体素不相干运动与动态对比增强磁共振成像在评估早期宫颈癌淋巴脉管浸润状态中的应用

米红兰，程杰军，殷 霞，朱 莉，林 聪，路 青

1. 上海交通大学医学院附属仁济医院放射科，上海 200127；2. 上海交通大学医学院附属仁济医院妇产科，上海 200127

淋巴脉管浸润（lymphovascular space invasion，LVSI）是淋巴结转移和远处转移的重要前奏[1-2]，是早期宫颈癌局部复发和伴癌生存的高危因素之一[3-4]。2018 FIGO（International Federation of Gynecology and Obstetrics）分期将有淋巴结转移的宫颈癌单独归为Ⅲ C期，而LVSI不影响分期；但对于早期无淋巴结转移的宫颈癌患者，如果LVSI存在，仍需要考虑盆腔淋巴结清除术[5]。因此，术前确定LVSI情况有助于为早期宫颈癌制定最优治疗决策。然而，目前LVSI的确定主要依靠术中或术后病理，治疗前并无有效评估方法。磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）已逐渐成为宫颈癌治疗前常规的检查手段，常规MRI可用于宫颈癌灶的形态和侵犯范围的评估，但对于癌灶的细微结构和功能代谢难以显示[6]。体素不相干运动（intravoxel incoherent motion，IVIM）MRI与动态对比增强（dynamic contrast enhancement，DCE）MRI是2种功能成像方法，可用于无创评估组织的代谢和微循环等生物学信息，已成功应用于宫颈癌的诊断和疗效预测[7]，然而其对于早期宫颈癌LVSI的评估效能仍不明确。因此，本研究尝试通过分析IVIM MRI和DCE MRI相关参数和指标与早期宫颈癌LVSI状态的关系，为早期宫颈癌术前精准个体化评估提供参考依据，从而帮助临床制定更好的治疗策略。

1 对象与方法

1.1 研究对象

收集2017年5月—2019年1月于上海交通大学医学院附属仁济医院妇产科行宫颈癌手术的病例。患者纳入标准：①FIGO分期在Ⅱ B期以下。②行根治手术和盆腔淋巴结清除术，且进行了术前IVIM MRI和DCE MRI检查。③ 术前无放射治疗、化学治疗、锥切。④术后病理资料完整。共纳入85例宫颈癌患者。排除标准：①成像质量差或缺失序列（n=3）。②MRI检查和手术间隔超过14 d（n=5）。③病灶过小，少于5个像素或范围少于2层图像（n=6）。④病理结果显示已有淋巴结转移（n=15）。经过排除后，本研究最后纳入56例患者。在纳入的患者中（截至2019年6月），2例患者宫颈癌术后复发（其中1例已死亡），1例患者发生肝脏转移，这3例患者均是当时术后病理结果为LVSI阳性、无明确淋巴结转移者；2例患者失去联系；其余患者未发生宫颈癌复发、转移、死亡。

1.2 淋巴脉管浸润病理判定

所有手术标本均按标准病理程序处理。LVSI被定义为肿瘤细胞存在于无肌壁结构、有内皮细胞环绕的空间内[2]。预先根据既往病理结果排除有淋巴结转移的病例，余56例患者的标本切片再次由2名具有5年以上妇科肿瘤判定经验的病理科医师按照该标准进行判定。病理科医师对既往结果不知情，产生分歧时，2名医师结合既往病理记录进行协商确定最后结论。由于使用常规光学显微镜难以区分血管和淋巴管，且缺乏可重复性，本研究中没有尝试区分肿瘤存在于淋巴管还是血管[2]。

