鼻咽癌是我国常见的头颈部恶性肿瘤之一，尤其华南地区高发。目前5年生存率达65%～90%^[1,2]，但仍有8.6%～23.7％的患者在5年内出现鼻咽及颈部淋巴结等的复发^[3,4]，需要再次治疗，且患者再次治疗的耐受性差，能否及时预测肿瘤治疗效果对提高患者生存率和生存质量至关重要。目前，常应用多模态MRI评估鼻咽癌的治疗效果，包括常规MRI、扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)^[2]、动态增强MRI (dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI)^[5]、体素内不相干运动扩散加权成像^[6]、血氧水平依赖成像^[7]等，在鼻咽癌早期疗效评估及预测复发方面有较大优势，但各种模态的MRI技术均有不足之处，只有灵活运用各种模态MRI技术的综合评价效果，才能为临床提供可靠、系统、全面的参考信息。近期磁共振酰胺质子转移（amide proton transfer，APT）成像受到广泛关注，它是一种特殊形式的化学交换饱和转移成像技术，可通过无创性检测组织、细胞中游离蛋白质和多肽反映肿瘤细胞密度和增殖程度的分子影像新技术^[8,9,10]。目前APT成像的研究多数在脑胶质瘤、脑转移瘤及乳腺癌等方面的鉴别诊断，近期国外开始有个别报道APT成像在鼻咽癌方面的研究。

1　材料与方法

1.1　病例入组及排除标准

       本项前瞻性研究得到了广州市番禺区中心医院伦理委员会的批准，并获得了所有患者的书面知情同意。入组标准：(1)每例患者均经病理确诊为未分化非角化型鼻咽癌。(2)鼻咽癌分期T2N1M0及以上（按照国际第八版鼻咽癌分期），鼻咽部肿块短径≥10 mm，或转移性淋巴结短径≥10 mm。(3）每例患者均进行放化疗，辅助化疗药为多西他赛+顺铂＋尼妥珠单抗，2程化疗后进行5次放疗。所有病例都是采用适形调强放疗，处方剂量的大小根据肿瘤的T分期，T1~2期一般为66~69 Gy，T3~4期一般为70~71 Gy，再根据肿瘤的大小和对射线的敏感性适当调整。(4)按期复查，随访期内影像资料完整。入组患者根据以下条件分为非复发组和复发组。非复发组：放化疗结束后3个月MRI复查示原病灶消失，各随访时段鼻咽部及颈部淋巴结均未发现明确病灶。复发组：放化疗结束后3个月MRI复查提示肿瘤病灶消失，距放化疗结束时间超过6个月后MRI复查发现鼻咽部再次出现肿块或颈部淋巴结明显肿大，并经病理证实为鼻咽癌复发。

       排除标准：(1）放化疗后鼻咽部肿瘤残留；(2) APT图像不满足临床诊断要求；(3)患者条件不能耐受MRI检查。

1.2　资料收集方法

       按照患者入组及排除标准，从2016年10月至2018年2月收集了广州市番禺区中心医院46例初治的鼻咽癌患者，并进行追踪随访，保障影像资料的完整性。追踪方法：初次放化疗前、放化疗中距离初次治疗时间约1个月、放疗结束时、放疗结束后3、6、12个月以及之后每半年行常规MRI平扫、增强扫描，APT扫描时间点为：初次放化疗前、放化疗中距离初次治疗时间约1个月(2程化疗和5次放疗后）和随访期间常规MR扫描再次发现鼻咽部或颈部肿块时。随访时间截至2020年3月。

