MR功能成像在腎臟腫瘤中的應(yīng)用進(jìn)展

徐明哲，劉愛連

（大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 大連 116011）

腎臟腫瘤是泌尿系統(tǒng)最常見腫瘤之一，以惡性腫瘤居多，主要包括腎癌、腎母細(xì)胞瘤、腎盂癌、腎平滑肌肉瘤、腎脂肪肉瘤等，其中以腎癌最多見。2016年WHO將腎細(xì)胞癌分為17個亞型[1]，以透明細(xì)胞癌最常見。腎良性腫瘤主要包括血管平滑肌脂肪瘤、嗜酸細(xì)胞腺瘤、脂肪瘤、纖維瘤等，以血管平滑肌脂肪瘤最多見。由于病理類型的多樣性，腎臟腫瘤在病理學(xué)及影像學(xué)中存在部分重疊，對影像診斷帶來一定困難。然而，不同病理類型腫瘤的生長速度和轉(zhuǎn)移發(fā)生率差異大，5年生存率、治療方式及預(yù)后亦不同，因此，在治療前，相對明確的腫瘤定性判斷對患者贏取較早的治療時機(jī)及合適的治療方案、改善預(yù)后等方面具有重要意義。

與CT相比，MRI技術(shù)無輻射、無創(chuàng)，具有良好的軟組織對比度，并可多序列、多參數(shù)及多平面成像。在常規(guī)MRI掃描技術(shù)中，T1WI、T2WI序列相結(jié)合可顯示解剖結(jié)構(gòu)、腫瘤大小及形狀、與鄰近結(jié)構(gòu)的關(guān)系等形態(tài)學(xué)改變，以利于腫瘤的定位診斷，亦可顯示組織內(nèi)囊變、壞死、出血等成分。同反相位序列顯示腫瘤內(nèi)脂肪成分。增強(qiáng)掃描反映組織的血供及血流動力學(xué)改變，為腫瘤的定性診斷提高了準(zhǔn)確性。然而常規(guī)MRI僅能反映腫瘤形態(tài)學(xué)改變的信息，缺乏定量數(shù)據(jù)，且存在“同病異影、異病同影”。

隨著MRI技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，磁共振功能成像（Functional magnetic resonance imaging，fMRI）在腹部應(yīng)用逐漸成熟。目前，相繼用于腎臟占位研究的功能成像有：彌散加權(quán)成像（Diffusion-weighted imaging，DWI）、體素內(nèi)不相干運(yùn)動（Intravoxel incoherent motion imaging，IVIM）、彌散張量成像（Diffusion tensor imaging，DTI）、 擴(kuò)散峰度成像（Diffusion kurtosis imaging，DKI）、磁敏感技術(shù)、灌注加權(quán)成像（Perfusion weighted imaging，PWI）、動脈自旋標(biāo)記（Arterial spin labeling，ASL）技術(shù)等。多數(shù)fMRI憑借其不需注射對比劑，避免對比劑過敏及腎臟損傷的不良反應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)定量，掃描速度較快等優(yōu)勢，不僅能反映腎臟的形態(tài)學(xué)變化，還能反映其功能的變化，提供更多定量信息，近年來在臨床應(yīng)用研究中更為重視。本文就fMRI技術(shù)在腎臟腫瘤中的應(yīng)用予以綜述。

1 DWI在腎臟腫瘤中的應(yīng)用

DWI反映活體組織內(nèi)水分子布朗運(yùn)動產(chǎn)生的水分子彌散運(yùn)動情況，從而無創(chuàng)性地反映組織細(xì)胞水平的微觀結(jié)構(gòu)，其參數(shù)表觀擴(kuò)散系數(shù)（Apparent diffusion coefficient，ADC）值可定量評估活體組織中水分子的擴(kuò)散情況。ADC值越高表明組織內(nèi)水分子彌散運(yùn)動幅度越大，反之提示水分子運(yùn)動受限，同時腎臟微循環(huán)血流灌注、腎小球?yàn)V過、腎小管重吸收及分泌等亦影響腎臟的擴(kuò)散特性。通過測量ADC值可反映生理病理改變所影響下的腎組織內(nèi)水分子的改變，間接反映疾病的發(fā)生和發(fā)展。

