(shù)特征分析

本研究還對(duì)比分析了與肝癌組織距離不同的正常肝實(shí)質(zhì)的APT值，發(fā)現(xiàn)距離肝癌組織越近的正常肝實(shí)質(zhì)的APT值越高，其近癌肝實(shí)質(zhì)APT值高于遠(yuǎn)癌肝實(shí)質(zhì)和正常肝實(shí)質(zhì)，表明近癌肝實(shí)質(zhì)的細(xì)胞增殖情況和組織內(nèi)微環(huán)境不同于遠(yuǎn)癌肝實(shí)質(zhì)和正常肝實(shí)質(zhì)。根據(jù)Wang等[15]關(guān)于肝細(xì)胞肝癌微血管浸潤(rùn)情況的研究及其大量病理結(jié)果證實(shí)，近癌肝實(shí)質(zhì)APT值升高可能是因?yàn)樵l(fā)性肝癌腫塊周圍組織發(fā)生了微血管浸潤(rùn)。而本實(shí)驗(yàn)收集的9例病理結(jié)果肝癌周圍組織及血管均未見(jiàn)癌細(xì)胞浸潤(rùn)，其近癌肝實(shí)質(zhì)的APT值依然升高，可能是因?yàn)槟[瘤細(xì)胞的增殖導(dǎo)致腫瘤及附近組織局部微環(huán)境的變化，例如外泌體信使RNA（mRNA）或微小 RNA（miRNA）等趨化因子的局部調(diào)節(jié)、酸堿度、含氧量等[16]。

3.4 DWI和APT的診斷效能分析

本研究發(fā)現(xiàn)APT值鑒別原發(fā)性肝癌的診斷效能明顯優(yōu)于ADC值（APT的AUC值明顯大于ADC的AUC值），表明相比傳統(tǒng)的DWI，APT成像對(duì)鑒別診斷原發(fā)性肝癌更具優(yōu)勢(shì)。分析原因可能是DWI成像假設(shè)水分子在體內(nèi)運(yùn)動(dòng)符合高斯分布[17-18]，僅能部分反映腫瘤細(xì)胞周圍水分子擴(kuò)散受限的情況，這與Yue等[19]的研究結(jié)論一致。而APT成像反映組織中蛋白質(zhì)和多肽的含量以及組織微環(huán)境酸堿度變化等[20]，比DWI能更準(zhǔn)確反映肝癌腫塊病理特性的變化情況，可為原發(fā)性肝癌的診斷提供新思路[21]。

本研究的局限性：（1）APT成像一次掃描僅能獲得單層圖像。（2）APT序列分辨力和信噪比較差。（3）時(shí)間有限，收集到的病例數(shù)較少，僅有部分病例得到病理結(jié)果。（4）選取ROI時(shí)，避開(kāi)囊變、壞死區(qū)域，人為降低了腫瘤組織的生物學(xué)異質(zhì)性，可能影響參數(shù)的診斷效能。

綜上所述，APT成像技術(shù)比常規(guī)DWI能更準(zhǔn)確診斷原發(fā)性肝癌，是對(duì)常規(guī)MRI技術(shù)的補(bǔ)充和完善，可為原發(fā)性肝癌的診斷提供新思路，有必要進(jìn)行更進(jìn)一步的研究和探索。