0 引言

       宫颈癌是全球女性第四大常见恶性肿瘤，2022年我国宫颈癌新发病例约15.1万例，死亡病例约5.6万例，严重威胁着女性的生命健康^{[1, 2]}。在医疗资源相对有限的地区，新辅助化疗（neoadjuvant chemotherapy, NACT）后行根治性子宫切除术已成为宫颈癌的重要治疗方案^{[3, 4, 5]}。NACT通过降低肿瘤负荷，提高手术切除率，并有可能调节肿瘤免疫微环境^[6]，从而降低术后复发风险并改善患者的临床结局^{[7, 8]}。然而，由于肿瘤存在异质性，患者对NACT的治疗反应存在显著个体差异，其中肿瘤微环境缺氧被认为是影响化疗敏感性的关键因素之一^{[9, 10]}。缺氧会促进肿瘤血管生成和转移，增强肿瘤细胞对化疗的抵抗性，导致治疗敏感性显著降低，进而与不良预后密切相关^{[11, 12, 13]}。因此，准确评估肿瘤氧合状态，对于辅助制订个体化治疗策略和改善患者预后具有重要的临床意义。

       此外，NACT后仍有部分患者存在预后危险因素，包括：淋巴结转移（lymph node metastasis, LNM）、淋巴血管间隙浸润（lymphovascular space invasion, LVSI）、深间质浸润等^[14]。美国国立综合癌症网络指南^[15]指出，LNM是影响宫颈癌生存率的独立预后因素。术前准确预测这些危险因素，有助于指导治疗，减少术后并发症及复发风险。目前常规影像学方法主要依据淋巴结大小及其形态特征来评估LNM，假阴性率较高，易导致漏诊^[16]。而宫颈癌的间质浸润深度及LVSI通常依赖术后病理确诊，存在有创性及滞后性^[17]。因此，探索一种无创、术前精准预测关键预后危险因素的方法，是临床诊疗的迫切需求。

       血氧水平依赖磁共振成像（blood oxygen level dependent magnetic resonance imaging, BOLD-MRI）通过测量有效横向弛豫时间（T2^*）和有效横向弛豫率（R2^*），可定量评估血液中的脱氧血红蛋白含量，间接反映肿瘤的氧合状态^{[18, 19, 20]}。BOLD-MRI目前已用于食管癌^[21]、鼻咽癌^[22]、宫颈癌^[23]等肿瘤的疗效评估研究。LEE等^[24]研究发现，同步放化疗（concurrent chemoradiotherapy, CCRT）前的R2^*值是宫颈癌患者无进展生存期和癌症特异性生存期的独立预测因子。目前尚缺乏其在评估宫颈癌预后危险因素的相关研究。基于此，本研究旨在探索BOLD-MRI的R2^*值与宫颈鳞癌患者NACT治疗反应及预后危险因素之间的关系，并评估其预测价值，以期为临床评估预后和治疗策略优化提供影像学依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究为一项回顾性横断面研究，收集2021年5月至2024年7月期间于本院接受NACT后行根治性手术宫颈鳞癌患者的临床及影像资料。所有患者在NACT前、后均接受宫颈BOLD-MRI检查。纳入标准：（1）经术后病理学确诊为宫颈鳞状细胞癌；（2）临床初次诊断国际妇产科联盟（International Federation of Gynecology and Obstetrics, FIGO）-2019分期为ⅠB2~ⅡA2；（3）NACT前未行任何治疗（包括放化疗及手术）；（4）于NACT前一周内和NACT后、术前一周内接受宫颈常规MRI及BOLD-MRI扫描；（5）临床、病理及影像学资料完整。排除标准：（1）合并其他部位恶性肿瘤者（n=4）；（2）MRI图像质量差，影响病灶观察和测量（n=7）。本研究遵守《赫尔辛基宣言》，经过兰州大学第一医院伦理委员会批准（批件编号：LDYYLL2025-2065），免除受试者知情同意。

