口咽鳞状细胞癌的 PET/MRI 评估 (PETMROPSCC)

简介及学习目的：

头颈癌 (HNC) 仍然是台湾的一个重大医疗保健问题，口咽鳞状细胞癌 (SCC) 是常见的亚型。 近年来随着对器官保存的关注，同步化放疗成为口咽鳞状细胞癌的主要治疗方式。 因此，准确的肿瘤解剖学和生物学评估对于治疗前计划、治疗后监测和预后判断是必要的。 内镜活检是口咽鳞状细胞癌患者的主要诊断工具。 虽然计算机断层扫描 (CT) 和磁共振成像 (MRI) 通常用于评估 HNC 的肿瘤范围，但由于其高对比度分辨率，特别是在检测神经周围浸润方面，MRI 在口咽区域更受欢迎。 全身 MRI 现在是可行的，因此可以在单次检查中评估 HNC 的远处部位状态。 FDG-正电子发射断层扫描/CT (PET /CT) 是另一种常见的评估 HNC 的成像方式。

根据研究者在头颈癌患者中的经验，MRI 和 PET/CT 具有不同的优势，可以相互补充。 在评估原发肿瘤状态时，MRI 的高空间分辨率和对比分辨率可以在复杂的头颈部解剖区域从周围正常组织中描绘肿瘤范围，而 PET 描绘 FDG 阳性组织可能有助于区分肿瘤生长与周围非癌组织，特别是在辐照床上。 在评估区域淋巴结状态时，MRI 在检测咽后或囊性坏死性转移性淋巴结肿大方面优于 PET/CT，而 PET/CT 在检测亚厘米淋巴结转移方面优于 MRI。 结合使用 MRI 和 PET 可以清楚地显示淋巴结扩散的模式。[7]。 在远处部位的评估方面，全身MRI在检测脑、肝或脾等高代谢器官的转移病灶方面效果更好，而PET/CT在检测弯曲、扁平骨和第二骨等高代谢器官的转移病灶方面更胜一筹。原发性肠肿瘤，如食道癌或结肠癌。

目前，弥散加权 MR 成像 (DWI) 和动态对比增强灌注加权成像 (DCE-PWI) 在临床上评估 HNC 的功能方面变得可行。 DWI序列的量化参数是与细胞结构相关的表观扩散系数（ADC）。 DCE-PWI 提供体积传输速率常数 (Ktrans)、相对血管外细胞外空间 (Ve) 和相对血管血浆体积 (Vp) 以及流出速率常数 (Kep)。 这些功能性 MRI 技术可以提供生物学信息，例如细胞结构、血管生成和通透性。 另一方面，PET可以提供其代谢量化参数：反映糖代谢的标准化摄取值（SUV）、反映肿瘤负荷的代谢肿瘤体积（MTV）、综合糖代谢和肿瘤负荷的总病变糖酵解（TLG） . 这些 MRI 和 PET 功能参数似乎有望用于预测 HNC 的放化疗反应和预后。 在我们之前对口咽或下咽 SCC 患者的研究中，原发肿瘤的 Ktrans 是唯一与局部控制相关的影像学参数，而颈部转移淋巴结的 ADC 和 Ve 值是颈部控制的独立预后因素。 区域淋巴结的最大SUV与远处转移的发生显着相关。 TLG 与总生存期显着相关。

集成 PET/MRI 是一种引入临床实践的新型成像技术。 将 PET 和 MRI 结合在一个单一的混合扫描仪中是很有前途的。 初始数据表明 PET/MRI 对 HNC 表现良好。 它显示出类似于 PET/CT 的良好诊断能力，可以作为 PET/CT 在 HNC 患者临床检查中的合法替代方案。 PET/MRI 测量的代谢率与标准 PET/CT 显示出极好的一致性。 与 PET/CT 相比，PET/MRI 结合 Dixon 序列进行衰减校正产生了相似的 SUV 值。然而，大多数研究的病例数量有限，或者没有专门分析特定的肿瘤实体，这在一定程度上削弱了它们在证据方面的力量- 医学。 此外，PET/MRI对HNC治疗结果的预测价值尚未见报道。 对具有特定肿瘤来源和统一治疗方案的大型患者队列进行 PET/MRI 的前瞻性研究将补充这些开创性的努力，以充分验证新型集成系统的临床实用性。