1.3　APT采集

       在鼻咽癌患者治疗前及2程化疗和5次放疗后，采用联影uMR790 3.0 T扫描仪上使用身体线圈进行射频脉冲传输和头颈相控阵线圈进行头颈部成像，常规平扫T1WI、T2WI轴位扫描、冠状位和轴位T2WI压脂扫描，轴面、矢状面、冠状面T1WI增强扫描检查，扫描范围为颅底至胸锁关节。为避免对比剂对APT扫描的影响，在增强扫描前进行APT扫描；为避免B0场不均匀性对APT图像的影响，在APT成像前进行零阶对称模型（zero-order symmetrical mode，S0）和水饱和位移参考（water saturation shift referencing，WASSR）技术校正。选择实体肿瘤最大横截面积进行单层S0、WASSR和APT成像。S0、WASSR和APT序列成像平面及空间分辨率相同，均采用具有化学位移选择性脂肪抑制的快速自旋回波序列采集数据。主要成像参数包括：层厚=4 mm，FOV=192 mm × 192 mm，分辨率=2 mm × 2 mm，TR=6 s，TE=38.78 ms（默认最小值），回波链长度=14，信号平均数＝1，翻转角=160°，相位加速因子=2，带宽=500；为了使B0场不均匀性最小，S0、WASSR和APT序列均进行局部二阶匀场。不同的是，S0图像数目为1，WASSR在-1.1 ～1 ppm范围内采集22幅图像（频率偏移步长为0.1 ppm)，APT-7.2~7.0 ppm采集72幅图像（频率偏移步长为0.2 ppm)。APT序列采用了pulsed高斯射频脉冲饱和，单个饱和脉冲持续时间50 ms，占空比50%，饱和时间3 s，B1场强为2 µT。APT成像的扫描时间约为7 min 30 s，随后再进行常规T1WI增强扫描。

1.4　数据分析

       数据处理是通过联影提供的CEST-Matlab (Math-Works，Natick，Mass）程序进行的，并进一步优化处理，得到ROI内每个像素APT值的均数、中位数、第90％位数、直方图和Z谱图。勾画肿瘤APT值的ROI轮廓时，结合常规MR图像，避开坏死和囊变区。所有图像的分析及APT值的测量均由2名超过13年经验的放射科主任医师和副主任医师双盲实施，并取两者测量的均值作为测量结果。

       APT值的计算，即在3.5 ppm偏置下计算磁化传递率非对称性分析（asymmetric magnetization transfer ratio，MTRasym)，所以CEST-Matlab的理论计算公式如下：

       其中S(ΔΩ)和S0分别表示在偏置ΔΩ处用饱和RF脉冲获得的信号强度和不带饱和脉冲的信号强度。APT伪彩图，即APT加权图像对兴趣区进行后处理，考虑整体的图像对比效果，保证所有的病例都有较好的图像对比度，APT伪彩图上下限的设置根据所有病例的APT最大值，设置在±0.15；Z频谱就是根据不同的频率带宽，测量一系列的水信号水平。通过这样一个频谱，测得的水饱和信号频率作为饱和频率。经校正后，以水的频率作为中心频率，在Z频谱中将水的频率设置为0 ppm。Z谱图的横轴设置为频率偏移的范围±7 ppm，纵轴为归一化磁化矢量；直方图根据APT伪彩图计算出来，其横轴每个像素为APT值，纵轴为APT值对应的像素个数。

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1.5　统计学分析

       所有数据统计均采用SPSS 20.0统计软件进行，计量资料以均数±标准差表示，近似正态分布采用秩和检验，P<0.05为差异有统计学意义。绘制ROC曲线，根据约登指数最大时的APT值，设置为最佳阈值的参考值，计算APT参数对预测鼻咽癌放化疗疗效的敏感度、特异度和曲线下面积。

2　结果

2.1　临床特征

       本研究因前期预试验和病例资料不完整排除了6例，最终入组了40例鼻咽癌患者，其中26例非复发者，14例复发者。非复发组男17例，女9例，年龄22.0~74.0岁，中位年龄45.0岁；复发组男11例，女3例，年龄24.0~71.0岁，中位年龄48.0岁。肿瘤的复发部位为颈部淋巴结10例，鼻咽部肿块4例，本研究复发的中位时间为放化疗结束后23个月。

       40例鼻咽癌患者肿瘤分期见表1，复发组与非复发组相比，T4期的肿瘤患者比例相对较多，鼻咽部肿块亦相对较大，治疗前复发组与非复发组的体积差异没有统计学意义(P>0.05)；治疗中复发组与非复发组的体积差异有统计学意义(P<0.05)。

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表1  40例鼻咽癌患者的肿瘤分期及治疗前与治疗中体积的比较
Tab. 1  Tumor staging in 40 patients with NPC and the comparison of volume before and during treatment