1.3 MRI检查方法

所有MRI扫描均使用3.0T 德国西门子Skyra MR扫描仪，搭配18通道相控阵体线圈进行。患者仰卧位，头先进。扫描包括常规轴位T1加权成像（T1 weighted image，T1WI）、轴位T2WI、轴位压脂T2WI、矢状位T2WI成像序列，功能成像包括轴位IVIM和轴位容积插值屏气检查（volume interpolated breath-hold examination，VIBE）DCE序列，轴位为垂直于宫颈长轴，主要序列参数设置见表1。IVIM序列共设置9个b值，分别为0、20、50、100、150、200、500、1 000、1 500 s/mm2，激励次数分别为 1、1、1、2、2、2、2、3、3，采集时间为 9 min 40 s。采用随机轨迹时间分辨率成像（time-resolved imaging with interleaved stochastic trajectories，TWIST）行 宫 颈轴位的VIBE DCE 扫描，平均激励次数为1，翻转角度15°，第一期5.6 s，其余每期2.3 s，共130期，扫描时间约5 min。第一期结束后使用高压注射器经肘前静脉注入马根维显对比剂，剂量为0.1 mmol /kg、流率为4 mL/s，对比剂注射结束后用同样速率注入生理盐水20 mL。

表1 MRI扫描参数Tab 1 MRI scanning parameters

1.4 图像处理与分析

在PACS浏览器上联合常规MRI和DCE MRI图像测量肿瘤的最大径和肿瘤对于宫颈肌层的浸润深度（比例），并按照阈值分别为4 cm（肿瘤最大径）、1/2[肿瘤浸润宫颈肌层深度（比例）]进行分组。另将IVIM MRI和DCE MRI图像分别导入IMAge/enGINE软件[8]和西门子TISSUE 4D软件中。DCE MRI图像经过Tofts 模型进行计算处理。感兴趣区绘制参考常规MRI图像（包括T1WI和T2WI）和ADC图像，分别在b值为1 000 s/mm2的DWI图像上和DCE显示宫颈癌轮廓最佳的图像上选取肿瘤最大横截面进行勾画，尽可能包含整个肿瘤区域，同时避开坏死、囊变区和血管。在DWI图像上勾画的感兴趣区可自动复制到对应IVIM参数图上。最终通过软件分别自动获得真弥散系数（D）、假弥散系数（D*）、灌注分数（f）和容积转运常数（Ktrans）、速率常数（Kep）、血管外细胞外间隙容积分数（Ve）的值。所有图像感兴趣区勾画及测量分别由具有3年和16年盆腔MRI诊断经验的放射科医师独立完成。

1.5 统计学分析

采用SPSS 23.0软件进行统计分析。通过计算组内相关系数（intraclass correlation coefficients，ICC）评价观察者间对肿瘤各测量值的一致性。ICC＞0.75认为是观察者间具有一致性[9]。LVSI阳性组和LVSI阴性组的分类资料以实际例数描述，使用χ2检验评估LVSI阳性组与LVSI阴性组之间宫颈癌病理类型、分化程度、FIGO分期、肿瘤最大径及肌层浸润深度（比例）的差异；如单位例数小于5，则采用确切概率法计算。LVSI阳性组和LVSI阴性组、不同病理类型、不同分化程度、不同FIGO分期之间的定量资料以±s表示。如符合正态分布，则采用两独立样本t检验分析；如不符合正态分布，则采用秩和检验分析。进一步对LVSI阳性组和LVSI阴性组间差异有统计学意义的参数与病理类型和分化程度共同纳入Logistic 回归分析中进行多因素分析；并进行受试者操作特征曲线（receiver operator characteristic curve，ROC curve，ROC曲线）分析评估其对LVSI状态的诊断效能。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 病例基本特征

56例早期宫颈癌患者中，有LVSI者25例（44.64%），无LVSI者31例（55.36%）。患者临床和病理特征见表2。LVSI阳性组与LVSI阴性组患者的年龄、FIGO分期、病理类型、肿瘤分化程度、肿瘤最大径比较，差异无统计学意义。

表2 LVSI阳性组与LVSI阴性组患者的临床、病理和常规MRI测量指标比较Tab 2 Comparison of clinical parameters, pathological parameters and conventional MRI measuring parameters between LVSI positive group and LVSI negative group

