體素不相干運動與動態對比增強磁共振成像在評估早期宮頸癌淋巴脈管浸潤狀態中的應用

米紅蘭，程杰軍，殷 霞，朱 莉，林 聰，路 青

1. 上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院放射科，上海 200127；2. 上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院婦產科，上海 200127

淋巴脈管浸潤（lymphovascular space invasion，LVSI）是淋巴結轉移和遠處轉移的重要前奏[1-2]，是早期宮頸癌局部復發和伴癌生存的高危因素之一[3-4]。2018 FIGO（International Federation of Gynecology and Obstetrics）分期將有淋巴結轉移的宮頸癌單獨歸為Ⅲ C期，而LVSI不影響分期；但對于早期無淋巴結轉移的宮頸癌患者，如果LVSI存在，仍需要考慮盆腔淋巴結清除術[5]。因此，術前確定LVSI情況有助于為早期宮頸癌制定最優治療決策。然而，目前LVSI的確定主要依靠術中或術后病理，治療前并無有效評估方法。磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）已逐漸成為宮頸癌治療前常規的檢查手段，常規MRI可用于宮頸癌灶的形態和侵犯范圍的評估，但對于癌灶的細微結構和功能代謝難以顯示[6]。體素不相干運動（intravoxel incoherent motion，IVIM）MRI與動態對比增強（dynamic contrast enhancement，DCE）MRI是2種功能成像方法，可用于無創評估組織的代謝和微循環等生物學信息，已成功應用于宮頸癌的診斷和療效預測[7]，然而其對于早期宮頸癌LVSI的評估效能仍不明確。因此，本研究嘗試通過分析IVIM MRI和DCE MRI相關參數和指標與早期宮頸癌LVSI狀態的關系，為早期宮頸癌術前精準個體化評估提供參考依據，從而幫助臨床制定更好的治療策略。

1 對象與方法

1.1 研究對象

收集2017年5月—2019年1月于上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院婦產科行宮頸癌手術的病例。患者納入標準：①FIGO分期在Ⅱ B期以下。②行根治手術和盆腔淋巴結清除術，且進行了術前IVIM MRI和DCE MRI檢查。③ 術前無放射治療、化學治療、錐切。④術后病理資料完整。共納入85例宮頸癌患者。排除標準：①成像質量差或缺失序列（n=3）。②MRI檢查和手術間隔超過14 d（n=5）。③病灶過小，少于5個像素或范圍少于2層圖像（n=6）。④病理結果顯示已有淋巴結轉移（n=15）。經過排除后，本研究最后納入56例患者。在納入的患者中（截至2019年6月），2例患者宮頸癌術后復發（其中1例已死亡），1例患者發生肝臟轉移，這3例患者均是當時術后病理結果為LVSI陽性、無明確淋巴結轉移者；2例患者失去聯系；其余患者未發生宮頸癌復發、轉移、死亡。

1.2 淋巴脈管浸潤病理判定

所有手術標本均按標準病理程序處理。LVSI被定義為腫瘤細胞存在于無肌壁結構、有內皮細胞環繞的空間內[2]。預先根據既往病理結果排除有淋巴結轉移的病例，余56例患者的標本切片再次由2名具有5年以上婦科腫瘤判定經驗的病理科醫師按照該標準進行判定。病理科醫師對既往結果不知情，產生分歧時，2名醫師結合既往病理記錄進行協商確定最后結論。由于使用常規光學顯微鏡難以區分血管和淋巴管，且缺乏可重復性，本研究中沒有嘗試區分腫瘤存在于淋巴管還是血管[2]。

