DWI在早期評估骨肉瘤新輔助化療療效中的應(yīng)用價值

任浩，丘金鳳，黃麗軒，李文美，馬劼，宋英儒

骨肉瘤是好發(fā)于兒童及青少年的常見惡性骨腫瘤[1]，手術(shù)前骨肉瘤新輔助化療可使腫瘤體積縮小、邊界收縮從而易于手術(shù)，并降低轉(zhuǎn)移的發(fā)生率，使患者的保肢率及五年生存率顯著提高[2]。病理學(xué)測量腫瘤壞死率是評價化療效果的金標(biāo)準(zhǔn)[3]，影像學(xué)評價中以DWI的表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值能較好地反映腫瘤細(xì)胞壞死情況[4-5]，但由于目前影像研究及病理檢查的時間點(diǎn)在所有周期化療結(jié)束后及手術(shù)結(jié)束之后，缺乏早期提示化療效果的有效手段，對于化療方案不敏感的患者不能及時提示并進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致手術(shù)效果及預(yù)后較差。本研究通過分析DWI圖像變化情況以及ADC值與腫瘤壞死率的相關(guān)關(guān)系，旨在探討DWI在早期預(yù)測骨肉瘤新輔助化療效果中的應(yīng)用價值。

材料與方法

1.病例資料

搜集2017-2019年住院行新輔助化療和手術(shù)治療的骨肉瘤患者11例，其中男2例，女9例，年齡9～31歲，中位年齡11歲，其中<10歲1例，10歲～20歲6例，>20歲4例。骨肉瘤病灶位于股骨下段9例，脛骨上段1例，腓骨上段1例。根據(jù)骨肉瘤Enneking外科分期標(biāo)準(zhǔn)對患者進(jìn)行分期[6]，其中ⅡA 期1例，ⅡB 期10例。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：①病理確診為骨肉瘤；②腫瘤發(fā)病部位位于長骨大關(guān)節(jié)等區(qū)域；③入院檢查時未發(fā)現(xiàn)明確的腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移；④經(jīng)歷完整術(shù)前新輔助化療，病例資料完整。病例排除標(biāo)準(zhǔn)：①入組前接受其他相關(guān)治療；②存在對治療產(chǎn)生影響的其他疾病。

2.檢查方法

患者在化療開始前、新輔助化療第1周期結(jié)束后、所有4個周期化療結(jié)束后行以下影像學(xué)檢查：①M(fèi)RI常規(guī)檢查，包括T1WI、T2WI、T2WI+FS；②采用DWI檢測腫瘤細(xì)胞水腫及壞死情況(b=0、800 s/mm2)；③采用動態(tài)增強(qiáng)MRI(dynamic contrast enhanced MRI,DCE-MRI)評價腫瘤灌注情況、劃分腫瘤成分。MRI檢查采用Siemens Magnetom Trio Tim 3.0T超導(dǎo)型磁共振掃描儀，體部線圈。MRI平掃采用快速自旋回波序列，T2WI抑脂冠狀面掃描參數(shù)：TR 4000 ms，TE 82 ms，視野512 mm×432 mm；T2WI抑脂矢狀面掃描參數(shù)：TR 1770 ms，TE 40 ms，384 mm×384 mm；T2WI抑脂橫軸面掃描參數(shù)：TR 2300 ms，TE 87 ms，視野384 mm×306 mm；T1WI橫軸面掃描參數(shù)：TR 268 ms，TE 22 ms，視野384 mm×264 mm；T1WI抑脂橫軸面掃描參數(shù)：TR 324 ms，TE 22 ms，視野384 mm×264 mm；層厚3～4 mm，層間距1～3 mm。DWI采用單次激發(fā)自旋-平面回波序列行橫軸面掃描，掃描參數(shù)：TR 5400 ms，TE 70 ms，矩陣144×98，層厚3～4 mm，視野400 mm×400 mm，b值取0、800 s/mm2，并得到相應(yīng)的表觀擴(kuò)散系數(shù)圖。DCE-MRI采用快速小角度激發(fā)三維梯度回波序列行T1WI抑脂橫軸面掃描，共掃描32個周期，對比劑采用釓特酸葡胺注射液，掃描參數(shù)：TR 6.6 ms，TE 2.4 ms，視野192 mm×144 mm，層厚3～4 mm。

3.數(shù)據(jù)采集

DCE-MRI圖像利用后處理工作站軟件觀察腫瘤各層面不同時期的強(qiáng)化改變情況。通過時間信號曲線劃分水腫、瘤內(nèi)積血、液化、囊性變、壞死、瘤骨等成分的區(qū)域[7]。以DCE-MRI流出型時間信號曲線區(qū)域劃為腫瘤實(shí)性成分，以此對照在DWI圖像上進(jìn)行ROI選取，測量所選區(qū)域的ADC值，重復(fù)測量3次取平均值(圖1)。采用MRI后處理軟件在增強(qiáng)掃描軸面、冠狀面、矢狀面圖像上測量腫瘤體積大小。

