定量MRMR分析在食管癌早期诊断和放疗疗效早期预测中的应用研究汇报人：雷静专业：影像医学与核医学导师：朱绍成.1.第一部分 IVIM-DWI和DCE-MRI在食管癌早期病变诊断中的初步研究 .2.&研究背景和目的&研究材料和方法&实验结果&讨论&结论.3.研究背景食管癌是常见的消化道恶性肿瘤，我国食管癌以鳞癌为主。 早期病变隐匿、恶性程度高、发展快等特点传统的医学影像学检查仅从形态学分析食管病变 及早准确的诊断病变是影像学检查所面临的一项挑战 .4.研究目的 探讨双指数模型扩散加权成像（IVIM-DWI）和动态增强（DCE-MRI）定量成像技术在早期食管癌诊断中的应用价值 .5.研究对象和方法搜集我院30例2013年2014年的食管癌患者，经病理已经证实为食管癌早期病理组织改变均局限在黏膜层和黏膜下层，病变直径10mm以上受试者检查前三个月内无食管急慢性炎性病变 且检查前未做过任何抗癌和抗炎等相关治疗 均行MRI平扫、IVIM-DWI及DCE-MRI扫描.6.研究对象和方法 GE 3.0T Discovery 750 磁共振扫描仪、8通道体部相控阵专用线圈，呼吸均匀者使用呼吸门控自由呼吸采集，呼吸不均匀者采用单次激发采集。患者取仰卧位，检查前对患者进行浅慢腹式呼吸训练。 IVIM-DWI扫描参数：横断位扫描，采用EPI、扩散、并行采集信号技术；回波时间57.8 ms，重复时间8571 ms，翻转角N/A，饱和脉冲N/A，视野（FOV）28-32cm，层厚5.0mm，层间距l.0 mm，频率编码方向：前后；扩散方向：所有方向；9个b值（0s/mm2、50s/mm2、100s/mm2、 200s/mm2、400s/mm2、600s/mm2、800s/mm2、1000s/mm2、和1500s/mm2）；扫描时间5分51秒。 DCE-MRI扫描参数：矢状位扫描，对比剂采用欧乃影（钆双胺注射液），0.5mmol/kg用量。TR 4ms，TE 1.9ms，层厚 3.8mm，层间距1.8mm，FOV 34cm34cm，矩阵 256192。共采集60个周期，每个周期16幅图像，6秒一期，共960幅图像。.7. 研究对象和方法 所有原始数据均传送至GE ADW45工作站使用Functool软件和OmniKinetics (GE Healthcare) 后处理工作平台，结合T2图像，找到食管病变位置，计算产生IVIM-DWISlowADC、FastADC、F和DCE-MRI三个参数Ktrans、Kep和Ve。 ROI设置原则是要求避开囊变、坏死、出血及含有正常血管的区域.8. 研究对象和方法 应用SPSS 19.0统计学软件，比较食管癌和正常食管组织各参数值，行两独立样本t检验，P0.05为差异有统计学意义。绘制早期食管癌诊断工作曲线(receiver operating characteristic curve，ROC)。.9.实验结果 食管癌组SlowADC 值、FastADC值、F值分别为（0.860.28）10-3/s、（0.130.01）10-2/s、（0.480.19）；正常食管组分别为（0.810.29）10-3/s、（0.020.01）10-2/s、（0.640.08）。食管癌肿块F值比正常食管组织F值低(t=-2.391，P=0.024),差异有统计学意义。而在食管癌肿块与正常食管组织中，SlowADC 值、FastADC值，两组差异没有统计学意义。 .10.实验结果 食管癌组Ktrans值、Kep值、Ve值分别为(0.450.19)/min、(1.140.42)/min和（0.370.17）；正常食管组分别为(0.140.04)/min、(0.560.25)/min和（0.270.11）。两组之间Ktrans值和Kep值均较正常食管组高（t=4.525，P0.05；t=4.585，P0.05），差异有统计学意义。而Ve值的差异无统计学意义。 .11.实验结果 Ktrans值、Kep值和F值的ROC曲线下面积分别为0.98、0.92和0.90；各自的诊断阈值分别为0.156/min、0.622/min和0.545；各自的诊断敏感度分别为0.95、0.95、0.90.特异度分别为：0.75、0.75、0.70.12. 轴位压脂T2WI，未见明显异常；b值=1000 DWI，病灶呈高信号；SlowADC图，显示范围：e-0.4-0.00250；FastADC图，显示范围：0.001-0.0250；F图，显示范围：0.001-0.250；矢状位压脂T2WI，未见明显异常； Ktrans图，显示范围：0.000-1.000； Kep图，显示范围：0.000-5.000；Ve图，显示范围：0.000-1.000；鳞状细胞癌（HE，100）。