3D-APT 成像技术在鼻咽癌中的应用价值

邹丽艳，杨 倩，刘 周，罗虹虹，肖嘉辉，夏 军（通信作者）

（1 汕头大学医学院 广东 汕头 515041）

（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深圳医院＞放射诊断科 广东 深圳 518116）

（3 深圳市第二人民医院医学影像科 广东 深圳 518035）

酰胺质子转移（amide proton transfer imaging，APT）成像，是化学交换饱和转移（chemical exchange saturation transfer，CEST）成像中的一种新技术，其可通过无创性检测组织、细胞中游离蛋白和多肽类物质的酰胺质子与自由水质子之间的交换率，间接测定特定细胞游离蛋白和多肽类物质的含量水平，反映其浓度与环境的变化，了解肿瘤细胞密度和增殖程度，是一种潜在的肿瘤检测和表征工具[1-3]。目前，已有大量脑部疾病及少量体部肿瘤的研究证实了APT 加权成像在肿瘤定性、病理分级、疗效评估、预后预测等方面的价值，但APT 成像在头颈部肿瘤的应用较少[4-8]。因此，本研究主要探讨3D-APT 成像技术在鼻咽癌中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性研究分析2019 年12 月—2020 年3 月中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院深圳医院收治的22 例经活检病理证实为鼻咽癌并进行了APT 检查的患者临床影像资料。22 例患者中男15 例，女7 例，平均年龄（49.6±12.6）岁。

纳入标准：（1）临床怀疑鼻咽癌首诊患者，治疗前均行3D-APT MRI 扫描；（2）经病理证实为鼻咽癌。排除标准：（1）经病理证实为颈部其他部位来源的肿瘤；（2）未针对鼻咽部病灶扫描或图像质量不佳。本研究经伦理委员会审批通过（审批号为：2020-29）。

1.2 3D-APT MRI 扫描方案

采用GE Discovery 750 W 3.0T MRI 成像系统和头颈部联合线圈进行图像采集。平扫时以鼻咽部病灶显示的最大层面为中心，包绕鼻咽部整个病灶进行3D-APT 成像扫描。3D-APT 成像扫描参数为：TR/TE：2 500 ms/minimum， 层厚：5 mm， 层数：12 ～16 层，FOV：24 cm，矩阵：156×156，B1=1.0 uT，饱和脉冲时间500 ms；T1WI 序列（TR/TE=836 ms/10.4 ms）、T2WI 序列（TR/TE=6 198 ms/85 ms）的横断面，层厚：4 mm，层数：42 层，FOV：23 cm，矩阵：320×224。首先采集未施加饱和脉冲的基线图像，然后以多个频率偏移（±3.0，±3.5，±4.0，±7.0 ppm）采集不同频率下的饱和图像，APT 扫描时间为7 min7 s。

1.3 3D-APT 图像分析

APT 图像质量评价及对于鼻咽病灶显示效果评价：由一名具有6 年影像诊断经验的医师对APT 图像进行质量评价，再由具有近10 年工作经验的高年资医师审核，如果二者意见不一致的话，以高年资医生的评价结果为准。对患者的APT gray map 3.0 ～4.0 ppm 进行图像质量评价，观察是否有伪影（包括磁敏感伪影、运动伪影、金属伪影等），有无信号丢失、结构变形等。对病灶显示效果评价方法：以T2WI 图像作为参考评分，1 分：以T2WI 图像作为参考，肿瘤病灶仍无法显示；2 分：以T2WI 图像作为参考，肿瘤能检出，但肿瘤轮廓与T2WI图像上肿瘤轮廓不能完全匹配；3 分：没有T2WI 图像参考，肿瘤也能检出，且肿瘤轮廓清晰可见。

APT 值的测量：采用GE MRI 自带后处理软件自动重建B0 校正APT 图像，以磁共振解剖图像为参考，在未施加饱和脉冲S0 图像上手动勾画鼻咽癌病灶每一层，感兴趣区（region of interest，ROI）尽可能为每层病灶的最大范围，注意避开解剖图像上明显的坏死、囊变血管和出血区域，提取3.0 ～4.0 ppm 图像上APT 值，测量3 次取平均值。以同样的方式测量扫描范围内正常侧鼻咽组织、左右侧肌肉 （翼外肌）、腺体（腮腺）、脑组织（小脑）等组织每一层的APT 值，测量3 次取平均值，ROI 范围为相应组织的边缘，以左右侧组织的平均APT值作为测量结果，如图1。

