多b值DWI在局部进展期胰腺癌射波刀治疗疗效评估中的应用

江林宫 张瑜 居小萍 马超 陈世跃 陈炜 代智涛 张火俊 陆建平



·论著·

多b值DWI在局部进展期胰腺癌射波刀治疗疗效评估中的应用

江林宫 张瑜 居小萍 马超 陈世跃 陈炜 代智涛 张火俊 陆建平

目的 探讨多b值磁共振扩散加权成像(MbDWI)在局部进展期胰腺癌(LAPC)射波刀治疗后近期疗效评估中的应用价值。方法 36例LAPC患者在放疗前及放疗后1、3个月均接受胰腺MRI常规序列及MbDWI扫描(b值分别为0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1 000 s/mm2)，采用单指数模型及双指数模型分别拟算出标准表观扩散系数(ADC)值(ADCtot)、灌注分数(f)、假性扩散系数(Dfast)及单纯扩散系数(Dslow)，观察诸参数在放疗前后的变化趋势。结果 放疗前及放疗后1、3个月病灶实质区ADCtot值分别为(1.56±0.29)×10-3、(1.75±0.31)×10-3、(1.86±0.46)×10-3mm2/s；Dslow值分别为(1.10±0.73)×10-3、(1.19±0.97)×10-3、(1.49±0.46)×10-3mm2/s； Dfast值分别为(83.33±62.57)×10-3、(124.57±123.10)×10-3、(108.07±96.67)×10-3mm2/s；f值分别为(26.81±23.74)%、(23.61±22.75)%、(21.34±15.36)%。放疗后1、3个月ADCtot值显著高于放疗前，放疗后3个月Dslow值显著高于放疗前，差异均有统计学意义(P值均<0.05)，其余两两组间及放疗前后病灶实质区Dfast、f值的差异均无统计学意义。结论 射波刀治疗后，ADCtot及Dslow均有明显增大的趋势，目标靶病灶实质区囊变程度变大，能够反映射波刀治疗后的近期疗效。

胰腺肿瘤； 射波刀； 磁共振成像，弥散； 放射疗法

局部进展期胰腺癌(locally advanced pancreatic carcinoma, LAPC)指癌灶累及局部周围重要结构失去根治性手术切除机会，但暂时尚未发现远处转移的患者，此类患者的治疗手段是以放、化疗为主的综合治疗。射波刀因局部控制率高，能够在短期内缓解患者临床症状等[1]诸多优点而成为越来越多的LAPC患者姑息性综合治疗的主要手段之一。磁共振扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)属于功能成像，因其表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)能够从功能上量化病灶活性而成为肿瘤疗效评估领域中的研究热点。胰腺DWI最佳扫描技术为呼吸触发技术(respiratory triggered，RT)[2]。因ADC的精确度受扩散梯度因子(b)值及ADC值的拟算模型影响[3-7]，目前常用的单指数模型不能区分出并不能忽略不计的微循环血液灌注信息而影响ADC值的精确度[5-7]。基于多b值的DWI(multiple b value DWI，MbDWI)在LAPC射波刀治疗后近期疗效评估中的应用研究目前尚未见报道，本研究采用11个b值(0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1 000 s/mm2)并同时采用单、双指数模型拟合计算出标准ADC值(standard ADC，ADCtot)、灌注分数(fraction of fast ADC Bi,f)、假性扩散系数(fast ADC Bi,Dfast)以及单纯扩散系数(slow ADC Bi,Dslow)等诸参数对LAPC射波刀治疗后近期疗效进行评估，探讨MbDWI的临床应用价值。

资料和方法

一、临床病例

前瞻性收集2013年12月至2016年1月期间在上海长海医院放疗科接受射波刀治疗的36例LAPC患者。纳入标准：(1)年龄在18～80岁之间；(2)卡氏评分(karnofsky,KPS)60～100分；(3)病理活检证实或临床确诊为胰腺癌(典型的临床症状、CT或MRI检查及CA19-9检测)，PET-CT检查确定无远处脏器转移者；(4)外科会诊无手术指征，或患者拒绝姑息性手术治疗。排除标准：(1)有明确MRI检查禁忌证者；(2)呼吸不配合者；(3)有远处器官转移者；(4)伴有其他系统恶性肿瘤或者其他系统慢性消耗性疾病患者。

36例患者中男性22例，女性14例，年龄41～79岁，中位年龄63岁。所有患者均采用椎体追踪技术避免呼吸运动误差。胰头、颈部肿瘤7例，胰体尾部肿瘤28例,全胰癌1例。

