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IVIM-DKI定量参数诊断口腔癌颈部淋巴结转移可行性的初步研究

2023-12-26 153 上传者：管理员

摘要：目的：探讨体素内不相干运动-扩散峰度成像(IVIM-DKI))定量参数诊断口腔癌(OCC)颈部淋巴结转移的可行性和价值。方法：回顾性收集2023年2—8月经病理证实的29例口腔癌患者的临床、MRI资料，共纳入转移淋巴结15枚，非转移淋巴结31枚。测量和记录相应淋巴结的IVIM-DKI定量参数，包括真扩散系数(D)、伪扩散系数(D*)、灌注分数(f)、平均扩散率(MD)、平均扩散峰度(MK)。采用Mann Whitney U检验比较口腔癌颈部淋巴结转移组与非转移组间定量参数的差异，通过受试者工作特征(ROC)曲线评价IVIM-DKI各定量参数鉴别转移淋巴结和非转移淋巴结的诊断效能，通过逐步逻辑回归筛选出独立预测因子。结果：转移淋巴结组与非转移淋巴结组D值、f值、MD值间比较具有统计学差异(P<0.05)，转移淋巴结组与非转移淋巴结组D*值、MK值间比较无统计学差异。D值、f值、MD值的曲线下面积(AUC)分别为0.754、0.824、0.714，分别以0.88×10-3mm2/s、27.77%、1.52×10-3mm2/s为阈值，诊断淋巴结转移的敏感度分别为66.67%、86.67%、40.00%，特异度分别为77.42%、70.97%、93.55%。结论：IVIM-DKI定量参数D值、f值、MD值对颈部淋巴结转移具有良好的诊断效能，其中f值是鉴别转移和非转移淋巴结的独立预测因子。

关键词：
口腔癌
口腔肿瘤
淋巴结
磁共振成像
肿瘤转移
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口腔癌（Oral cavity cancer,OCC）是头颈部最常见的恶性肿瘤之一，超过90%的OCC起源于鳞状上皮组织，因此通常称为口腔鳞状细胞癌（Oral cavity squamous cell carcinoma,OCSCC)[1]，颈部淋巴结转移是OCSCC患者的独立负面预后因素[2]。对于颈部淋巴结阳性的患者，需进行颈部淋巴结清扫术已经得到了广泛的共识。然而，对于临床颈部淋巴结阴性的患者是否行预防性颈部淋巴结清扫，目前尚未达成一致的意见[3]。因此，术前评估OCC颈部淋巴结转移风险具有重要的临床意义。本研究拟探讨体素内不相干运动-扩散峰度成像（Intravoxel inco-herent motion-diffusion kurtosis imaging,IVIM-DKI）定量参数诊断OCC患者颈部淋巴结转移的可行性和价值。

1、资料与方法

1.1 研究对象

回顾性分析上海交通大学医学院附属第九人民医院2023年2—8月符合以下标准的患者。纳入标准：(1)年龄≥18岁；(2)经临床或常规影像学检查高度怀疑为OCC且具有手术指征的患者；(3)术前1周内行包含IVIM-DKI序列的MRI检查，且图像质量可以满足诊断要求；(4)病理结果包括原发病灶和淋巴结，且原发病灶证实为OCSCC。

1.2 MRI检查方法

采用德国Siemens Vida 3.0T MRI扫描仪和64通道头颈联合线圈。IVIM-DKI是融合IVIM和DKI的混合模型，通过一次扫描生成的序列即可同时计算IVIM和DKI的定量参数，扫描采用多次激发分段读出的反转恢复平面回波成像序列，扫描参数：TR 4450 ms,TE 68 ms，层厚4 mm，矩阵320×320,FOV 230 mm×230 mm,b值为0、20、50、100、150、200、400、800、1 200、1 600 s/mm2，激发次数1～3次。

1.3 图像分析和处理

手术、病理及影像学上颈部淋巴结的区域位置描述采用欧洲放射肿瘤学协会2013年制定的分区标准[4]或由外科医生单独标注。若由外科医生单独标注，研究者通过与外科医生沟通明确这些淋巴结在影像图像中的准确位置。若病理报告中某颈区所有淋巴结均为转移，则MRI上该区显示的所有淋巴结均被视为病理转移阳性淋巴结；若病理报告中某颈区所有淋巴结均无转移，则MRI上该区显示的所有淋巴结均被视为病理转移阴性淋巴结；若病理报告中某颈区既有转移也有非转移淋巴结，则仅纳入MRI图像上该区最大短径淋巴结，并通过回顾病理切片来确定该淋巴结转移信息。非转移淋巴结仅选取T2WI图像上直径>5 mm纳入分析。