1.3 MRI檢查方法

所有MRI掃描均使用3.0T 德國西門子Skyra MR掃描儀，搭配18通道相控陣體線圈進行。患者仰臥位，頭先進。掃描包括常規軸位T1加權成像（T1 weighted image，T1WI）、軸位T2WI、軸位壓脂T2WI、矢狀位T2WI成像序列，功能成像包括軸位IVIM和軸位容積插值屏氣檢查（volume interpolated breath-hold examination，VIBE）DCE序列，軸位為垂直于宮頸長軸，主要序列參數設置見表1。IVIM序列共設置9個b值，分別為0、20、50、100、150、200、500、1 000、1 500 s/mm2，激勵次數分別為 1、1、1、2、2、2、2、3、3，采集時間為 9 min 40 s。采用隨機軌跡時間分辨率成像（time-resolved imaging with interleaved stochastic trajectories，TWIST）行 宮 頸軸位的VIBE DCE 掃描，平均激勵次數為1，翻轉角度15°，第一期5.6 s，其余每期2.3 s，共130期，掃描時間約5 min。第一期結束后使用高壓注射器經肘前靜脈注入馬根維顯對比劑，劑量為0.1 mmol /kg、流率為4 mL/s，對比劑注射結束后用同樣速率注入生理鹽水20 mL。

表1 MRI掃描參數Tab 1 MRI scanning parameters

1.4 圖像處理與分析

在PACS瀏覽器上聯合常規MRI和DCE MRI圖像測量腫瘤的最大徑和腫瘤對于宮頸肌層的浸潤深度（比例），并按照閾值分別為4 cm（腫瘤最大徑）、1/2[腫瘤浸潤宮頸肌層深度（比例）]進行分組。另將IVIM MRI和DCE MRI圖像分別導入IMAge/enGINE軟件[8]和西門子TISSUE 4D軟件中。DCE MRI圖像經過Tofts 模型進行計算處理。感興趣區繪制參考常規MRI圖像（包括T1WI和T2WI）和ADC圖像，分別在b值為1 000 s/mm2的DWI圖像上和DCE顯示宮頸癌輪廓最佳的圖像上選取腫瘤最大橫截面進行勾畫，盡可能包含整個腫瘤區域，同時避開壞死、囊變區和血管。在DWI圖像上勾畫的感興趣區可自動復制到對應IVIM參數圖上。最終通過軟件分別自動獲得真彌散系數（D）、假彌散系數（D*）、灌注分數（f）和容積轉運常數（Ktrans）、速率常數（Kep）、血管外細胞外間隙容積分數（Ve）的值。所有圖像感興趣區勾畫及測量分別由具有3年和16年盆腔MRI診斷經驗的放射科醫師獨立完成。

1.5 統計學分析

采用SPSS 23.0軟件進行統計分析。通過計算組內相關系數（intraclass correlation coefficients，ICC）評價觀察者間對腫瘤各測量值的一致性。ICC＞0.75認為是觀察者間具有一致性[9]。LVSI陽性組和LVSI陰性組的分類資料以實際例數描述，使用χ2檢驗評估LVSI陽性組與LVSI陰性組之間宮頸癌病理類型、分化程度、FIGO分期、腫瘤最大徑及肌層浸潤深度（比例）的差異；如單位例數小于5，則采用確切概率法計算。LVSI陽性組和LVSI陰性組、不同病理類型、不同分化程度、不同FIGO分期之間的定量資料以±s表示。如符合正態分布，則采用兩獨立樣本t檢驗分析；如不符合正態分布，則采用秩和檢驗分析。進一步對LVSI陽性組和LVSI陰性組間差異有統計學意義的參數與病理類型和分化程度共同納入Logistic 回歸分析中進行多因素分析；并進行受試者操作特征曲線（receiver operator characteristic curve，ROC curve，ROC曲線）分析評估其對LVSI狀態的診斷效能。P＜0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 病例基本特征

56例早期宮頸癌患者中，有LVSI者25例（44.64%），無LVSI者31例（55.36%）。患者臨床和病理特征見表2。LVSI陽性組與LVSI陰性組患者的年齡、FIGO分期、病理類型、腫瘤分化程度、腫瘤最大徑比較，差異無統計學意義。

表2 LVSI陽性組與LVSI陰性組患者的臨床、病理和常規MRI測量指標比較Tab 2 Comparison of clinical parameters, pathological parameters and conventional MRI measuring parameters between LVSI positive group and LVSI negative group

