酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移成像與DWI診斷宮頸鱗癌并評估其分級的對比研究

侯孟巖， 孟楠， 王競, 劉文玲, 任繼鵬, 韓東明

宮頸癌是女性生殖系統(tǒng)中最常見的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率逐年增高，發(fā)病人群逐漸趨于年輕化，嚴(yán)重威脅女性的生命健康[1]。宮頸鱗癌是宮頸癌最常見的病理類型，其病理分級影響患者治療方式的選擇及預(yù)后情況。臨床上常采用活檢的方法診斷并評估宮頸癌的病理特征，但取材有限及抽樣誤差等因素極易對結(jié)果造成一定影響[2]，因此需要影像手段對癌組織進(jìn)行定性加以補充。擴散加權(quán)成像(DWI)可反映腫瘤組織的微觀結(jié)構(gòu)特點，已在宮頸癌的診斷及術(shù)前病理分級中得到應(yīng)用[3,4]，但受限于生物組織內(nèi)水分子運動的復(fù)雜性，其結(jié)果并不可靠。酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移成像(amide proton transfer,APT)是一種新型分子成像技術(shù)，可用于檢測組織內(nèi)源性游離蛋白及多肽含量，反映細(xì)胞代謝及病理生理信息。目前，APT技術(shù)在腦腫瘤中的應(yīng)用價值被廣泛肯定，在宮頸癌中的研究還處于初級階段。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，APT評估宮頸鱗癌分級的診斷效能優(yōu)于PET-CT[5]，但目前尚無有關(guān)APT與DWI在宮頸癌中的對比研究。本研究旨在對比分析APT與DWI在診斷宮頸鱗癌并評估其分級中的價值。

材料與方法

1.病例資料

回顧性搜集2017年12月至2019年6月我院經(jīng)手術(shù)病理證實的宮頸癌患者。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：①MRI檢查后1周內(nèi)獲取明確的病理結(jié)果；②早期宮頸癌多以手術(shù)治療為主，而晚期宮頸癌多采用放化療[6]，因此納入病例均為經(jīng)手術(shù)病理證實的早期原發(fā)宮頸癌患者(病理分期：ⅠB期-ⅡA期；病理類型：鱗癌、腺癌)；③ MRI檢查前未接受手術(shù)、放療及藥物等治療。病例排除標(biāo)準(zhǔn)：①掃描序列不完整或圖像質(zhì)量影響診斷及數(shù)據(jù)測量；②病灶最大徑<2 cm。按照以上標(biāo)準(zhǔn)，納入宮頸癌患者共50例，術(shù)后病理結(jié)果顯示IB期14例，ⅡA期36例，根據(jù)病理類型分為腺癌組[11例，年齡49～65歲，平均(56.1±5.4)歲]和鱗癌組[39例，年齡41～67歲，平均(53.5±9.2)歲]；患者年齡在宮頸鱗癌與腺癌組、低分化與高中分化宮頸鱗癌組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P值均>0.05)。因?qū)m頸腺癌病例較少，故僅對宮頸鱗癌亞組進(jìn)行分析。根據(jù)2003年WHO制定的病理分級標(biāo)準(zhǔn)，宮頸鱗癌患者分為Ⅰ級(高分化，n=9)、Ⅱ級(中分化，n=18)、Ⅲ級(低分化,n=12)，本研究將鱗癌組患者細(xì)分為低分化鱗癌組(n=12)與高中分化鱗癌組(n=27)進(jìn)行比較。

