DCE-MRI参数及纹理特征在宫颈癌新辅助化疗疗效中的预测价值

2022-11-22钟俊远钟俭平王肇平彭吉东钟贻洪

放射学实践 2022年11期

钟俊远，钟俭平，王肇平，彭吉东，钟贻洪

宫颈癌是女性生殖系统中常见的恶性肿瘤之一，新辅助化疗(neoadjuvant chemotherapy，NACT)是指在手术前或放疗前进行2～3个疗程的化学治疗，近年来随着化疗药物和方案的不断改善，NACT成为了宫颈癌综合治疗的一个重要组成部分，有望缩小肿瘤体积，消灭潜在的亚临床病灶和微转移灶，尽早筛选对NACT敏感的宫颈癌人群，对于其治疗决策有一定的指导意义[1]。动态增强磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI)是一种快速动态MRI扫描技术，能够通过生成时间-信号强度曲线来描述病灶增强过程，反映了组织的血流动力学变化[2-3]。纹理分析通过一定的图像处理技术提取医学图像的像素空间分布参数，通过这些定量的纹理参数来深入描述病灶特征，在疾病的诊断及预后评估中均有价值[4-5]。本研究旨在探讨DCE-MRI成像参数及纹理参数对宫颈癌NACT疗效的预测价值。

图1 病例纳入排除流程图。

材料与方法

1.一般资料

回顾性收集2018年1月-2021年1月本院收治的接受NACT治疗的宫颈癌患者。纳入标准：①经组织学检查确诊为宫颈癌；②所有患者接受NACT治疗(NACT是指在宫颈癌局部治疗、手术或放疗前给予的全身或局部化疗)。排除标准：①NACT治疗前一周内未行DCE-MRI扫描；②MRI图像质量不佳，无法用于图像分割及纹理特征提取；③NACT治疗前进行了任何抗肿瘤治疗；④随访数据不完整。病例纳入排除流程图见图1。本研究已获得机构伦理委员会的批准，已获取患者知情同意。由两名临床医师共同商议，根据实体瘤疗效评价标准1.1版将患者分为有效组(完全缓解和部分缓解，36例)及无效组(疾病稳定和疾病进展，27例)。

2.MRI检查

采用GE 3.0T MR扫描仪进行盆腔扫描。扫描序列包括常规T1WI、T2WI、DCE-MRI。扫描参数：T1WI：TR 704 ms，TE 8.7 ms，层厚5 mm，层间距6 mm；T2WI：TR 3000～4000 ms，TE 70～76 ms，层厚5 mm，层间距6 mm；经肘静脉注射对比剂钆双胺注射液，剂量0.1 mmol/kg体重，流率2.5 mL/s，翻转角15°，总扫描时间约5 min。采用DCE-MRI三维成像序列重建矢状面图像：TR 3.1 ms，TE 1.25 ms，层厚4 mm，FOV 400 mm×400 mm，矩阵202×384。

3．图像分析

将DCE-MRI图像导入GE Functool 4.6工作站，采用GenIQ软件进行图像后处理获取DCE-MRI定量参数，将DCE-MRI原始图像导入Omni-Kinetics软件获取纹理参数。由两名分别具备2年和5年的影像诊断经验的医师，在未知分组情况下独立进行宫颈癌病灶勾画，两人意见不一致时与第3名具备8年诊断经验为的医师进行商议。要求医师选择宫颈癌病灶面积最大且显示最佳的层面勾画兴趣区(region of interest，ROI)。DCE-MRI的定量参数包括：最大斜率(Maxslope)、对比增强率(CER)、对比剂浓度时间曲线下面积(IAUGC)、转运常数(Ktrans)、血管外细胞间隙体积百分数(Ve)、速率常数(Kep)。纹理参数包括：Min Intensity、Max Intensity、Median Intensity、Mean Value、stdDeviation、Mean Deviation、skewness、kurtosis、Entropy、Energy、Correlation、Low Grey Level Run Emphasis、Short Run High Grey Level Emphasis、Long Run Low Grey Level Emphasis、Grey Level Nonuniformity、Run Length Nonuniformity、Short Run Low Grey Level Emphasis。

