宮頸癌擴散峰度成像檢查的可重現性研究

鄭祥 陳韻彬 陳文娟 陳偉波

[摘要]目的 評估磁共振擴散峰度成像（DKI）應用于宮頸癌檢查的可重現性。方法 選取我院2016年6～12月的10例宮頸癌患者和10名健康志愿者，于相隔24 h～14 d進行2次軸位DKI掃描，測量峰度參數K以及擴散參數D，并用SPSS 19.0軟件進行統計學分析。結果 總受試者、志愿者和宮頸癌患者參數D的組內變異系數（ICC）分別為0.899、0.935和0.828，參數K的ICC分別為0.870、0.871和0.877。總受試者、志愿者和宮頸癌患者參數D的變異系數分別為17.23%、16.43%和16.51%，參數K的變異系數分別為17.85%、20.16%和12.28%。結論 DKI序列在檢測宮頸組織水分子非高斯擴散方面具有較好的可重現性。

[關鍵詞]擴散峰度成像；磁共振；宮頸癌；可重現性

[中圖分類號] R737.33 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-4721（2018）2（b）-0011-04

Reproducibility of diffusional kurtosis imaging measurement in uterine cervical carcinoma

ZHENG Xiang1 CHEN Yun-bin1 CHEN Wen-juan2 CHEN Wei-bo3

1.Department of Radiologic Diagnosis，Fujian Cancer Hospital，Fuzhou 350014，China；2.Department of Gynecological Oncology，Fujian Cancer Hospital，Fuzhou 350014，China；3.PHILIPS Healthcare，Shanghai 200333，China

[Abstract]Objective To evaluate the reproducibility of magnetic resonance imaging （MRI） diffusional kurtosis imaging （DKI） in detecting of cervical carcinoma.Methods 10 patients and 10 healthy volunteers in our hospital from June to December in 2016 were selected and underwent duplicate MRI scans by using DKI with an interval of 24 hours to 14 days.The metric K and D were obtained from parametric maps and evaluated by statistical software SPSS 19.0.Results The D value of intra group variation coefficient （ICC） of the total subjects，volunteers， and cervical cancer patients were 0.899，0.935 and 0.828，respectively.The ICC of parameter K was 0.870，0.871 and 0.877，respectively.The coefficients of variation of the D in the total subjects，the volunteers and the patients with cervical cancer were 17.23%，16.43% and 16.51%，respectively.The coefficients of variation of parameter K were 17.85%，20.16% and 12.28%，respectively.Conclusion DK imaging sequence appears reproducible in detecting the non Gauss diffusion of water molecules in cervical carcinoma.

[Key words]Diffusional kurtosis imaging；Magnetic resonance imaging；Cervical carcinoma；Reproducibility

宮頸癌是我國女性常見的惡性腫瘤，其診斷以及療效評判多依賴于核磁共振成像（MRI）。MRI可提供病灶在治療前后形態學上的變化過程，但是對于早期微小病灶，常規MRI并不能有效發現。有學者發現腫瘤放療后其功能學變化早于形態學[1]。作為功能磁共振的一個序列，擴散加權成像DWI參數表觀擴散系數（ADC）可用檢測腫瘤早于形態學變化之前的功能學變化，以此評估治療效果[2]。然而作為一個以假設水分子遵循高斯分布為前提的序列，DWI并不能完全能準確描述水分子在人體內的擴散狀況。

擴散峰度成像（DKI）也是擴散功能成像系列的一員，2005年首次被提及[3]，主要用于描述非高斯分布的水分子擴散。由于非高斯分布更符合水分子在人體內的實際擴散方式，因此DKI可提供更為精確的信息。目前DKI的研究主要集中于中樞神經系統，包括腦梗死、膠質瘤、多發性硬化、帕金森病、注意力集中缺陷等[4-8]。此外還有一些中樞神經系統外的疾病，如支氣管畸形、肝細胞癌和前列腺癌[9-12]。但是關于DKI在宮頸癌中的應用，目前尚未見文獻報道，因此本研究擬評估DKI序列應用于宮頸癌的可重現性，以便臨床診斷宮頸癌以及進一步評估宮頸癌療效提供理論基礎。

1資料與方法

1.1一般資料

本研究經過本院醫學倫理委員會批準，每位受試者掃描前均被詳細告知本研究的內容，并簽署知情同意書。選取我院2016年6～12月的受試者，包括10例病理學證實的宮頸癌患者以及10名健康志愿者。患者年齡為20～65歲，平均（42±4）歲；志愿者年齡為25～57歲，平均（44±5）歲。兩組的年齡比較，差異無統計學意義（P=0.107）。根據FIGO分期，患者組包括Ⅰb1期1名，Ⅰb2期1名，Ⅱa期2名，Ⅱb期5名，Ⅲb期1名。所有患者接受檢查之前均未進行任何形式的治療。