2.檢查方法

MRI檢查采用GE Discovery MR750 3.0T磁共振掃描儀，32通道體部相控陣線圈，檢查前囑患者適度充盈膀胱并行陰道填塞，行常規(guī)MRI平掃、DWI及APT掃描。掃描序列包括常規(guī)矢狀面、冠狀面、斜軸面T1WI/T2WI 序列，視野36 cm×28 cm，層間距1.0 mm，層厚5.0 mm；斜軸面(垂直于宮頸長軸)無抑脂、小視野、薄層T2WI序列掃描參數(shù)：視野22 cm×22 cm，層間距0 mm，層厚4.0 mm；斜軸面DWI采用單次激發(fā)(SE-EPI)序列，掃描參數(shù)：TR 2000 ms，TE 57 ms，視野36 cm×28 cm，層間距1 mm,層厚4 mm，激勵次數(shù)2，矩陣大小128×128，擴散敏感梯度b值取0、800 s/mm2。斜軸面APT序列以斜軸面T2WI圖像為參考，選取顯示病灶最大層面進(jìn)行單層定位掃描，采用2D單次激發(fā)EPI序列，掃描參數(shù)：TR 3000 ms，TE 最小值，翻轉(zhuǎn)角20°，飽和時間4 s，化學(xué)位移±3.5 ppm，視野36 cm×28 cm，矩陣128×128，層厚8 mm，激勵次數(shù)4，掃描時間為4 min 36 s。

3.圖像處理及分析

將DWI、APT圖像傳至GE AW 4.6 工作站，采用Functool工具包中的APT/ADC軟件對圖像進(jìn)行后處理。由1位主治醫(yī)師和1位副主任醫(yī)師分別閱片，并測量不對稱性磁化轉(zhuǎn)移率(asymmetric magne-tization transfer ratio,MTRasym)、平均ADC值、最小ADC值。ROI選擇標(biāo)準(zhǔn)：①盡量將ROI置于DWI明顯高信號區(qū)域，即腫瘤實性部分；②ROI應(yīng)與病灶邊緣維持一定間距，以避免容積效應(yīng)；③ROI選擇時盡量避開較為明顯的囊變、壞死及出血等區(qū)域。參照腫瘤常規(guī)平掃圖像，在DWI、APT圖像上選取病灶最大截面，在腫瘤實性部分手動勾畫3個類圓形、面積約為50 mm2的ROI，對每個病灶連續(xù)測量3次，最終結(jié)果取兩位觀察者各自的平均值。

圖1 中分化宮頸鱗癌患者，女，52歲。a)矢狀面T2WI圖像示宮頸后壁軟組織腫塊影(箭)；b)斜軸面抑脂T2WI圖像示腫塊呈不規(guī)則稍高信號(箭)；c)斜軸面DWI(b=600s/mm2)常規(guī)視野示病變呈高信號(箭)；d)APT原始圖像示病變呈稍高信號(箭)；e)APT偽彩圖示病變呈藍(lán)色、黃色混雜信號(箭)；f)鏡下示腫瘤細(xì)胞排列相對密集，異型性較高(×400，HE)。

4.統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 25.0及MedCalc 15.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。符合正態(tài)分布的計量資料以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，計數(shù)資料以頻數(shù)表示。采用Bland-Altman對兩位醫(yī)師各參數(shù)測量結(jié)果的一致性進(jìn)行評價。采用獨立樣本t檢驗比較宮頸鱗癌組與腺癌組、低分化與高中分化宮頸鱗癌組的MTRasym、平均ADC值、最小ADC值差異；繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析上述各參數(shù)值的診斷效能及最佳診斷閾值，并根據(jù)約登指數(shù)確定各參數(shù)的相應(yīng)診斷敏感度、特異度。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1.兩位醫(yī)師測得APT及DWI各參數(shù)的一致性檢驗

采用Bland-Altman對比分析兩位醫(yī)師所測數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，兩位醫(yī)師間MTRasym、平均ADC值、最小ADC值均具有較好的一致性，在95%一致性界限之內(nèi)的點分別為48/50(96.0%)、49/50(98.0%)、48/50(96.0%)。最終，將副主任醫(yī)師所測得的數(shù)據(jù)作為分析評價指標(biāo)。

2.宮頸鱗癌與腺癌組、低分化與高中分化宮頸鱗癌組各參數(shù)比較

APT及DWI掃描后經(jīng)軟件后處理得到MTRasym、ADC偽彩圖(圖1)。宮頸腺癌組MTRasym值大于宮頸鱗癌組，平均ADC值、最小ADC值大于宮頸鱗癌組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P值均<0.01)。低分化鱗癌組MTRasym值大于高中分化鱗癌組，平均ADC值、最小ADC值小于高中分化鱗癌組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P值均<0.01，表1、2)。

