磁共振波譜成像及其在前列腺疾病中的應用

鄭入文，代宏亮，孫銀屏，譚中建

·全科醫(yī)生技能發(fā)展·

磁共振波譜成像及其在前列腺疾病中的應用

鄭入文1，代宏亮1，孫銀屏1，譚中建2*

磁共振波譜成像(MRS)作為目前測定活體某一特定組織區(qū)域生化改變、能量代謝和化合物定量分析的無創(chuàng)性檢查技術，能從分子水平揭示組織器官的病理生理改變。隨著3.0 T磁共振的發(fā)展，MRS技術發(fā)展迅速，應用越來越廣泛。本文結合近10年國內外文獻，對MRS技術及其在前列腺疾病診治中的應用價值、前列腺疾病代謝物的特點及檢測意義進行歸納總結，以期為相關臨床及研究工作提供參考。

磁共振成像；良性前列腺增生；前列腺腫瘤；波譜分析

鄭入文，代宏亮，孫銀屏，等.磁共振波譜成像及其在前列腺疾病中的應用[J].中國全科醫(yī)學，2017，20(12)：1500-1505.[www.chinagp.net]

ZHENG R W,DAI H L，SUN Y P,et al.Magnetic resonance spectroscopy and its application to prostate diseases[J].Chinese General Practice，2017，20(12)：1500-1505.

1.DongfangHospital,BeijingUniversityofChineseMedicine,Beijing100078，China

2.MRIRoom,DongzhimenHospital,BeijingUniversityofChineseMedicine,Beijing100700，China

*Correspondingauthor:TANZhong-jian，Supervisingtechnician;E-mail：tzj_1120@163.com

既往前列腺疾病的研究多采用相關量表的癥狀評分、影像學的形態(tài)檢查以及穿刺或手術取材行病理學檢查的方法進行診斷或作為疾病變化的依據。超聲、磁共振成像(MRI)的檢查結果對前列腺疾病的診斷和鑒別診斷缺乏特異性，而病理學檢查存在假陰性率高的局限性。20世紀90年代磁共振波譜成像(MRS)技術興起，從形態(tài)和代謝功能上探索前列腺的生理病理變化，達到了MRI和MRS的完美結合。MRS已被廣泛應用于健康受試者、前列腺增生(BPH)患者與前列腺癌患者的研究中，為BPH與前列腺癌的鑒別診斷提供了重要輔助依據。本文結合近年來國內外文獻，就MRS在前列腺疾病中的應用與發(fā)展做一綜述。

1 MRS與前列腺相關代謝物的檢測

1.1 MRS的發(fā)展及其臨床應用價值 MRS是在MRI的基礎上發(fā)展起來的一種新型功能影像分析方法，可無創(chuàng)測定活體內某一特定組織區(qū)域的生化改變、能量代謝和化合物定量分析。MRS的基本原理是利用MRI和化學位移作用，進行一系列特定原子核及其化合物的定量分析，后通過曲線表示[1]。不同原子核反映不同化合物的水平，在高場強下這些化合物有不同的化學位移，在磁共振波譜中顯示的峰值會有細微變化，水平和峰值的細微變化經磁共振掃描采集并最終量化為數值波譜。數值波譜代表檢測區(qū)域組織內各類化合物的水平，反映組織細胞的代謝狀態(tài)。即MRS技術是通過對組織內化合物的定量、定性分析來反映組織生理病理變化的[2]。

近30年來MRS已被應用于人體組織代謝物的研究，特別是對于腦、前列腺、肝臟等的病理診斷。隨著3.0 T核磁共振和MRS技術的迅速發(fā)展，其應用價值也日漸增大[2]。MRS技術中，三維氫質子MRS是應用最為廣泛的技術，其采用水及脂肪抑制成像，體素可小至3 mm3[3]，通常與常規(guī)MRI聯用，借助多體素波譜掃描技術，對檢測區(qū)域內的全部體素進行空間編碼，一次成像能夠顯示整個前列腺組織的代謝特征，具有采集數據范圍大的優(yōu)點[4]。在精確顯示病變解剖位置的基礎上，三維氫質子MRS能顯著提高空間分辨率和顯示效果，便于比較正常組織和病變組織的波譜圖像與代謝特征。

