DWI联合DCE-MRI定量参数对非小细胞肺癌放化疗早期疗效评估的临床应用价值

张顺镇 李 艳 许晓金 张凌菱

厦门市海沧医院放射影像科，福建厦门 363001

肺癌是最常见的恶性肿瘤之一，多数肺癌患者就诊时已属于中晚期，其中非小细胞肺癌（NSCLC）约占85%，其术后5年生存率只有15%，主要治疗手段为放化疗[1]。传统的影像学评估肿瘤的形态学变化不能真实反映肿瘤变化病理过程，磁共振功能成像能够在肿瘤治疗后早期发生变化获取有用信息[2]。磁共振弥散加权成像（DWI）、体素内不相干运动（IVIM）、动态增强磁共振成像（DCE-MRI）、磁共振波普（MRS）等功能成像技术，可在活体状态下评估组织的生理和代谢变化及肿瘤微循环状态，为临床诊断和治疗提供参考。随着MRI技术在肺部应用，通过扫描系列的优化能够产生高质量的具有足够空间分辨力的肺部影像[3]，有研究表明DWI和DCE-MRI技术对NSCLC的早期疗效评估有明显优势[4]，本研究目的是探讨DWI联合DCE-MRI定量参数对非小细胞肺癌放化疗早期疗效评估的临床应用价值

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2018年1月至2019年12月在厦门市海沧医院行胸部CT检查并经支气管镜或穿刺活检病理证实为非小细胞肺癌患者共29例，其中男17例，女12例，年龄53～76 岁，平均（63.0±11.2）岁。纳入标准：①所有患者均经组织病理学检查明确非小细胞肺癌，满足中国胸部肿瘤研究协作组等机构联合制定的《肺癌多学科团队诊疗中国专家共识》中相关诊断标准[5]。②首次接受放化疗，并于放化疗前1周内及放化疗结束后3周分别行MR检查；③肺癌病灶长径2 cm以上；④本研究方案通过医院医学伦理委员会，所有患者均签知情同意书。排除标准：①幽闭恐惧症或其他不能配合原因导致患者不能配合MRI检查者；②体内金属植入物者；③MRI检查禁忌者；④精神疾病患者；⑤临床资料不完整；⑥合并其他部位恶性肿瘤；⑦易发生肺内或远处转移者。

1.2 方法

1.2.1 检查技术及成像参数 所有病例均采用GE Signal HDXT 1.5T磁共振成像系统，8通道相控阵体部线圈 ,均行常规横断位 T1WI、T2WI、DWI、冠状位T2WI序列检查和DCE-LAVA增强扫描。常规横断位扫描范围由肺尖至肺底，冠状位由前往后包括整个肺野。扫描系列：①常规扫描系列分别为：RC Ax T1 SE PG 序列，TR（ms）自动，TE（ms）minful，层厚 10 mm，层间距 2 mm，矩阵 288×160，NEX1；RTr Ax T2 fs FSE序 列，TR（ms） 自 动，TE 90 ms，FOV 40 cm，层厚 10 mm，层间距 2 mm，矩阵288×224，NEX2；Cor T2 SSFSE序列，TR 1600 ms，TE 90 ms，层厚 8 mm，层间距 29 mm，矩阵 256×192，NEX1；②DWI扫描系列 RTr Ax DWI b=600序列，TR（ms）自动，TE minful（ms），FOV 40 cm，层厚10 mm，层间距 2 mm，矩阵 128×128，NEX6。③动态LAVA增强序列，TR（ms）自动，TE（ms）自动，FOV 40 cm，层厚10 mm，层间距-5 mm，矩阵288×160，全肺单期扫描时间约5 s，共扫描11期，总扫描时间3 min 25 s，扫描过程患者轻轻自由呼吸，开始注射造影剂同时启动扫描，采用钆喷酸葡胺注射液（GD-DTPA），0.15 mmol/kg，经肘正中静脉由高压注射器注射，完成后生理盐水15 ml冲洗，速率是2.5 ml/s。

1.2.2 图像分析及数据处理 所有数据均在GE adw4.7工作站，通过GEN IQ后处理软件进行，所有数据采集由2名放射科高年资医师负责，采用双盲法，选取病灶横断位最大直径层面，在肺癌区域手动绘制感兴趣区域（region of interest，ROI）以覆盖病灶，放置ROI时，尽量避开邻近的较大血管、坏死、囊变、钙化及肺不张区域。通过软件测量出DCE-MRI数据的定量动态增强参数并生成相关的参数图，定量参数包括：Ktrans（容积转移常数）、Kep（组织间隙-血浆速率常数）、Ve（细胞外间隙容积分数）、Vp（血浆容积分数）。DWI感兴趣区（ROI）的选择与上述DCE-MRI感兴趣区一致，并测量弥散ADC值，所测得的值取平均数作为最终的参数值。

