磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像及動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描對(duì)宮頸癌放化療療效評(píng)估的應(yīng)用

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摘要：隨著磁共振（MRI）成像技術(shù)的不斷發(fā)展，其在宮頸癌的臨床應(yīng)用由常規(guī)顯示病灶形態(tài)轉(zhuǎn)移到觀察病變的微觀情況。磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像（DWI）反應(yīng)組織內(nèi)部水分子微觀運(yùn)動(dòng)情況，通過(guò)表觀擴(kuò)散系數(shù)ADC來(lái)量化水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的變化程度，從而反應(yīng)組織病變，在評(píng)價(jià)腫瘤復(fù)發(fā)、監(jiān)測(cè)療效中發(fā)揮重要的作用。磁共振動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描（DCE-MRI）可以很好反映腫瘤血流灌注情況，在腫瘤的臨床分期和療效評(píng)價(jià)中發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞：磁共振成像；磁共振加權(quán)成像；動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描；宮頸癌；放化療

中圖分類號(hào)：R737.33 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1008-2409（2016）05-0134-05

宮頸癌是女性生殖系統(tǒng)的常見(jiàn)疾病，其病死率居女性生殖道惡性腫瘤首位。根據(jù)宮頸癌FIGO分期，對(duì)早期宮頸癌多采用手術(shù)切除，對(duì)中晚期（≥Ⅱb期）宮頸癌臨床給予放療為主、化療為輔的綜合性治療方案。MRI因其具有較高的軟組織分辨力及多方位、多序列、多參數(shù)成像及無(wú)創(chuàng)性等優(yōu)點(diǎn)成為宮頸癌診斷及治療的重要檢查方法。目前，宮頸癌檢查已從單純的形態(tài)學(xué)成像向功能成像發(fā)展，彌補(bǔ)了常規(guī)MRI的不足，在宮頸癌的診斷、分期、療效評(píng)價(jià)方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。筆者就磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像（DWI）、磁共振動(dòng)態(tài)增強(qiáng)成像（DCE-MRI）這兩種功能性MRI在宮頸癌放化療療效評(píng)價(jià)中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像

1.1基本原理

磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted MR imaging，DWI）是目前唯一能觀察活體水分子微觀運(yùn)動(dòng)的無(wú)創(chuàng)性成像方法。它可從分子水平上反映人體組織的生理、病理狀態(tài)下組織中水分子的運(yùn)動(dòng)狀況及其變化，能夠檢測(cè)出先于形態(tài)學(xué)改變及與組織含水量變化有關(guān)的病變。DWI通過(guò)表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）值來(lái)量化水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的變化程度，從而反映組織病變。宮頸癌患者的宮頸正常分層結(jié)構(gòu)消失，DWI均表現(xiàn)為彌漫性高信號(hào)，病灶A(yù)DC值明顯低于正常宮頸組織。Yamasaki等[2]發(fā)現(xiàn)，ADC值的改變與腫瘤細(xì)胞密度呈負(fù)相關(guān)，并且隨著b值升高這種相關(guān)性更為顯著，而腫瘤組織常較正常宮頸組織更加致密，導(dǎo)致水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)明顯受限，造成腫瘤在DWI上信號(hào)升高，ADC值降低。有效的抗腫瘤治療后，腫瘤細(xì)胞壞死，細(xì)胞密度減小，細(xì)胞膜完整性消失，細(xì)胞外間隙增加，因而DWI信號(hào)降低，ADC值升高。接受治療后，ADC值的這種變化與抗腫瘤治療、腫瘤的消退、生長(zhǎng)速度的快慢高度相關(guān)，因此，DWI可以早期評(píng)估腫瘤對(duì)治療的敏感度。