2.2 MRI表现

癌灶在T1WI上呈稍低信号，在T2WI 及压脂T2WI上呈稍高信号，在IVIM较高b值上呈高信号弥散受限，在DCE上呈均匀或不均匀早期强化，后期强化多弱于周围宫颈实质，病灶内囊变/坏死区无强化（图1）。2名放射医师对肿瘤最大径和肌层浸润深度（比例）测量一致性较好，ICC分别为0.919和0.896。LVSI阳性组与LVSI阴性组间肿瘤最大径的差异无统计学意义，肌层浸润深度（比例）的差异有统计学意义（P=0.000），且LVSI阳性组中约88%的病例肌层浸润深度（比例）≥1/2，而LVSI阴性组仅有32%的病例肌层浸润深度（比例）≥1/2（表 2）。

图1 早期宫颈癌患者的MRI图像Fig 1 MRI images of early cervical cancer patients

2.3 单因素分析不同FIGO分期、不同术后病理结果组间IVIM与DCE定量参数的差异

2名放射医师对癌灶定量参数测量结果一致性较好，IVIM相关参数的ICC分别为D值（0.917）、D*值（0.853）、f值（0.880），DCE相 关 参 数 的ICC分 别 为Ktrans值（0.923）、Kep 值（0.896）、Ve 值（0.852）。f值、Ve值在鳞癌与腺癌组间比较，差异有统计学意义（P=0.006，P=0.010）；而IVIM与DCE相关参数在中至高分化与低分化组间以及FIGO Ⅰ B与Ⅱ A期组间比较，差异无统计学意义。LVSI阳性组的D*值、Ktrans值显著低于LVSI阴性组（P=0.004，P=0.003），f值、D值、Kep值、Ve值在LVSI阳性组和LVSI阴性组之间的差异无统计学意义（表3、图2）。

表3 不同FIGO分期、不同术后病理结果之间IVIM与DCE定量参数的差异Tab 3 Comparison of IVIM and DCE quantitative parameters among different FIGO stages and postoperative pathologies

图2 早期宫颈癌患者的IVIM、DCE MRI图像和病理图像Fig 2 IVIM、DCE MRI images and pathological images of early cervical cancer patients

2.4 Logistic回归分析及ROC曲线分析

将病理类型和分化程度以及单因素分析LVSI状态中差异有统计学意义的定量参数（D*、Ktrans）和指标[肌层浸润深度（比例）]共同纳入Logistic回归分析中；由于Ktrans与D*为连续变量，且两者数值上相差6个数量级，因此将其进行数据标准化后再纳入回归分析中。结果显示肌层浸润深度（比例）与Ktrans是早期宫颈癌发生LVSI的独立相关因素，P值分别为0.005和0.046，而D*参数P值为0.054。纳入ROC曲线分析后，肌层浸润深度（比例）获得最高曲线下面积（area under the curve，AUC）值0.760，其次为D*值、Ktrans值；肌层浸润深度（比例）和Ktrans值联合诊断AUC为0.839，准确度为76.8%；纳入D*值后诊断效能进一步提高，AUC值为0.874，敏感度为84.2%，特异度为90.3%，准确度为87.5%（表4、图3）。

表4 诊断早期宫颈癌LVSI状态的ROC曲线分析Tab 4 ROC curve analysis of diagnosis of LVSI status for early cervical cancer

图3 诊断早期宫颈癌LVSI状态的ROC曲线Fig 3 ROC curve of diagnosis of LVSI status for early cervical cancer

3 讨论

本研究通过IVIM和DCE功能MRI对56例早期宫颈癌患者LVSI情况进行评估，结果显示，癌灶肌层浸润深度（比例）和Ktrans是早期宫颈癌发生LVSI的独立关联因素，联合D*可提高诊断LVSI状态的效能，AUC可达0.874，敏感度为84.2%，特异度为90.3%，准确度为87.5%。

LVSI的存在提示肿瘤具有较高的淋巴结转移和远处转移的可能性，与患者预后密切相关，即使对于术中前哨淋巴结活检阴性的早期宫颈癌患者也不能掉以轻心[2,10-11]，因此治疗前确定LVSI的存在与否对于患者治疗方案的制定大有裨益。目前，虽然MRI常规成像是术前分期、治疗过程中评估疗效的首选方法，但对于尚无淋巴结转移的宫颈癌，很难判断肿瘤是否已经侵犯到淋巴脉管。IVIM和DCE功能MRI成像因可反映组织内细胞密度、微观水分子扩散、微循环灌注等，使得进一步探索肿瘤微观结构和功能成为可能。