1.2 扫描设备与扫描参数

       本研究中所有患者均采用GE Signa Architect 3.0T MRI扫描仪进行盆腔扫描，线圈使用16通道腹部相控阵线圈。扫描序列包括：轴位T1WI、器官轴位和矢状位脂肪抑制T2WI（fat saturation T2WI, FS-T2WI）、弥散加权成像（diffusion weighted imaging, DWI）及BOLD-MRI。主要扫描参数：轴位T1WI序列，TR 550 ms，TE 13 ms，层厚4 mm，层间距1 mm，矩阵195×320，FOV 400 mm×400 mm，激励次数2；FS-T2WI序列，TR 550 ms，TE 3 ms，层厚4 mm，层间距1 mm，矩阵202×384，FOV 400 mm×400 mm，激励次数2；DWI序列，TR 3500 ms，TE 93 ms，层厚4 mm，层间距1 mm，矩阵320×256，FOV 400 mm×400 mm，b值取0、800和1000 s/mm²；BOLD-MRI，采用多回波T2^*加权（T2^*WI）序列，选取8个TE（1、3、5、7、9、11、13、15 ms），TR 43.6 ms，层厚4 mm，层间距1 mm，矩阵256×192，FOV 380 mm × 380 mm，激励次数1，翻转角25°，每个层面扫描时间约15 s，获得8幅不同TE对应的T2^*WI相位图像（T2^* mapping图像）。扫描范围自耻骨联合至肾门水平。

1.3 图像分析

       将T2^* mapping图像导入GE AW Volume Share 7工作站，采用R2 Star软件对不同TE的T2^*WI信号进行拟合，基于信号衰减曲线计算各体素的R2^*值（R2^*=1/T2^*，单位：Hz），并自动生成R2^*伪彩图。由一名主治医师（6年宫颈癌MRI诊断经验）和一名副主任医师（17年宫颈癌MRI诊断经验）采用盲法独立阅片，于NACT前、后的FS-T2WI图像上根据肿瘤大小逐层勾画1至3个面积相近的肿瘤感兴趣区（region of interest, ROI）（图1），并映射到R2^*伪彩图上，软件自动生成各ROI的平均R2^*值。ROI勾画时需避开FS-T2WI图像所显示的坏死、出血及宫颈管区域，并确保ROI与肿瘤边缘及直肠、膀胱交界面的距离不小于3 mm，以最大程度减少交界面伪影的干扰。两位医师分别记录每个肿瘤NACT前、后所有ROIs的平均R2^*值（分别记为R2^*pre与R2^*post），并计算其差值（ΔR2^*=R2^*post-R2^*pre）。依据实体瘤疗效评价标准1.1（Response Evaluation Criteria in Solid Tumors version 1.1, RECIST 1.1）^[25]，在轴位FS-T2WI图像上测量NACT前、后的肿瘤最大径（分别记为TSpre与TSpost），并计算其差值（∆TS=TSpre-TSpost）。两名观察者间的所有测量结果一致性通过组内相关系数（intra-class correlation coefficient, ICC）进行分析，ICC>0.75表示一致性良好，最终取两位医师所得数据的平均值用于后续统计分析。