1.2 MRI成像

MRI掃描在3.0T MRI掃描儀上進行（飛利浦，荷蘭），使用8通道腹部線圈。所有受試者均進行2次DKI掃描，兩次掃描時間間隔為24 h～14 d，其中DKI序列的掃描參數如下：5個b值（b=0、500、1000、1500和2000 s/mm2）和3個方向。TR/TE時間為1542/67 ms，FOV為30 cm×30 cm，矩陣128×104，層厚5 mm，掃描時間7 min。

1.3影像學分析

影像學分析于MR WorkSpace（飛利浦，荷蘭）工作站進行，由兩名有經驗的放射科醫師共同判定圖像質量是否合格。DKI參數測量以及后處理利用后處理軟件IDL63（飛利浦，荷蘭）進行，其中參數K是一個無單位數值，表示組織水分子擴散偏離正態分布的程度；參數D則是校正過的ADC值，表示非正態分布下水分子的擴散系數。

1.4統計學分析

采用SPSS 19.0統計學軟件對數據進行分析，采用配對t檢驗檢測兩次測量的參數值之間是否存在統計學差異，并計算出95%可信區間。可信性檢測則包括患者組合志愿者組的DKI序列每個參數的組內相關系數（ICC）和變異系數（CV），以P<0.05為差異有統計學意義。

2結果

2.1 DKI序列的定位和匹配程度曲線

本研究受試者共20名，包括10例宮頸癌患者和10名健康志愿者，所有數據均為有效數據。兩次掃描的R2值分別為0.999和0.998，提示高度契合（圖1）。一般而言，R2值等于1說明百分百契合。

2.2 DKI序列參數的一致性檢測

表1為兩次掃描DKI參數數據的均數和標準偏差。配對t檢驗顯示兩次掃描的數據統計結果P值>0.05，提示兩次掃描數值之間并無統計學差異存在。所有參數的95%可信區間也在表1中體現，由表中可以看出兩次掃描參數差值的95%置信區間均包含0，提示其一致性較高。

2.3 DKI序列參數的可信性和可重復性檢測

表2為本研究的可信性檢測，包括ICC和CV，數據顯示DKI參數的可靠性和可重現性較好。Bland-Altmand分析顯示，除了總受試者組的參數K有2個數據點（10%）落于可接受一致性限制線外，其余數據點均落于95%參考線內（圖2）。所有數據均顯示了DKI在宮頸癌和正常宮頸組織的測量中具有非常好的一致性和可重現性。

3討論

DWI序列的可靠性和可重現性已經得到了論證[13-14]，該序列已經被廣泛應用于各種疾病的診斷和預后分析。雖然水分子在各向同性的液體里，比如純水中，是遵循高斯分布的[15]，但是在許多生物組織中，由于存在一些障礙，比如細胞膜或者細胞內外間隙，改變了水分子的分布，變成了非高斯分布，所以需要引入擴散峰度這個概念來描述水分子偏離高斯分布的程度，以糾正DWI序列的誤差。峰度是一個無單位數值，用以量化一個非高斯分布偏離高斯分布的程度[16]，因此，擴散峰度成像（DKI）可反映在體水分子的實際分布情況以及人體組織的微結構。

本研究中，患者和志愿者組DKI參數兩次測量的95%置信區間均包含0，而可信區間包含0正是良好可重現性的有力證據。此外，ICC>0.800一般認為具有較好的可重現性。本研究中患者和志愿者D和K的ICC均較高，范圍是0.828～0.935，提示DKI序列應用于宮頸癌是較為可靠的。變異系數的范圍為12.28%～20.16%，也在可接受范圍內。由于目前尚無關于DKI的變異系數的研究，所以無法完全根據DKI的變異系數來判斷。但是Braithwaite等[17]在腹部器官的DWI研究中發現，ADC值的平均變異系數為14%，和本研究中參數D的變異系數范圍接近（16.23%～17.43%）。

Bland-Altman分析中，總受試者組參數K的數據點大約有10%落于可接受一致性限制線外，其余各組的數據點均落于該線之內。造成該數據點外落的原因可能有兩個，即生理性差異和后處理的變異。關于DKI的可信性方面的研究目前比較少見，但是一些關于31P-MRS的研究文獻提示，儀器因素的變異和后處理因素的變異對總變異的影響微乎其微[18-20]，由此推測本研究中出現的變異其主體是生理性變異，比如組織的體素在兩次掃描時間內產生的變化。

本研究提示，DKI在宮頸癌或者正常宮頸的檢查中具有較高的可重現性，關于DKI的可重現性研究則可以為后續臨床應用研究設計提供數據支持，以減少不必要的實驗誤差。

[參考文獻]

[1]Allen JR，Prost RW，Griffith OW，et al.In vivo proton （H1） magnetic resonance spectroscopy for cervical carcinoma[J].Am J Clin Oncol（CCT），2001，24（5）：522-529.