2.2 MRI表現

癌灶在T1WI上呈稍低信號，在T2WI 及壓脂T2WI上呈稍高信號，在IVIM較高b值上呈高信號彌散受限，在DCE上呈均勻或不均勻早期強化，后期強化多弱于周圍宮頸實質，病灶內囊變/壞死區無強化（圖1）。2名放射醫師對腫瘤最大徑和肌層浸潤深度（比例）測量一致性較好，ICC分別為0.919和0.896。LVSI陽性組與LVSI陰性組間腫瘤最大徑的差異無統計學意義，肌層浸潤深度（比例）的差異有統計學意義（P=0.000），且LVSI陽性組中約88%的病例肌層浸潤深度（比例）≥1/2，而LVSI陰性組僅有32%的病例肌層浸潤深度（比例）≥1/2（表 2）。

圖1 早期宮頸癌患者的MRI圖像Fig 1 MRI images of early cervical cancer patients

2.3 單因素分析不同FIGO分期、不同術后病理結果組間IVIM與DCE定量參數的差異

2名放射醫師對癌灶定量參數測量結果一致性較好，IVIM相關參數的ICC分別為D值（0.917）、D*值（0.853）、f值（0.880），DCE相 關 參 數 的ICC分 別 為Ktrans值（0.923）、Kep 值（0.896）、Ve 值（0.852）。f值、Ve值在鱗癌與腺癌組間比較，差異有統計學意義（P=0.006，P=0.010）；而IVIM與DCE相關參數在中至高分化與低分化組間以及FIGO Ⅰ B與Ⅱ A期組間比較，差異無統計學意義。LVSI陽性組的D*值、Ktrans值顯著低于LVSI陰性組（P=0.004，P=0.003），f值、D值、Kep值、Ve值在LVSI陽性組和LVSI陰性組之間的差異無統計學意義（表3、圖2）。

表3 不同FIGO分期、不同術后病理結果之間IVIM與DCE定量參數的差異Tab 3 Comparison of IVIM and DCE quantitative parameters among different FIGO stages and postoperative pathologies

圖2 早期宮頸癌患者的IVIM、DCE MRI圖像和病理圖像Fig 2 IVIM、DCE MRI images and pathological images of early cervical cancer patients

2.4 Logistic回歸分析及ROC曲線分析

將病理類型和分化程度以及單因素分析LVSI狀態中差異有統計學意義的定量參數（D*、Ktrans）和指標[肌層浸潤深度（比例）]共同納入Logistic回歸分析中；由于Ktrans與D*為連續變量，且兩者數值上相差6個數量級，因此將其進行數據標準化后再納入回歸分析中。結果顯示肌層浸潤深度（比例）與Ktrans是早期宮頸癌發生LVSI的獨立相關因素，P值分別為0.005和0.046，而D*參數P值為0.054。納入ROC曲線分析后，肌層浸潤深度（比例）獲得最高曲線下面積（area under the curve，AUC）值0.760，其次為D*值、Ktrans值；肌層浸潤深度（比例）和Ktrans值聯合診斷AUC為0.839，準確度為76.8%；納入D*值后診斷效能進一步提高，AUC值為0.874，敏感度為84.2%，特異度為90.3%，準確度為87.5%（表4、圖3）。

表4 診斷早期宮頸癌LVSI狀態的ROC曲線分析Tab 4 ROC curve analysis of diagnosis of LVSI status for early cervical cancer

圖3 診斷早期宮頸癌LVSI狀態的ROC曲線Fig 3 ROC curve of diagnosis of LVSI status for early cervical cancer

3 討論

本研究通過IVIM和DCE功能MRI對56例早期宮頸癌患者LVSI情況進行評估，結果顯示，癌灶肌層浸潤深度（比例）和Ktrans是早期宮頸癌發生LVSI的獨立關聯因素，聯合D*可提高診斷LVSI狀態的效能，AUC可達0.874，敏感度為84.2%，特異度為90.3%，準確度為87.5%。

LVSI的存在提示腫瘤具有較高的淋巴結轉移和遠處轉移的可能性，與患者預后密切相關，即使對于術中前哨淋巴結活檢陰性的早期宮頸癌患者也不能掉以輕心[2,10-11]，因此治療前確定LVSI的存在與否對于患者治療方案的制定大有裨益。目前，雖然MRI常規成像是術前分期、治療過程中評估療效的首選方法，但對于尚無淋巴結轉移的宮頸癌，很難判斷腫瘤是否已經侵犯到淋巴脈管。IVIM和DCE功能MRI成像因可反映組織內細胞密度、微觀水分子擴散、微循環灌注等，使得進一步探索腫瘤微觀結構和功能成為可能。