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图1  不同预后风险宫颈鳞癌患者的R2^*post值比较。1A~1D：女，51岁，术后病理显示存在预后危险因素，其R2^*post值为18.48 Hz，小于最佳截断值21.68 Hz。1E~1H：女，53岁，术后病理显示无预后危险因素，其R2^*post值为24.32 Hz，大于最佳截断值21.68 Hz。两名患者在NACT后轴位图像显示肿瘤最大直径均缩小，但R2^*post值存在差异，提示R2^*post可能有助于评估宫颈鳞癌患者NACT后存在预后危险因素的风险。1A、1C、1E、1G：NACT前、后肿瘤最大截面的轴位FS-T2WI；1B、1D、1F、1H：相应层面BOLD-MRI的R2^*伪彩图，红色代表高R2^*值，蓝色代表低R2^*值。R2^*：有效横向弛豫率；R2^*post：新辅助化疗后的R2^*；NACT：新辅助化疗；FS-T2WI：T2加权压脂序列；BOLD-MRI：血氧水平依赖磁共振成像。
Fig. 1  Comparison of R2^*post values in cervical squamous cell carcinoma patients with different prognostic risks. 1A-1D: Female, 51 years old, with postoperative pathological risk factors. The R2^*post value was 18.48 Hz, below the optimal cutoff (21.68 Hz). 1E-1H: Female, 53 years old, without postoperative pathological risk factors. The R2^*post value was 24.32 Hz, above the optimal cutoff (21.68 Hz). Axial post-NACT images show a reduction in the maximum tumor diameter in both patients, despite the difference in R2^*post values, suggesting the potential utility of R2^*post in assessing the risk of prognostic factors after NACT. 1A, 1C, 1E, 1G: Axial fat-suppressed T2-weighted images (FS-T2WI) at the maximum tumor cross-section before and after NACT. 1B, 1D, 1F, 1H: Corresponding R2^* pseudocolor maps from BOLD-MRI, red represents high R2^* values, and blue represents low R2^* values. R2^*: effective transverse relaxation rate; R2^*post: post-NACT R2^*; NACT: neoadjuvant chemotherapy; FS-T2WI: fat-suppressed T2-weighted imaging; BOLD-MRI: blood oxygen level dependent magnetic resonance imaging.

1.4 NACT方案与疗效评估

       本研究采用的NACT方案为：顺铂（75mg/m²，单次给药或分2~3天给药，单日剂量30~40mg/m²）或卡铂（药时曲线下面积=6）联合紫杉醇（135~175mg/m²）静脉全身化疗，每21天为1个周期，共进行2~3个周期。所有患者于化疗结束后3~4周内接受根治性子宫切除术，同时行盆腔淋巴结清扫及腹主动脉旁淋巴结取样。

       由上述两名放射科医师根据RECIST1.1标准^[25]进行疗效评估：靶病灶最大径之和较基线减少30%及以上患者纳入部分缓解（partial response, PR）组，病灶减少未达PR或增大未达疾病进展（disease progression, PD），即变化率介于-30%至+20%之间纳入疾病稳定（stable disease, SD）组，对有争议的结果进行协商并达成一致。

1.5 临床特征及肿瘤组织病理学分析

       本研究收集的临床基线资料包括患者的年龄、体质量、身体质量指数（body mass index, BMI）、绝经状态和治疗前FIGO分期。术后病理评估由一名具有15年诊断经验的病理科副主任医师独立完成，其依据术后标本的苏木精-伊红（HE）染色及免疫组织化学（immunohistochemistry, IHC）染色结果，记录肿瘤的病理分化程度、间质浸润深度、Ki-67增殖指数以及LNM、LVSI状态。此外，通过血清学检测获取患者NACT前、后的鳞状细胞癌抗原（squamous cell carcinoma antigen, SCCA）水平（分别记为SCCApre与SCCApost），并计算其变化值（ΔSCCA=SCCApre–SCCApost）。将术后病理中存在LNM、LVSI或深间质浸润（浸润深度≥浅层1/3）任一特征的患者归为具有预后危险因素组。

1.6 统计学分析

       本研究采用IBM SPSS 27.0、GraphPad Prism 10.1.2、R 4.5.0软件进行统计学分析及绘图。计量资料经Shapiro-Wilk检验进行正态性分析，符合正态分布者以（x¯±s）表示，差异比较采用独立样本t检验；非正态分布者以M（P25，P75）表示，差异比较采用Mann-Whitney U检验。计数资料以频数（百分比）表示。Pearson或Spearman相关分析用于评估R2^*参数与肿瘤组织病理学特征及NACT反应的相关性，对差异性分析中差异有统计学意义的R2^*参数及临床常规评价所依据的肿瘤直径参数进行单因素二元logistic回归分析，将单因素分析中具有统计学意义（P<0.05）的变量，基于效应量（OR值）大小、临床决策时间点及其生物学意义筛选，通过多重共线性检验（方差膨胀因子<5）后，进行logistic回归（向前法）多因素分析。通过绘制受试者工作特征（receiver operating characteristic, ROC）曲线评估R2^*参数的预测效能，计算曲线下面积（area under the curve, AUC），并依据最大约登指数确定评估良好治疗反应的最佳临界值。P<0.05为差异具有统计学意义。此外，为进一步验证R2^*参数的预测性能，本研究采用Bootstrap自助抽样法进行内部验证。

