3.0T MR动脉自旋标记技术对T1期鼻咽癌诊断价值的初步研究

刘学， 余小多， 李琳， 赵燕风， 林蒙， 罗德红， 周纯武

鼻咽癌(nasopharyngeal carcinoma，NPC)是我国最常见的头颈部恶性肿瘤，占鼻咽部恶性肿瘤的98%以上。对鼻咽癌的早期诊断是提高治疗效果和生活质量的重要前提[1]。鼻咽癌的诊断主要依靠鼻咽镜和MRI。鼻咽镜检查时，部分患者因咽反射敏感而难以完成，对鼻咽隐蔽部位或黏膜下侵犯病灶显示难度较大，因此对早期鼻咽癌存在漏诊可能。MRI软组织分辨力较高，已成为诊断鼻咽癌分期的主要检查方法[2]。对于T2～T4期鼻咽癌而言，由于存在鼻咽周围结构侵犯，MRI诊断符合率较高，但对局限于鼻咽腔的T1期鼻咽癌，常需要增强扫描进行确诊。MRI动脉自旋标记( arterial spin labeling,ASL )技术利用动脉血中的水分子作为内源性对比剂，无创、安全方便、可重复性高，已成熟应用于中枢神经系统病变的诊断，此外已有研究将其应用于肾、子宫、脊柱脊髓等多个部位[3-6]，ASL在鼻咽癌中的应用尚处于初步研究阶段[7]。本研究拟采用ASL技术对T1期鼻咽癌患者和健康志愿者进行对比研究，旨在初步探讨ASL技术对早期鼻咽癌的诊断价值。

材料与方法

1.病例资料

连续性收集我院2015年3月-2016年3月初诊为鼻咽癌的68例患者，所有患者均经鼻咽镜活检证实。根据第7版AJCC/UICC鼻咽癌分期标准，13例患者归为T1期，其中男9例，女4例，年龄27～60岁，中位年龄41岁。病理类型包括非角化分化型癌4例，非角化未分化型癌9例。同时招募正常志愿者14例，其中男7例，女7例，年龄26～40岁，中位年龄31岁。

2.检查方法

采用GE3.0T超导MR扫描仪(GE Discovery MR 750)行MRI检查，头颈联合8通道相控阵线圈。扫描序列：平扫采用快速恢复自旋回波序列(fast recovery fast spin echo,FRFSE)，依次行横轴面T1WI、T2WI脂肪抑制、矢状面T1WI、横轴面扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)及横轴面三维-动脉自旋标记(3D peudo-continuous ASL，pCASL)扫描。随后所有患者均行增强扫描，对比剂采用钆喷酸葡胺(Gd-DTPA),剂量0.2 mL/kg，经手背静脉注射，流率2.0 mL/s，随后以0.9%生理盐水20 mL冲洗，行横轴面MRI动态增强扫描(dynamic contrast enhanced MRI，DCE-MRI)及横轴面、矢状面、冠状面快速扰相梯度回波(three dimensional fast spoiled gradient-echo，FSPGR) 序列扫描。所有健康志愿者仅行MRI平扫序列扫描。

3D pCASL 序列扫描参数：激励次数3次，带宽41.67，层厚3 mm，层距0 mm，回波链长度21，视野24 cm×24 cm，矩阵288×192，TE 11.1 ms，标记延迟时间(post label delay，PLD)1025 ms， TR 4326 ms，TA 262 ms。其扫描范围与横轴面T2WI脂肪抑制序列扫描范围一致。

3.数据后处理

将ASL原始数据导入GE ADW 4.6工作站，利用Functool软件进行后处理。首先将ASL图像与横轴面T2WI脂肪抑制序列图像融合，患者选取肿瘤组织最大层面、健康志愿者选取鼻咽黏膜最大层面进行兴趣区(region of interest，ROI)勾画：①患者包括全部肿瘤，健康志愿者包括全部鼻咽黏膜，以获得血流量(blood flow，BF)平均值；②根据BF map伪彩图，将两个圆形或椭圆形ROI分别置于高灌注区和低灌注区，测得BF最高值和最低值。

4.统计学分析

结果

T1期鼻咽癌组肿瘤ROI面积为103～429 mm2，平均(208.46±108.92) mm2，健康对照组鼻咽黏膜ROI面积为50～257 mm2，平均(151.93±70.09) mm2。T1期鼻咽癌组黏膜厚度为7.9～24.4 mm，中位值为15 mm；健康对照组鼻咽黏膜厚度为2.2～15 mm，中位值为6.5 mm。