1.3 统计学分析

应用SPSS 19.0软件进行数据处理，使用Spearman等级相关系数计算来自DCE-Mri定量参数和ADC值相关性。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 早期疗效评估结果

根据实体肿瘤评价标准（RECIST）评价疗效[6]，分有效组和无效组，有效组包括完全缓解（CR）和部分缓解（PR）共19例，无效组包括病变进展（PD）和病变稳定（SD）共10例。

2.2 DWI扫描结果

与治疗前比较，有效组患者癌灶ADC值显著增高（P＜0.05），无效组癌灶ADC值无显著变化（P＞0.05）；组间比较，有效组患者治疗后癌灶ADC值显著高于无效组治疗后（P＜0.05），见表1及图 5、10。

表1 放化疗前后患者肿瘤平均ADC值（×10-3 mm2·s-1）比较（）

表1 放化疗前后患者肿瘤平均ADC值（×10-3 mm2·s-1）比较（）

组别 n 治疗前 治疗后 t值 P值有效组 19 1.231±0.122 1.574±0.141 3.314 0.040无效组 10 1.283±0.154 1.335±0.113 0.105 0.195 t值 0.122 2.683 P值 0.163 0.042

2.3 DCE-MRI扫描结果

与治疗前比较，有效组患者治疗后Ktrans、Kep及Ve均有下降，Ktrans、Kep、Ve的变化，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2；组间比较，两组患者治疗后Ktrans、Ve及Kep比较，差异有统计学意义（P＜0.05），见表 3，图 2～ 4、图 6～9。

表2 有效组治疗前后DCE-MRI定量参数比较（）

表2 有效组治疗前后DCE-MRI定量参数比较（）

组别 n ktrans/（min-1） Kep/（min-1） Ve有效组 19治疗前 0.276±0.115 1.315±0.316 0.262±0.079治疗后 0.216±0.084 1.048±0.316 0.204±0.061 t值 2.649 3.051 2.655 P值 0.045 0.041 0.044

表3 有效组与无效组治疗后DCE-MRI定量参数比较（）

表3 有效组与无效组治疗后DCE-MRI定量参数比较（）

组别 n ktrans/（min-1） Kep/（min-1） Ve有效组 19 0.216±0.084 1.048±0.316 0.304±0.061无效组 10 0.205±0.067 0.982±0.238 0.361±0.074 t值 2.629 0.129 1.523 P值 0.048 0.163 0.079

图1 治疗前患者动态增强影像，可见左上肺占位性病变图2 治疗前患者定量参数伪彩图Ktrans显示肿瘤病灶及血流灌注情况图3 治疗前患者定量参数伪彩图Kep显示肿瘤病灶及血流灌注情况

图4 治疗前患者定量参数伪彩图Ve显示肿瘤病灶及血流灌注情况图5 治疗前患者DWI伪彩图 ADC值为1.10×10-3mm2·s-1图6 治疗后患者动态增强影像，可见左上肺占位性病变较治疗前明显缩小

图7 治疗后患者定量参数伪彩图Ktrans显示肿瘤病灶及血流灌注情况图8 治疗后患者定量参数伪彩图Kep显示肿瘤病灶及血流灌注情况图9 治疗后患者定量参数伪彩图Ve显示肿瘤病灶及血流灌注情况图10 治疗后患者DWI ADC值为1.27×10-3mm2·s-1，较治疗前ADC值升高男性患者，67岁，左上肺鳞癌，疗效评价为PR。图1～5依次为治疗前动态增强及定量参数伪彩图Ktrans（0.066 min-1）、Kep （2.295 min-1）、Ve（0.194）、ADC 值 1.10×10-3 mm2·s-1。图 6-10 依次为治疗后3周动态增强及定量参数伪彩图Ktrans（0.049 min-1）、Kep （1.303 min-1）、Ve（0.167）、ADC值1.27×10-3mm2·s-1，显示肿瘤治疗后病灶ADC值升高，Ktrans、Kep及Ve降低。

2.4 放化疗后肿瘤ADC值与DCE定量参数相关性分析

有效组及无效组患者化疗后ADC值与定量参数 Ktrans、Kep无相关性（P均＞ 0.05），与 Ve有相关性（P均＜ 0.05），见表 4。

表4 放化疗后肿瘤ADC值与DCE-MRI定量参数的相关性（）

表4 放化疗后肿瘤ADC值与DCE-MRI定量参数的相关性（）

组别 n DCE定量参数 ADC值r值 P值有效组 19 ktrans （min-1）（0.216±0.084） 0.203 0.431 Kep（min-1）（1.048±0.316 ） 0.185 0.426 Ve（0.304±0.061） 0.471 0.031无效组 10 ktrans （min-1）（0.205±0.067） 0.027 0.811 Kep（min-1）（0.982±0.238） 0.039 0.729 Ve（0.361±0.074） 0.435 0.021