2 结果

2.1 患者及肿瘤特征

       本研究共纳入64例宫颈鳞癌患者病例，年龄53（48.00，60.75）岁，范围为33~66岁，患者一般资料详见表1。NACT后54例（84.4%）评估为PR，10例（15.6%）评估为SD。

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表1  患者一般资料
Tab. 1  Baseline characteristics of patients

2.2 观察者间信度

       两名观察者对肿瘤区域R2^*值的测量结果具有良好的一致性，R2^*pre的ICC为0.866（95% CI：0.789~0.916），R2^*post的ICC为0.901（95% CI：0.843~0.939）。

2.3 R2*值与宫颈鳞癌NACT治疗反应及预后的关系

       相关性分析结果显示，无LNM、LVSI或深间质浸润（浸润深度≥浅层1/3）任一预后危险因素的患者，其R2^*post与ΔR2^*值均高于具有相应危险因素的患者（P均<0.05）。整体而言，无预后危险因素组的R2^*post与ΔR2^*值也更高（P=0.004，P=0.024）。而R2^*pre在上述各组间的差异均无统计学意义（P均>0.05）。在治疗反应方面，PR组患者的R2^*pre、R2^*post与ΔR2^*值均高于SD组（P均<0.05）。这提示R2^*post与ΔR2^*值越高，患者存在预后危险因素的可能性越低，治疗反应越好（表2、表3）。此外，R2^*相关参数还与宫颈鳞癌患者的FIGO分期（分期越高，R2^*post值越低）、绝经状态及肿瘤负荷等密切相关，其中肿瘤负荷缩减幅度越大，R2^*post值越高。详见表2、表3。

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表2  R2^*值与临床病理特征及NACT治疗反应的差异性分析
Tab. 2  Association between R2* values and clinicopathological characteristics plus response to NACT

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表3  R2^*值与临床病理特征及NACT治疗反应的相关性分析
Tab. 3  Correlation between R2* values and clinicopathological characteristics plus response to NACT

2.4 R2*值对宫颈鳞癌NACT治疗反应及预后危险因素的预测效能评估

       二元logistic回归分析结果显示，R2^*post与ΔR2^*对LVSI、LNM、间质浸润深度以及NACT治疗反应均具有预测及评估价值（表2、表4）。多因素分析结果表明，R2^*post是LVSI的独立预测因子，ΔR2^*是LNM的独立预测因子（表4、表5）。ROC曲线分析显示（图2、表6），在预测LVSI和间质浸润深度方面，R2^*post的诊断效能（校正后的AUC分别为0.862和0.742）优于ΔR2^*值（校正后的AUC分别为0.792和0.687）。在LNM方面，ΔR2^*的诊断效能（校正后的AUC=0.792）优于R2^*post（校正后的AUC=0.738）。在预后危险因素方面，R2^*post的诊断效能（校正后的AUC=0.749）同样优于∆R2^*（校正后的AUC=0.699）。

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图2  R2^*post、∆R2^*预测LVSI（2A）、LNM（2B）、间质浸润深度（2C）、预后危险因素（2D）以及NACT治疗反应（2E）的受试者工作特征（ROC）曲线。R2^*：有效横向弛豫率；LVSI：淋巴血管间隙浸润；LNM：淋巴结转移；NACT：新辅助化疗；AUC：曲线下面积。
Fig. 2  Receiver operating characteristic (ROC) curves of R2^*post and ∆R2^* for predicting LVSI (2A), LNM (2B), depth of stromal invasion (2C), prognostic risk factors (2D), and response to NACT (2E). R2^*: effective transverse relaxation rate; LVSI: lymphovascular space invasion; LNM: lymph node metastasis; NACT: neoadjuvant chemotherapy; AUC: area under the curve.