1.2 前列腺的生理基礎及MRS相關代謝物的特點 枸櫞酸鹽(Cit)、膽堿(Cho)和肌酐(Cr)是前列腺MRS檢查中最容易觀察到的也是最有價值的指標[5]。盡管目前已經對Cit在正常或異常前列腺組織中的代謝特征及分布有所了解，但其生理意義及基因調控機制仍不明確[6]；MRS下Cit化學位移位置在2.6 ppm附近形成高聳的波峰[5]。Cho類代謝物與細胞膜的合成與降解有關，有學者認為Cho類代謝物是由細胞膜降解釋放的[5]，MRS下其化學位移位置在3.0～3.2 ppm附近，波峰略低于Cit。Cr在MRS下化學位移位置在3.0 ppm附近形成高聳的波峰，因此Cr與Cho常共峰出現。Cr參與能量代謝，其水平穩(wěn)定，在前列腺病理改變中變化不大，故常將其作為觀察其他化合物水平變化的標志物[7-8]。前列腺中央區(qū)含有25%的腺體組織，外周區(qū)含有75%的腺體組織，正常前列腺外周區(qū)腺體豐富、腺管較多，所以外周區(qū)Cit水平明顯高于中央區(qū)；中央區(qū)Cit水平相對于外周區(qū)低約57%，但其波峰不應低于同檢測區(qū)域內Cho類代謝物的波峰[9]。高分辨MRI和MRS的聯合檢測是診斷年齡增長引起的BPH的首選方法[10]。有研究比較年輕健康人和BPH老年患者MRS波譜特征發(fā)現，外周區(qū)中Cit、Cho水平間無明顯差異，提示年齡與增生病理的變化并未影響前列腺外周區(qū)的形態(tài)結構及代謝功能的改變[6]。

THOMAS等[11]和LAGEMAAT等[12]均提出利用7.0 T高場強MRS與新序列技術研究前列腺組織，可以分辨出包括Cit、Cho及Cr在內的10種代謝物，因其硬件條件要求較高且缺乏針對多種代謝物的研究，目前尚未應用于臨床。

1.3 前列腺疾病的病理基礎及MRS檢測的相關代謝物特點 BPH主要好發(fā)部位是尿道周圍腺體區(qū)和移行區(qū)，合稱為中央區(qū)。BPH以細胞數量增多為根本特征，早期增生多表現為移行區(qū)的間質細胞減少、腺體組織增生、尿道周圍腺體區(qū)間質增生。前列腺波譜與組織學檢測均已證實，上皮細胞數量與代謝物比值間呈正相關關系[13]，增生組織的腺體細胞數量增多，因此Cit水平也高于正常同區(qū)域，波譜上Cit波峰可以達到外周區(qū)水平[14]。正常和增生的前列腺腺體均有分泌和濃縮Cit的功能，故Cit水平與腺體細胞數量相關[15]。Cho與細胞膜的合成與降解有關，細胞增殖增加了膽堿磷脂前體化合物的水平和Cho類降解產物。BPH病變發(fā)展中細胞增殖加快引起Cho水平升高，因此與正常前列腺組織相比，增生組織內Cho水平增高，但BPH中Cho的波峰明顯低于前列腺癌組織[16]。

總之，BPH引發(fā)了腺體細胞數量增多、組織或器官體積的增大，使細胞分泌和濃縮Cit的能力增加，Cit產生增多，所以Cit的波峰不下降反而升高。前列腺腫瘤細胞的快速惡性增生引起Cho水平異常增高，其波峰可高于Cit的波峰；而BPH組織中Cho的水平較正常組織高，但Cho波峰不高于Cit波峰。