二、磁共振检查

MRI检查前禁食、水6 h，扫描时患者取仰卧位。应用3.0T超导磁共振仪(Signa HDxt，GE Healthcare，Milwaukee，USA)扫描，嵌入式体部线圈用于信号激发，8通道体部相控阵线圈位于剑突下2～3 cm处用于信号接收。扫描序列包括二维重水胰胆管成像(BH 2D MRCP)：斜冠状位扫描，重复时间(repetition time, TR)7 000 ms，回波时间(echo time, TE)1 221 ms，带宽31.25 Hz，矩阵288×288，层厚5 cm，间距0 cm，视野(field of view,FOV)30 cm×30 cm，时间(每次)3s；T13D快速扫描序列(BH Ax LAVA-FLEX，LAVA)：TE 1.3 ms，反转角12°，带宽166.67 Hz，矩阵320×224，层厚0.5 cm，FOV 40 cm×36 cm，时间18 s；FSE T2压脂序列(RTr Ax fs T2,T2WI)：TE 72 ms，回波链长16，带宽83.33 Hz，矩阵320×192，层厚0.5 cm，FOV 36 cm×36 cm，时间133 s；MbDWI：TE65.9 ms，矩阵96×128，层厚0.5 cm，FOV 38 cm×22.8 cm，时间372 s。最后行LAVA序列动态增强扫描。MbDWI序列扫描时患者规律自由呼吸，屏气序列采用深呼气末屏气扫描。

三、射波刀放疗

使用美国Accuray公司生产的射波刀SRS治疗系统(G4)，采用椎体追踪技术。根据患者的实际情况(病灶与周围脏器的位置关系等)进行单次射线剂量及治疗次数的调整。单次剂量范围6～8 Gy，分割次数为4～8次。

患者取仰卧位，带上固定体部的真空垫，进行螺旋CT增强扫描。CT层厚为1.5 mm，扫描范围包括全胰腺和病灶上下缘10 cm。计划靶区(planning target volume，PTV)定义为肿瘤区(gross target volume, GTV)，在x、y、z轴方向各外放2～3 mm，以避免呼吸跟踪所产生的误差，同时勾画出胃、十二指肠、肝脏、双肾等正常组织。处方剂量定义为85%～90%的PTV所受剂量。

四、数据处理

参照LAVA平扫、LAVA增强及RTr Ax fs T2图像，在弥散图像同一层面同一个位置识别并确定面积相仿的感兴趣区域(region of interest，ROI)。选择ROI时注意观察上下层图像并避开伪影、肿块边缘及肿块内囊变坏死出血区，避免因ROI过大造成部分容积效应影响带来的测量误差。ROI面积>20 mm2，为类圆形或椭圆形。利用GE 3.0T MRI后处理工作站(GE adw4.4，USA)的自带分析软件(Function 6．3．13,GE adw4．4，USA)重建ADC伪彩图谱，并由软件自动拟合计算出ROI区的ADCtot、f、Dfast以及Dslow值。所有参数的测量由一位临床研究经验丰富的放射科医师和一位从事胰腺疾病研究的临床医师讨论一致情况下完成，测量3次，取平均值。

五、统计学分析

结果

一、放疗前后病灶实质区ADCtot值的变化

36例LVPC患者放疗前病灶实质区ADCtot值为(1.56±0.29)×10-3mm2/s，放疗后1、3个月(3月为35例)分别为(1.75±0.31)×10-3、(1.86±0.46)×10-3mm2/s，放疗前后ADCtot值的差异有统计学意义(F=7.249，P<0.001)，其中放疗后1、3个月ADCtot值均较放疗前显著增大，差异均有统计学意义(t=-2.673，P=0.009；t=-0.3290，P=0.020)，而放疗后1、3个月间的差异无统计学意义(t=-1.170，P=0.246，图1)。

二、放疗前后病灶实质区Dslow值的变化

放疗前靶病灶实质区Dslow值为(1.10±0.73)×10-3mm2/s，放疗后1、3个月分别为(1.19±0.97)×10-3、(1.49±0.46)×10-3mm2/s，放疗前后靶病灶实质区Dslow值的差异有统计学意义(F=3.361，P=0.041)，其中放疗后3个月Dslow值显著高于放疗前，差异有统计学意义(t=-2.677，P=0.009)，而放疗后1个月与放疗前及放疗后3个月之间的差异均无统计学意义(t=-0.453，P=0.652；t=-1.646，P=0.106，图2)。

图1 女，80岁，放疗前及放疗后1、3个月的靶区LAVA增强图(1A、1B、1C)，T2WI图(1D、1E、1F)，b=25 s/mm2时弥散成像局部放大图(1G、1H、1I)及靶区ADCtot伪彩图(1J、1K、1L)。感兴趣区域的ADCtot值分别为(1.55×10-3)、(1.68×10-3)、(1.72×10-3)mm2/s

图2 女，70岁，放疗前及放疗后1、3个月的靶区LAVA平扫图(2A、2B、2C)，T2WI图(2D、2E、2F)，b=25 s/mm2时弥散成像局部放大图(2G、2H、2I)，靶区ADCslow伪彩图(2J、2K、2L)。感兴趣区域的Dslow值分别为(0.89×10-3)、(1.37×10-3)、(1.91×10-3)mm2/s

三、放疗前后病灶实质区Dfast值及f值的变化

放疗前及放疗后1、3个月靶病灶实质区Dfast值分别为(83.33±62.57)×10-3、(124.57±123.10)×10-3、(108.07±96.67)×10-3mm2/s；f值分别为(26.81±23.74)%、(23.612±22.75)%、(21.34±15.36)%。 放疗前后靶病灶实质区Dfast、f值的差异均无统计学意义(F=1.695,P=0.191；F=1.189,P=0.311)。

