动态对比增强和体素内不相干运动磁共振成像评估肺肿瘤微波消融早期反应

《Lung Cancer》：Dynamic contrast-enhanced and intravoxel incoherent motion magnetic resonance imaging to assess early response of microwave ablation in lung tumors

　　

摘要：探索动态对比增强磁共振成像（Dynamic contrast-enhanced MRI, DCE-MRI）和体素内不相干运动磁共振成像（intravoxel incoherent motion MRI, IVIM-MRI）在预测肺肿瘤微波消融（Microwave ablation, MWA）短期疗效方面的潜力。方法：这项研究纳入了2023年5月至2024年7月期间接受经皮MWA治疗的39名患者，共计47个病灶。所有患者在MWA术前及术后24小时内接受了DCE-MRI和IVIM-MRI扫描。所有患者在MWA术后3个月和6个月接受了计算机断层扫描（Computed Tomography, CT）检查。根据6个月随访期内的CT结果，将所有患者分为局部控制组和复发组。研究人员计算并比较了两组间治疗前、后的DCE-MRI参数（Ktrans, Kep, Ve, Vp）和IVIM-MRI参数（D, f, D, ADC）及其百分比变化（Δ）。在各组内部，研究人员对所有的DCE-MRI和IVIM-MRI参数进行了配对比较（前 vs. 后）。研究人员使用受试者操作特征（Receiver operating characteristic, ROC）曲线测试了其诊断性能。结果：在总计39名患者（47个病灶）中，25名患者（31个病灶）被分为局部控制组，14名患者（16个病灶）被分为复发组。DCE-MRI参数（Ktrans, Kep, Ve, Vp）和IVIM-MRI参数（D, D, ADC）在两组中的治疗前与治疗后均显示出显著差异（P < 0.05）。术后D值、术后ADC值、ΔD值和ΔADC值在局部控制组和复发组之间显示出统计学上的显著差异（P值分别为0.027, 0.018, 0.037 和 0.005）。ROC分析显示，术后D值、术后ADC值、ΔD值和ΔADC值的曲线下面积（Area under the curve, AUC）分别为0.716, 0.700, 0.688 和 0.750。结论：微波消融术后24小时内测量的IVIM-MRI参数（D, ADC）及其相对于治疗前值的百分比变化，可能是评估肺肿瘤MWA治疗疗效的潜在早期生物标志物。

研究背景、问题与研究目的

肺癌是全球范围内对人类健康的主要严重威胁之一，其中非小细胞肺癌（NSCLC）是最常见的亚型。对于早期原发性肺癌或肺转移瘤患者，手术切除、放疗和全身化疗是常用的治疗方式。图像引导热消融（Image-guided thermal ablation, IGTA）已成为肺肿瘤患者成熟的治疗方法，其中微波消融（MWA）因其能够更好地加热较大肿瘤体积、对热沉降效应敏感性较低、消融时间更快以及瘤内温度更高等优势，应用日益广泛。治疗后对肺肿瘤消融反应的随访监测以及早期识别残留肿瘤细胞或复发对于后续治疗至关重要。目前，CT是肺肿瘤热消融后最常用的影像学随访技术，但消融过程中穿刺针引起的机械损伤常导致肺实质出血，使得CT图像上难以区分磨玻璃影（GGO）区域与出血，从而限制了评估肿瘤消融反应的能力。磁共振成像（MRI）在肺肿瘤热消融后随访和疗效预测中的应用研究相对较少，已有研究表明术后短期内进行MRI（如弥散加权成像DWI）可能具有评估疗效和预测复发的潜力。

动态对比增强磁共振成像（DCE-MRI）和体素内不相干运动磁共振成像（IVIM-MRI）是评估肺肿瘤治疗反应的前沿方法。DCE-MRI可评估肿瘤血管状况，IVIM-MRI可同时评估组织水分子扩散和微循环灌注。本研究旨在探索DCE-MRI和IVIM-MRI在预测肺恶性肿瘤MWA早期治疗疗效方面的潜力，以期成为常规影像随访技术。

研究方法概述

本研究为前瞻性研究，获得了复旦大学附属中山医院伦理委员会的批准。研究对象为2023年5月至2024年7月间入组的39名无法手术切除的肺部恶性肿瘤患者，共计47个病灶。所有患者在MWA术前及术后24小时内使用3.0T MRI扫描仪进行了扫描，序列包括横断面T1/T2加权成像、IVIM-MRI和DCE-MRI。IVIM-MRI采用单次激发自旋回波-平面回波成像序列，采集了包括b=0在内的多个b值图像。DCE-MRI在对比剂注射后采用压缩感知径向采集序列进行动态扫描。所有患者随后在CT引导下进行了经皮穿刺MWA治疗。术后3个月和6个月，患者接受了CT随访，并根据既定的热消融后肺肿瘤疗效评估专家共识，基于CT结果（而非基于大小的RECIST标准）将患者分为局部控制组和复发组。影像学分析由两名对结果不知情的放射科医师在专用工作站上进行，手动勾画病灶最大横截面的感兴趣区域，计算DCE-MRI参数（K^trans, K_ep, V_e, V_p）和IVIM-MRI参数（D, f, D*, ADC）及其百分比变化。数据分析采用R软件，包括组间比较、ROC曲线分析等。