图1 女，33 岁，鼻咽癌患者MRI 扫描图像

1.4 统计学方法

采用SPSS 26.0 统计软件处理数据。符合正态分布的计量资料以均数±标准差（± s）表示，两组间比较采用t检验，多组间数据采用方差分析；计数资料以频数（n）、百分率（%）表示，采用χ2检验。以P＜0.05代表差异有统计学意义。

2 结果

2.1 病例资料整理

纳入的22 例鼻咽癌患者病理均为非角化性未分化型鼻咽癌，TNM 分期依据第8 版AJCC 指南，其T1、T2、T3、T4期患者分别2、5、6、9 例；N1、N2、N3期患者分别2、14、6 例；M0期18 例，M1期4 例；总体肿瘤分期中Ⅲ期8 例，ⅣA 期10 例，ⅣB 期4 例。见表1。

表1 22 例患者临床信息

2.2 APT 图像的质量评价

对鼻咽癌患者的3.0 ～4.0 ppm APT 图像进行病灶显示效果评分，结果显示1 分、2 分、3 分对应的检查次数分别为0、10、12 次，发现约45.5%（10/22）的APT 图像可以部分显示鼻咽癌病灶的轮廓，54.5%（12/22）的APT 图像可以完全显示鼻咽癌病灶的轮廓。纳入研究的22 例鼻咽癌患者的图像进行APT 图像质量评价，发现约36.36%（8/22）的图像存在磁敏感伪影，主要体现在小脑、前中颅底气体与组织交界面；27.27%（6/22）的图像部分存在信号缺失，但所有图像均未出现DWI 图像上类似的结构变形及扭曲现象。

2.3 鼻咽癌病灶与头颈部正常组织APT 值比较

5 例鼻咽癌患者病灶对侧存在正常鼻咽组织，分析比较同层鼻咽癌病灶与对侧正常鼻咽组织的APT 值，研究发现鼻咽癌病灶的APT 值高于其对侧正常鼻咽组织，差异具有统计学意义（P＜0.05）。见表2、图2。22 例鼻咽癌患者病灶的APT 值均高于肌肉、腮腺组织，差异具有统计学意义（P＜0.05）；鼻咽癌病灶APT 值高于小脑组织，但差异无统计学意义（P＞0.05），见表3、图3。

表2 鼻咽癌病灶与对侧正常鼻咽组织APT 值比较（ ± s，%）

表2 鼻咽癌病灶与对侧正常鼻咽组织APT 值比较（ ± s，%）

组织类型APTmean tP鼻咽癌病灶2.35±1.51 6.5830.001对侧正常鼻咽0.53±0.38

表3 鼻咽癌病灶与头颈部正常组织APT 值的比较（ ± s，%）

表3 鼻咽癌病灶与头颈部正常组织APT 值的比较（ ± s，%）

组织类型APTmean tP鼻咽癌病灶 1.78±2.512.33 0.025翼外肌-0.21±3.11鼻咽癌病灶 1.78±2.511.5330.133小脑 0.80±1.66鼻咽癌病灶 1.78±2.516.5420.001腮腺-9.71±7.85

图2 鼻咽癌与对侧正常鼻咽组织APT 值的差异

图3 鼻咽癌与颈部组织APT 值的差异

2.4 不同肿瘤分期的鼻咽癌病灶APT 值比较

将纳入研究的22 例鼻咽癌患者依据AJCC8th 进行了肿瘤分期，结果显示不同N 分期、M 分期的鼻咽癌病灶APT 值的差异具有统计学意义（P＜0.05）；不同T分期和总体肿瘤分期的鼻咽癌病灶APT 值的差异无统计学意义（P＞0.05），见表4。

表4 不同肿瘤分期的鼻咽癌病灶APT 值的比较（ ± s，%）

表4 不同肿瘤分期的鼻咽癌病灶APT 值的比较（ ± s，%）

肿瘤分期APTmeanF/tP T 分期T15.49±3.52 1.6090.107 T22.46±2.12 T31.13±1.24 T40.73±2.27

表4 （续）

表4 不同肿瘤分期的鼻咽癌病灶APT 值的比较（ ± s，%）

肿瘤分期APTmeanF/tP N 分期N10.21±0.70 3.007 0.003 N21.97±2.61 N31.12±2.58 M 分期M01.75±2.702.206 0.031 M10.93±1.64总体肿瘤分期Ⅲ2.31±2.98 1.2380.298ⅣA1.42±2.47ⅣB0.93±1.64