目前，DWI在腎臟腫瘤方面的應(yīng)用，包括良惡性腫瘤的鑒別、區(qū)分腫瘤的類型、惡性腫瘤的惡性程度及分級的評價等臨床研究[2-5]。Sandrasegaran等[2]表明腎臟腫瘤的ADC值明顯低于正常腎臟實(shí)質(zhì)，良性實(shí)性腫瘤ADC值低于單純腎囊腫，惡性腫瘤ADC值低于良性腫瘤和單純囊腫，囊性腎癌ADC值低于腎囊腫；G?ya等[3]證明ADC值可有效鑒別腎良惡性腫瘤，并且當(dāng)除外血管平滑肌脂肪瘤時，高b值（600和1000s/mm2）具有最佳的特異性和靈敏度。Notohamiprodjo等[4]發(fā)現(xiàn)ADC值可鑒別腎細(xì)胞癌的不同亞型，腎透明細(xì)胞癌ADC值高于其他亞型；ADC值亦有助于預(yù)測腎透明細(xì)胞癌的分級，余小多等[5]證明ADC值在腎透明細(xì)胞癌Ⅰ級與Ⅱ級、Ⅲ級間有顯著差異。Maruyama等[6]報道腎透明細(xì)胞癌的ADC值與病理級別呈負(fù)相關(guān)，即隨著腫瘤惡性程度的升高，腫瘤快速增殖導(dǎo)致所含腫瘤細(xì)胞數(shù)及亞細(xì)胞物質(zhì)含量增多、核漿比變大，細(xì)胞排列緊密，細(xì)胞外間隙變小，間隙內(nèi)液體量減少，組織內(nèi)水分子彌散越受限，使ADC值減低。

2 IVIM在腎臟腫瘤中的應(yīng)用

在活體組織中，DWI信號不僅反映組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散，它還受到毛細(xì)血管微循環(huán)灌注的影響，因此，不能精確反映活體組織內(nèi)真實(shí)的水分子擴(kuò)散運(yùn)動。1986年，Le Bihan等[7]首次提出IVIM新理論，利用IVIM雙指數(shù)模型將組織內(nèi)水分子的單純擴(kuò)散與毛細(xì)血管微循環(huán)灌注信息分離，分別進(jìn)行量化。它通過采集多個不同方向的b值的DWI圖像進(jìn)行體素為單位的雙指數(shù)擬合計算，得到單純擴(kuò)散系數(shù)（D，反映單純水分子的擴(kuò)散運(yùn)動）及與組織灌注相關(guān)的參數(shù)，即假性擴(kuò)散系數(shù)（D*，反映組織內(nèi)由于局部微循環(huán)灌注所致的擴(kuò)散效應(yīng)）、灌注分?jǐn)?shù)（f，表示感興趣區(qū)內(nèi)微循環(huán)灌注所致的擴(kuò)散效應(yīng)占總體擴(kuò)散效應(yīng)的容積比率）。

IVIM應(yīng)用在診斷各系統(tǒng)腫瘤的文獻(xiàn)[8-9]中，所得結(jié)果為總的趨勢是腫瘤惡性程度越高，則D值越低，腎臟腫瘤亦是如此。而其參數(shù)D*值在鑒別腎臟良、惡性腫瘤方面卻尚有一定的爭議。Rheinheimer等[10]、楊國美等[11]研究表明腎透明細(xì)胞癌的D值高于非透明細(xì)胞癌，乳頭狀細(xì)胞癌的D值最低，血管平滑肌脂肪瘤則介于兩者之間；f值能鑒別腎透明細(xì)胞癌、乳頭狀細(xì)胞癌與腎平滑肌脂肪瘤，并有很好的診斷效能；腎透明細(xì)胞癌與血管平滑肌脂肪瘤的D*值最高，均高于其他腎臟腫瘤。而李璐等[12]表明腎良性腫瘤組的D*值高于非透明細(xì)胞癌組，良性腫瘤組與透明細(xì)胞癌組、透明細(xì)胞癌組與非透明細(xì)胞癌組的D*值無統(tǒng)計學(xué)差異。