T1期鼻咽癌组肿瘤的平均、最高及最低BF值均高于健康对照组鼻咽黏膜[分别为(81.62±47.66)和(28.25±10.41) mL/100g/min、(145.39±106.22)和(41.10±15.51) mL/100g/min、(62.92±41.13)和(19.01±6.79) mL/100g/min]，差异均有统计学意义(P值分别为0.002、<0.001及0.002，表1，图1)。平均、最高及最低BF值鉴别T1期鼻咽癌组肿瘤与健康对照组鼻咽黏膜的ROC曲线下面积(area under the curve，AUC)分别为0.934，0.951及0.918(图2～4)。

以BF最高值>63.50 mL/100g/min为阈值鉴别T1期鼻咽癌组肿瘤与健康对照组的鼻咽黏膜，敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值及准确率分别为92.31%(12/13)、92.86%(13/14)，92.31%(12/13)、92.86%(13/14)及92.59%(25/27)。

表1 T1期鼻咽癌及健康对照组鼻咽粘膜的BF值比较

图1 T1期鼻咽癌组肿瘤及健康对照组鼻咽黏膜BF值的箱式图。图2 平均、最高及最低BF值鉴别T1期鼻咽癌组肿瘤与健康对照组鼻咽黏膜的ROC曲线。

讨 论

ASL技术是将动脉血内水分子作为内源性示踪剂，利用翻转脉冲在标记层对流入血进行标记，被标记的血流进入兴趣区后采集影像，由于被标记的血流进入组织并与组织中的水进行交换，引起局部组织纵向弛豫时间T1的变化，将标记前后感兴趣区组织T1信号相减即可获得血流量的灌注信息。该技术完全无创，可重复性好[8]，无需注射外源性对比剂，不会出现药物过敏反应或肾功能损害等情况。Jarnum等[9]研究表明ASL技术可以替代动态磁敏感对比成像(dynamic susceptibility contrast，DSC)-MRI来评价脑部肿瘤的血流灌注，对肾功能衰竭的患者更为安全；而对于中枢神经系统及体部肿瘤的研究显示，ASL技术获得的BF值与定量DCE-MRI参数及微血管密度(MVD)具有中等相关性[10,11]。与之相比，体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion，IVIM)同样应用于头颈部肿瘤的血流灌注研究[12-14]，虽然也无需注射对比剂，但IVIM技术基于平面回波成像(echo planar imaging，EPI)序列，受颅底骨质及咽腔、鼻窦等含气空腔所致磁敏感伪影和不自主吞咽运动伪影的影响，图像易变形，可能对测量结果的准确性造成影响。本研究采用的3D-pCASL技术是基于FSE序列和螺旋K空间采集技术，不但能提供更高的信噪比，也更能有效克服EPI所带来的磁敏感伪影和运动伪影[15]。本组鼻咽癌患者和健康志愿者均获得了满意的BF图，未出现因轻微移动而无法获得灌注图的情况。此外，由于ASL序列获得的BF图像对于鼻咽部解剖细节显示欠佳，因此我们将BF伪彩图与T2WI图像进行融合，所得融合图像能够同时显示鼻咽部组织结构及血流灌注信息，并有助于ROI的准确放置。

标记延迟时间(PLD)是指ASL序列中动脉内水分子标记后到成像层面信号采集的间隔时间，直接影响组织BF值的评估。当PLD值过小时被标记的血液未充分进入组织内，而PLD值过大会导致信噪比降低，均会影响BF值测量的准确性，而对PLD的优化应取决于患者的年龄或疾病类型[16]。相关研究推荐中枢神经系统的PLD为：新生儿2000 ms，儿童1500 ms，70岁以下正常成人1800 ms，70岁以上正常成人2000 ms，成年患者2000 ms[17]。目前有关颈部肿瘤PLD的对比研究较少，陈钰等[18]研究显示，PLD为1525 ms、2025 ms时的图像质量优于PLD为2525 ms，且BF值无明显差异，而国外研究多选择PLD为1280 ms，与本研究采用的PLD相近[19,20]。另外，有研究指出既往2D采集中每个层面的延迟时间是变化的，导致不同层面相同部位的BF测量值存在明显差异，而3D采集范围内组织的PLD一致，BF的测量更准确[21,22]。