2.2　APT数据结果

       40例鼻咽癌患者均进行至少2次APT扫描，成功率100%。非复发组与复发组治疗前后APT图像、Z谱图、直方图如图1、图2所示。初治时，本研究的复发组和非复发组APT值的均数、中位数、第90％位数分别为（2.53±0.78)%、(2.45±0.83)%，(2.38±0.80)%、(2.32±0.83)%，5.46±1.14)%、(4.88±1.02)%，这3种参数在复发组和非复发组之间差异无统计学意义(P>0.05)，见表2。经2程化疗和5次放疗后，复发组和非复发组两者均数之间的差异没有统计学意义(P >0.05) ；中位数、第90％位数在复发组和非复发组分别为（2.08±0.26)%、(1.86±0.35)%，(4.45±0.86)%、(3.64±0.70)%，它们两两之间差异有统计学意义(P<0.05)。

       根据复发组和非复发组放化疗后的APT值，用SPSS统计软件绘制出它们的均数、中位数、第90％位数的ROC曲线（见图3)，并计算出它们的最佳阈值、敏感度、特异度、曲线下面积、95％置信区间（见表3)。

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图1  一位69岁男性的非复发组鼻咽癌患者的图片。A~C分别为治疗前的APT图像、Z谱图和直方图；D~F分别为治疗中的APT图像、Z谱图和直方图
图2  一位57岁男性的复发组鼻咽癌患者的图片。A~C分别为治疗前的APT图像、Z谱图和直方图；D~F分别为治疗中的APT图像、Z谱图和直方图
Fig. 1  A 69-year-old man with non-recurrent NPC patient. A-C are APT image, Z-spectrum and histogram before treatment; D-F are APT image, Z-spectrum and histogram during treatment, respectively.
Fig. 2  A 57-year-old man with recurrent NPC patient. A-C are APT image, Z-spectrum and histogram before treatment; D—F are APT image, Z-spectrum and histogram during treatment, respectively.

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图3  ROC曲线，以APT信号强度（A：均数，B：中位数，C：第90％位数）作为成像生物标志物进行ROC分析，预测复发的可能性
Fig. 3  ROC plots, with APT signal intensity (A: mean, B: median, C: 90th percentile) as imaging biomarkers for ROC analysis to predict the likelihood of recurrence.

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表2  鼻咽癌患者治疗前与治疗中分组测量APT值及其比较结果(%)
Tab. 2  Comparison of the APT values of NPC patients between before and during treatment (%)

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表3  APT值预测鼻咽癌放化疗疗效的诊断效能
Tab. 3  Diagnostic efficacy of APT in predicting radiotherapy and chemotherapy in NPC

3　讨论

       APT成像技术作为一种新的无创、无辐射的MRI分子影像技术，其在鼻咽癌治疗反应评估中的作用尚不清楚，在本项研究中初步探讨了APT值在中短期随访中对鼻咽癌放化疗疗效的预测价值。

       由于APT值的特殊性，磁化传递率具有正负值，所以其统计分析与ADC值等有所不同。APT值的直方图可以非常直观发现鼻咽癌治疗前后APT值的变化，且呈近似正态分布。本研究发现直方图峰值（最大值）和肿瘤的大小有一定关系，本组数据发现肿瘤越大，直方图的峰值越大，可能由于肿瘤越大，说明肿瘤细胞增殖旺盛，相应的APT水平较越高。治疗前鼻咽癌复发组与非复发的肿瘤体积差异没有统计学意义，而经2程化疗和5次放疗后，非复发组的肿瘤缩小明显大于复发组，其体积差异有统计学意义(P<0.05)。这与Qamar等^[11]的研究结果有所不同，他们的研究发现鼻咽癌治疗前后体积变化程度在应答者与非应答者之间无显著性差异。

       据相关研究报道^{[12,13,14,15]}，APT水平与肿瘤细胞密度之间存在正相关性，细胞性的增加与富含氨基质子的几种蛋白和肽的异常蛋白合成和过度表达有关。本研究显示，初治时，鼻咽癌复发组与非复发组的APT水平差异无统计学意义(P>0.05)，不能作为预测疗效的有效指标；这与Qamar等^[11]报道相似。Law等^[10]报道过，单纯的APT水平不能区分鼻咽癌、鳞状细胞癌、淋巴瘤等头颈部恶性肿瘤，但能把恶性肿瘤与良性肿瘤进行区分。

