磁共振酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移成像與表觀擴(kuò)散系數(shù)在膀胱癌術(shù)前病理分級評估中的應(yīng)用

徐興華，常玲玉，吳廣太，程連華，李淑祎，王芳，王青

0 前言

膀胱癌是世界范圍內(nèi)最常見的泌尿系統(tǒng)惡性腫瘤之一[1]。膀胱癌的治療策略根據(jù)腫瘤侵襲深度和組織學(xué)分級而定。對于低級別非肌肉浸潤性膀胱癌患者，經(jīng)尿道膀胱腫瘤切除術(shù)通常是首選手術(shù)方法[2-3]，而高級別非肌肉浸潤性或肌肉浸潤性膀胱癌患者需要采取根治性或膀胱部分切除術(shù)，部分患者術(shù)后需配合輔助放化療[2-3]。因此，術(shù)前準(zhǔn)確地評估膀胱癌組織學(xué)分級對于制訂治療方案至關(guān)重要。目前膀胱癌術(shù)前分級多采用膀胱鏡活檢，但膀胱鏡為有創(chuàng)性操作，且具有操作者依賴性及可能取樣位置偏差等缺點[4-5]。MRI為無創(chuàng)性檢查，具有較高的軟組織分辨率，目前已廣泛應(yīng)用于膀胱腫瘤的檢出與分期[6-9]，隨著功能成像技術(shù)的快速發(fā)展，多參數(shù)MRI 可進(jìn)一步提供實體腫瘤分子水平方面的信息[10-12]。

酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移加權(quán)（amide proton transfer,APT）MRI是一種分子MRI技術(shù)，是化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移成像的一種亞型，主要反映+3.5 ppm處酰胺質(zhì)子的化學(xué)位移特性，從而間接測量蛋白質(zhì)和多肽等可移動大分子的濃度[13-14]。擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion-weighted imaging, DWI）是一種無創(chuàng)的微結(jié)構(gòu)成像技術(shù)，通過檢測水分子的擴(kuò)散程度來反映組織細(xì)胞的數(shù)量和細(xì)胞膜的完整性，通常用DWI 衍生的表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient, ADC）來量化水分子在組織中的擴(kuò)散情況[15-16]。目前研究表明，APT 在神經(jīng)系統(tǒng)和體部腫瘤中應(yīng)用較多[17-20]，DWI 已于人體多個系統(tǒng)廣泛應(yīng)用[21-22]，但是，APT技術(shù)在膀胱癌術(shù)前分級方面的作用尚不清楚，此外，目前尚不清楚聯(lián)合兩種成像方式（APT和DWI）在評估膀胱癌的術(shù)前病理分級的診斷價值。因此，本研究應(yīng)用APT 及ADC 定量參數(shù)對膀胱癌組織學(xué)分級進(jìn)行評估，分別探討單指標(biāo)及聯(lián)合指標(biāo)對于術(shù)前預(yù)測膀胱癌分級的應(yīng)用價值。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本回顧性研究遵守《赫爾辛基宣言》，得到了山東大學(xué)齊魯醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，免除受試者知情同意，批準(zhǔn)文號：KYLL-2022（ZM）-353?；仡櫺苑治?022 年1 月到2023 年2 月在本院行膀胱3.0 T MRI檢查的患者病例資料，64 例臨床疑似膀胱腫瘤的患者在術(shù)前2 個月內(nèi)進(jìn)行了盆腔MRI 檢查。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）臨床擬診膀胱腫瘤且未進(jìn)行任何治療、經(jīng)手術(shù)切除并經(jīng)術(shù)后病理證實為膀胱尿路上皮癌患者；（2）MRI圖像完整，包含T2WI、T1WI、DWI、APT 及動態(tài)對比增強(qiáng)（dynamic contrast enhanced, DCE）序列的圖像；（3）腫瘤體積較大（直徑≥10 mm）。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）缺乏完整的病理分級；（2）圖像質(zhì)量差，無法繪制ROI。最終，納入54例符合條件的膀胱癌患者病例資料，根據(jù)術(shù)后病理結(jié)果分為低級別組和高級別組，其中低級別組18例，高級別組36例。

