酰胺质子转移MRI在鼻咽肿瘤诊断中的初步应用

2021-11-27杨倩邹丽艳刘周李丽肖嘉辉王鸣宇王思远罗德红

磁共振成像 2021年9期

杨倩，邹丽艳，刘周，李丽，肖嘉辉，王鸣宇，王思远，罗德红，2*

作者单位：1.国家癌症中心国家肿瘤临床医学研究中心中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院深圳医院放射诊断科，深圳518116；2.国家癌症中心国家肿瘤临床医学研究中心中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院影像诊断科，北京 100021

头颈部组织结构复杂，不同类型的组织可以出现不同类型的良性和恶性肿瘤，如何对头颈部肿瘤进行早期检出、精确地临床分期、有效地评估疗效和预测预后对于头颈部肿瘤的临床管理至关重要[1]。由于极佳的软组织对比和无辐射，磁共振检查不仅有各种结构成像可以对头颈部病灶形态、范围等进行清晰地显示，更是有多种磁共振功能影像，包括磁共振扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)、动态对比增强(dynamic contrast enhanced，DCE)以及磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，MRS)技术等可供选择，从不同功能角度对头颈部肿瘤的定性诊断均具有很高的价值[2-6]。

酰胺质子转移(amide proton transfer，APT)成像技术是一种通过探测病灶的酰胺质子进行疾病诊断的磁共振分子影像新技术，其可以对内源性低浓度的蛋白质或多肽中的酰胺质子进行探测，反映其浓度和微环境的变化[7]。该技术通过间接定量测定含有酰胺质子的蛋白质和游离多肽，可以从代谢角度间接地反映不同组织和病灶细胞增殖和蛋白质代谢情况，有望在肿瘤领域得到广泛应用。并且，该技术已经在颅脑[8-9]、乳腺[10]、子宫[11-12]等部位疾病的诊断和预后评价各方面进行了充分的研究。但由于头颈部组织结构复杂，包括骨头、气体、空腔、软组织等易造成磁敏感伪影，且易出现呼吸、吞咽等生理运动伪影，在技术上对于磁共振成像一直存在巨大挑战，更不用说在头颈部进行APT成像。因此，目前鲜有头颈部APT成像的研究报道[1,13-18]。

本研究使用临床应用的3.0 T磁共振扫描仪对鼻咽癌患者进行APT扫描，初步探索其在鼻咽部应用的可行性，包括探索鼻咽部APT图像的稳定性，对鼻咽癌病灶的显示表现以及不同类型组织的APT信号特点。

1 材料与方法

1.1 一般资料

回顾性研究2020年6月至2021年2月在中国医学科学院肿瘤医院深圳医院进行鼻咽磁共振检查的患者。纳入标准：(1)在进行磁共振检查前均未进行相关治疗；(2)MRI检查后经手术病理或穿刺活检证实为鼻咽癌患者；(3)扫描序列包括常规平扫、增强以及APT序列；(4)病灶尺寸大于1cm。排除标准：(1)有严重的金属伪影，图像质量不佳的患者；(2)有头颈部其他疾病的患者。本次研究通过了中国医学科学院肿瘤医院深圳医院伦理审查委员会的审批(审批号：2020-29)，免除受试者知情同意。

1.2 仪器与方法

采用GE Discovery 750 3.0 T MR磁共振成像系统和头颈联合线圈进行图像采集。APT序列扫描技术为FSE(single-slice fast spin echo)，采集过程需要对扫描层面施加匀场避免由于磁场不均匀引起的信号缺失，扫描层面为病灶显示最大层面。扫描参数为：TR 6500 ms，TE最小，层厚4 mm，层数：1，FOV 22 cm×22 cm，矩阵128×128，扫描频率为0、±0.5、±1.0、±1.5、±2.0、±2.5、±3.0、±3.5、±4.5、±5.0、±5.5、±6.0、±6.5、±7.0，B1场强度2.0µT，饱和时间2 s，扫描时间为4 min 40 s。

1.3 APT图像分析

APT图像对于病灶显示效果评价：由1名具有16年头颈部肿瘤诊断经验的主治医师和1名具有5年头颈部肿瘤诊断经验的住院医师独立对APT图像进行质量评价；评价标准：按照与T2WI结构像进行对比分为三种等级：等级1，没有解剖像无法识别肿瘤病灶；等级2，没有解剖像可以识别肿瘤病灶但病灶边缘不清晰；等级3，没有解剖像，也可以识别肿瘤病灶且边缘清晰[1]。