4.病理檢查

將術(shù)后切除所得的腫瘤組織進(jìn)行取材制片，對各個標(biāo)本切片進(jìn)行壞死率分析：根據(jù)腫瘤的形態(tài)特點(diǎn)，將腫瘤標(biāo)本沿橫軸位、矢狀位或冠狀位中某一長徑方向切開，取厚度3～4 mm的層面，將該層面劃分為邊長1～2 cm的小四邊形，得到每個小四邊形標(biāo)本的壞死率[顯微鏡下計數(shù)鏡野存活腫瘤細(xì)胞數(shù)，定為N；選取化療前活檢標(biāo)本腫瘤邊緣較有代表性的病理切片,隨機(jī)抽看多個鏡野,計數(shù)腫瘤細(xì)胞,取其平均值M作為基數(shù)，腫瘤細(xì)胞壞死率=(1-N/M)×100%]，對每個四邊形標(biāo)本進(jìn)行單獨(dú)的壞死率分析，取其平均值，以此作為整個腫瘤區(qū)域的壞死率(圖2)。

圖1 a)動態(tài)增強(qiáng)T1WI-FS橫軸面圖像；b)時間信號強(qiáng)度曲線圖。其中綠色曲線呈流出型，對比劑呈快進(jìn)快出趨勢，推測為腫瘤邊緣生長增殖活躍的部分；紅色曲線為平臺型，對比劑呈快速升高趨勢，推測為腫瘤組織混雜炎性組織成分；藍(lán)色曲線為遞增型，對比劑逐漸增加，推測為腫瘤成分混雜水腫、積血、炎性組織等；黃色曲線未見升高，說明對比劑進(jìn)入量極少，推測為瘤骨、鈣化等成分；c)該區(qū)域的橫軸面ADC圖像。 圖2 a)腫瘤切除手術(shù)中獲得的腫瘤活體標(biāo)本圖片,依據(jù)MRI圖像對手術(shù)范圍進(jìn)行劃分確定，該手術(shù)縱向切除范圍為10cm；b)經(jīng)福爾馬林浸泡過的病理組織標(biāo)本，選取橫截面作為腫瘤最大長徑截面，取厚度為3～4mm的組織層面進(jìn)行壞死率分析；c)分割成大小不等的多個區(qū)域分別取材制片，得到每個樣本的壞死率，取其平均值，以此作為腫瘤的壞死率。

5.統(tǒng)計學(xué)分析

結(jié) 果

9例患者的腫瘤體積在化療后增大，2例患者在化療后腫瘤體積變小或不變(圖3)。統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果顯示化療前與化療早期的腫瘤體積差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=71.8，P=0.000)。將腫瘤體積變化差值與腫瘤壞死率行相關(guān)行分析，結(jié)果顯示無統(tǒng)計學(xué)意義(r=-0.529，P=0.055>)。

采用MRI后處理軟件得到ADC圖，測量腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)域ADC值(圖4)，將化療前、化療早期的變化進(jìn)行比較，其中化療前ADC值為(1372.683±82.0832)×10-3mm2/s，化療早期ADC值為(1667.983±60.3513)×10-3mm2/s，化療結(jié)束后ADC值為(1787.83±95.1652)×10-3mm2/s。對化療前與化療早期的ADC值行配對樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示兩者差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=-3.657，P=0.004)。將化療前與化療早期的ADC值及ADC變化量(ADC變化量=化療早期ADC值-化療前ADC值)與腫瘤壞死率進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示ADC值變化量與腫瘤壞死率存在相關(guān)性(r=0.397，P=0.020)。

討 論

術(shù)前精準(zhǔn)的化療評估對于后續(xù)治療方案的指導(dǎo)具有重要意義，病理檢查得到的腫瘤壞死率是目前評價新輔助化療治療效果的金標(biāo)準(zhǔn)[3]，但是術(shù)后才能進(jìn)行檢測使得該方法存在滯后性，導(dǎo)致其臨床應(yīng)用較為局限。因此在化療早期便對新輔助化療效果做出預(yù)測具有更長遠(yuǎn)的臨床意義，不僅能夠?qū)熃Y(jié)果進(jìn)行提前預(yù)測，更能夠早期判斷腫瘤對化療藥物的敏感性，指導(dǎo)臨床醫(yī)生重新評估現(xiàn)有治療方案并及時作出調(diào)整。

骨肉瘤患者病情進(jìn)展迅速，短時間內(nèi)便可出現(xiàn)腫瘤體積增大、疼痛加劇、皮溫增高等癥狀[8]，臨床醫(yī)生以往多通過患者的上述臨床癥狀來推測腫瘤對化療方案的敏感性，該方法主觀性過強(qiáng)，且準(zhǔn)確性不高。賈樹民等[9]研究認(rèn)為骨肉瘤體積的變化與新輔助化療治療效果具有相關(guān)性，腫瘤體積的變化可提示腫瘤壞死率情況。本研究結(jié)果顯示患者在化療前、化療早期兩個時間點(diǎn)的體積差異有統(tǒng)計學(xué)意義，9例患者的腫瘤體積化療后增大，2例患者的腫瘤體積化療后變小或不變，將腫瘤體積變化差值與腫瘤壞死率進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.055)，說明化療早期腫瘤體積的變化僅能一定程度上反映腫瘤壞死率的變化情況，但并不準(zhǔn)確可靠。該結(jié)果可能與腫瘤成分復(fù)雜、改變迅速有關(guān)，當(dāng)腫瘤細(xì)胞發(fā)生壞死時，伴隨囊變、液化、出血等改變[10]，上述成分會替代原有的腫瘤實(shí)質(zhì)部分，導(dǎo)致腫瘤的體積改變不明顯，且瘤骨的形成會在一定程度上限制體積的改變[11]。