3 DTI在腎臟腫瘤中的應(yīng)用

DTI是一種在DWI基礎(chǔ)上更新的、以組織中水分子彌散各向異性為基礎(chǔ)的功能MRI成像，既能測量組織的彌散量，又能評價組織內(nèi)水分子的各向異性。常用參數(shù)為ADC值及FA值。ADC值反映水分子擴(kuò)散運(yùn)動的速度，F(xiàn)A值反映水分子運(yùn)動的方向性，描述水分子在三維空間的彌散方式。FA值大小與擴(kuò)散方向的異性程度呈正相關(guān)（FA=0～1）[13]，F(xiàn)A值趨于0表示彌散趨于各向同性，趨于1表示彌散趨于各向異性。當(dāng)病變組織結(jié)構(gòu)、細(xì)胞密度或細(xì)胞內(nèi)核/漿比例發(fā)生改變時，水分子的彌散運(yùn)動就會發(fā)生變化，因此，可利用DTI測量組織的水分子彌散運(yùn)動，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)病變組織。

DTI最早應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，現(xiàn)已用于肝臟、前列腺、子宮等腹部臟器，但在腎臟的應(yīng)用尚少。Feng等[14]證明腎透明細(xì)胞癌的FA值明顯低于乏脂性腎血管平滑肌脂肪瘤，并且，當(dāng)b值為0～800 s/mm2時，F(xiàn)A值鑒別腎透明細(xì)胞癌和乏脂性腎血管平滑肌脂肪瘤的診斷效能最高，靈敏度達(dá)100%。學(xué)者們亦通過DTI上的ADC值與FA值鑒別腎癌與正常腎臟得出不同結(jié)果：Notohamiprodjo等[15]研究顯示腎癌的FA值變化范圍較大，較正常腎實(shí)質(zhì)的FA值無顯著差異。囊性腎癌的FA值低于實(shí)性腎癌，與單純腎囊腫近似；而葉靖等[16]研究顯示腎癌的FA值顯著低于正常腎髓質(zhì)，略低于腎皮質(zhì)但無顯著差異，由于以上研究樣本數(shù)均尚少，需要進(jìn)一步較大樣本的研究。針對腎癌的分級，易思明[17]應(yīng)用DTI對透明細(xì)胞癌的ADC及FA值分析發(fā)現(xiàn)：隨著腫瘤分級的增高ADC值逐漸減低，低級別組ADC值低于高級別組，透明細(xì)胞癌低級別組和高級別組之間的FA值無統(tǒng)計學(xué)差異。DTI并可通過DTT圖顯示腫瘤內(nèi)部結(jié)構(gòu)與正常腎臟的差異，突出DTI在腎臟占位中的優(yōu)勢。

4 DKI在腎臟腫瘤中的應(yīng)用

DKI是在DTI基礎(chǔ)上的延伸，描繪組織內(nèi)非高斯分布的水分子擴(kuò)散，相比DTI能獲得更準(zhǔn)確的反映水分子擴(kuò)散受限情況的定量指標(biāo)。參數(shù)包括平均擴(kuò)散系數(shù)（MD），各向異性分?jǐn)?shù)（FA），平均峰度（MK），徑向峰度（RK）及峰度各向異性（KA）[18]。MD值越大，組織內(nèi)所含自由水就越多；類似于DTI，F(xiàn)A值是表現(xiàn)各向異性的參數(shù)，但與DTI中的FA值計算方法不同；MK反映水分子擴(kuò)散受限的程度；RK是MK的垂直分量，其反映的擴(kuò)散受限垂直于擴(kuò)散張量長軸方向；KA能夠在評估水分子擴(kuò)散受限的各向異性特征中提供比FA更確切的信息[19]，KA越小表示越趨于各向同性擴(kuò)散，若組織結(jié)構(gòu)越緊密、越規(guī)則，KA 越大[20]。