IVIM-DKI数据处理在第三方软件（MITK-Diffusion）上进行。在已知病理结果及临床资料的情况下，由两名具有3年和10年头颈疾病诊断经验的放射科医师分别手动勾画淋巴结最大层面的感兴趣区（Region of interest,ROI），避开囊变、坏死区，生成真扩散系数（Pure apparent diffusion coefficient,D）、伪扩散系数（Pseudo-apparent diffusion coefficient,D*）、灌注分数（Perfusion fraction,f）、平均扩散率（Mean diffusivity,MD）、平均扩散峰度（Mean kurtosis,MK）。

1.4 统计学分析

采用SPSS 21.0软件进行统计学分析。采用组内相关系数（Intraclass correlation coefficient,ICC）评估两名医师测量定量参数的一致性，ICC<0.4为一致性差，ICC≥0.4～<0.75为一致性一般，ICC≥0.75为一致性良好。计数资料用频数表示，使用χ2检验进行比较。计量资料用M(Q1,Q3）表示，两样本比较使用Mann-Whitney U检验。通过ROC曲线比较IVIM-DKI各参数在OCC颈部转移和非转移淋巴结中的诊断效能，通过逐步逻辑回归筛选出独立预测因子。P<0.05为差异有统计学意义。

2、结果

2.1 一般临床资料

本研究共29例患者入组，其中男17例，女12例，年龄34～74岁，中位年龄58(51,71）岁，共纳入淋巴结46枚，转移淋巴结15枚，非转移淋巴结31枚。两组年龄（P=0.056）、性别（P=0.223）间比较均无统计学差异（表1）。

表1 OCC颈部转移淋巴结组和非转移淋巴结组一般临床资料比较

2.2 OCC颈部转移淋巴结组和非转移淋巴结组IVIM-DKI定量参数比较

两名医生后处理得到的IVIM-DKI定量参数D、D*、f、MD、MK的ICC值分别为0.992、0.986、0.987、0.981、0.980，均>0.75，表明一致性较高。转移淋巴结组的D值较非转移淋巴结组大，f值较非转移淋巴结组小，MD值较非转移淋巴结组小（P<0.05）（表2）。图1,2分别为转移淋巴结和非转移淋巴结的IVIM-DKI原始图像及生成的伪彩图。

2.3 IVIM-DKI各定量参数对OCC颈部转移淋巴结组和非转移淋巴结组诊断效能比较

IVIM-DKI定量参数D、D*、f、MD、MK对转移淋巴结的诊断效能见表3。所有定量参数中，D值、f值、MD值具有良好的诊断效能，AUC分别0.754、0.824、0.714。逐步逻辑回归显示，f值是鉴别转移和非转移淋巴结的独立预测因子（表3，图3）。

表2 OCC颈部转移淋巴结组和非转移淋巴结组IVIM-DKI定量参数比较

表3 IVIM-DKI各定量参数对转移淋巴结的诊断效能

3、讨论

3.1 IVIM-DKI序列诊断OCC颈部淋巴结转移的价值

传统的扩散加权成像（Diffusion weighted imaging,DWI）是通过检测人体组织中水分子扩散运动受限制的方向和程度等信息间接反映组织微观结构，其主要的局限性在于该模型假设水分子的扩散是自由的、不受限制的，然而在复杂组织中，例如肿瘤组织中，水分子的扩散呈非高斯分布。DKI则进一步推广了DWI的模型，考虑到了水分子扩散在复杂组织中呈非高斯分布，通过引入曲率参数，可以更准确地描述水分子在复杂微观结构中的扩散行为，并能定量反映组织微观结构的复杂程度。IVIM是一种双指数模型DWI，与传统单指数模型DWI相比，其通过多b值来分离扩散和灌注信息，提供更丰富的组织微观结构信息。

基于这些前提，本研究探讨了IVIM-DKI定量参数在OCC颈部转移淋巴结中的诊断价值。D值、f值、MD值在转移淋巴结组及非转移淋巴结组间比较存在显著差异（P=0.006,P<0.001,P=0.020）。D值、f值、MD值对颈部淋巴结转移具有良好的诊断效能，其中f值为鉴别转移和非转移淋巴结的独立预测因子，AUC为0.824。f值代表ROI内局部微循环所致的灌注效应占总体的扩散效应的容积比率，主要取决于毛细血管的密度[5]。本研究发现转移淋巴结的f值较低，表明转移淋巴结中毛细血管密度降低。既往的研究表明[6]，由于淋巴结本身就具有丰富的毛细血管，新生血管对于转移性肿瘤细胞的生长是多余的，相反，毛细血管减少是肿瘤细胞受累的结果。D值与组织细胞密度和结构有关[5]，通常呈负相关性。如上所述，毛细血管减少导致转移淋巴结内部坏死，水分子扩散受限程度减低，然而这种微小坏死在MRI图像上是看不见的，进而导致所勾画的转移淋巴结ROI的D值较非转移淋巴结大。