3.APT、DWI各參數(shù)值的診斷效能比較

ROC曲線分析結(jié)果顯示，MTRasym值診斷宮頸鱗癌的曲線下面積(area under curve，AUC)最高(0.865)，其次依次為最小ADC值(0.816)、平均ADC值(0.801)，MTRasym與最小ADC值、平均ADC值間的AUC差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(Z=0.441、0.623，P值均>0.05)；分別以3.08%(MTRasym)、0.96×10-3mm2/s(平均ADC值)、0.87×10-3mm2/s(最小ADC值)為閾值，最小ADC值具有最大敏感度(81.8%)，MTRasym具有最大特異度(81.8%)及約登指數(shù)(0.613，表3、圖2)。MTRasym值診斷低分化宮頸鱗癌的AUC(0.932)最高，其次依次為最小ADC值(0.846)、平均ADC值(0.735)，其中MTRasym值與平均ADC值之間的AUC差異有統(tǒng)計學(xué)意義(Z=1.988、P<0.05)，MTRasym值與最小ADC值之間的AUC差異無統(tǒng)計學(xué)意義(Z=1.161、P>0.05)；分別以3.06%(MTRasym)、0.93×10-3mm2/s(平均ADC值)、0.83×10-3mm2/s(最小ADC值)為閾值，最小ADC值具有最大敏感度(96.3%)，MTRasym具有最大特異度(83.3%)及約登指數(shù)(0.685，表4、圖3)。

圖2 各參數(shù)診斷宮頸鱗癌的ROC曲線。 圖3 各參數(shù)診斷低分化宮頸鱗癌的ROC曲線。

表1 宮頸鱗癌組與腺癌組各參數(shù)值比較

表2 低分化鱗癌組與中高分化鱗癌組各參數(shù)值比較

表3 各參數(shù)值對宮頸鱗癌的診斷效能分析

表4 各參數(shù)值對低分化宮頸鱗癌的診斷效能分析

討 論

本研究結(jié)果顯示宮頸鱗癌組MTRasym值低于腺癌組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，平均ADC值、最小ADC值均低于腺癌組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P值均<0.01)，與相關(guān)報道的研究結(jié)果一致[7,8]?？赡芤驗橄啾扔趯m頸鱗癌，宮頸腺癌細(xì)胞富含腺體結(jié)構(gòu)，可分泌更多的黏蛋白，且與宮頸鱗癌相比，其可表達(dá)更多的蛋白質(zhì)[9]，從而引起APT信號增高，MTRasym值增高；另外，宮頸腺癌細(xì)胞排列疏松，細(xì)胞胞漿及腺腔結(jié)構(gòu)內(nèi)含有豐富的黏液成分，水分子擴散受限程度減低，因此具有較高的ADC值。本研究中，低分化宮頸鱗癌組MTRasym值大于高中分化宮頸鱗癌組，平均ADC值、最小ADC值小于高中分化鱗癌組，與既往研究的結(jié)論類似[5]。筆者推測，與高中分化宮頸鱗癌相比，低分化宮頸鱗癌細(xì)胞增殖更活躍，細(xì)胞密度更大，因此其可合成更多的游離蛋白質(zhì)和多肽，導(dǎo)致APT信號增高，MTRasym值增高；另外，影響腫瘤分級的主要因素為細(xì)胞密度、細(xì)胞異型性、細(xì)胞核核漿比，與高中分化宮頸鱗癌相比，低分化宮頸鱗癌惡性程度更高，因此其病理級別更高，細(xì)胞核體積更大，核異型性更明顯，細(xì)胞器更多，細(xì)胞排列更緊密，因此細(xì)胞內(nèi)外水分子擴散受限程度增加，導(dǎo)致ADC值降低。