1.2主要影響因素——擴(kuò)散敏感因子b值

擴(kuò)散敏感因子（b值）是DWI序列的主要參數(shù)，代表成像序列對(duì)彌散運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的敏感程度。擴(kuò)散敏感因子b值的大小影響ADC值的測(cè)量，低b值時(shí)DWI圖像信噪比較高，圖像質(zhì)量較好，但受組織微循環(huán)影響較大，ADC值不準(zhǔn)確；隨著b值增高，圖像擴(kuò)散權(quán)重加大，背景抑制更徹底，受組織微循環(huán)影響較小，ADC值更準(zhǔn)確，但會(huì)降低DWI圖像信噪比，并增加掃描時(shí)間，易造成病灶漏診。關(guān)于宮頸癌DWI的研究中，b值大小的選用均不同，且以往研究中多采用單指數(shù)模型，由于這種模型不能真實(shí)反映組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)多采用多b值雙指數(shù)衰減模型DWI，進(jìn)行DWI成像獲取多個(gè)ADC圖，獲得反映組織微血管循環(huán)灌注的定量參數(shù)，用來(lái)評(píng)估治療前后腫瘤組織微血管循環(huán)的變化。在宮頸癌的研究中，劉穎等選取b=1000 s/mm²，鄺菲等選取b=600 s/mm²和b=1000 s/mm²，由于b值選取不同所測(cè)ADC值存在一定差異。但其研究結(jié)果顯示，高b值組產(chǎn)生的數(shù)據(jù)較低b值組更為穩(wěn)定，高b值組對(duì)于評(píng)估宮頸癌放化療療效的整體價(jià)值高于低b值組。此外，Imagama等通過(guò)MR可視性評(píng)估研究，發(fā)現(xiàn)b=3000 s/mm²比b=1000 s/mm²時(shí)的DWI能更好地顯示不同級(jí)別腫瘤的信號(hào)，而且b=3000 s/mm²的敏感度和特異度也高于b=1000 s/mm2（分別為84.6%、83.7%和76.9%、69.4%）。綜合評(píng)價(jià)，一般認(rèn)為b值在500～1 000 s/mm²較為適合對(duì)女性盆腔病變的研究。而超高b值的使用，不僅可以更加敏感地顯示組織微小的擴(kuò)散特性，而且能降低組織的T2穿透效應(yīng)，可在更好的背景抑制的同時(shí)產(chǎn)生更多的擴(kuò)散加權(quán)，進(jìn)一步提高早期評(píng)估腫瘤放療反應(yīng)的敏感性，因此，有理由相信隨著超高b值DWI的進(jìn)一步研究，DWI將為女性盆腔病變的診治提供更準(zhǔn)確的依據(jù)。

1.3在宮頸癌放化療療效評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

常規(guī)MRI對(duì)于監(jiān)測(cè)宮頸癌放化療療效主要通過(guò)腫瘤形態(tài)、大小的改變來(lái)判斷，不能較好反應(yīng)早期療效。DWI間接反映組織細(xì)胞功能變化的水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的變化較敏感，ADC值出現(xiàn)的變化往往先于腫瘤體積的變化，因此，DWI可通過(guò)腫瘤治療前后信號(hào)的變化及ADC值的變化來(lái)評(píng)估宮頸癌的放化療療效。Liu等發(fā)現(xiàn)宮頸癌放化療早期（14d）ADC值升高，而腫瘤大小無(wú)明顯改變。說(shuō)明ADC值的改變?cè)缬谛螒B(tài)學(xué)上腫瘤體積的變化，這是因?yàn)槟[瘤細(xì)胞密度及水分子的改變?cè)缬谌庋鬯?jiàn)腫瘤體積的改變。這與Harry等的研究一致，即放療早期ADC差值可檢測(cè)宮頸癌放療療效的敏感性，因此，根據(jù)放療前瘤灶的大小、位置和放療后DWI圖上殘余腫瘤高信號(hào)區(qū)大小、位置及信號(hào)強(qiáng)度可指導(dǎo)三維適形放療靶區(qū)的勾劃及放療計(jì)量及時(shí)調(diào)整。Liu研究還表明，治療前ADC值與放化療2個(gè)月后腫瘤體積的減小比例呈負(fù)相關(guān)。此外，還有研究表明，放化療14 d或者4周后ADC值的變化與腫瘤治療的最終療效存在相關(guān)性，因此，這時(shí)ADC值的變化對(duì)宮頸癌放化療療效的監(jiān)測(cè)更有意義。部分人體腫瘤治療研究顯示，有效的抗腫瘤治療可使DWI及ADC圖像表現(xiàn)為ADC值較放化療前增高，DWI信號(hào)較放化療后變低，與其病理變化包括壞死和凋亡等相關(guān)。因?yàn)樵谥委熯^(guò)程中，腫瘤細(xì)胞膜完整性的破壞或細(xì)胞外間隙的變化，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞出現(xiàn)壞死、凋亡，有效治療后ADC值應(yīng)該逐漸升高。但是，治療過(guò)程中腫瘤細(xì)胞急性腫脹可能導(dǎo)致ADC值短暫地一過(guò)性下降，隨著腫瘤細(xì)胞的逐漸死亡，阻礙水分子彌散的一些膜屏障被破壞，細(xì)胞內(nèi)外水分子的比例發(fā)生改變，因而ADC值逐步升高。因此，宮頸癌治療后ADC值會(huì)增加，但仍低于正常子宮頸的ADC值。一般在治療的早中期變化幅度顯著，在化療或放療后2周ADC值出現(xiàn)顯著性升高，而在晚期變化較小，這可能與放化療后組織的纖維化有關(guān)。腫瘤的復(fù)發(fā)可導(dǎo)致ADC值的進(jìn)一步降低，然而治療過(guò)程中發(fā)生的某些組織反應(yīng)，如炎癥、纖維化和脂肪浸潤(rùn)可影響ADC值的演變。曹岜等研究發(fā)現(xiàn)，宮頸癌放化療后殘留組的平均ADC值變化幅度低于無(wú)殘留組，認(rèn)為ADC變化值的差異可成為判斷宮頸癌放化療后病灶是否殘留的指標(biāo)。ACD值的這種變化與臨床反應(yīng)密切相關(guān)，用于宮頸癌放化療療效的評(píng)價(jià)，有助于臨床醫(yī)生及早發(fā)現(xiàn)對(duì)放化療不敏感的患者，以便調(diào)整治療方案。

