T1 mapping成像与扩散峰度成像在宫颈癌组织学特征评估中的应用价值

杨梦，李淑健，刘洁，张斐斐，张勇，程敬亮

(郑州大学第一附属医院 磁共振科，河南 郑州 450052)

宫颈癌的全球发病率和死亡率在女性恶性肿瘤中居第4位。在发展中国家(包括中国在内)，宫颈癌是引起女性癌症死亡的第2大原因[1]。宫颈癌的病理分型和分化程度等对治疗方案的选择及预后有重要意义，因此术前准确评估宫颈癌的病理特征非常重要。磁共振成像 (magnetic resonance imaging，MRI)检查是目前诊断宫颈癌侵犯程度和范围的最佳无创检查方法，《NCCN子宫肿瘤指南》建议将MRI检查用于宫颈癌的术前评估[2]。王飞等[3]研究表明，以术后病理学分期为金标准，术前磁共振检查分期准确度(95%)高于术前临床分期(67.5%)。目前，多种MRI新技术用于对宫颈癌病理特征的研究，其中以扩散加权成像(diffusion-weighted imaging，DWI)技术应用最为广泛[4]。扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)是一种基于非高斯模型的新型扩散加权成像技术，能够从细胞密度和组织复杂程度方面更精准地反映宫颈癌的病理特征[5]。然而，由于扫描时间长，后期处理复杂，DKI技术未能在临床中广泛应用。T1mapping成像是近年来出现的一种快速、简便、非侵入性MRI定量分析技术，在最近的研究中，其应用已从心血管成像扩展到其他身体部位。本研究的目的是对比T1mapping、DKI的定量参数对宫颈癌进行鉴别诊断的应用价值，在磁共振序列选择方面为临床提供参考。

1 资料与方法

1.1 研究对象收集郑州大学第一附属医院2018年11月至2020年6月经病理证实为宫颈癌的患者115例，共58例符合纳入标准，年龄27～72岁，中位年龄48岁。所有病例均于MRI检查后1周内行手术治疗，术后根据病理结果分类，其中鳞癌46例，腺癌12例，分化程度为高分化5例，中分化44例，低分化16例，按照分化程度分为中高分化组(49例，包括高分化和中分化)和低分化组(16 例)。纳入标准：(1)MRI检查前未经任何治疗；(2)MRI检查后1周内行手术治疗，经手术取得诊断性高质量的标本切片图像，得出明确病理结果；(3)病灶最大径≥1 cm。排除标准：(1)图像质量不能满足分析要求；(2)影像学诊断与病理证实诊断相冲突。收集郑州大学第一附属医院2018年11月至2020年6月因其他疾病就诊的宫颈正常患者30例作为对照组，其中子宫肌瘤23例，直肠癌7例，年龄29～70岁，中位年龄38岁。 纳入标准：(1)经手术病理证实为直肠癌、子宫肌瘤病例；(2)无宫颈病变的相应临床症状和体征，MRI 检查宫颈正常(正常宫颈标准：宫颈不粗，横径<3.5 cm，黏膜连续，厚度<5 mm，联合带连续，肌层信号均匀，外膜光滑连续)。

1.2 MRI检查方法患者均接受常规盆腔MRI、T1mapping和DKI扫描。采用德国Siemens Skyra 3.0 T MRI扫描仪和18通道体部线圈。所有患者检查前禁饮食4～6 h，膀胱内留中等尿液，取仰卧位，头先进，自由呼吸。(1)MRI平扫：层厚4 mm，层间距0.8 mm，视野(field of view，FOV)22 cm×22 cm。轴面快速自旋回波(turbo spin echo，TSE)序列T1WI：重复时间(repetition time,TR)450 ms，回波时间(echo time,TE)18 ms，矩阵314×448，信号采集次数为2。轴面TSE序列T2WI：TR 3 200 ms，TE 96 ms，矩阵224×320，信号采集次数为2。矢状面TSE序列T2WI：TR 3 100 ms，TE 145 ms，矩阵240×320，信号采集次数为3。冠状面TSE序列T2WI：TR 3 210 ms，TE 151 ms，矩阵288×384，信号采集次数为2。(2)T1mapping：于增强前和增强后5 min扫描，对比剂采用Gd-DTPA(德国拜尔医药保健有限公司)，采用基于B1修正变量翻转角的三维屏气容积内插序列，TR 5.01 ms，TE 2.3 ms，采用6个翻转角(3°、5°、8°、10°、13°、15°)，层厚4 mm，层间距0.8 mm，信号采集次数为1，FOV 38 cm×30 cm，矩阵 224×168，扫描时间共56 s。(3)DKI：用分段读出平面回波成像序列轴面成像，扫描参数为TR 3 910 ms，TE 57 ms，FOV 32 cm×24 cm，矩阵140×140，层厚4 mm，层间距0.8 mm，采集次数为1，在3个方向上施加扩散梯度(50、1 000、1 600 s·mm-2)，扫描时间共451 s。