1.2 檢查方法

使用GE 3.0 T (Discovery MR750W, GE Healthcare,USA) MRI儀，體部16 通道相控陣線圈對所有患者進(jìn)行術(shù)前檢查，取仰臥位，并要求患者在檢查前至少1 h內(nèi)禁止排尿，以適度充盈膀胱。首先進(jìn)行常規(guī)序列掃描，包括橫斷面、矢狀面T2WI 和橫斷面T1WI；其次行橫斷面DWI 序列（b 值分別為0 和1000 mm2/s）及APT 序列掃描，APT 序列選擇病變顯示最大的層面定位單層掃描；之后注射釓雙胺注射液（歐乃影，GE 醫(yī)療集團(tuán)，愛爾蘭）行DCE-MRI掃描，注射流速2.0 mL/s，劑量0.1 mmol/kg。掃描總時間為15 min。各序列掃描參數(shù)詳見表1。

表1 MRI不同序列掃描參數(shù)Tab.1 Different sequence scanning parameters of MRI

1.3 圖像處理與數(shù)據(jù)測量

將APT 和DWI 圖像上傳到工作站（Advantage Workstation 4.6, GE Healthcare, Milwaukee, USA），分別與橫斷面T2WI 圖像融合后，由兩名經(jīng)驗豐富的放射科副主任醫(yī)師（從事腹部影像診斷分別為10年、8 年）運(yùn)用雙盲法，選取腫瘤最大層面及相鄰兩層面，于融合的橫斷面圖像上勾畫感興趣區(qū)（region of interest, ROI），測量腫瘤的APT 值及ADC 值，ROI 面積約10～30 mm2，每位醫(yī)生連續(xù)測量3 次取平均值。ROI的勾畫原則：根據(jù)病變大小選擇適當(dāng)?shù)腞OI；在盡量避開囊變、壞死、出血及腫瘤邊緣等區(qū)域的前提下盡可能包括全實性成分。最后分析結(jié)果采用兩位醫(yī)師測量的APT及ADC值的平均值。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

使用統(tǒng)計軟件SPSS 23.0和MedCalc 15.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intra-class correlation coefficient, ICC）對兩位診斷醫(yī)生所測數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性分析。Kolmogorov-Smirnov檢驗用于檢測數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布。比較各組間差異時，符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用獨立樣本t檢驗，非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)則采用Mann-WhitneyU秩和檢驗。受試者工作特征（receiver operating characteristic, ROC）曲線用以評估各參數(shù)的診斷效能，并計算曲線下面積（area under the curve, AUC）、敏感度及特異度，采用logistic 回歸計算APT 聯(lián)合ADC 鑒別不同級別膀胱癌的AUC。采用DeLong 檢驗分析各參數(shù)AUC 之間的差異。P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料

本研究共納入54 例膀胱癌患者，其中低級別組18例，高級別組36例。兩組患者在年齡、性別、身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index, BMI）、病變部位及病變大小間差異均無統(tǒng)計意義（P＞0.05），如表2所示。

表2 低級別組與高級別組患者臨床資料比較Tab.2 Comparison of general clinical data in different histological grades of bladder cancer

2.2 兩名觀察者測量數(shù)據(jù)的一致性檢驗

本研究中所有參數(shù)值均符合正態(tài)分布。兩位醫(yī)師測量的各參數(shù)值的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)分別為：APT 0.88（95%CI: 0.74-0.94）；ADC 0.84（95%CI: 0.68-0.93），ICC均＞0.75，表明結(jié)果一致性良好。

2.3 低級別和高級別膀胱癌之間的APT 和ADC 值的比較

低級別和高級別膀胱癌APT 和ADC 值的比較見表3，圖1、2。低級別膀胱癌的APT 值顯著低于高級別膀胱癌（t=-5.34,P＜0.01），低級別膀胱癌的ADC值顯著高于高級別膀胱癌（t=2.58,P=0.01），差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義。

表3 膀胱癌不同組織學(xué)分級APT及ADC值的比較Tab.3 Comparison of APT and ADC values for different histological grades of bladder cancer

2.4 APT 和ADC 值在評估膀胱癌組織分級中的診斷性能

APT及ADC鑒別低級別和高級別膀胱癌的診斷效能比較結(jié)果見表4，圖3、4。APT 及ADC 值的AUC 分別為0.80，0.76。APT 與ADC 值聯(lián)合時，其AUC 為0.94。與單一的APT或ADC值相比，APT與ADC值的聯(lián)合顯示出更高的診斷性能，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（Z值分別為2.36、2.79；P＜0.05）。

圖3 APT、ADC及兩者聯(lián)合指標(biāo)鑒別低、高級別膀胱癌的ROC曲線，AUC值分別為：0.80、0.76、0.94。APT：酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移；ADC：表觀擴(kuò)散系數(shù)。Fig.3 The ROC curves of APT value, ADC value and combin APT and ADC value to differentiate low grade and high grade bladder cancers, and AUC values are 0.80, 0.76, 0.94, respectively.APT: amide proton transfer;ADC: apparent diffusion coefficient.