最近，我院安装了集成PET/MRI扫描仪（Biograph mMR，Siemens）。 在此扫描仪中，PET 探测器完全集成到具有一个机架的 3 Tesla MR 系统中，可以同时采集 PET 和 MR 数据。 在广泛实际使用之前，应明确定义其临床用途。 在这个研究项目中，研究人员将调查我们 150 名接受 FDG-PET/MRI 化放疗的口咽鳞状细胞癌患者。 非对比胸部 CT 也将在同一天进行。 调查人员有以下目标：

目标 1：确定全身分期/再分期 MRI 和 PET/CT 彼此之间具有不同的优势，并且这些独立成像模式的视觉相关性可以产生稍高的诊断能力。 然而，由于检查日期和定位的不同，一些病灶可能无法很好地相互匹配。 因此，研究人员认为，通过同时获取的 PET/MRI 成像，应该更准确地确定肿瘤受累情况，从而实现更准确的肿瘤分期/再分期，从而实现更精确的治疗计划和更好的治疗结果。 然而，目前仍缺乏用于口咽SCC全身分期/再分期的综合PET/MRI数据。 在这个前瞻性项目中，研究人员旨在确定整合 PET/MRI 在口咽 SCC 肿瘤分期和再分期中的可行性和临床影响

目标 2. 预测治疗反应和预后功能性 MRI 参数和 FDG-PET/CT 参数可以量化，并已用于预测 HNC 对化放疗的反应。 然而，已经获得了不同的结果，主要是由于不同的肿瘤起源、样本量、方法和治疗方案。 另一个重要的混杂因素是 MRI 和 PET/CT 是在不同的时间间隔进行的。 因为集成的 PET/MRI 可以同时提供 PET 和 MR 功能数据，允许在选定的感兴趣区域进行直接比较，因此应该更准确、更可重复。 然而，到目前为止，尚未报道同时功能性 PET/MRI 技术在口咽 SCC 中的预测价值。 另一方面，具有体素内不相干运动 (IVIM) 技术的 DWI 可以量化毛细血管网络中的分子扩散和微循环，这可能有助于预测肿瘤的化学放射敏感性，而具有峰态（双指数或非高斯拟合）建模的 DWI 已被记录比单指数模型更好地拟合体内水分子扩散[32]。 在这个研究项目中，研究人员添加了功能性 MRI 序列作为 PET/MRI 程序的一部分，包括 DCE-PWI 以及可以产生单指数 DWI、IVIM 和峰态数据的专用 DWI。 我们的目标是在接受化放疗的口咽 SCC 患者队列的单一成像会话中获得集成 PET/MRI 系统的 MRI 和 PET 功能结果。 研究人员期望可以更清楚地阐明集成 PET/MRI 的各种功能参数的预测值。

目的 3. 确定非增强胸部 CT 的必要性。 用 MRI 代替 PET/CT 的 CT 部分的问题之一是 MRI 能够描绘和区分肺结节，而 HNC 远处转移最常见的位置是肺。 根据研究者之前的研究，集成PET/CT的CT成分不仅可以提高特异性，还可以提高FDG-PET数据的敏感性。 此外，CT 还有助于减少钙化纵隔淋巴结疾病（如炭疽病）的 PET 假阳性发现。 然而，另一方面，研究人员之前的研究表明，使用半傅里叶采集单次涡轮自旋回波 (HASTE)、体积插值屏气检查 (VIBE) 和 3.0-T MRI 对肺转移的检出率和短 τ 反转恢复 (STIR) 序列与 PET/CT 的序列相似。 最近的一项研究表明，同时采集 PET 数据的径向 VIBE 自由呼吸 MRI 在检测直径至少为 0.5 cm 的结节时具有高灵敏度，但在检测小结节或非 FDG-avid 结节时灵敏度有限. 考虑到 PET/MR 在检测肺部恶性病变方面的数据有限，研究人员旨在通过添加非对比增强 CT 进行比较，前瞻性地验证我们的集成 PET/MRI 方案序列对肺部病变的性能。