前列腺癌的好發(fā)部位為外周區(qū)，前列腺癌的病理改變也會引起不同代謝物的水平變化：Cit水平明顯降低，Cho水平明顯升高。Cit水平降低主要是因為前列腺上皮組織結構的改變，影響了腺管特有的濃縮貯存功能，Cit水平及貯存量下降；另外組織細胞的惡變增殖破壞了正常細胞的功能，導致細胞分泌濃縮Cit的能力明顯降低[5]。KOBUS等[13]提出并驗證了一個新觀點，即前列腺Cit水平下降的原因之一是與腫瘤生長壓迫腺管導致腔體縮小有關。前列腺癌代謝物變化的另一特征是Cho水平異常升高。Cho類代謝物水平升高的原因是腫瘤細胞快速增殖[17]，細胞代謝處于活躍狀態(tài)，與外界環(huán)境進行物質交換相對旺盛，所以作為物質交換載體的細胞膜合成與降解活躍，在MRS上表現為Cho波峰異常增高，Cho/Cit、(Cho+Cr)/Cit增加明顯[18]。同樣有研究發(fā)現，MRS顯示，外周區(qū)腫瘤組織的Cho類代謝物水平高于外周區(qū)正常組織[14]。Cr水平在BPH、前列腺癌與正常前列腺組織中無明顯差異[19]，Cr化學位移位置與Cho波峰可出現部分重疊，不易區(qū)分，因此多與Cho合并計算[20]。觀察Cit和Cho類代謝物水平變化可以鑒別前列腺組織的病理性質，由于影響波譜代謝信號強度的因素較多，單獨觀察某一代謝物水平可能會受其他代謝物化學位移的影響，出現檢測值重疊和失準，故而應先進行標準化[21]。不同組織病理變化的(Cho+Cr)/Cit有各自明確的測定參考值，特別是采用MRS檢測能夠區(qū)分前列腺外周區(qū)的癌灶與非癌灶，但數據的可重復性有限[9]，有待于進一步研究代謝物水平變化與病變程度的關系。雄激素在前列腺發(fā)育和維持正常結構及功能上發(fā)揮重要的調控作用。抑制雄激素可以使正?；蛟錾那傲邢偕掀ぜ毎l(fā)生形態(tài)和化學變化，導致細胞增殖抑制或凋亡。有研究表明，在去勢治療后，前列腺正常組織和病變組織的代謝物均呈時間依賴性丟失[22]，但兩種組織中代謝物的變化存在一定差異。采用MRI與MRS相結合進行檢測，對比檢測不同療程激素剝奪治療與未經治療的前列腺癌患者，可以觀察到激素剝奪治療后Cho、Cr及Cit均呈時間依賴性丟失，但Cit降低較Cho及Cr發(fā)生得更早、更明顯，而且水平降低得更快，導致(Cho+Cr)/Cit增加[23]。已有研究將MRS能檢測到代謝物水平差異的特性用于抗癌治療的評估中[24]。

2 MRS聯合T2加權像(T2WI)對前列腺疾病的診治價值

MRS聯合T2WI能夠直觀地顯示前列腺的解剖位置及前列腺組織內代謝物的水平與分布。鑒于前列腺的組織生化基礎及代謝特點，可運用MRS對BPH進行代謝波線的檢測，顯示各代謝物波峰的形態(tài)，對各波峰進行定性分析。為了排除檢測條件對波譜代謝信號的影響，同時也為了比較不同個體的前列腺代謝物水平差別，國際上通常采用(Cho+Cr)/Cit進行半定量分析[25]。由于BPH與前列腺癌及正常前列腺組織的形態(tài)結構和生理病理機制不同，其各類代謝物水平存在差異，不同疾病可以通過定量評價代謝物的方法加以鑒別。