讨论

DWI是无创功能成像技术，能够从微观水平上反映活体组织内水分子扩散运动能力，间接地反映组织所处的病理生理状态。大多数研究常采用单指数模型拟合计算出的ADC值不仅包括了活体组织内水分子单纯扩散信息，还包括了微循环血流灌注信息，不能将两者有效区分开来。体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion， IVIM)理论指出人体内水分子的扩散运动主要包括真正细胞内外水分子的单纯扩散运动及微循环内血液灌注[8-10]，并且血流灌注效应不可忽略不计[5-7]。基于IVIM理论的双指数模型能够有效区分出水分子的单纯扩散运动及微循环内血液灌注。胰腺DWI最佳扫描技术为呼吸触发技术，DWI成像时b值越大，采集的DWI图像质量越好，单纯扩散运动权重越大，拟算出的ADC值越精确，但是随着b值的增大，图像的信噪比下降从而影响ADC值的精确度[2-4]。在基于IVIM理论的多b值双指数模型中，为了获得敏感灌注信息，需要使用低b值(低于100～200s/mm2)[11]，与此同时为了获得敏感的单纯扩散信息，有学者建议至少使用两个高于100s/mm2的b值[12-13]。鉴于以上所述，本研究采用呼吸触发技术并探索性地采用11个b值，即0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1000 s/mm2，对LAPC患者进行MbDWI成像检查，获得了质量满意的MbDWI图像。

本研究结果显示，单指数模型拟算出的ADCtot值在射波刀治疗后显著增大，与放疗前的差异均有统计学意义，而放疗后1、3个月间的差异无统计学意义。基于IVIM理论的双指数模型拟合计算出的Dslow值在放疗后显著增大，其中放疗后3个月显著高于放疗前。射波刀治疗后ADCtot值及Dslow值的显著增大是因为目标靶病灶肿瘤细胞DNA遭到射波刀(6MV-X线)破坏后肿瘤细胞囊变坏死，细胞器减少，肿瘤细胞数量减少，密度减低，细胞膜通透性增加，因此组织内的水分子的运动空间变大，自由度也增大。放疗后1个月与放疗前及放疗后3个月的Dslow值的差异均无统计学意义，其原因可能与癌灶内的水分子弥散运动能力在放疗后1个月后进入稳定期、研究样本量不够多、多b值(10个以上的b值)双指数模型拟合计算时灌注相关参数有高度的变异性[14-15]等因素有关。

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(本文编辑：屠振兴)

The application of multiple b value DWI in evaluating the short-term efficacy of cyberknife for locally advanced pancreatic cancer

JiangLingong,ZhangYu,JuXiaoping,MaChao,ChenShiyue,ChenWei,DaiZhitao,ZhangHuojun,LuJianping.

DepartmentofRadiationOncology,ChanghaiHospital,SecondMilitaryMedicalUniversity,Shanghai2000433,ChinaCorrespondingauthor:ZhangHuojun，Email：chyyzhj@163.com

Objective To explore the value of Multiple b value DWI (MbDWI) in the short-term efficacy evaluation of cyberknife radiotherapy for locally advanced pancreatic cancer(LAPC). Methods A total of 36 patients underwent both conventional sequence and respiratory triggered MbDWI (b=0, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 400, 600, 800, 1 000 s/mm2) before cyberknife radiotherapy, 1 month and 3 months after the radiotherapy, respectively. ADCtot, f, Dfast and Dslow were calculated using single and double exponential model and the changes before and after radiotherapy were observed. Results Before radiotherapy, 1 month and 3 months after radiotherapy, the ADCtot values of solid lesions were (1.56±0.29)×10-3mm2/s, (1.75±0.31)×10-3mm2/s and (1.86±0.46)×10-3mm2/s; the values of Dslow were (1.10±0.73)×10-3mm2/s, (1.19±0.97)×10-3mm2/s and (1.49±0.46)×10-3mm2/s; the values of Dfast were(83.33±62.57)×10-3mm2/s,(124.57±123.10)×10-3mm2/s and (108.07±96.67)×10-3mm2/s; f values were (26.81±23.74)%,(23.61±22.75)% and (21.34±15.36)%, respectively. ADCtot values 1 month and 3 months after treatment were significantly higher than those before treatment and Dslow 3 months post-treatment was higher than that before treatment, and the differences were statistically significant (bothP<0.05) and no other differences between two groups were significant. There were no statistical differences on Dfast and f before and after radiotherapy. Conclusions ADCtot and Dslow both showed a significant growth trend after cyberknife radiotherapy. The advanced degree of parenchymal cystic in the targeted lesion could reflect the short-term efficacy of cyberknife treatment.

Pancreatic neoplasms; Cyberknife; Diffusion magnetic resonance imaging; Radiotherapy

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2016.05.001

200433 上海，第二军医大学长海医院放疗科(江林宫、居小萍、张火俊、代智涛)，放射科(张瑜、陈世跃、马超、陈炜、陆建平)

张火俊，Email: chyyzhj@163.com

2016-03-15)