注：伪彩图中暖色调越高代表数值越大。 .13. 讨论 IVIM-DWI定量参数包括：SlowADC值、 FastADC值、 F值 SlowADC值在IVIM-DWI中是缓慢的扩散运动成分，代表纯的水分子扩散运动，称为纯扩散系数； FastADC值在IVIM-DWI中为快速的扩散的运动成分，它代表体素内微循环的不相干运动，称为假扩散系数； F值则代表灌注所占的比例。 .14. 讨论 DCE-MRI定量参数包括：(1)容量转移常数(volume transfer constant，Ktrans)：对比剂通过血管壁的细胞间隙从血浆扩散分布到EES的速率；(2)速率常数(rate constant，Kep)：扩散至EES内的对比剂通过血管壁细胞间隙返回到血浆的速率大小。(3)细胞外血管外间隙容积比(Ve)：单位容积组织内血浆与细胞血管外之间(EES)的容积。.15. 讨论 本研究就双指数模型来研究IVIM-DWI在I期食管癌诊断上的应用价值。发现SlowADC和FastADC不能区分出食管癌和正常食管组织，但F值可以区分出正常食管组织与食管癌，其诊断阈值为0.545，即F值低于0.545者可考虑为食管癌。作者采用9个b值进行F值的计算，食管癌F值明显小于正常食管组织，意味着食管癌组织的血流灌注比例低于正常食管组织。这可能是由于肿瘤细胞增殖过快，新生血管壁形成不成熟造成的。本研究首次将IVIM-DWI技术应用于食管并评价其在早期食管癌诊断中的价值，本研究比传统的DWI技术在食管应用成功率高27，说明IVIM-DWI可以应用在早期食管恶性肿瘤的诊断，SlowADC和FastADC在食管癌与正常食管组织差别不大，这可能与b值的选择有关，目前各研究领域对b值的选择没有统一定论。.16. 讨论 MR动态增强扫描定量分析是在分子水平上，利用动态增强图像和药代动力学模型，研究组织中对比剂浓度随时间变化的规律及对比剂在血管内外的交换过程，进而定量描述肿瘤微血管生成及通透性等血流动力学信息。 美国学者Eugene Y曾对5例食管腺癌进行试点性研究，研究结果表明，DCE-MRI定量成像技术可以区别出正常食管和恶性食管肿瘤。在中国，食管鳞状细胞癌为最多见的组织学类型，约占90%，本研究发现发现食管癌Ktrans值和Kep值较正常食管组织高。已有研究证实，VEGF（ vascular endothelial growth factor ）过表达可导致肿瘤疾病的发生。本研究发现食管癌的Ktrans值和Kep值其ROC曲线下面积分别为0.98和0.92，其诊断食管癌的效能较高，诊断阈值分别为0.156/min和0.622/min。说明定量DCE-MRI功能成像技术作为一种定量的、无创的、经济的检查，可用于食管癌的早期诊断。作者以往研究发现1例小细胞食管癌患者，其常规CT、MRI以及PET/CT均未发现异常，而定量功能磁共振Ktrans上发现参数值异常，DWI呈高信号。表明定量磁共振技术可以为早期食管癌的诊断提供功能改变的信息。.17.结论1、定量磁共振参数F、Ktrans、Kep在食管癌的早期诊断中，可以反映细胞外水分子灌注的差异和血管生成的差异，具有良恶性食管早期鉴别的可行性。2、本组研究中，FastADC、SlowADC和Ve值在早期食管癌的诊断中，没有意义。或许是因为在病变发展过程中，组织内血管外容积的相对比发展较慢，还有待于今后研究的进一步研究和探讨。 .18.第二部分 定量DCE-MRI在食管癌放疗早期的疗效预测分析中的应用研究 .19.&研究背景和目的&研究材料和方法&实验结果&讨论&结论.20.研究背景临床评估疗效时间：放疗一周期完全结束后（6周）+水肿消退（4周）=10周临床评估手段：实体瘤RECIST疗效评估标准（主要肿瘤体积的变化）.21.研究背景临床问题：1、评估时间长（10周）2、因放疗水肿效应，肿瘤体积变化不够客观真实3、能否找到一种影像学方法能够早期 、定量、有效的反映出放疗效果？.22.研究目的 运用DCE-MRI两室模型技术对照分析-期局部进展期食管鳞状细胞癌放疗前及放疗放疗3 3周后周后定量参数值的变化，以探讨磁共振功能成像技术定量分析在食管癌放疗早期疗效预测的可行性。.23.研究对象和方法经食管镜病理证实的-局部进展期食管鳞状上皮细胞癌39例所有患者均在我院行4-6周的放疗，放疗剂量为DT40Gy/20F-DT60Gy/30F，每周5天，一天一次。