图3 T1期鼻咽癌患者，男，51岁。a) 轴面T2WI脂肪抑制图像示鼻咽部肿物(箭)，侵犯鼻咽后壁、双侧壁及咽隐窝； b) 3D-ASL序列计算后所得BF map图，肿瘤所在区域灌注较高(箭)； c) T2WI与BFmap融合图像，肿瘤所在区域灌注较高(箭)，测量其平均、最高及最低BF值分别为143.05 、206.50 和59.50mL/100g/min。图4 健康志愿者，女，28岁。a) 轴面T2WI脂肪抑制图像示鼻咽部黏膜结节状增厚(箭)； b) 3D-ASL序列计算后所得BFmap图，增厚的黏膜所在区域灌注较低(箭)； c) T2WI与BFmap融合图像，增厚的黏膜所在区域灌注较低(箭)，测量其平均、最高及最低BF值分别为14.81、21.50及10.56mL/100g/min。

既往文献对ASL技术在颈部病变中的应用报道较少。Kato等[23]利用ASL技术对腮腺腺淋巴瘤、多形性腺瘤及恶性肿瘤的研究表明，腺淋巴瘤的信号强度比值高于其他两种肿瘤(P值均<0.05)，有助于腮腺肿瘤的鉴别诊断。Schraml等[24]对甲状腺疾病的血流灌注研究显示，Graves病的BF值是桥本甲状腺炎的1.9倍[分别为(1596 ±436)、(825 ±264) mL/min/100g]，表明ASL技术可以评估甲状腺疾病的血流灌注并有助于鉴别诊断。Fujima等[19]对鼻腔鼻窦鳞状细胞癌与淋巴瘤的对比研究显示，鳞状细胞癌的BF值高于淋巴瘤[分别为(140.6±35.7)、(93.8±15.1) mL/100g/min)，通过ROC曲线分析BF值的诊断效能，曲线下面积为0.87。Fujima等[25]对头颈部肿瘤非手术治疗前后的BF值进行研究，结果显示治疗前肿瘤的BF值明显高于治疗后(P<0.001)，治疗后有肿瘤残存者的BF值明显高于无肿瘤残存者(P<0.01)。由此可见，ASL技术及BF值能够反映头颈部病变的血流灌注特征，有助于病变的鉴别诊断及疗效监测。

一般而言，恶性肿瘤的血流灌注程度显著高于良性或正常组织，且能够被MR增强扫描所反映，而MR增强扫描对于早期鼻咽癌的诊断具有重要价值。本研究采用ASL技术及BF值对T1期鼻咽癌及健康志愿者的鼻咽部黏膜进行定量评估，结果显示T1期鼻咽癌组肿瘤的平均、最高及最低BF值均明显高于健康对照组鼻咽黏膜[分别为(81.62±47.66)和(28.25±10.41) mL/100g/min、(145.39±106.22) 和(41.10±15.51) mL/100g/min、(62.92±41.13)和(19.01±6.79) mL/100g/min]，两组之间差异均有统计学意义(P值分别为0.002，<0.001及0.002)，提示ASL技术及BF值能够较好地反映鼻咽癌及正常组织的血管化差异，有助于肿瘤的诊断。

肿瘤组织内的血管化程度通常呈不均质改变，一般而言肿瘤边缘血流丰富，而中心可出现缺血、坏死或液化等改变，因此ROI的放置可能对测量结果产生重要影响[11]。本研究在ASL/T2WI融合图像上选取鼻咽癌组肿瘤或健康对照组鼻咽黏膜最大层面放置ROI，分别获得组织的平均、最高及最低BF值，并对3组数据进行ROC曲线分析。结果显示鼻咽癌不同区域BF值存在较大差异，提示鼻咽癌组织内血流灌注程度不均匀。ROC曲线分析结果显示平均、最高及最低BF值鉴别T1期鼻咽癌组肿瘤与健康对照组鼻咽黏膜的曲线下面积分别为0.934、0.951和0.918，以BF最高值>63.50 mL/100g/min为阈值鉴别T1期鼻咽癌与健康对照组鼻咽黏膜，其敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值及准确率分别为92.31%(12/13)、92.86%(13/14)、92.31%(12/13)、92.86%(13/14)及92.59%(25/27)。

本研究存在以下局限性：①病例数较少，仅对T1期鼻咽癌及健康志愿者进行了初步研究；②健康志愿者未行鼻咽镜检查及病理活检，无法完全排除无症状的慢性炎症患者；③未纳入其它鼻咽部良、恶病变患者，因此获得的结果存在一定局限性；④未将ASL技术与IVIM、DCE-MRI技术的参数进行比较分析。

综上所述，ASL技术具有完全无创、无需外源性对比剂等优势，同时能够定量评估T1期鼻咽癌与健康志愿者的鼻咽黏膜血流灌注情况，为鼻咽癌的早期诊断提供更多信息。

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