2.1 BPH與前列腺癌的MRS對照研究 MRS能夠提供活體組織的生化代謝信息，自20世紀90年代初將MRS應用于前列腺的檢查以來，其在BPH與前列腺癌的鑒別診斷中的應用越來越廣泛。CASTELLUCCI等[14]已經證實通過檢測Cit/(Cho+Cr)變化，MRS能夠區(qū)分前列腺癌與良性增生組織。MRS可通過觀察Cit、Cho波峰及(Cho+Cr)/Cit對前列腺癌的分期進行評價，GIUSTI等[26]發(fā)現(Cho+Cr)/Cit與Gleason評分相關。BASHARAT等[27]報道，MRS發(fā)現體積Gleason評分為(3+4)分的癌組織較(3+3)分的癌組織中Cit水平明顯降低。周良平等[28]報道增生的前列腺組織表現為Cit波峰高聳，(Cho+Cr)/Cit為(0.62±0.19)；而前列腺癌組織表現為Cho波峰升高，Cit波峰下降，(Cho+Cr)/Cit為(2.13±0.82)，提示MRS對前列腺癌與BPH的鑒別診斷具有較高的特異性。MRS聯合T2WI技術可以從組織形態(tài)及組織代謝物水平方面對BPH和前列腺癌進行無創(chuàng)性影像診斷與鑒別[29]。BPH組織中Cit水平明顯升高，而Cho水平較低，與前列腺癌時的MRS改變明顯不同[30]，有研究通過測量Cit、Cho、Cr水平及比值來診斷前列腺癌，其特異度為78%、靈敏度為84%[27]。BPH組織病理表現分為兩種，一種以腺體增生為主，一種以基質增生為主。以基質增生為主的BPH表現為腺體和腺管組織較少，血管和平滑肌組織較多，同時細胞膜合成與降解較正常前列腺組織活躍，可導致Cit水平降低、Cho水平升高。故以基質增生為主的BPH與前列腺癌的代謝特點類似，加之受干擾因素較多，尤其是在同一病灶中包含兩種病變時診斷較為困難[15]，有時還需要結合病理檢查以明確診斷[31]。

2.2 BPH與正常前列腺的MRS對照研究 大多數的BPH發(fā)生在中央區(qū)和移行區(qū)[32]，MRI主要表現為前列腺體積增大，移行區(qū)增厚，外周區(qū)受壓變扁，但包膜結構完整。T2WI上多表現為等信號或高信號結節(jié)灶，少數為低信號灶或不均勻混雜信號。外周區(qū)受壓變薄，但表現為正常均勻高信號的特征。MRS聯合T2WI檢測能直觀、三維地顯示細小的增生組織結構，得到不同增生部位的局部代謝物的信息。王霄英等[33]研究發(fā)現，正常和增生的前列腺組織(Cho+Cr)/Cit分別為(0.51±0.17)與(0.60±0.21)，有明顯差異；李巖等[34]對22例BPH患者研究證實，其中增生結節(jié)區(qū)組織(Cho+Cr)/Cit為(0.70±0.20)，最大值為1.6；正常外周區(qū)(Cho+Cr)/Cit為(0.46±0.22)，最大值為0.72；1例無癥狀的健康體檢者外周區(qū)(Cho+Cr)/Cit為0.35，以上3組數據間有明顯差異。史浩等[35]研究得出，正常外周區(qū)(Cho+Cr)/Cit為(0.38±0.16)，正常中央區(qū)為(0.39±0.15)，BPH中央區(qū)為(0.57±0.20)。李飛宇等[36]根據中央區(qū)增生程度分別設定感興趣區(qū)域進行MRS檢查，通過對各感興趣區(qū)域(Cho+Cr)/Cit的分析，顯示不同的增生組織間存在差異，提出BPH的代謝改變可以用MRS進行定量評價，這與國外報道一致[9]。李飛宇等[36]同時提出通過MRS對前列腺組織成分的定量分析反映增生組織代謝信息，可以指導臨床合理選擇5α還原酶抑制劑或α受體阻滯劑。張建偉[37]研究顯示，多數BPH組織有顯著的Cit波峰，僅約4%的BPH組織Cit波峰低于Cho+Cr；但部分患者長期服用中藥，提示中藥治療可能會影響MRS的檢測結果。