1.3 图像分析将采集数据传输到德国西门子处理工作站(Syngo Via)，通过Frontier处理平台中的Body Diffusion软件处理DKI图像得到表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)、平均扩散峰度(mean kurtosis，MK)、平均扩散系数(mean diffusivity，MD)图。由1名主治医师及1名副主任医师在不知道病理结果的情况下分别对图像进行相同处理：参考常规T1WI、T2WI，于T1mapping、MD、MK和ADC图上沿肿瘤边缘画出病变感兴趣区(region of interest，ROI)，且每个感兴趣区面积不小于30 mm2。ROI放置方法：去除病变最上和最下层，避开病灶内的坏死、出血及囊变区等，在剩余层面沿肿瘤边缘手动勾画出ROI。正常宫颈 ROI 放置方法：避开宫腔分泌部分于正常宫颈最大层面放置类圆形ROI。ADC图、MD图、MK图和T1mapping图的ROI形状和位置尽量保持一致。两位医生对肿瘤全部测量层面的ADC、MD、MK、增强前弛豫时间(T1pre)、增强后弛豫时间(T1post)均值为最终值。

2 结果

2.1 T1mapping和DKI各定量参数比较58个肿瘤病灶和30个正常对照组的ADC值、MD值、MK值、T1pre和T1post间差异均有统计学意义(P<0.05)，鳞癌和腺癌的MK值、T1pre间差异均有统计学意义(P<0.05)，鳞癌和腺癌的ADC值、MD值和T1post间差异均无统计学意义(P>0.05)，中高分化组和低分化组的ADC值、MD值、MK值、T1pre和T1post间差异均有统计学意义(P<0.05)。见表1。

表1 不同组别宫颈癌患者MK值、MD值、ADC值、T1 pre和T1 post比较

2.2 不同参数鉴别宫颈病理分型、分化程度的诊断效能比较在鳞癌和腺癌的鉴别中，T1pre具有较好鉴别诊断能力，其次为MK值，而T1pre联合MK值将提高检出能力，各参数诊断阈值及约登指数见表2。在低分化和中高分化宫颈癌的鉴别中，MK值的AUC最大，其次是T1post、ADC值、MD值和T1pre，T1post联合MK值可以提高鉴别能力。各参数诊断阈值、约登指数见表2。

表2 各参数鉴别宫颈病理分型、分化程度的ROC曲线对比

2.3 T1mapping和DKI各定量参数与宫颈癌病理分型、分化程度的相关性分析T1pre与宫颈癌分型呈正相关，ADC值、MD值、MK值和T1post与宫颈癌分型无显著相关性；ADC值、MD值和T1pre与宫颈癌分化程度呈正相关，T1post和MK值与宫颈癌分化呈负相关。见表3。