4．统计学分析

采用IBM SPSS Statistics 22.0软件进行统计分析。采用组内相关系数(intraclass correlation，ICC)分析观察者一致性：良好(ICC≥0.75)、中等(0.4

结果

1．患者基线数据

图2 女，49岁，经腔镜组织学检查确诊为宫颈鳞癌。a)行NACT治疗前一周内行DCE-MRI扫描；b)DCE-MRI后处理重建Maxslope图，Maxslope=0.0243；c)CER图，CER=2.146；d)IAUGC图，IAUGC=0.233；e)Ktrans图，Ktrans=0.312；f)Ve图，Ve=0.177；g)Kep图，Kep=1.732。

本文纳入63例宫颈癌患者，有效组36例，无效组27例，结果显示两组的国际妇产科联合会(international federation of gynecology and obstetrics，FIGO)分期差异具有统计学意义(P=0.023)，患者基线数据见表1。

2．DCE-MRI定量参数及纹理参数的观察者一致性

DCE-MRI参数(Maxslope、CER、IAUGC、Ktrans、Ve、Kep)及部分纹理参数(Mean Value、stdDeviation、Mean Deviation、skewness、kurtosis、Entropy、Energy、Correlation、Low Grey Level Run Emphasis、Short Run High Grey Level Emphasis、Long Run Low Grey Level Emphasis、Grey Level Nonuniformity、Run Length Nonuniformity、Short Run Low Grey Level Emphasis)的观察者一致性良好(ICC≥0.75)。余纹理参数(Min Intensity、Max Intensity、Median Intensity)的ICC值<0.75。

3．DCE-MRI定量参数在有效组与无效组间的差异

有效组的CER、Ktrans值均显著低于无效组(P=0.004、0.012)，MaxSlope、IAUGC、Ve、Kep在两组间差异无统计学意义(表2，图2)。

表2 DCE-MRI定量参数在有效组与无效组间的差异

4．纹理参数在有效组与无效组间的差异

有效组Mean Value、Grey Level Nonuniformity显著低于无效组(P=0.003、0.002)，Energy显著高于无效组(P=0.024)；余纹理参数在有效组与无效组间差异没有统计学意义(表3)。

表3 纹理参数在有效组与无效组间的差异

表4 DCE-MRI、纹理、临床参数的ROC分析结果

图3 DCE-MRI参数、纹理参数、临床参数及联合后评估宫颈癌NACT疗效的ROC曲线。

5．DCE-MRI、纹理、临床参数的诊断效能

DCE-MRI定量参数的诊断效能：CER、Ktrans评估NACT疗效的AUC值分别为0.712、0.695。纹理参数评估NACT疗效的AUC值为0.647～0.716。FIGO分期的AUC值为0.647。将有组间差异的DCE-MRI参数、纹理参数及FIGO分期联合后，AUC为0.922，敏感度为0.972，特异度为0.743(表4，图3)。

讨论

NACT是宫颈癌的重要治疗手段之一，早期评估NACT疗效对宫颈癌患者治疗方案的选择和预后评估尤为重要。近年来，MR检查已经从常规成像逐渐发展到多模态的MR功能成像，在改善病变的检出和诊断方面发挥出显著优势。DCE-MRI是一种连续、重复、快速的MR成像方法，可以基于药代动力学Tofts-Kermode双室模型获取定量参数，反映了病变的微循环变化，目前在宫颈癌诊疗中已有相关报道[6-8]。

1．DCE-MRI参数在评估宫颈癌NACT疗效中的价值

本研究发现，在DCE-MRI的药代动力学半定量参数中，宫颈癌NACT有效组的CER值显著低于无效组(P=0.004)，而Maxslope、IAUGC在两组间无显著差异，该结果提示无效组的宫颈癌原发病灶的灌注高于有效组，这可能与微血管密度较高有关。周意明等[9]比较了乳腺DCE-MRI参数预测乳腺癌NACT疗效的价值，给出了与本研究相反的结果，即Maxslope和IAUGC在NACT显著反应组和非显著反应组间存在显著差异，但发现CER无组间差异，这可能与病种及化疗方案的差异有关，值得进一步探讨。