[2]Chen YB，Liao J，Xie R，et al.Discrimination of metastatic from hyperplastic pelvic lymph nodes in patients with cervical cancer by diffusion-weighted magnetic resonance imaging[J].Abdom Imaging，2011，36（1）：102-109.

[3]Jensen JH，Helpern JA，Ramani A，et al.Diffusional kurtosis imaging：the quantification of non-Gaussian water diffusion by means of magnetic resonance imaging[J].Magn Reso Med，2005，53（6）：1432-1440.

[4]Basser PJ.Inferring microstructural features and the physiological state of tissues from diffusion-weighted images[J].NMR Biomed，1995，8（7-8）：333-344.

[5]Jimmy L，Markus N，Ronnie W，et al.Regional values of diffusional kurtosis estimates in the healthy brain[J].J Magn Reson Imaging，2013，37（3）：610-618.

[6]Falangola MF，Jensen JH，Babb JS，et al.Age-related non-Gaussian diffusion patterns in the prefrontale brain[J].J Magn Reson Imaging，2008，28（6）：1345-1350.

[7]Helpern JA，Adisetiyo V，Falangola MF，et al.Preliminary evidengce of altered gray and white matter microstructural development in the frontal lobe of adolescents with attention-deficit hyperactivity disorder：a diffusional kurtosis imaging study[J].J Magn Reson Imaging，2011，33（1）：17-23.

[8]Raab P，Hattingen E，Franz K，et al.Cerebral gliomas：diffusional kurtosis imaging analysis of microstructural differences[J].Radiology，2010，254（3）：876-881.

[9]Jensen JH，Falangola MF，Hu C，et al.Preliminary obaervations of increased diffusional kurtosis in human brain following recent cerebral infarction[J].NMR Biomed，2011，24（5）：452-457.

[10]Trampel R，Jensen JH，Lee RF，et al.Diffusional kurtosis imaging in the lung using hyperpolarized 3He[J].Magn Reson Med，2006，56（4）：733-737.

[11]Rosenkrantz AB，Sigmund EE，Winnick A，et al.Assessment of hepatocelluar carcinoma using apparent diffusion cofeeicient and diffusion kurtosis indices：preliminary experience in fresh liver explants[J].Magnetic Resonance Imaging，2012，30（10）：1534-1540.

[12]Rosenkrantz AB，Sigmund EE，Johnson G，et al.Prostate cancer：feasibility and preliminary experience of a diffusional kurtosis model for detection and assessment of agressiveness of peripheral zone cancer[J].Radiology，2012，264（1）：126-135.

[13]Kim SY，Lee SS，Park B，et al.Reproducibility of measurement of apparent diffusion coefficients of malignant hepatic tumors：effect of DWI techniques and calculation methods[J].J Magn Reson Imaging，2012，36（5）：1131-1138

[14]Bilgili MY.Reproducibility of apparent diffusion coefficients measurements in diffusion-weighted MRI of the abdomen with different b values[J].Eur J Radiol，2012，81（9）：2066-2068.

[15]Tanner JE，Stejskal EO.Restricted self-diffusion of protons in colloidal systems by the pulsed gradient，spin-echo method[J].J Chem Phys，1968，49（4）：1768-1777.

[16]De Carlo LT.On the meaning and use of kurtosis[J].Psychol Meth，1997，5（3）：292-307.

[17]Braithwaite AC，Dale BM，Boll DT，et al.Short- and midterm reproducibility of apparent diffusion coefficient measurements at 3.0 T diffusion-weighted imaging of the abdomen[J].Radiology，2009，250（2）：459-465.

[18]Layec G，Bringard A，Le FY，et al.Reproducibility assessment of metabolic variables characterizing muscle energetics in vivo：a 31P-MRS study[J].Magn Reson Med，2009，62（4）：840-854.

[19]Miller RG，Giannini D，Milner-Brown HS，et al.Effects of fatiguing exercise on high-energy phosphates，force，and EMG：evidence for three phases of recovery[J].Muscle Nerve，1987，10（9）：810-821.

[20]Edwards LM，Tyler DJ，Kemp GJ，et al.The reproducibility of 31-phosphorus MRS measures of muscle energetics at 3 Tesla in trained men[J].PLoS One，2012，7（6）：e37237.

（收稿日期：2017-09-25 本文編輯：祁海文）