圖4 低、高級別膀胱癌之間酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移加權(quán)（APT; 4A）和表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC; 4B）值的箱式圖。Fig.4 Box diagram of the amide proton transfer-weighted (APT; 4A)and apparent diffusion coefficient (ADC; 4B) values between low-and high-grade bladder cancer.

表4 APT、ADC值對膀胱癌組織學(xué)分級的診斷效能Tab.4 Diagnostic efficacy of APT and ADC values on the histological grade of bladder cancer

3 討論

組織病理學(xué)分級是膀胱癌的重要預(yù)后因素之一。本研究主要探討了APT和DWI兩種功能MRI技術(shù)在評估膀胱癌術(shù)前分級中的準(zhǔn)確性，結(jié)果顯示APT和ADC 值在低級別、高級別膀胱癌中不同，兩個定量參數(shù)在術(shù)前預(yù)測膀胱癌的組織學(xué)分級中有較好價值，且APT 與ADC 值聯(lián)合應(yīng)用可進(jìn)一步提高膀胱癌分級的診斷效能。

3.1 APT成像在膀胱癌病理分級中的價值

APT 是一種基于化學(xué)飽和轉(zhuǎn)移（chemical exchange saturation transfer, CEST）的分子MRI技術(shù)，可以非侵入性地檢測酰胺質(zhì)子和水分子之間的交換過程，揭示細(xì)胞代謝的信息[13]。其原理是通過施加特定頻率的射頻脈沖對氨基質(zhì)子進(jìn)行飽和標(biāo)記，被飽和的氨基質(zhì)子通過與未被飽和的水中的氫質(zhì)子進(jìn)行交換，使部分水中的氫質(zhì)子被飽和，經(jīng)過多次反復(fù)的化學(xué)交換后可導(dǎo)致水的信號降低，從而通過水的信號降低程度間接得到氨基質(zhì)子的濃度或交換速率[23-24]。其信號強(qiáng)度與游離蛋白和多肽的濃度有關(guān)[25]。本研究結(jié)果顯示高級別膀胱癌患者的APT值明顯高于低級別膀胱癌患者，這與以往的研究結(jié)果一致[26-27]。另外，既往研究證明APT 成像在評估其他體部腫瘤的組織學(xué)分級方面有潛在價值，如HOU等[19]使用APT MRI 評估了66 例宮頸鱗癌患者的組織學(xué)分級，表明宮頸鱗癌的APT值與組織學(xué)分級呈正相關(guān)；WU 等[28]用APT MRI 對88 例肝細(xì)胞肝癌患者進(jìn)行組織學(xué)評估，發(fā)現(xiàn)APT 值與肝細(xì)胞肝癌分級呈正相關(guān)；QIN等[29]用APT及ADC值對180例前列腺癌患者進(jìn)行組織學(xué)分級，發(fā)現(xiàn)APT 與ADC 聯(lián)合應(yīng)用可提高前列腺癌分級的診斷效能。上述結(jié)果的病理基礎(chǔ)可能與以下原因有關(guān)：首先，由于高級別腫瘤細(xì)胞增殖較快，細(xì)胞密度增高，從而導(dǎo)致產(chǎn)生更多的游離蛋白和多肽[26]；其次，高級別腫瘤細(xì)胞核異型性增加，可誘導(dǎo)大分子物質(zhì)和細(xì)胞膜之間的交換加快，促使蛋白及多肽的釋放[25,30]；此外，由于血管生成因子的刺激作用，高級別腫瘤的快速生長更容易導(dǎo)致組織的缺氧、壞死，從而釋放更多的蛋白及多肽[18,31]。因此，MRI的APT 成像是預(yù)測膀胱癌組織學(xué)分級的一種有前景的技術(shù)，需要進(jìn)一步挖掘其臨床應(yīng)用價值。