表3 T1 mapping和DKI各定量参数与宫颈癌病理分型、分化程度的相关性分析

3 讨论

磁共振软组织图像对组织成分有着很高的敏感性，能反映出组织的生理学和病理生理学特点。T1弛豫时间是MRI中软组织对比度的关键来源，是自旋核经过磁共振射频(RF)脉冲后其纵向磁化强度返回平衡态的速度的量度。T1弛豫时间越长，说明原子核恢复至平衡态越慢。T1mapping成像通过测量图像体素中纵向弛豫时间(T1)即可非侵入性对生物组织特性定量分析[6]。目前，T1mapping主要用于心血管成像，其定量参数能够提示亚临床/临床的心肌组织脂肪浸润、心肌间质纤维化等[7]。注入顺磁性对比剂T1pre对心肌水肿、铁超载以及心肌梗死和瘢痕敏感，而T1post可以放大组织的结构变化，为心肌损害患者提供更详细的诊断和预后信息[8-9]。T1pre是生物组织特性的综合反映，受肿瘤细胞密度、蛋白质、多肽等大分子含量、组织含水量以及微坏死等多种因素影响，可以发现T1加权成像上难以显示的组织微观变化[10]。T1post是T1mapping成像的另一定量参数，通过引入对比剂评估强化后肿瘤的组织特性，主要受肿瘤血流灌注、血管通透性及肿瘤细胞密度等因素影响。Lund等[11]认为动态增强磁共振图像可能通过多期定量和/或半定量图像分析提供有关宫颈癌的血氧代谢情况，并对宫颈癌的预后进行预测。在近些年的研究中，T1mapping的应用逐渐从心血管成像扩展到其他身体部位，如评估肺间质纤维化、肝功能及鉴别肺局灶性结节、肾肿瘤等[12-15]。

DKI是一种基于非高斯扩散模型的新兴技术，比DWI更好地解释复杂微观结构内的水扩散受限[16]。MK值是DKI的特征性参数，描述了分子运动偏离理想高斯分布的程度，可反映水分子扩散受限程度及扩散的不均质性，组织结构越复杂(核质比越大、细胞密度及异型性越高、间质血管生成越多等)， MK值越大。MD值是经校准后的ADC值，与细胞外间隙容积分数有关。早期研究表明，组织中ADC值降低主要是由于肿瘤细胞密度增加，间质空间减少，而组织细胞外间隙明显减少，水分子扩散受限则MD值降低[17]。孟楠等[5]发现与体素内不相干运动成像相比，DKI可更有效地诊断宫颈鳞癌与腺癌，并评估其病理分级。周明等[18]研究指出DKI参数可以预测和评估宫颈癌患者放化疗效果，可作为宫颈癌个体化治疗的重要指标。

本研究发现，ADC值、MD值、MK值、T1pre和T1post五个定量参数在宫颈癌组织学特征评估中均具有重要应用价值。但结合临床实际情况，T1mapping可能比DKI更适合作为宫颈癌组织特性评估的磁共振首选检查。肿瘤组织的T1pre和T1post均长于正常宫颈组织，对比正常宫颈，宫颈癌的MK值升高，ADC值降低，MD值降低。此外，鳞癌的T1pre长于腺癌，而宫颈腺癌的MK值高于宫颈鳞癌。随着分化程度的降低，宫颈癌的MK值升高，ADC值降低，MD值降低，而中高分化组和低分化组的T1pre和T1post也存在统计学差异。在区分鳞癌和腺癌时，T1pre诊断效能(AUC=0.764)高于MK值(AUC=0.685)，且T1pre与宫颈癌分化程度成正相关，而MK值与宫颈癌分化程度无明显相关。因此本研究认为T1pre值对宫颈癌的分型优于MK值。在各参数值与宫颈癌分化程度的相关性分析中，MK值(r=-0.483)和T1post的(r=-0.460)相关系数绝对值较大。在低分化和中高分化宫颈癌的鉴别中， MK值的诊断效能最高(AUC=0.812)，其次为T1post(AUC=0.797)，但其中敏感度最高的参数为T1post(88.10%)。以上结果说明，在鉴别宫颈癌分化程度方面T1mapping与DKI具有相似甚至更高的诊断效能。但在临床应用中，DKI序列检查时间较长(451 s)，需要专业处理人员对图像进行复杂的后处理，而T1mapping序列扫描时间短(56 s)，无需后处理即可直接测值，更为简便、快捷。此外，T1mapping还能提供更丰富的宫颈氧合代谢信息[19]，具有较高的临床应用价值。

本研究的局限性：第一，本研究为回顾性研究，样本量有限且本研究中腺癌例数较少，仅12例，需进一步扩大研究； 第二，参考常规T1WI、T2WI勾画肿瘤，病变ROI放置时避开了出血、囊变等，这可能影响到病变的异质性；第三，DKI需b值个数及取值尚无统一标准。

综上所述，T1mapping和DKI的定量参数均可用于宫颈癌的诊断、分型和分级，但T1mapping更佳简便、快捷，有助于节省医疗资源，可为宫颈癌的术前评估提供新途径。