目前僅有少量的DKI應(yīng)用于腎臟腫瘤的鑒別、腎透明細(xì)胞癌分級的研究，多為健康人腎臟的研究，需要更多、更進(jìn)一步的研究。Dai等[21]研究分析DKI各參數(shù)對腎透明細(xì)胞癌的檢出價值及與腫瘤分級的相關(guān)性，得出結(jié)果：MD和MK容易區(qū)分正常腎實(shí)質(zhì)和腎透明細(xì)胞癌組織，其中MK具有更高的診斷效能（ROC曲線下面積=0.874），特異度為100%；MD值在腎透明細(xì)胞癌Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ級間有統(tǒng)計學(xué)差異，MK值在腎透明細(xì)胞癌Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級間有統(tǒng)計學(xué)差異，而MD及MK值在腎透明細(xì)胞癌Ⅰ、Ⅱ級間無統(tǒng)計學(xué)差異。楊國美等[11]證實(shí)MD、RK值診斷透明細(xì)胞癌和乳頭狀細(xì)胞癌的ROC曲線下面積均趨近1，利用MD、RK值均能鑒別透明細(xì)胞癌、乳頭狀細(xì)胞癌及血管平滑肌脂肪瘤。

5 磁敏感技術(shù)在腎臟腫瘤中的應(yīng)用

血氧水平依賴磁共振成像（Blood oxygen level-dependent MRI，BOLD-MRI）是目前唯一無創(chuàng)反映組織血紅蛋白氧含量、繪制腎內(nèi)氧分布的新技術(shù)，它以血液中的去氧血紅蛋白等順磁性物質(zhì)作為內(nèi)源性標(biāo)記物，能夠無創(chuàng)地評估生理病理狀態(tài)下腎內(nèi)的血氧水平，其參數(shù)表觀自旋－自旋弛豫率（Apparent spin-spin relaxation，R2*）可定量反映組織內(nèi)氧分壓。磁敏感加權(quán)成像（Susceptibility weighted imaging，SWI）與BOLD成像相似，它利用不同組織之間磁敏感性的差異從而產(chǎn)生圖像對比，具有薄層三維采集、高分辨、同時得到相位及幅度信息等特點(diǎn)。增強(qiáng)T2*加權(quán)血管成像（Enhanced T2star weighted angiography，ESWAN）是一個多回波采集的重度T2*加權(quán)，經(jīng)一次掃描可獲得多個回波的幅度圖與相位圖，同時獲得相位值、R2*值等多個定量參數(shù)[22]。

目前MR磁敏感技術(shù)在腎腫瘤的鑒別、評估、分級分型等方面均得到了應(yīng)用。Min等[23]應(yīng)用BOLD-MRI技術(shù)研究表明R2*值在腎囊腫、腎細(xì)胞癌、腎血管平滑肌脂肪瘤間具有顯著差異，腎臟囊性病變的R2*值顯著低于實(shí)性病變。Notohamiprodjo等[24]通過利用BOLD-MRI評估腎細(xì)胞癌各亞型發(fā)現(xiàn)腎透明細(xì)胞癌的R2*值低于腎乳頭狀細(xì)胞癌。Chen等[25]將磁敏感圖像上腎透明細(xì)胞癌腫瘤內(nèi)磁敏感信號改變解釋為其內(nèi)的微血管和出血灶，發(fā)現(xiàn)低級別透明細(xì)胞癌的腫瘤內(nèi)部磁敏感信號出現(xiàn)率明顯低于高級別者。田士峰等[26]證實(shí)囊性腎癌的R2*值高于復(fù)雜腎囊腫，其原因是囊性腎癌內(nèi)出血、壞死成分較多，導(dǎo)致囊液內(nèi)去氧血紅蛋白等物質(zhì)較多，且其惡性生物學(xué)行為使其耗氧增加。