2動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振成像

2.1基本原理

動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振（Dynamic contrast-enhance-ment MRI，DCE-MRI）是一種通過(guò)靜脈注射磁共振對(duì)比劑，評(píng)價(jià)組織和腫瘤血管特性的一種無(wú)創(chuàng)性的功能性成像方法。在注射磁共振對(duì)比劑前、中、后，對(duì)病變多次連續(xù)掃描所獲得的一系列磁共振圖像。根據(jù)病變不同時(shí)間點(diǎn)的強(qiáng)化特點(diǎn)，計(jì)算早期增強(qiáng)率和繪制時(shí)間一信號(hào)強(qiáng)度曲線等對(duì)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)參數(shù)進(jìn)行定量、半定量分析，反映腫瘤及組織的毛細(xì)血管通透性、灌注等。對(duì)宮頸癌進(jìn)行動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)掃描，可見(jiàn)腫瘤在動(dòng)脈早期均有不同程度強(qiáng)化，而鄰近病灶的正常宮頸基質(zhì)無(wú)明顯強(qiáng)化，病灶與正常組織間產(chǎn)生明顯的信號(hào)差異，病灶邊界顯示清晰，在增強(qiáng)掃描延遲期可見(jiàn)對(duì)比劑由病灶中心退出，呈中央低信號(hào)、邊緣高信號(hào)，與逐漸強(qiáng)化的正常子宮組織仍然可見(jiàn)良好的信號(hào)對(duì)比，因此，動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描能顯著提高對(duì)小腫瘤的檢出及定位。

2.2主要影響因素——定量參數(shù)、半定量參數(shù)

磁共振動(dòng)態(tài)增強(qiáng)T1WI可進(jìn)行定量和半定量分析。在動(dòng)態(tài)增強(qiáng)時(shí)采用藥物動(dòng)力學(xué)模型對(duì)濃度時(shí)間曲線進(jìn)行處理即得定量模型參數(shù)，包括對(duì)比劑容積轉(zhuǎn)移常量（Ktrans）、滲漏空間（Ve）、率常數(shù)（Kep）。而半定量參數(shù)則包括時(shí)間信號(hào)強(qiáng)度曲線（Time-signal intensity carve，TIC）中的起始強(qiáng)化時(shí)間、達(dá)峰時(shí)間、斜率、最大強(qiáng)度斜率、強(qiáng)化率，可用來(lái)對(duì)組織的信號(hào)強(qiáng)化進(jìn)行評(píng)估。分析DCE-MRI參數(shù)顯示，同步放化療中DCE-MRI中的Ktrans。Ve和Kep在患者放化療期間發(fā)生顯著變化，且Ktrans和Ve在治療早期顯著上升。Vreb等用小鼠CK-160宮頸腫瘤和V27黑色素瘤模型考察以Gd DTPA為對(duì)比劑的DCE-MRI對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移性的分辨力，結(jié)果顯示，低Ktrans和低Ve值的腫瘤具有更高的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移可能。