DWI的病理生理學(xué)基礎(chǔ)是細(xì)胞密度和細(xì)胞膜的完整性，當(dāng)細(xì)胞密度增加、細(xì)胞膜完整時水分子的擴(kuò)散運(yùn)動受限，DWI圖像信號強(qiáng)度增高、ADC值減低[12]。同時惡性腫瘤核漿比例高，細(xì)胞內(nèi)外間隙中含有許多腫瘤細(xì)胞釋放的纖維樣基質(zhì)，細(xì)胞內(nèi)外間隙空間較小，水分子運(yùn)動進(jìn)一步受限，ADC值偏低。當(dāng)化療藥物作用于腫瘤細(xì)胞時，如果導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞發(fā)生壞死，細(xì)胞密度減低、細(xì)胞膜降解破壞，核漿比例降低，原來存在于細(xì)胞內(nèi)外間隙中的纖維樣基質(zhì)也崩解減少，則水分子運(yùn)動范圍增大，ADC值升高[13]。本組DWI檢查選取的b值為0、800s/mm2[9]，11例骨肉瘤病灶在DWI上呈不同程度高信號，采用配對樣本t檢驗(yàn)比較化療前、化療早期的ADC值，結(jié)果顯示患者的ADC值均發(fā)生了一定程度變化，提示在化療早期腫瘤便出現(xiàn)了不同程度壞死。將化療前、化療早期的ADC值及ADC平均值差值與腫瘤壞死率進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示ADC值變化量與腫瘤壞死率存在相關(guān)性，化療前和化療早期ADC值與腫瘤壞死率不具有相關(guān)性，說明化療過程中單一時間點(diǎn)的ADC值水平高低不能反映腫瘤壞死率的變化情況，筆者認(rèn)為該結(jié)果可能是由于不同亞型的骨肉瘤惡性程度不同[14]，橫向比較不具有顯著的可比性；而ADC早期變化量可以一定程度上反映預(yù)后，即在第一周期結(jié)束時，腫瘤壞死率高的患者腫瘤DWI信號強(qiáng)度即可出現(xiàn)明顯降低并出現(xiàn)少量囊變壞死，壞死率低的患者腫瘤DWI信號強(qiáng)度改變相比不是十分顯著，但仍有囊變及壞死出現(xiàn)。以上結(jié)果說明無論最終化療效果如何，化療早期均會對腫瘤組織產(chǎn)生影響并引起影像學(xué)上的改變。

圖3 骨肉瘤患者，隨著時間的推移，腫瘤體積先增大后縮小，但化療結(jié)束后腫瘤體積仍大于化療前。a)化療前T2WI-FS冠狀面圖像；b)化療第1周期結(jié)束后T2WI-FS冠狀面圖像；c)化療結(jié)束后T2WI-FS冠狀面圖像。 圖4 骨肉瘤患者。a)化療前T2WI-FS軸面圖像；b)化療第1周期結(jié)束后T2WI-FS軸面圖像；c)化療結(jié)束后T2WI-FS軸面圖像。從圖像上可以發(fā)現(xiàn)腫瘤內(nèi)部組織成分復(fù)雜，可見斑片狀低信號及囊狀不規(guī)則信號影，其內(nèi)可見液-液平面，隨著時間的推移，腫瘤內(nèi)液化、積血等高信號成分逐漸增多；d)化療前DWI軸面圖像；e)化療第1周期結(jié)束后DWI軸面圖像；f)化療結(jié)束后DWI軸面圖像。從圖像上可以發(fā)現(xiàn)腫瘤實(shí)質(zhì)部分呈等高信號，隨著時間的推移，腫瘤實(shí)質(zhì)部分信號強(qiáng)度逐漸降低。

單純的征象分析不能精準(zhǔn)評價腫瘤壞死率情況，尤其對于早期腫瘤細(xì)胞發(fā)生壞死崩解但未形成明顯的壞死區(qū)時，定量ADC早期變化量可較為準(zhǔn)確地反映出腫瘤細(xì)胞的變化情況，在一定程度上評估腫瘤細(xì)胞對化療的敏感程度，進(jìn)而預(yù)測化療結(jié)束后病理腫瘤壞死率情況，對化療方案的選擇及調(diào)整產(chǎn)生積極影響。本研究為單中心研究，且樣本量較少，但為早期、準(zhǔn)確預(yù)測評估骨肉瘤新輔助化療療效提供了新的思路。