研究结果

患者入组与基线特征：最终，25名患者（31个病灶）被分为局部控制组，14名患者（16个病灶）被分为复发组。两组在年龄、性别、肿瘤位置和肿瘤类型方面分布相似，但复发组的肿瘤最大直径和消融区最大直径均显著大于局部控制组。此外，在肿瘤最大直径>2 cm的亚组中，复发组的肿瘤最大直径也显著大于局部控制组。

治疗前后DCE-MRI和IVIM-MRI参数的变化：无论局部控制组还是复发组，治疗后DCE-MRI参数（K^trans, K_ep, V_e, V_p）的平均值均显著低于治疗前，表明消融后肿瘤强化减弱。在IVIM-MRI参数方面，两组的治疗后D值和ADC值均显著高于治疗前，而治疗后D*值则显著低于治疗前。在局部控制组，治疗后f值显著低于治疗前，但在复发组，f值的变化无统计学意义。

trans、K_ep、V_e、V_p、D、f、D*和ADC的散点图。同一患者治疗前和治疗后的数据点用相应颜色的实线连接。">

局部控制组与复发组间参数的差异：所有DCE-MRI参数的平均值在两组间均无显著差异。然而，IVIM-MRI参数中的术后D值、术后ADC值、ΔD值和ΔADC值在局部控制组显著高于复发组。其他IVIM-MRI参数在两组间无显著差异。

诊断效能分析：受试者操作特征曲线分析显示，ΔADC的曲线下面积最高，为0.750，其敏感性和约登指数也较高。术后D值、术后ADC值和ΔD的曲线下面积分别为0.716, 0.700和0.688。多变量Firth逻辑回归分析显示，在调整肿瘤大小后，术后D值、术后ADC值和ΔADC仍然是治疗疗效的显著独立预测因子。

分层分析结果：在肿瘤大小≤2 cm的亚组中，局部控制组的术后D值、术后ADC值和ΔADC值仍显著高于复发组，并且这些参数表现出一定的预测效能。然而，在肿瘤大小>2 cm的亚组中，未发现任何IVIM-MRI参数在两组间存在显著差异。

讨论与结论

讨论总结：本研究旨在探究DCE-MRI和IVIM-MRI参数与MWA短期疗效的关系。研究发现，DCE-MRI所有参数的平均值在局部控制组与复发组间均无显著差异，这表明基于单层面感兴趣区域的平均DCE-MRI参数值可能不足以预测MWA后的早期局部治疗疗效。这种不稳定的表现可能与消融后微循环破坏、局部缺血或坏死导致的对比剂增强减弱有关，也提示未来研究需要关注更全面的分析方法，如直方图分析、影像组学或体积分析。

相比之下，IVIM-MRI的扩散相关参数（D和ADC）显示出预测潜力。治疗后D值和ADC值的增加反映了热消融引起的肿瘤坏死，而术后D值、ΔD、术后ADC值和ΔADC在局部控制组与复发组间的显著差异，表明这些参数与残余肿瘤和不良治疗反应相关，可能作为评估MWA早期疗效的指标。其中，从治疗前到治疗后的ADC值百分比变化（ΔADC）在所有参数中表现出最佳的诊断性能。然而，本研究中IVIM-MRI的灌注参数（f和D*）在两组间无显著差异，这可能是由于治疗前肿瘤的异质性、MWA后肿瘤的低血供特性，以及这些参数本身可重复性较差所致。分层分析表明，在肿瘤≤2 cm的亚组中，IVIM-MRI参数仍具有预测能力，但在肿瘤>2 cm的亚组中则无，这可能与样本量有限有关。

本研究存在一些局限性。首先，样本量较小，限制了统计效能和结论的普适性。其次，MRI扫描和后处理均使用单一设备、协议和软件，限制了在其他平台的适用性。第三，呼吸运动可能影响胸部MRI图像质量。此外，6个月的随访期较短，不足以全面评估长期疗效和复发风险。最后，研究仅局限于基于单层面感兴趣区域的平均参数值，未探索直方图分析、影像组学等高级分析方法。

结论翻译：总之，这项初步研究表明，在微波消融术后24小时内测量的体素内不相干运动磁共振成像参数（D和ADC）及其相对于术前值的百分比变化，可能是早期评估肺肿瘤微波消融治疗疗效的潜在生物标志物。