DCE定量參數分析主要用于評價腫瘤組織微灌注情況[12]。Ktrans代表對比劑從血管進入組織間隙的速度，與血流速度、血管通透性、血管床面積等因素有關; Kep代表組織中對比劑從血管外細胞外間隙向微血管內回流的速度，反映腫瘤血管通透性、腫瘤血管密度; Ve代表除細胞及血管之外的容積分數，反映血管外細胞外間隙的容積。有研究[12-13]認為DCE定量參數與LVSI情況無關，但其LVSI陽性例數僅分別為6例和4例，結論并不可靠。本研究發現Ktrans值與LVSI的發生有關，該結果與Wu等[14]的研究一致。在腫瘤生長過程中，腫瘤細胞的增殖逐漸超過瘤內血管生成，從而導致腫瘤內形成灌注不良的低氧區[15-18]。Ellingsen等[19]對裸鼠皮下和肌肉內的人宮頸癌移植瘤行DCE MRI檢測發現，Ktrans值與腫瘤內低氧細胞的比例呈負相關；而腫瘤內低氧狀態是影響腫瘤淋巴轉移和遠處轉移的主要因素[20]。因此，較低Ktrans值可能體現腫瘤相對乏氧的狀態，進而更有可能發生LVSI。另外，本研究結果顯示，影像指標中病灶浸潤宮頸肌層深度（比例）可用于輔助評估宮頸癌的LVSI情況，而DCE成像除了可提取定量參數外，對于病灶邊界的顯示具有優于T2WI的特點，有利于準確勾勒病灶范圍。

截至目前，國內外對于IVIM MRI成像評估宮頸癌LVSI情況的研究尚少。IVIM的優勢在于無需使用任何造影劑即可用于評估腫瘤的微觀特征，包括組織內的擴散和灌注情況。該模型可計算出3個參數：D、D*、f。D代表真彌散系數，與細胞密度相關；D*為偽擴散系數，與血流相關；f為與微循環相關的灌注比例，反映不成熟血管的生成和微血管系統的通透性[21-23]。本研究中，IVIM參數僅D*與LVSI狀態有一定關聯性，雖然有研究指出D*較大程度地依賴圖像信噪比，取值范圍大，其測值欠穩定[24]，但在本研究中2名醫師所測D*值一致性較好（ICC=0.853），且ROC曲線分析顯示其聯合肌層浸潤深度（比例）和Ktrans能增強診斷LVSI狀態的效能。本研究也發現，LVSI陽性組中IVIM參數f值、DCE參數Ve值低于LVSI陰性組，但差異無統計學意義。f值、Ve值與Ktrans值均反映腫瘤的灌注情況，這或許也更證實了LVSI的發生與低灌注相關。

另外，在本研究中雖然f、Ve在鱗癌與腺癌組間有顯著差異，統計學分析結果顯示病理類型與患者LVSI狀態無顯著關聯，且患者臨床指標（年齡、FIGO分期）以及癌灶分化程度均不能用于輔助判斷宮頸癌是否存在LVSI。

本研究有幾個局限性：①本研究是單中心回顧性研究，得出的結論需要進一步擴大樣本量以及聯合多設備、多中心研究予以驗證。②由于需要足夠圖像像素來保證IVIM及DCE參數測量的可靠性，一些較小病灶的病例被排除，因此整體結果可能被低估或高估，未來更高分辨率的MRI有望縮小該限制。③本研究發現個別患者的腸道氣體較多，與其鄰近的宮頸癌灶在IVIM圖像上有輕微形變和偽影，因此進一步優化成像技術和/或做好患者腸道準備，將使IVIM成像更具臨床應用價值。

綜上所述，癌灶肌層浸潤深度（比例）和DCE定量參數中Ktrans值有助于判斷早期宮頸癌是否發生LVSI，聯合IVIM定量參數中 D*值可提高診斷LVSI的效能，有利于術前早期宮頸癌個體化治療策略的制定。