材料与方法：

在这个为期三年的前瞻性项目中，总共将招募 160 名经组织学证实的口咽鳞状细胞癌接受化放疗的患者。 排除标准包括先前的头颈部恶性肿瘤、第二恶性肿瘤、远处转移、MRI 禁忌证（肾功能不全、人工耳蜗植入、心脏起搏器放置或颅内动脉瘤铁磁夹）和血糖水平 >200 mg/dl。 在预处理前，每位入组患者将接受 PET/MRI 和详细的临床检查，包括人乳头瘤病毒检测。 参与者还将在 PET/MRI 之前的同一天接受低剂量胸部 CT。 在治疗后阶段，将在放化疗后 3 个月获得基线全身 MRI。 此后，每 6 个月对患者进行一次替代性扩展视野 CT 和全身 MRI 随访。 如果确认或高度怀疑肿瘤复发，还将进行 PET/MRI 以对肿瘤进行重新分期。

三年规划 足够的病例数和随访时间对于口咽鳞状细胞癌放化疗治疗的统计分析和结果确定至关重要。 研究人员计划在 3 年内完成这项研究。 第一年，本项目第一年的工作将：（1）设计数据库类别； (2) 建立工作流程并优化成像协议； (3)确定MRI成分、PET成分、整合PET/MRI在肿瘤分期中的诊断能力； (4) 确定非对比 CT 在综合 PET/MRI 中的任何附加诊断价值，以及 (5) 研究早期治疗反应和残留肿瘤的模式。

第二年，研究者将继续第一年的工作，进一步包括以下工作：(1) 确定口咽鳞状细胞癌的发生率和治疗失败的预测因素，以及 (2) 研究治疗反应的模式和早期复发。

在第三年，研究人员将继续做之前的工作，还将（1）获得足够的样本量来对成像参数与患者结果之间的关系进行统计分析，（2）获得关于肿瘤复发模式的综合成像，以及治疗后的变化/并发症，(3) 研究生物成像参数在多大程度上影响放化疗的结果和患者选择，(4) 分析单独 PET/MRI 和 PET/MRI 与非对比 CT 在评估中的准确性、缺陷和成本效益口咽鳞状细胞癌患者。

PET/MRI 协议 PET/MRI 数据将在集成 PET/MRI 扫描仪（Biograph mMR，Siemens Healthcare，Erlangen，Germany）上获取，该扫描仪使用 3.0-T 磁铁同时获取 PET 和 MR 数据。 检查方案将全身扫描与头部和颈部区域的专门检查相结合（表 1）。 所有患者在扫描前禁食 6 小时。 在注射 370 MBq FDG 后 50-70 分钟，患者将被放置在 PET/MRI 扫描仪床上。 在快速观察 T1 加权 MR 定位器序列进行侦察成像和 Dixon VIBE 序列进行衰减校正后，将在 5 个床位进行全身 PET 扫描，覆盖从头部到大腿近端，采集时间为 4每个床位的最小值。 同时，将使用轴向HASTE序列和冠状STIR序列以及矢状T1加权Turbo脊柱回波（TSE）和STIR序列对相应的5个床位进行全身MR图像采集。

之后，将同时执行区域 PET 和 MRI 图像。 区域 PET 将以 10 分钟的采集时间进行，而头部和颈部区域的专用 MRI 将在轴向和冠状投影中使用 T1 加权 TSE 序列和具有脂肪饱和度的 T2 加权 TSE 序列进行采集。 轴向 DWI 将使用单次自旋回波回波平面技术和改进的 Stejskal-Tanner 扩散梯度脉冲方案进行。 共10个b值将用于IVIM和峰态成像的重建，分别是：0、20、40、80、100、200、400、800、1200、1500 sec/mm2。

头部和颈部区域的 DCE-PWI 将通过使用 3D T1 加权破坏梯度回波序列获得。 空间饱和平板将植入到采集区域下方，以最大限度地减少颈动脉的流入效应。 在造影剂给药之前，基线纵向弛豫时间 (T10) 值将根据以不同翻转角（4°、8°、15° 和 25°）获取的图像进行计算。 然后，在以 3 ml/s 静脉注射顺磁造影剂后，将使用具有 15° 翻转角的相同序列获取动态系列。 此后，将使用 T1 加权 TSE 序列获得专用区域 MRI，在轴向和冠状投影中具有脂肪饱和度。 最后，将执行具有脂肪饱和度的全身轴向 VIBE。 总采集时间约为 42 分钟，PET/MR 的平均室内时间约为 60 分钟。