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表4  单因素及多因素logistic回归分析
Tab. 4  Univariate and multivariate logistic regression analyses

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表5  TS与预后危险因素及NACT治疗反应的差异性分析
Tab. 5  Differences in tumor size parameters in relation to prognostic risk factors and response to NACT

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表6  R2^*值的诊断效能结果
Tab. 6  Diagnostic performance of R2* values

2.5 内部验证结果

       为评估R2^*post与ΔR2^*值预测模型的稳定性，我们进行了1000次Bootstrap重抽样的内部验证（表7），所有预测指标的原始AUC在经过Bootstrap校正后，仅出现轻微波动（变化范围：-0.003~0.006），校正后的AUC值仍保持良好（均>0.687），表明模型具有较好的稳定性。

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表7  Bootstrap内部验证结果
Tab. 7  Bootstrap internal validation results

3 讨论

       本研究探讨了BOLD-MRI的R2^*参数在评估ⅠB2~ⅡA2期宫颈鳞癌NACT治疗反应及预后危险因素的价值。结果显示，R2^*post及ΔR2^*与患者的预后危险因素（包括LVSI、LNM和深间质浸润）以及NACT的治疗反应存在相关性，且较低的R2^*post和ΔR2^*值提示较差的治疗效果和不良预后。这表明，R2^*参数有潜力在NACT后、术前无创识别高危患者，为临床制订个体化治疗策略提供参考依据。

3.1 宫颈鳞癌NACT前后R2*值变化的病理生理机制

       本研究发现，患者对NACT的治疗反应越好（表现为更高的PR率），其R2^*post与ΔR2^*值越高。进一步分析发现，R2^*post、ΔR2^*均与LVSI、LNM及间质浸润深度呈负相关。这表明R2^*post及ΔR2^*越高，患者在NACT后出现LNM、LVSI及深间质浸润等不良预后因素的风险可能越低。有多项研究发现，R2^*值可能作为监测肿瘤微环境正向重构和早期治疗反应的生物标志物^{[21, 26]}。XU等^[22]研究表明，局部晚期鼻咽癌患者在CCRT后，治疗有效组的R2^*post升高，无效组降低，其评估治疗反应的时间早于常规MRI（通常需治疗后3个月），有助于及时调整治疗方案。我们推测，NACT后肿瘤R2^*值升高，可能是由于有效化疗对肿瘤新生血管的破坏，导致局部血流灌注减少、血液滞留时间延长，且有效的治疗更易出现肿瘤缩小和纤维化，进一步压迫残留血管，共同加重局部缺氧，从而使R2^*值升高^{[27, 28]}。XIA等^[29]的研究也验证了这一观点，对NACT反应良好的骨肉瘤患者，其化疗后的动态对比增强MRI中反映肿瘤微循环灌注的参数，如：容积转移常数（K^trans）、速率常数（Kep）、血管外细胞外间隙容积比（Ve）均显著低于反应不佳者。此外，最新研究表明，有效的化疗可通过破坏肿瘤细胞铁稳态，使胞内游离Fe²⁺蓄积，Fe²⁺通过芬顿反应诱导活性氧大量生成，进而引发脂质过氧化级联反应，最终导致肿瘤细胞铁死亡并释放含铁物质^{[30, 31]}。这一过程会造成局部铁沉积，增强磁敏感效应，与本研究中观察到的R2^*值升高现象相吻合。由此我们推断，NACT后肿瘤R2^*post的升高，可能是有效化疗所导致的肿瘤局部缺氧加重、脱氧血红蛋白蓄积以及肿瘤细胞铁死亡共同作用的结果。