3.2 DWI技術(shù)在膀胱癌病理分級中的價值

DWI 是一種無創(chuàng)性評價組織中水分子運(yùn)動情況的功能MRI技術(shù)，其擴(kuò)散程度的量化指標(biāo)是ADC值，ADC值是反映水分子在組織中擴(kuò)散受限程度的擴(kuò)散系數(shù)，間接反映組織微觀結(jié)構(gòu)的變化，其主要受細(xì)胞密度及腫瘤結(jié)構(gòu)的影響[32-33]。本研究結(jié)果顯示，高級別膀胱癌的平均ADC值低于低級別膀胱癌，可能是由于高級別膀胱癌的細(xì)胞數(shù)量增加、組織結(jié)構(gòu)紊亂和細(xì)胞外空間彎曲度降低從而限制水分子的運(yùn)動所致[34]，這一結(jié)果與部分文獻(xiàn)結(jié)果相似[16,35]。KOBAYASHI 等[16]比較了132 例膀胱癌患者的ADC 值與組織學(xué)分級程度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)ADC 值與膀胱癌的分級程度呈負(fù)相關(guān)，但是ADC 值（0.90×10-3mm2/s）低于本研究結(jié)果（1.30×10-3mm2/s），其原因可能是所用機(jī)型及磁場強(qiáng)度（1.5 T）與本研究不同。WANG 等[35]通過研究45 例不同級別膀胱癌患者的ADC值發(fā)現(xiàn)，高級別膀胱癌組的ADC 值較低級別組明顯降低，其獲得的ADC 值與本研究相似。因此，ADC 在預(yù)測膀胱癌組織學(xué)分級方面具有臨床價值，但可能由于磁場強(qiáng)度、設(shè)備廠商及測量方法等之間的差異，ADC 用于膀胱癌分級的截斷值差異較大。

3.3 APT聯(lián)合DWI在膀胱癌病理分級中的價值

ADC 與腫瘤分級相關(guān)，主要受細(xì)胞水平的水分子擴(kuò)散的影響。APT 成像主要反映了由于細(xì)胞代謝而導(dǎo)致的腫瘤細(xì)胞所產(chǎn)生的蛋白質(zhì)和多肽濃度的增加。一方面，APT 在反映細(xì)胞密度和分子擴(kuò)散方面不如ADC 敏感。另一方面，APT 成像為腫瘤微環(huán)境提供額外的信息，這是對ADC 的補(bǔ)充，在區(qū)分膀胱癌分級方面能提供更多的診斷信息。因此，功能MRI與分子MRI 相結(jié)合是一種有效、無侵襲性預(yù)測膀胱癌組織學(xué)分級的方法。我們的研究結(jié)果顯示APT 及ADC 值聯(lián)合鑒別低級別和高級別膀胱癌AUC值為0.94，較單獨使用單參數(shù)具有更高的診斷效能差異。這一結(jié)果表明，與單獨使用單一參數(shù)相比，DWI聯(lián)合APT成像可能是預(yù)測膀胱癌組織學(xué)分級的有效方法。

3.4 本研究的局限性

本研究存在一定的局限性。第一，該研究為單中心研究，樣本量較小，尤其是高級別組患者，可能存在偏倚。第二，本研究采用的DWI 和APT 序列是基于回波平面采集，分辨率偏低，部分小病變的圖像質(zhì)量欠佳，可能會影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。隨著技術(shù)的進(jìn)步可以提高參數(shù)測量精度。第三，APT 成像選擇了腫瘤的最大的橫截面積而不是整個腫瘤來繪制ROI，不利于全面評估腫瘤特征。第四，ADC 值不能反映純粹的活體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散，它同時也受毛細(xì)血管網(wǎng)血流灌注效應(yīng)的影響，計劃后期應(yīng)用高階模型進(jìn)行研究，進(jìn)一步提高準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

綜上所述，APT 及ADC 值可對膀胱癌進(jìn)行量化研究，可應(yīng)用于膀胱癌術(shù)前分級預(yù)測，且兩者聯(lián)合后診斷效能較單一序列顯著提升，可為臨床提供有價值的信息，進(jìn)而指導(dǎo)臨床采取合理治療決策。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：王青設(shè)計本研究的方案，對稿件重要內(nèi)容進(jìn)行了修改，獲得了山東省自然科學(xué)基金項目資助；徐興華起草和撰寫稿件，獲取、分析或解釋本研究的數(shù)據(jù)；常玲玉、吳廣太、程連華、李淑祎、王芳獲取、分析或解釋本研究數(shù)據(jù)，對稿件重要內(nèi)容進(jìn)行了修改；全體作者都同意發(fā)表最后的修改稿，同意對本研究的所有方面負(fù)責(zé)，確保本研究的準(zhǔn)確性和誠信。