本研究中，MTRasym值診斷宮頸鱗癌的AUC最高，最小ADC值次之，平均ADC值最小；另外，在診斷低分化宮頸鱗癌中，MTRasym值的AUC最高，其次依次為最小ADC值、平均ADC值，其中MTRasym值與平均ADC值之間的AUC差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，表明相對于DWI，APT對鑒別宮頸癌分型及宮頸鱗癌分級更具優(yōu)勢。Takayama等[10]研究發(fā)現(xiàn)，APT技術(shù)可應(yīng)用于子宮內(nèi)膜癌的組織學(xué)分級中，且APT的診斷效能優(yōu)于平均ADC值及最小ADC值，與本研究結(jié)果類似。另外本研究結(jié)果顯示，平均ADC值在鑒別宮頸鱗癌及評估其分級中的效能均較低，提示其臨床應(yīng)用價值有限。分析其原因，平均ADC值有可能掩蓋了某些可代表腫瘤有效成分的異質(zhì)性ADC值，而最小ADC值可更有效檢測腫瘤組織的增殖活躍度，反映腫瘤最有效的成分[11]。但是，DWI模型以組織內(nèi)水分子呈高斯分布為理論基礎(chǔ)，ADC值依據(jù)高斯分布的單指數(shù)模型獲得，腫瘤組織內(nèi)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的改變、細(xì)胞內(nèi)外微環(huán)境平衡失調(diào)等因素均可影響水分子擴散，使得水分子擴散運動偏離高斯分布。另外，b值的大小也可影響DWI對病變的顯示能力，當(dāng)b>1000 s/mm2時，水分子運動不完全符合高斯分布。以上原因均表明DWI僅可粗略評估病變信息，在臨床應(yīng)用中具有一定的局限性，因此ADC值的診斷效能較低，其結(jié)果的可靠性仍受到質(zhì)疑。

APT是一種MR分子成像技術(shù)，其優(yōu)勢在于不受血腦屏障的限制，并且無需注射對比劑，可無創(chuàng)探測蛋白質(zhì)氨基質(zhì)子與水分子間的交換過程，進(jìn)而檢測組織內(nèi)源性游離蛋白及多肽含量，可從細(xì)胞分子水平上更精確地反映細(xì)胞的代謝及生理信息。Ohno等[12]研究發(fā)現(xiàn)，APT在鑒別肺結(jié)節(jié)良惡性中的準(zhǔn)確度及特異度高于DWI。Li等[13]在對比APT與體素內(nèi)不相干運動(intravoxel incoherent motion, IVIM)診斷低分化與高中分化宮頸鱗癌的研究中發(fā)現(xiàn)，APT信號的AUC分別高于D值及ADC值，表明其診斷效能優(yōu)于IVIM。Togao等[14]通過對比APT與DWI診斷腦膠質(zhì)瘤分級，研究發(fā)現(xiàn)APT是評估腦腫瘤最準(zhǔn)確的非侵入性成像技術(shù)。以上結(jié)論與本研究結(jié)論類似，間接提示APT較DWI具有一定優(yōu)勢。盡管如此，APT技術(shù)在臨床應(yīng)用中仍存在一些局限性：首先，一次掃描僅能獲取單層圖像，難以獲取腫瘤的完整信息；其次，APT技術(shù)的空間分辨率及信噪比較低，對于小病灶顯示欠佳。

本研究存在以下局限性：①總樣本量相對較少，且將高、中分化宮頸鱗癌合并為一組，未比較兩者間的差異；②APT序列對微小病變顯示欠佳，因此納入研究的均是病理分期為ⅠB期-ⅡA期、病灶直徑≥2 cm的患者，可能對結(jié)果的準(zhǔn)確性造成一定影響；③ROI的放置具有一定主觀性，未能與病理標(biāo)本相應(yīng)位置匹配，因此缺乏病理對照。

綜上所述，與DWI相比，APT在診斷宮頸鱗癌并評估宮頸鱗癌分級中更具優(yōu)勢，可為臨床選擇治療方案及評估預(yù)后提供更多信息。