DCE定量参数分析主要用于评价肿瘤组织微灌注情况[12]。Ktrans代表对比剂从血管进入组织间隙的速度，与血流速度、血管通透性、血管床面积等因素有关; Kep代表组织中对比剂从血管外细胞外间隙向微血管内回流的速度，反映肿瘤血管通透性、肿瘤血管密度; Ve代表除细胞及血管之外的容积分数，反映血管外细胞外间隙的容积。有研究[12-13]认为DCE定量参数与LVSI情况无关，但其LVSI阳性例数仅分别为6例和4例，结论并不可靠。本研究发现Ktrans值与LVSI的发生有关，该结果与Wu等[14]的研究一致。在肿瘤生长过程中，肿瘤细胞的增殖逐渐超过瘤内血管生成，从而导致肿瘤内形成灌注不良的低氧区[15-18]。Ellingsen等[19]对裸鼠皮下和肌肉内的人宫颈癌移植瘤行DCE MRI检测发现，Ktrans值与肿瘤内低氧细胞的比例呈负相关；而肿瘤内低氧状态是影响肿瘤淋巴转移和远处转移的主要因素[20]。因此，较低Ktrans值可能体现肿瘤相对乏氧的状态，进而更有可能发生LVSI。另外，本研究结果显示，影像指标中病灶浸润宫颈肌层深度（比例）可用于辅助评估宫颈癌的LVSI情况，而DCE成像除了可提取定量参数外，对于病灶边界的显示具有优于T2WI的特点，有利于准确勾勒病灶范围。

截至目前，国内外对于IVIM MRI成像评估宫颈癌LVSI情况的研究尚少。IVIM的优势在于无需使用任何造影剂即可用于评估肿瘤的微观特征，包括组织内的扩散和灌注情况。该模型可计算出3个参数：D、D*、f。D代表真弥散系数，与细胞密度相关；D*为伪扩散系数，与血流相关；f为与微循环相关的灌注比例，反映不成熟血管的生成和微血管系统的通透性[21-23]。本研究中，IVIM参数仅D*与LVSI状态有一定关联性，虽然有研究指出D*较大程度地依赖图像信噪比，取值范围大，其测值欠稳定[24]，但在本研究中2名医师所测D*值一致性较好（ICC=0.853），且ROC曲线分析显示其联合肌层浸润深度（比例）和Ktrans能增强诊断LVSI状态的效能。本研究也发现，LVSI阳性组中IVIM参数f值、DCE参数Ve值低于LVSI阴性组，但差异无统计学意义。f值、Ve值与Ktrans值均反映肿瘤的灌注情况，这或许也更证实了LVSI的发生与低灌注相关。

另外，在本研究中虽然f、Ve在鳞癌与腺癌组间有显著差异，统计学分析结果显示病理类型与患者LVSI状态无显著关联，且患者临床指标（年龄、FIGO分期）以及癌灶分化程度均不能用于辅助判断宫颈癌是否存在LVSI。

本研究有几个局限性：①本研究是单中心回顾性研究，得出的结论需要进一步扩大样本量以及联合多设备、多中心研究予以验证。②由于需要足够图像像素来保证IVIM及DCE参数测量的可靠性，一些较小病灶的病例被排除，因此整体结果可能被低估或高估，未来更高分辨率的MRI有望缩小该限制。③本研究发现个别患者的肠道气体较多，与其邻近的宫颈癌灶在IVIM图像上有轻微形变和伪影，因此进一步优化成像技术和/或做好患者肠道准备，将使IVIM成像更具临床应用价值。

综上所述，癌灶肌层浸润深度（比例）和DCE定量参数中Ktrans值有助于判断早期宫颈癌是否发生LVSI，联合IVIM定量参数中 D*值可提高诊断LVSI的效能，有利于术前早期宫颈癌个体化治疗策略的制定。