在DCE-MRI的药代动力学定量参数中，有效组的Ktrans值显著低于无效组(P=0.012)，而Ve、Kep在两组间无显著差异。Ktrans、Ve、Kep是DCE-MRI后处理中获取的血流动力学参数，用于定量描述病灶中血管内外对比剂的浓度梯度以及转移情况，其中，Ktrans描述了对比剂从血管流入组织间隙的速度，Ve是指血管外细胞间隙体积百分数，Kep指的是对比剂流出速度[10]。本研究结果中Ktrans值在两组间的差异提示有效组的宫颈癌组织具备更低的微血管密度及更低的新生血管渗透性有关，所以有效组的宫颈癌患者可能对治疗更加敏感，预后也往往更好。而Kep及Ve均无组间差异，可能是由于肿瘤组织的血流存在时间和空间分布欠均匀、Ve受水肿等因素影响而导致测量不稳定等。Zhang等[11]发现NACT有效组的患者倾向于具有更高的Ktrans和更低的Ve，该结果与本研究存在差异，可能的原因是该研究收集的宫颈癌患者为局部晚期，而本研究涵盖Ⅰ～Ⅲ期宫颈癌患者，不同病理分期的肿瘤在血流灌注和血管通透性方面存在差异，故而体现出Ktrans和Ve差异。此外，本研究中CER及Ktrans的诊断效能有限，AUC值仅为0.712、0.695，分析原因不排除多期图像配准不佳、肿瘤异质性等导致组间差异性受到影响。

2．纹理参数在评估宫颈癌NACT疗效中的价值

在本研究纳入的纹理参数中，Min Intensity、Max Intensity、Median Intensity的观察者一致性不高(ICC值<0.75)，上述三个参数分别表示ROI像素值中的最小值、最大值、中位值，前两者属于极端值，所以稳定性差，而中位值是基于所有像素值按大小排序后获取的中间值，容易受到手动分割的干扰，故稳定性较低。

Mean Value反映了像素值的平均值，在增强图像中更直观地反映出病灶强化程度，本研究中有效组Mean Value显著低于无效组(P=0.003)，提示无效组的强化程度更高，即无效组血供更加丰富，与本研究中上述DCE-MRI参数获取的结论相一致。另外，Grey Level Nonuniformity提示图像中灰度值的相似性及运行长度的不均匀性，与组织异质性呈正相关[12-13]。本研究结果中，有效组Grey Level Nonuniformity显著低于无效组(P=0.002)，提示无效组的异质性更高。Energy反映了图像灰度分布均匀和纹理粗细度，与肿瘤异质性呈负相关[14]。本研究结果中，有效组Energy显著高于无效组(P=0.024)，同样提示无效组的高异质性。回顾文献，对NACT无效的肿瘤组织往往病理成分更复杂、肿瘤细胞密度更高，故异型性更加明显[15]。Zou等[16]在基于DCE-MRI纹理分析预测了局部进展期直肠癌患者NACT疗效，发现病理上完全反应组的Energy更高，与本研究结果一致。

本研究ROC曲线分析显示，纹理参数评估NACT疗效的AUC值为0.647～0.716。本研究虽纳入较多的纹理参数，但结果显示仅Mean Value、Grey Level Nonuniformity、Energy在有效组和无效组间差异具有统计学意义。考虑到三者对图像纹理的分析角度均不同，故本研究将上述三个纹理参数进行联合时避免了模型共线性对结果的干扰。另外，本研究将上述有组间差异的纹理参数及DCE-MRI参数进行联合诊断后，其AUC提升至0.920，敏感度为0.972，特异度为0.741。该结果提示图像纹理特征对于预测NACT疗效是有效的补充信息，将其与DCE-MRI参数进行综合考虑，能够更全面挖掘宫颈癌组织的影像学特点，对于预测疗效显示出更佳效果。

此外，本研究收集了宫颈癌患者的基本临床信息，发现仅FIGO分期在有效组和无效组间差异显著(P=0.023)，且其诊断效能有限，AUC值仅为0.647。其他临床参数(包括组织学类型)均无预测价值，该结果有待扩充样本量后进一步验证。