3 讨论

3D-APT 成像是容积扫描，可获得多层图像，相当于2D 单层扫描，可更加全面立体地了解肿瘤的特征，且3D 扫描获得单层图像的时间比2D 成像更短。目前，仅有个别文献报道了2D-APT 成像具有潜在预测鼻咽癌患者生存期的价值[9-13]。目前，未见关于3D-APT 成像在鼻咽癌中的应用的报道。

3.1 鼻咽癌病灶与对侧正常组织APT 的差异

本研究结果显示鼻咽癌病灶的APT 值高于对侧正常鼻咽组织，更强的APT 效应可能反映快速增殖的肿瘤细胞和癌组织中异常活跃的蛋白质合成，这与本课题组既往对进行的2D-APT 研究结果一致[12]。研究结果显示鼻咽癌病灶APT 值与肿瘤分期存在一定的关联；不同N 分期、M 分期鼻咽癌病灶APT 的差异具有统计学意义，不同T 分期和总体肿瘤分期的鼻咽癌病灶APT 值的差异无统计学意义，既往研究中也证实APT 值与M 分期具有统计学意义[12]。

3.2 鼻咽癌病灶与颈部正常组织APT 的差异

本研究结果显示鼻咽癌病灶的APT 均明显高于肌肉组织、腮腺组织；但与小脑组织间的差异无统计学意义。杨倩等[13]研究表明50 例鼻咽癌患者的APT 值明显高于肌肉和小脑组织（P＜0.05）；此外，Law 等[7]对117 名头颈部肿瘤患者进行研究，表明头颈部恶性肿瘤的APT 平均值、中位值和第90 百分位数显著高于肌肉组织、脑组织和涎腺良性肿瘤。Yuan 等[8]对6 例健康志愿者进行研究发现腮腺的APT 平均值高于咬肌、颌下腺和甲状腺，可能因为腮腺是大唾液腺体，富含氨基酸、乳酸和丙酮酸有关[14]。但该结果与本研究结果不符，本研究中腮腺的APT 值低于鼻咽癌病灶，可能原因是鼻咽癌病灶对腮腺产生的某些影响，其原因还有待进一步研究。

3.3 对鼻咽部进行APT 成像在技术上具有挑战性

本研究中APT 图像对病灶显示效果满意，与本课题组前期进行的鼻咽部2D APT 扫描的结果一致，为其在临床的广泛应用奠定了基础[13]。在鼻咽部研究较少，在很大程度上受限于磁共振成像本身在头颈部成像的技术难度[7]。本研究APT 图像中主要存在磁敏感伪影、前中颅底气体与组织交界面处运动伪影、金属伪影；鼻腔、鼻窦、双侧额叶、双侧乳突等气体与组织交界面存在部分信号缺失。分析其原因可能：首先，头颈部解剖结构的复杂性，颈部肌肉组织、黏膜、腺体、骨、脂肪、牙齿以及鼻咽腔、鼻窦等含气结构存在固有的磁敏感的异质性，以及颅内外金属或假牙等植入物的干扰。此外，患者自身条件受限，容易受到自主和不自主运动的影响，包括呼吸、吞咽、咳嗽、上颌骨运动等导致对病灶定位的不准确及图像伪影产生。磁共振磁场的不均匀性也是重要原因之一，并且APT 成像还受人体pH 微环境状态空间和时间的异质性影响[7,15-16]。

这项研究有一些局限性。首先，3D 扫描模式需要在不同的射频饱和频率偏置处采集多个成像容积，相比于2D 成像，其扫描时间更长。其次，由于固有组织异质性以及磁场的不均匀性对APT 加权成像的图像质量造成一定的影响。本研究为减少磁场的不均匀性对APT 图像质量的影响，均在APT 扫描前进行了匀场及脂肪抑制；为优化图像质量，尽可能让患者去除头颈部金属及假牙等植入物；为减少患者呼吸、吞咽、咳嗽等自主运动产生伪影，在检查前对患者进行注意事项宣传及相关训练是很有必要的。考虑到活体组织的复杂性及磁共振成像的技术难度，如何优化及改进扫描技术以提供更加快速且稳健的APT 成像还需要进一步的探讨。此外，由于这是一项初步研究，所有患者均为非角化性未分化型鼻咽癌，无法比较不同病理类型鼻咽部肿瘤APT 值的差异。

综上所述，3D-APT 图像对于鼻咽部的病灶显示效果满意，鼻咽癌病灶APT 值与鼻咽正常侧组织、头颈部肌肉、腮腺APT 值差异较大，可表征不同组织类型，可为APT 成像技术在鼻咽癌诊断及疗效评估等临床应用打下基础。