也有学者得出不同的研究结论，Liang等[7]研究发现颈部转移淋巴结的D值、f值显著低于非转移淋巴结，D*值则显著高于非转移淋巴结，D值和D*值这种差异可能是不同病理类型的肿瘤和不同受试者群体的特征造成的，该研究选取的病例中鼻咽癌较多，而非转移淋巴结选自健康受试者，笔者选取的病例以舌癌、牙龈癌、颊癌为主，非转移淋巴结也选自肿瘤患者。此外，Liang等[7]认为f值理论上应与D*值呈相同趋势，在转移淋巴结中应表现为f值升高，但实际研究结果为f值降低，其认为是f值在较致密组织中（T2时间短）不够稳定所致。Hejduk等[8]研究发现IVIM定量参数无法区分颈部转移淋巴结和非转移淋巴结，这可能与采用不同场强的MR扫描仪有关，3.0T MRI相较于1.5T MRI能提供更高的信噪比和图像分辨率，有助于获取更微小的变化和勾画更准确的ROI。此外，IVIM还广泛应用于其他肿瘤淋巴结转移的诊断研究中，例如直肠癌、宫颈癌、前列腺癌。Yang等[9]等研究发现直肠癌盆腔转移淋巴结的D值显著高于非转移淋巴结，而f值显著低于非转移淋巴结，D*值在转移和非转移淋巴结之间比较无显著差异，与本研究结论一致。多位学者[10,11]认为前列腺癌转移淋巴结的D值较低，而f值较高，与本研究结论不一致，笔者认为可能与转移淋巴结的肿瘤来源有关，前列腺癌主要为腺癌，而OCC绝大多数为鳞癌。另有多名学者[12,13,14]在研究宫颈癌转移淋巴结与非转移淋巴结的f值高低时得出了不同的结论，Zhang等[12]研究发现宫颈癌转移淋巴结的f值显著高于非转移淋巴结，而Xu等[13]和Perucho等[14]的研究结果则相反，这可能与纳入不同分期病例的占比有关，前者研究纳入的病例以Ⅰ～ⅡA期为主，后两者研究中的病例以ⅡB～Ⅲ期为主。笔者认为，在宫颈癌的后期阶段，转移淋巴结内部可能已经发生显著改变，这些改变可能包括影像学检查无法察觉的微小坏死，导致灌注降低。目前DKI在OCC颈部淋巴结状态的鉴别诊断中应用尚少，Yamada等[15]研究发现MD值、MK值在转移淋巴结和非转移淋巴结中存在显著差异，MD值在转移淋巴结中显著减小，与本研究部分结论一致。

图1 女，34岁，右舌黏膜鳞状细胞癌，右舌动脉旁淋巴结转移。图1 a～1f：依次为IVIM-DKI、D map、D*map、f map、D map、K map，于IVIM-DKI图中勾画ROI。定量参数分别为1.54×10-3mm2/s、82.1 2×10-3mm2/s、1 2. 5 5%、2.19×10-3mm2/s、0.53。注：两个D map分别由IVIM、DKI生成。

图2 男，57岁，左舌黏膜鳞状细胞癌，左Ⅲ区淋巴结阴性。图2a～2 f：依次为IVIM-DKI、D map、D*map、f map、D map、K map，于IVIM-DKI图中勾画ROI。定量参数分别为0.93×10-3mm2/s、68.22×mm2/s、3 4. 6 8%、2.65×10 mm2/s、0.77。注：两个D map分别由IVIM、DKI生成。

图3 D、f、MD值鉴别转移和非转移淋巴结的ROC曲线。

3.2 本研究的局限性和展望

第一，由于样本量的限制，本研究并未针对不同部位、分级、组织病理学类型的OCC以及HPV状态进行独立分析，也未进一步分析IVIM-DKI定量参数对短径<10 mm的转移和非转移淋巴结的诊断价值；第二，仅对IVIM-DKI定量参数的平均值进行分析，未进行直方图分析，IVIM-DKI所包含的信息有待进一步挖掘；第三，本研究为单中心研究，IVIM-DKI定量参数的价值仍需在不同机器型号上进一步验证。下一步，本研究将改善不足，尝试进一步扩大样本量以及在不同机器上进行验证，在更多的数据支持下，更加全面评价IVIM-DKI定量参数诊断OCC颈部转移淋巴结的价值。

综上所述，IVIM-DKI定量参数D值、f值、MD值可以有效诊断OCC颈部转移淋巴结，其中f值是鉴别转移和非转移淋巴结的独立预测因子，在临床分期中可发挥重要作用，具有为临床诊疗提供帮助的潜能。

参考文献:

[10]张鑫,任宏伟,徐良洲,等. IVIM-DWI对前列腺癌盆腔淋巴结转移瘤的诊断价值[J].临床放射学杂志,2023,42(7):1178-1181.

基金资助:国家自然科学基金项目(82172049);

文章来源:谢城锋,袁瑛,李思毅等.IVIM-DKI定量参数诊断口腔癌颈部淋巴结转移可行性的初步研究[J].中国临床医学影像杂志,2023,34(12):860-864.