放疗前和放疗3周后均在我院同一设备行MRI动态增强检查放疗前和全部疗程结束1月后在同一台CT机进行实体肿瘤RECIST疗效评价.24. RECIST标准对肿瘤疗效评价 （1）靶病灶的疗效评价靶病灶的评价根据病灶的最大长径的总和来计算CR：所有靶病灶全部消失，并至少持续4周以上PR：所有靶病灶的最大长径总和减少30%以上，并至少持续4周以上PD：观察期间与最小值相比较最大长径的总和增加20%SD：既不能满足PR，又不能满足PD的病变（2）非靶病灶疗效评价CR：非靶病灶消失和治疗后肿瘤标志物恢复正常PD：出现新的病灶或已经存在的非靶病灶有明显的变化SD：即不满足CR，又不满足PD.25.研究对象和方法放疗前放疗前放疗放疗3周后周后放疗总疗程放疗总疗程结束结束1月后月后(1)放疗前:T1,T2,DCEMRI,CT(2)放疗3周后：T1,T2,DCE-MRI(3)放疗总疗程结束1月后：CT.26.研究对象和方法 GE 3.0T Discovery 750 磁共振扫描仪、8通道体部相控阵专用线圈，呼吸均匀者使用呼吸门控自由呼吸采集，呼吸不均匀者采用单次激发采集。患者取仰卧位，检查前对患者进行浅慢腹式呼吸训练，动态增强扫描采用LAVA序列; 扫描参数：TR 4ms，TE 1.9ms，层厚 3.8mm，层间距1.8mm，FOV 34cm34cm，矩阵 256192; 对比剂采用欧乃影（钆双胺注射液），0.5mmol/kg，使用高压注射器经肘前静脉留置管按3.0ml/s快速注射，其后静脉团注25ml生理盐水冲洗; 注射对比剂前先扫描6期，而后连续扫描54个周期，共采集60个周期，每个周期16幅图像，6秒一期，共960幅图像。.27. 研究对象和方法 所有原始数据均传送至OmniKinetics (GE Healthcare) 后处理工作平台，运用软件血流动力学Tofts两室模型完成参数值的测量和计算，计算产生三个参数Ktrans、Kep和Ve。 ROI设置原则是要求避开囊变、坏死、出血及含有正常血管的区域；放疗前及放疗3周后两次ROI的位置应为同一时相、同一层面、相应位置。.28. 研究对象和方法 总放疗疗程结束一月后，按照实体肿瘤RECIST疗效评价标准分为：完全缓解（complete response, CR）、部分缓解（partial response, PR）、疾病稳定（stable disease SD）、疾病进展（progressive disease PD）。 CR和PR归为治疗有效组，SD和PD归为治疗无效组。.29. 研究对象和方法 应用SPSS190统计学软件，比较放疗前有效组与无效组行两独立样本t检验，放疗3周后有效组与无效组各定量参数值的变化，行两独立样本配对秩和检验检验，放疗前和放疗3周后肿块体积行两样本配对t检验，P0.05）。.37. 讨论 由于细胞代谢周期一般为3周，理论上放疗早期疗效已经产生，但是由于放疗副效应水肿的存在，仅靠观察肿瘤形态学，很难客观真实反映肿瘤对治疗的反应。本研究结果显示放疗3周后，肿瘤体积变化不明显，即体积的变化不能反映出肿瘤早期放疗疗效情况。而有效组药代动力学参数Ktrans、Kep在放疗3周后较放疗前明显减小，说明放疗3周后定量DCE-MRI可以检测到食管肿瘤微循环水平上的变化，能够反映出放疗疗效，这与美国学者Eugene Y等的研究结果相一致，Eugene Y等认为DCE-MRI定量成像技术可以区别正常食管和恶性食管肿瘤，且新辅助化疗前后肿块Ktrans值明显下降，未研究Kep治疗前后的变化规律。由于西方国家食管腺癌高发，而我国食管鳞癌占绝大多数，鳞癌对放疗较腺癌敏感，所以本研究将磁共振定量分析技术用于放疗疗效的早期评价。本研究第二次DCE-MRI扫描是在放疗的3周后，间隔比Eugene Y等的时间短，此时肿瘤体积还未发生变化，因此观察到的主要是功能性改变。 .38. 结论1、放疗前食管Ktrans值在(0.37-0.71)/min预示治疗疗效好， Ktrans值在（0.16-0.44）/min预示疗效差2、放疗3周后的Ktrans值、Kep值均降低，两者能预测最终疗效3、放疗3周后肿瘤最大层面面积变化不能反映放疗效果.39. 致谢 由衷的感谢恩师朱绍成主任对我的言传身教和淳淳教诲!是您见证了我每一步成长轨迹，每一次的进步都和您的严格要求、悉心教诲密不可分。 感谢河南省人民医院放射科史大鹏主任的悉心教诲和倾囊相授。感谢苏子华博士和徐潇博士对我软件使用的指导，感谢放疗科韩倩主任医师和窦社伟技师长热情帮助。 感谢三年来学长学弟学妹刘光辉，陈媛媛，魏毅，张丹霞，张艳秋，你们所给予我的无私帮助!也希望师弟师妹们在今后的学习生涯中，顽强拼搏，创造辉煌！ 感谢科室所有老师的关心和支持！ 衷心感谢我的家人和亲朋好友们的理解、鼓励！.40.感谢评审老师们莅临指导！感谢评审老师们莅临指导！.41.