APT值计算：采用GE磁共振仪自带软件自动重建B0校正APT图像。由1名具有超过5年头颈部诊断经验的影像医生在参考了T1WI、T2WI以及增强图像基础上，在未施加饱和脉冲S0图像上勾画鼻咽癌病灶、腺体(左右侧腮腺)、肌肉(左右侧颞肌)、脑组织(左右侧小脑)以及鼻甲(左右侧鼻甲)等结构，避开常规序列可见的囊变坏死以及磁敏感伪影区。在3.5 ppm偏置下计算磁化传递率非对称性分析即为APT值，Z频谱是根据不同的频率带宽，以扫描频率偏移为横坐标，归一化磁化矢量为纵坐标绘制的[13]。

1.4 统计学分析

采用SPSS 26.0统计分析软件进行分析，Kendall'Tb被用来对两名影像诊断医生的图像质量评价结果进行一致性分析，相关系数r＜0.3表示不相关，0.3≤r＜0.5表示低度相关，0.5≤r＜0.8表示中度相关，r≥0.8表示高度相关。采用配对样本t检验比较同层左右侧颞肌、腮腺、小脑和鼻甲间APT值的差异以及同层鼻咽癌病灶与正常鼻咽组织，左右侧颞肌、腮腺、小脑、鼻甲APT值的差异。根据病理诊断结果将所纳入的鼻咽癌患者分为分化型和未分化型两种，独立样本t检验比较不同类型鼻咽癌的APT值差异。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 患者的一般资料

共有50例患者纳入研究，年龄(42.66±12.38)岁，包括男性患者33例，年龄(42.73±13.47)岁，女性患者17例，年龄(42.53±10.33)岁。50例患者鼻咽癌均为非角化型，其中13例分化型，37例未分化型。

2.2 APT图像对于病灶显示效果评价

按照与T2WI结构像序列的对比，APT图像对于病灶显示的结果为：评分者1评价等级1、2、3的病例数分别为7、8、35，评分者2评价等级1、2、3的病例数分别为5、11、34，二者的评分一致性为0.844，具体见表1。

表1 2名评分者对酰胺质子转移(APT)图像对于病灶显示效果评价结果Tab.1 Evaluation results of two raters on the display effect of APT images on lesions

2.3 左右侧颞肌、腮腺、小脑和鼻甲间APT值的差异

50例鼻咽癌患者中，46例患者病灶扫描层面包括左右侧颞肌，24例患者病灶扫描层面包括左右侧腮腺，42例患者病灶扫描层面包括左右侧小脑，38例患者病灶扫描层面包括左右侧鼻甲。左右侧颞肌、腮腺、小脑和鼻甲间APT均值的差异没有统计学意义(P＞0.05)，具体见表2。

表2 头颈部不同组织的酰胺质子转移(APT)值Tab.2 APT values of different tissues of the head and neck

2.4 鼻咽癌病灶和周围正常组织的APT值差异

50例鼻咽癌患者中，从T2WI和增强扫描等序列观察，有10例患者病灶存在正常鼻咽部分，正常鼻咽的APT值为2.23%±0.80%，鼻咽病灶的APT值为1.95%±0.83%，二者的均值差异没有统计学意义(P=0.338)(图1)。具体见表3。

图1 男，36岁，鼻咽癌患者。A～D分别为正常鼻咽的酰胺质子转移(APT)成像勾画图、APT图、Z谱图和直方图；E～H分别为鼻咽病灶的APT勾画图、APT图、Z谱图和直方图图2 A～D为68岁男性分化型鼻咽癌患者的酰胺质子转移(APT)成像勾画图、APT图、Z谱图和直方图；E～H为40岁男性未分化型鼻咽癌患者的APT勾画图、APT图、Z谱图和直方图Fig.1 A 36-year-old man with NPC patient.A—D are amide proton transfer(APT)sketch map,APT image,Z-spectrum and histogram of normal nasopharyngeal.E—H are APT sketch map,APT image,Z-spectrum and histogram of nasopharyngeal lesion.Fig.2 A—D are amide proton transfer(APT)sketch map,APT image,Z-spectrum and histogram of a 68-year-old man patient with differentiated nasopharyngeal carcinoma.E—H are APT sketch map,APT image,Z-spectrum and histogram of a 40-year-old man patient with undifferentiated nasopharyngeal carcinoma.