6 PWI在腎臟腫瘤中的應(yīng)用

PWI能夠無創(chuàng)地評價腎臟血流動力學(xué)變化，能反映組織的微血管分布和血流灌注情況，它包括對比增強(qiáng)首過灌注成像和ASL技術(shù)。對比增強(qiáng)首過灌注成像較為常用，但因其使用的釓對比劑作為可引發(fā)腎功能不全的危險因素，使其應(yīng)用受到限制；而ASL技術(shù)不需外源性對比劑，僅利用組織器官自身血流灌注定量檢測其灌注情況，檢查程序及影像后處理簡便，可重復(fù)性較強(qiáng)，近年來更受到研究學(xué)者的重視。對比MRI動態(tài)增強(qiáng)掃描所得的半定量數(shù)據(jù)只能反映組織內(nèi)血流的進(jìn)入和排出過程，而PWI采集的數(shù)據(jù)能進(jìn)一步反映血管內(nèi)外通透交換過程，它通過血流指標(biāo)獲得時間-信號強(qiáng)度曲線，得到血管生理相關(guān)的參數(shù)，包括灌注值（PASL）、反映腫瘤血管通透性常數(shù)（Ktrans）、血液回流常數(shù)（Kep）及細(xì)胞外血管外間質(zhì)容量（Ve），并可生成相關(guān)灌注參數(shù)圖，從而對腫瘤血管的通透性及血供狀況進(jìn)行評估。PWI所得的數(shù)據(jù)更完全、更可靠，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定量，這是其較動態(tài)增強(qiáng)掃描技術(shù)的一大優(yōu)勢。

PWI在顱腦疾病診斷方面已有一定的發(fā)展，而在腎臟方面的研究在國內(nèi)外還相對較少。Zhang等[27]表明對比增強(qiáng)首過灌注成像和ASL兩種技術(shù)得出的血流灌注值呈線性相關(guān)，腎乳頭狀細(xì)胞癌的PASL和Ktrans顯著低于透明細(xì)胞癌。許曉雯等[28]表明惡性腫瘤內(nèi)新生血管豐富，且新生血管壁結(jié)構(gòu)往往不完整，使對比劑從血管內(nèi)向間質(zhì)內(nèi)的滲透速度增加，因此腎惡性腫瘤的Ktrans值及Kep值均高于腎良性腫瘤，從而惡性腫瘤的細(xì)胞外血管外間質(zhì)容量Ve值亦增高。在腎惡性腫瘤中，僅有透明細(xì)胞癌的Kep值高于良性腫瘤，腎透明細(xì)胞癌、乳頭狀細(xì)胞癌及嫌色細(xì)胞癌的Ktrans值逐漸減低，腎透明細(xì)胞癌的Ve值高于乳頭狀細(xì)胞癌；通過ROC曲線表明PWI對腎臟腫瘤良惡性診斷效能大于DWI，其中，Ktrans及Ve值均表現(xiàn)較高的診斷價值，以Ktrans值的診斷價值最高，Kep值的診斷價值較低。

fMRI在腎臟腫瘤診斷方面，除反映影像形態(tài)學(xué)改變之外，還提供了腫瘤血供、代謝等信息及定量參數(shù)，對在常規(guī)影像上難于診斷的復(fù)雜疑難腎臟腫瘤病例有著很大的優(yōu)勢。因此，在臨床診斷中，需要充分利用fMRI技術(shù)，并與常規(guī)影像技術(shù)綜合分析，從而提高對病變的分析判斷能力及確診率。