3 讨论

磁共振弥散加权成像（DWI）是目前能在活体上进行水分子扩散测量与成像的唯一方法，通过在体内无创性检测水分子运动状态的改变，从微观分子水平间接的反映组织结构和细胞密度等信息[7]。DWI定量分析通过测量ADC值获得。有研究发现，肿瘤组织的细胞密度是影响ADC值的关节因素，细胞排列越紧密，细胞间隙越小，水分子扩散越受限，导致ADC值越小，反之，ADC值越大，肺癌组织新生细胞及小血管丰富，细胞间隙小，ADC值较正常组织降低[8]。本研究表1中可以看出，有效组患者治疗后ADC值较治疗前显著增大，有效组患者治疗后肿瘤的ADC值也显著大于无效组，说明ADC值能够较准确反映肿瘤组织的微观结构及功能变化，该实验结果与王丹丹等相关研究[6]一致，DWI可用作为非小细胞肺癌患者放化疗早期疗效评估的一种有效工具。

磁共振动态增强扫描（dynamic contrast-enhanced-MRI，DCE-MRI）是运用动态增强图像和药代动力学模型，通过研究组织中对比剂浓度随时间的变化规律及对比剂血管内外的交换过程，定量描述肿瘤微血管生成及通透性等血流动力学信息[9]，通过计算得到四个定量参数：Ktrans（容积转移常数）、Kep（组织间隙-血浆速率常数）、Ve（细胞外间隙容积分数）、Vp（血浆容积分数），定量评估肿瘤微循环特性。DCE-MRI已被诸多研究证实与肿瘤微血管密度、肿瘤分级、肿瘤放化疗早期治疗效果等相关，是一种能够在活体反映病变血流动力学状态和肿瘤微环境的功能成像技术[10]。但相关研究多见于无明显呼吸运动及心脏运动影响的组织器官，如前列腺[11]和直肠[12]等，关于肺部动态增强磁共振的报道相对较少。本实验只探讨Ktrans、Kep、Ve定量参数意义。本实验从表2～3显示有效组治疗后Ktrans、Kep、Ve均较治疗前下降，且差异有统计学意义。有效组及无效组治疗后Ktrans有统计学差异，Ve及Kep差异无统计学意义。Ktrans在评估肿瘤血流灌注较为敏感。Ve的变化尚有争议。本实验有效组Ve降低与焦学莹[13]发现肺癌 BACE治疗早期Ve降低一致，但与Alina等[14]发现接受新辅助化疗的乳腺癌患者治疗后早期Ve升高不符，有学者[15]提出在DCE-MRI中测得的Ve实际相当于对比剂的分布体积，治疗后肿瘤坏死区增加、存活的有灌注的肿瘤面积减少，导致对比剂的分布减少，即Ve下降，但随着时间延长，对比剂可能有足够时间扩散到坏死区，使Ve升高。本实验表4显示有效组及无效组化疗后肿瘤ADC值与Ve有相关性，表明化疗后肿瘤组织坏死增多，肿瘤细胞密度降低，细胞外液增多，弥散不受限，ADC值升高，而肿瘤有效灌注面积减少，对比剂分布减少，Ve降低。本实验与陶秀丽等[16]将 Ve可作为评估非小细胞肺癌早期疗效的敏感指标观点一致。本实验选取测量动态增强定量参数的时点是肿瘤强化峰值，这能较大程度反映Ktrans变化，但对Ve的变化需要大量样本证实。DCE-MRI不仅能反映肿瘤形态学变化，也能评价肿瘤组织微循环状态。

DWI及DCE-MRI定量参数对晚期非小细胞肺癌放化疗后早期疗效评估均有一定临床价值，但也存在不足。DCE-MRI在肺部成像技术要求很高，呼吸、心跳等运动伪影及肺部磁敏感伪影仍是影响其可重复测量的主要因素，其每个定量参数的作用和意义仍存在争议；DWI的B值选择不同、ROI不同选取方法等，对测量结果影响也较大，单指数模型只能得到体素内的平均扩散系数，仅反映扩散的总体情况。探讨最佳磁共振功能成像技术参数组合评估临床价值应用仍需大量病例研究。

综上所述，DWI及DCE-MRI定量参数可作为非小细胞肺癌放化疗后早期疗效评估有效检查方法，两者联合能获取肿瘤组织内环境更多信息，定量参数Ve与ADC值联合应用能更好的反映肿瘤细胞结构及微循环状态变化。