目前國內外關于BPH組織中Cho代謝特點的研究較少，有報道顯示，BPH組織中Cho水平較正常前列腺組織中央區(qū)升高[9]，正常人與BPH患者外周區(qū)的Cit、Cho類代謝物水平以及(Cho+Cr)/Cit無明顯差異。BPH組織的中央區(qū)腺體上皮細胞的數量與Cit水平相關且明顯高于正常年輕人，Cit的波峰可達到外周區(qū)水平[13]。說明對病變組織進行MRS定量研究時應根據解剖位置進行分區(qū)研究，并采用MRS聯合T2WI檢測。

2.3 總結 有研究表明各組織中(Cho+Cr)/Cit從高至低依次為：前列腺癌區(qū)、BPH、前列腺癌非癌外周區(qū)及正常前列腺外周區(qū)[38-39]。MRS在前列腺疾病的臨床應用中顯示出了獨特的優(yōu)勢，但臨床研究中仍存在BPH病變的特異性、波譜信號的復雜性及研究樣本量的不足等問題，故目前國內尚無統一的前列腺(Cho+Cr)/Cit參考值和增生值參考值。為達到滿意檢測效果，目前臨床上往往需要結合平掃、抑脂、勻場及增強序列等技術來選取感興趣區(qū)域。對各種磁共振技術優(yōu)化組合，必將探索出并完善針對前列腺疾病的MRS的臨床應用。

3 3.0 T磁共振及其優(yōu)勢

MRS通過檢測活體內組織的代謝物水平變化反映病變，彌補MRI結構成像的不足。隨著高場強核磁的發(fā)展，其對前列腺疾病的診治作用已逐漸得到認可。以往的MRS檢查大多是在1.5 T 磁共振上使用直腸內線圈進行前列腺掃描，存在如磁場不均勻使得前列腺各部位信噪比有差異的缺陷[40]，易受腸內線圈偽影的影響[41]，腸內線圈操作相對繁瑣，患者難以耐受，檢查的成功率低而且腸內線圈有較多禁忌證[42]等局限性，故一定程度上限制了其應用。近年來隨著臨床上3.0 T磁共振推廣應用，相比1.5 T磁共振其優(yōu)點日顯突出。

3.1 在信噪比方面3.0 T磁共振比1.5 T磁共振高，3.0 T磁共振更易發(fā)現較小病灶 對腦組織和胸腹部器官可以提前半年發(fā)現病灶，明顯提高了病變的診斷水平，對于提倡及早治療的疾病給予了充分的治療時間，提高了治愈率[43]。

3.2 3.0 T磁共振有更快的成像速度 據統計，3.0 T磁共振平均掃描速度較1.5 T快20%～50%[43]，明顯減少了患者的檢查時間，增加了患者的檢查耐受度，使得多期動態(tài)掃描、即刻效應下功能成像等技術成為可能。

3.3 3.0 T磁共振有更好的波譜成像效果 高場強、高分辨率帶來更顯著的化學位移效果，某些物質如谷氨酸鹽、伽瑪氨基丁酸均能以更明顯的化學位移效果區(qū)分。同時擁有更快的成像速度，使得頻譜成像時間縮短，更能切合臨床實際應用要求。

3.4 體部多期動態(tài)成像效果有了明顯進步 因為3.0 T磁共振高信噪比及成像速度，在體部多期動態(tài)掃描上，如對于肝臟組織能夠得到滿意的動脈早期及動脈晚期的掃描圖像。目前已經把3.0 T磁共振的體部掃描作為體部診斷的金標準。