非增强低剂量CT 同日PET/MRI 前进行无对比剂增强的螺旋低剂量CT。 采集参数包括 120 kVp 的峰值电压、50 mAs、64x0.5 mm 的准直和 3-mm 的重建间隔。

数据分析和结果确定 读者知道患者患有口咽鳞状细胞癌，但他们不知道其他研究的结果和 PET/MR 数据。 PET、MRI 和肺部 CT 图像将首先独立解读。 然后将一起审查并比较所有图像。 将记录肿瘤扩展、淋巴结扩散和远处转移的各种分布的清单。 临床和影像学发现将由头颈研究团队共同讨论。 如果可能，将对任何怀疑恶性的病变进行内镜活检、超声引导下细针穿刺或 CT 引导下活检。 如果感兴趣的病变活检不可行，或产生阴性结果，将进行密切的临床和影像学随访。 所有患者将接受至少 12 个月的随访。

将收集和分析临床和功能成像数据，以预测治疗反应和预后。 对于弥散 MRI，感兴趣区域将手动放置在 ADC 图上的病灶上，以尽可能多地包含实体瘤区域。 在不同 b 值 S(b) 下获取的图像上测量的信号强度将根据模型进行数值拟合，S(b)=S0 e-b*ADC，其中 S0 和 Sb 是不同 b 值下的信号强度，对于 IVIM 成像, 信号强度与b值的关系可表示为： Sb/S0 = (1-f )．exp(-bD) + f．exp[-b( D + D＊)] 其中f为微血管体积分数表示与微循环相关的扩散分数，D 表示纯扩散系数，D* 是与灌注相关的非相干微循环。 对于 DKI，信号强度和 b 值之间的关系可以用等式表示： ln[S(b)] = ln[S(0)] - b x Dapp + 1/6b2 x Dapp2 x Kapp 其中 S 是信号强度（任意单位），b 是 b 值 (s/mm2)，Dapp 是表观扩散系数 (10-3 mm2/s)，Kapp 是表观峰度系数，表示与高斯分布的偏差。 研究人员还将通过在方程中使用 Kapp=0 进行单指数拟合，得到 ADCmono。 对于 DCE-PWI MRI，造影剂浓度随时间的变化 Ct(t) 将在肿瘤的每个体素中确定，并且隔室示踪剂动力学模型将通过使用动脉输入函数应用于每个体素， Cp(t)，在每个个体中测量：Ct (t)=VpCp(t) + Ktrans ∫0t Cp (t' ) exp(Ktrans(t-t') /Ve )dt' 其中 t' 是时间（在分钟）作为积分变量，Cp(t') 是血浆中造影剂的浓度随时间的变化。 对于 PET 成像参数，目标病变的 SUV 和 MTV 将通过绘制足够大以包括病变的边界，从衰减校正的 18F-FDG PET 图像中测量。 2.5 的 SUV 阈值将用于描绘 MTV。 TLG 计算为平均 SUV 和 MTV 的乘积。

统计分析

以12个月时的组织学发现或随访数据作为参考标准，将各种影像学结果分为真阳性、真阴性、假阳性或假阴性。 计算MRI成分、PET成分、整合PET/MRI、单独胸部CT和PET/MRI加胸部CT的诊断准确率，并与McNemar检验进行比较。 它们各自的诊断性能将由接受者操作特征曲线下的面积决定。 对于治疗反应评估和预后预测，将使用逻辑回归分析来确定临床和影像功能变量之间的关系。 控制率和存活率将使用 Kaplan-Meier 方法绘制。 阳性和阴性结果的差异将通过对数秩检验来确定。 通过单变量分析确定的所有预后变量将使用 Cox 比例风险模型放入多变量模型中。 Spearman 等级相关系数将用于研究变量之间的相关性。 P 值 < 0.05 被认为具有统计学意义。