表3 鼻咽癌病灶与正常鼻咽组织的酰胺质子转移(APT)值比较Tab.3 Comparison of APT values between nasopharyngeal carcinoma lesions and normal nasopharyngeal tissues

鼻咽癌病灶与其同层面不同类型正常组织的配对t检验结果显示鼻咽癌病灶的APT值明显高于左右侧颞肌和左右侧小脑，低于左右侧鼻甲，但鼻咽癌病灶与左右侧腮腺的APT值差异不具有统计学意义。具体见表4。

分化型鼻咽癌的APT值为1.97%±0.89%，未分化型鼻咽癌的APT值为1.95%±0.82%，二者的均值差异无统计学意义(P=0.944)(图2)。

3 讨论

头颈部组织结构复杂，不同类型的良性和恶性肿瘤多发，疾病的定性诊断困难，而APT作为一种新的分子影像成像技术可以通过探测组织酰胺质子从分子角度对疾病进行诊断，能够间接反映肿瘤细胞中游离的蛋白质和多肽。因此本研究对APT技术在鼻咽部的临床应用进行了相关研究，探索了该技术在鼻咽部组织中的应用价值。

3.1 APT图像对于病灶显示

本研究结果显示2名评分者对于APT图像对病灶显示的一致性较高，显示结果满意，近70%的图像在没有解剖结构的参考下可以清晰地显示病灶的边缘，10%～14%的图像没有结构相的参考无法显示病灶，可能与一些病灶较小，还有一些病灶本身与周围组织结构关系紧密有关。APT图像对病灶具有好的显示效果为其在临床的广泛应用奠定了基础。有研究指出[18]，APT图像上的高信号区域有时大于T1WI增强区域，但小于T2WI，T1WI和FALIR图像上被认为是肿瘤的异常区域。标准MRI序列没有足够的特异性，并且存在一定局限。比如，在诊断恶性神经胶质瘤时，T2WI高信号可能为浸润性肿瘤或肿瘤周围血管性水肿，T1WI增强显示恶性神经胶质瘤的血脑屏障被破坏的病灶区域。但并没有显示出具有肿瘤细胞高增殖能力的所有肿瘤浸润区域，可能会造成误诊[19-22]。

3.2 左右侧颞肌、腮腺、小脑和鼻甲间APT值的差异

本研究结果显示左右侧颞肌、腮腺、小脑以及鼻甲的APT值差异没有统计学意义。Yuan等[23]对6名健康志愿者和4例头颈部肿瘤患者进行了APT扫描，分析了6名健康志愿者的肌肉、腮腺、下颌下腺和甲状腺的APT值以及4名头颈部肿瘤患者的病灶和周围正常组织的APT值，结果显示腮腺表现出最明显的APT效应，而肿瘤病灶的APT值要高于周围正常组织。与其结果相符的是，本研究结果亦表明腮腺的APT值高于肌肉，但由于扫描层面选择的原因，下颌下腺和甲状腺的数据无法得到，因此无法对其APT值进行对比。但本研究对鼻甲和小脑的APT值进行了统计分析，结果表明对于肌肉、腮腺、小脑和鼻甲而言，鼻甲的APT值更高，其次为腮腺，可能与鼻腔分泌黏液性或黏脓性分泌物和腮腺唾液中含有氨基酸、丙酮酸、乳酸等血液成分有关[24]。

3.3 鼻咽癌病灶的APT值

本研究的结果显示鼻咽癌病灶的APT值明显高于同层的肌肉组织和小脑组织，但低于鼻甲，且与腮腺的差异不大。此外，分化型和未分化型鼻咽癌APT值没有明显差异。叶裕丰等[13]对APT技术在预测鼻咽癌放化疗疗效方面进行了相关研究，结果显示APT的中位数和第90%位数可以很好地预测鼻咽癌放化疗疗效，但是APT的均值没有发现有很好的预测价值。此外Law等[1]对包括鼻咽癌、鳞状细胞癌、非霍奇金淋巴瘤以及唾液腺肿瘤117例头颈部肿瘤的研究结果显示APT均值在区分头颈部正常组织、良性肿瘤和恶性肿瘤中有良好的鉴别诊断价值，恶性肿瘤的APT均值明显高于正常组织和良性肿瘤，但是APT均值对于区分不同类型的恶性肿瘤没有明显的价值。

本研究存在以下局限性：本研究仅纳入了鼻咽癌患者，APT对于其他头颈部组织肿瘤的应用价值未进行分析，后续可尝试对不同类型的头颈部肿瘤进行分析，探索其应用价值。