總之，3.0 T磁共振表現在成像速度更快，圖像質量更高，能夠常規(guī)開展波譜分析并能得到和區(qū)分更多的代謝物信息，真正做到了多期或即刻掃描。

使用3.0 T體線圈代替1.5 T腸內線圈，對前列腺有更高的信噪比、更高的空間分辨率、更快的成像速度、更明顯的化學位移，從而使波譜的分辨率提高，更容易進行波譜成像研究，用體線圈檢查，患者舒適度增加，易于接受。據MA等[44]研究報道，其分別應用3.0 T體線圈與1.5 T腸內線圈對前列腺進行MRS檢測的結果接近，用3.0 T體線圈可以順利完成對前列腺的MRS檢查并獲得滿意的效果，臨床可行性高。3.0 T高場強、高信噪比完全可以彌補因體外線圈所致的部分信噪比丟失[45-46]。由于3.0 T高場強觀察更精細，對變化更敏感，更易受到周圍組織的影響，故對檢查條件及要求有所提高，檢查時感興趣區(qū)域應盡量避開周圍組織，檢查前囑患者排盡尿液、排空腸道，準備充分。

總之，前列腺疾病表現可無癥狀或癥狀有輕有重，良性增生本身并無多大危害，故出現患者不重視或診治不及時的情況，但隨著增生病情進展，由于其解剖位置特殊，影響排尿功能，有些甚至發(fā)展為前列腺癌。前列腺疾病的診斷一直是影像學的難點[31]，相對檢查時間長，檢查時患者產生自主或不自主的運動，受干擾因素多，價格比較昂貴，對裝有心臟起搏器、支架的特殊人群不適合等客觀因素影響其在前列腺疾病中的應用與研究，特別是MRS在BPH中的研究國內外報道較少。影像學檢查的研究方向是從形態(tài)到功能，從宏觀到微觀，從定性到定量。隨著各種功能磁共振技術廣泛應用及測量參數、采集圖像的進一步標準化，如何用現有的MRS技術精確反映出前列腺疾病的代謝物特性，并指導制定個體化治療方案及評價治療效果將成為本研究領域必不可少的一部分[47]。

作者貢獻：鄭入文進行文章的構思與設計，文章可行性分析，文獻收集、整理，撰寫論文；代宏亮、孫銀屏進行論文的修改，英文的修訂；譚中建負責文章的質量控制及審校，對文章整體負責，監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。

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(本文編輯：趙躍翠)

Magnetic Resonance Spectroscopy and Its Application to Prostate Diseases

ZHENGRu-wen1,DAIHong-liang1，SUNYin-ping1，TANZhong-jian2*

Magnetic resonance spectroscopy(MRS) as a noninvasive technique for the determination of biochemical changes,energy metabolism and quantitative analysis of compounds in a specific tissue in vivo,reveals the pathophysiological changes of tissues and organs from the molecular level.With the development of 3.0 T nuclear magnetic resonance,MRS technology has developed rapidly and applied more and more widely.This paper overviewed the application of magnetic resonance spectroscopy and summarized its application in the diagnosis and treatment of prostatic diseases,the characteristics and significance of detection of prostate metabolites based on the relative literature at home and abroad in recent 10 years,with a view to providing reference for related clinical and research work.

Magnetic resonance imaging；Benign prostatic hyperplasia；Prostatic neoplasms；Spectrum analysis

北京中醫(yī)藥大學東方醫(yī)院“東方新星”人才培養(yǎng)項目(2015DFXX)

R 697.3

A

10.3969/j.issn.1007-9572.2017.12.018

2016-11-20；

2017-02-15)

1.100078北京市，北京中醫(yī)藥大學東方醫(yī)院

2.100700北京市，北京中醫(yī)藥大學東直門醫(yī)院核磁室

*通信作者：譚中建，主管技師；E-mail：tzj_1120@163.com