2.3在宮頸癌放化療療效評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

在DCE-MRI中腫瘤強(qiáng)化程度與瘤內(nèi)的血管密度密切相關(guān)，而放化療往往會(huì)導(dǎo)致腫瘤的新生血管通透性發(fā)生改變，造成強(qiáng)化率的降低，因此，通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)參數(shù)的定量、半定量分析，DCE-MRI可用于監(jiān)測(cè)評(píng)估宮頸癌的放化療療效。放療中腫瘤的灌注狀態(tài)與治療結(jié)果相關(guān)。放療前、放療早期及中期持續(xù)低灌注提示發(fā)生治療無(wú)效的概率很大；而最初高灌注或治療后低灌注增加的治療效果較好。腫瘤內(nèi)低灌注區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度可以超早期預(yù)測(cè)腫瘤復(fù)發(fā)、患者病死率。利用動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描定量分析宮頸癌放和（或）化療早期（2～2.5周）低灌注區(qū)腫瘤體素信號(hào)強(qiáng)度的研究顯示，信號(hào)強(qiáng)度的最小十分位數(shù)值（S110%）與患者的復(fù)發(fā)及病死率呈負(fù)相關(guān)。以SI10%=2.0作為閾值，<2.0預(yù)測(cè)復(fù)發(fā)和死亡的敏感性分別為100%和79%。提示動(dòng)態(tài)增強(qiáng)可以評(píng)估放療療效并有助于選擇合適的治療方案。此外，放化療前DCE-MRI半定量分析參數(shù)（起始強(qiáng)化時(shí)間、達(dá)峰時(shí)間、斜率、最大強(qiáng)度斜率、強(qiáng)化率）和定量參數(shù)[對(duì)比劑容積轉(zhuǎn)運(yùn)常量（Ktrans）、率常數(shù)（Kep）]與腫瘤放化療后消退百分率之間存在明顯的相關(guān)性。Yuh等研究報(bào)道，放化療后2周行DCE-MRI所測(cè)得病灶平均信號(hào)強(qiáng)度以及信號(hào)強(qiáng)度百分比，除了可以對(duì)治療效果進(jìn)行評(píng)估外，還可對(duì)患者無(wú)瘤生存期進(jìn)行相應(yīng)預(yù)測(cè)。DCE-MRI提高了宮頸癌定性、定位的準(zhǔn)確性，能夠反映腫瘤復(fù)發(fā)、殘留情況，為腫瘤療效的評(píng)估提供了新的方法和途徑。

3 DWI及DCE-MRI存在問(wèn)題及應(yīng)用前景

個(gè)體化治療是宮頸癌治療的發(fā)展趨勢(shì)，能否對(duì)治療效果進(jìn)行準(zhǔn)確和早期評(píng)價(jià)是宮頸癌治療的趨勢(shì)。功能性MRI在宮頸癌放化療療效的評(píng)價(jià)處于起步階段。DWI存在空間分辨力低，且易受磁場(chǎng)不均勻性的影響導(dǎo)致圖像變形，產(chǎn)生偽影，不易發(fā)現(xiàn)較小病灶等問(wèn)題。由于成像設(shè)備機(jī)型、場(chǎng)強(qiáng)的不同，b值的選擇也無(wú)固定標(biāo)準(zhǔn)。縱觀文獻(xiàn)，在宮頸癌研究中所采用的b值各異，所測(cè)得的ADC值也各不相同，因此，如何設(shè)立ADC標(biāo)準(zhǔn)化診斷閾值是確定ADC臨床意義的關(guān)鍵。另外，測(cè)量ADC值，需人工設(shè)定和放置ROI，存在主觀誤差，需多次測(cè)量平均值。放療后纖維化、炎癥引起的反應(yīng)性增生均可引起ROI選擇錯(cuò)誤及ADC測(cè)量誤差。對(duì)DCE-MRI而言，動(dòng)態(tài)增強(qiáng)參數(shù)測(cè)量缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，增強(qiáng)時(shí)相的選擇尚無(wú)統(tǒng)一，其重復(fù)性也需進(jìn)一步驗(yàn)證。盡管功能性MRI在宮頸癌的應(yīng)用中有不足之處，但其具備了其他檢查手段無(wú)法取代的優(yōu)越性。隨著功能磁共振成像技術(shù)的不斷成熟與完善，DWI及DCE-MRI將在宮頸癌的早期預(yù)測(cè)、放化療敏感性、療效評(píng)估等應(yīng)用中擁有更廣闊的前景。