3.2 R2*值对宫颈鳞癌NACT的临床价值

       目前，BOLD-MRI在脑功能与脑肿瘤中的研究已较为成熟，并逐步拓展至肾癌、肝癌等实体肿瘤领域^{[32, 33]}。在宫颈癌方面，现有研究多集中于CCRT的疗效评价^{[23, 24, 34]}，而关于NACT期间R2^*值与预后之间的关联，相关研究较为缺乏。因此，本研究旨在探讨基于BOLD-MRI的R2^*值在评估宫颈鳞癌NACT治疗反应及预后危险因素的价值。结果显示，治疗后的R2^*post值及ΔR2^*越高，患者的治疗反应及预后越好。其中，R2^*post在预测LVSI和深间质浸润方面表现出良好的效能（校正后的AUC为0.862、0.742），在预测综合预后危险因素时，其校正后的AUC为0.749，最佳临界值为21.68 Hz，此时特异度高达92.9%。这表明R2^*post值高于此阈值的患者可能被视为NACT后的低风险人群，从而有望避免过度治疗。在预测LNM方面，ΔR2^*的预测效能（校正后的AUC=0.792）略优于R2^*post（校正后的AUC=0.738），则提示治疗期间R2^*的动态变化可能与LNM这一特定的侵袭生物学行为关联更为密切。因此，联合评估R2^*post与ΔR2^*或许能在术前无创识别出存在LNM的高危患者，为确定手术范围及辅助治疗方案提供参考。综上，R2^*post与ΔR2^*对于NACT后患者的风险分层具有潜在的研究价值，尤其在筛选低风险人群方面意义可能更为突出。相比之下，治疗前的R2^*pre值则未显示出对NACT治疗反应或预后危险因素的预测能力。现有关于R2^*pre的研究多集中于评估肿瘤的组织学分级^{[35, 36]}、分子分型^[37]及肿瘤良恶性鉴别^[38]等。KIM等^[34]也提出，宫颈癌治疗前的R2^*值与治疗前后的肿瘤体积缩小率无显著相关性。这可能是因为R2^*值主要反映肿瘤的缺氧状态，而NACT的治疗反应及远期预后是一个涉及多因素的复杂病理生理过程，仅凭基线缺氧水平单一维度难以全面解释。此外，虽然本研究为单中心、小样本回顾性研究，但通过Bootstrap内部验证证实了R2^*参数预测模型具有良好的稳健性，这为研究结果的可靠性提供了初步的统计学支持。

3.3 局限性与展望

       本研究存在一些局限性。首先，回顾性设计可能会导致选择偏倚，且SD组病例数较少，可能影响统计效力和结论的稳定性。其次，本研究采用的肿瘤整体ROI平均R2^*值的测量方法，虽具有良好的可重复性，但可能无法充分反映肿瘤内部的空间异质性。此外，BOLD-MRI信号还受血流量、局部铁含量等多种因素影响，未来研究中需结合更特异的分子病理标志物（如HIF-1α）进一步验证其与肿瘤缺氧状态之间的关联^[39]。另外，本研究中的R2^*值测量及相关阈值均基于GE磁共振扫描仪的T2^* mapping图像获得，其在其他厂商或机型设备中的适用性尚不明确，后续需通过多中心、多机型的外部队列进行系统性验证。因此，未来研究还需整合影像组学、多模态影像以及特异性分子标志物，以克服当前整体ROI测量方法的局限，更精确地揭示肿瘤异质性及BOLD-MRI与缺氧微环境之间的内在联系，从而推动BOLD-MRI在临床个体化预测中的应用。

4 结论

       本研究初步验证了BOLD-MRI的参数R2^*post与ΔR2^*可能是评估宫颈鳞癌NACT治疗反应及预后危险因素的有效影像学指标，有潜力在未来辅助实现宫颈鳞癌患者的个体化治疗策略与风险分层管理。