       经2程化疗和5次放疗后，复发组与非复发组鼻咽癌的APT值发生一些变化，非复发组APT值下降稍大于复发组，其中均数的差异没有统计学意义，可能与APT具有正负值特殊性相关；而中位数和第90％位数的差异有统计学意义(P<0.05)，可能与APT值呈近似正态分布相关。从表2和表3可以发现，中位数和第90%位数在最佳诊断阈值时，其敏感度均为85.7%，其特异度分别为65.4%、69.2%。虽然第90％位数AUC是3种参数中最高的（78.6)，但基于其特异度不高和APT值的特殊性，单一参数不能获得最佳的诊断效能。本研究将APT的中位数和第90％位数的诊断阈值结合一起，用原始数据进行验证，获得非常好的诊断效能；即当鼻咽癌经2程化疗和5次放疗后，APT的中位数大于1.80%，第90％位数大于3.92%，其预测肿瘤复发的敏感度是85.7%(12/14)，特异度是92.3%(24/26)。这个结果非常令人鼓舞，证明APT的中位数结合第90％位数，可以有效提示高危复发患者，对其采取密切追踪随访可以早期发现鼻咽癌复发。Qamar等^[11]和Ma等^[9]分别在鼻咽癌和脑胶质瘤，证实了APT值水平对肿瘤治疗的预后有一定的预测价值。

       除了鼻咽癌本身对APT值的影响外，还必须考虑技术上的因素。从Z谱图可以发现，经过局部匀场和WASSR等技术校正B0场的非均匀状况，Z谱图最低点出现在0 ppm处，说明主磁场的非均匀性得到了较好的解决^{[16,17,18,19]}，这是图像质量控制的需要，也是保证APT值准确性的前提。另外，本研究使用了较宽的偏移频率扫描范围，避免或减少Z谱偏移后出现APT信号的丢失。但这样做的同时，也增加了扫描时间，增加了患者出现运动的可能性，这将是项目组下一步需要改善的工作。

       此外，APT图像的质量明显低于常规的MR图像，与其他功能磁共振成像一样，在描绘ROI时需要参考常规的MR图像，APT成像不太可能取代常规MR图像在鼻咽癌诊断中的作用。但APT能够在头颈部成功成像，这本身就是技术上挑战的胜利^[10,16]。与其他应用APT成像的组织（如大脑、乳腺和前列腺）不同，头颈部区域内有多种不同的异质组织，包括黏膜、腺体组织、肌肉、脂肪、骨头、牙齿、甚至金属假牙等，以及含气结构，如副鼻窦，再加上吞咽等运动影响，这些因素很容易对APT成像造成很大的影响。除此之外，APT值还受人体PH值影响，具体机制比较复杂。据相关研究^[20,21,22]在小鼠进行的实验结果，PH值越低，APT水平越低。人体PH值波动较小，本研究设计没有加入PH值的影响因素，是存在的局限之一。据相关研究报道^[9,20,21]，APT值水平主要依靠组织内蛋白质和多肽量的多少，PH值对APT值影响因素比较小。

       在进行本研究之前，项目组还做了一些预试验，在鼻咽癌放疗后选取了3个时间点进行APT扫描，分别是5次放疗、10次和15次。当第15次放疗后，部分病例鼻咽癌肿块缩小非常明显，小于10 mm；第5次放疗和第10次放疗，鼻咽癌变化差异不明显，为了尽早发现高危复发的患者，项目组选取了第5次放疗后进行APT扫描，再加上2程化疗的时间，距离初治时扫描的时间，差不多1个月。目前，本研究最长的追踪随访时间是3年3个月，最短的是1年11个月，所以病例追踪随访的时间不够长也是本研究的局限之一。

       综上所述，酰胺质子转移成像对鼻咽癌放化疗疗效的预测具有重要的作用，APT的中位数结合第90％位数是最佳的APT参数组合。相信随着APT成像技术的进步，APT将在头颈部肿瘤诊疗中发挥更大的作用。