磁共振成像在女性盆腔器官脫垂中的研究進(jìn)展

牟慶超，張 迪（通訊作者）

（濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科 山東 濱州 256600）

盆底功能障礙性疾病是容易發(fā)生在老年女性和經(jīng)產(chǎn)婦的一種功能異常性病變，發(fā)病率約為30%～50%，隨著人口老齡化，其發(fā)病率不斷增加，行綜合診治的需求日益迫切，女性盆底成像備受關(guān)注，早期確定病變程度，為預(yù)防進(jìn)一步惡化至關(guān)重要。婦科手術(shù)是引起盆腔器官脫垂（pelvic organ prolapse, POP）最主要的原因之一，盆腔器官脫垂指盆腔器官從正常位置墜落并向陰道內(nèi)隆起，由盆腔筋膜及肌肉組織薄弱所致[1]。

1 術(shù)前評(píng)估盆腔器官脫垂程度的必要性

盆腔病變復(fù)雜，治療方式呈現(xiàn)多樣化趨勢(shì)，治療效果依據(jù)病情種類及嚴(yán)重程度有所不同。受POP影響的女性，因生活質(zhì)量下降，通常要求進(jìn)行手術(shù)治療[1]，恰當(dāng)?shù)腜OP分期對(duì)于臨床護(hù)理和手術(shù)方案的選擇至關(guān)重要[2]。據(jù)報(bào)道，隱匿性脫垂通常需行二次干預(yù)，復(fù)發(fā)性脫垂的再手術(shù)率接近30%[3]。術(shù)前評(píng)估可選擇性地改變治療方案，優(yōu)化治療效果。Rahim[4]等研究發(fā)現(xiàn)，利用盆底動(dòng)態(tài)磁共振檢查評(píng)估盆腔脫垂程度，改變初始治療方案的比率達(dá)到41%，改變手術(shù)方法的比率達(dá)到67%。在復(fù)雜或多室病變的情況下，使用動(dòng)態(tài)磁共振進(jìn)行術(shù)前評(píng)估，可輔助制定手術(shù)方案，優(yōu)化治療效果。成像技術(shù)的不斷發(fā)展為術(shù)前準(zhǔn)確評(píng)估POP提供了依據(jù)。

2 盆腔器官脫垂的診斷方法

評(píng)估盆腔器官脫垂的方式多種多樣，例如體格檢查，尿動(dòng)力學(xué)檢查，經(jīng)陰道超聲檢查以及盆底動(dòng)態(tài)磁共振檢查等。臨床醫(yī)師行體格檢查是最常用的方法，但盆腔器官位置深，不易探及[5]，檢測(cè)準(zhǔn)確度低，無法準(zhǔn)確進(jìn)行術(shù)前評(píng)估。臨床體格檢查中，常用的評(píng)估方法是盆腔器官脫垂定量系統(tǒng)（pelvic organ prolapse quantification system, POP-Q）。該系統(tǒng)是對(duì)女性盆腔進(jìn)行描述、量化和分期的系統(tǒng)，2004年在我國首次使用，2012年達(dá)最高使用率（89.5%）。POP-Q系統(tǒng)曾被認(rèn)為是評(píng)估盆腔器官脫垂程度的金標(biāo)準(zhǔn)。POP-Q系統(tǒng)存在較為嚴(yán)重的局限性，首先POP-Q系統(tǒng)具有客觀性，無法準(zhǔn)確指出具體器官、具體位置以及有無韌帶、筋膜等周圍組織的損傷，無法預(yù)示器官脫垂引起的功能性改變；其次操作過程具有侵入性、檢查不全面[6]、患者耐受性差；最后因其表達(dá)繁瑣，不利于教學(xué)和推廣應(yīng)用，結(jié)果易受操作者手法影響，多用于學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域[7]。

隨著磁共振技術(shù)的不斷發(fā)展，盆腔動(dòng)態(tài)磁共振成像逐漸成為盆底解剖及功能評(píng)估的重要工具，多方位成像及高分辨等特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了盆腔骨骼結(jié)構(gòu)及肌肉組織的可視化，可同時(shí)對(duì)三室進(jìn)行觀察，提供體格檢查無法顯示的信息，獲得較為全面的解剖圖像[8]，特別是功能異常早期或多腔室病變時(shí)更加具有實(shí)用性。為診斷POP提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化工具，用于記錄，交流和比較臨床癥狀與經(jīng)證實(shí)的觀察者間和觀察者內(nèi)部信息的可靠性[9]。

開放式磁共振成像（open magnetic resonance imaging,MRO）中先進(jìn)的磁體配置允許患者行站立位及坐位檢查，彌補(bǔ)了體位限制帶來的影響[10]。受姿勢(shì)和重力的影響，站立位成像時(shí)前室和后室器官處于最大脫垂?fàn)顟B(tài)。使用PCL（恥骨聯(lián)合后下緣到尾骨尖的連線）線評(píng)估時(shí)，體格檢查和動(dòng)態(tài)磁共振檢查在前室和中間隔室具有較好的相關(guān)性，后室相關(guān)性較差。據(jù)劉佳等報(bào)道MPL（恥骨中軸線）作為參考線評(píng)估時(shí)，POP-Q系統(tǒng)分級(jí)與動(dòng)態(tài)功能磁共振分級(jí)相關(guān)性在三室均較好[11]。有報(bào)道提出三維骨盆傾斜度矯正系統(tǒng)（three dimensional pelvic inclination correction system, 3D PICS)進(jìn)行評(píng)估，在PICS系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，但實(shí)用性待考證[12]。就參考線的使用臨床上尚未達(dá)成統(tǒng)一意見，使用最多的仍為PCL線。恥骨聯(lián)合下緣至骶尾關(guān)節(jié)間隙連線與恥骨聯(lián)合下緣至末節(jié)尾骨關(guān)節(jié)連線評(píng)價(jià)前室和中間隔室效果一致。正常年輕女性安靜狀態(tài)下子宮頸、膀胱頸和肛直腸連接部位均位于PCL線之上。

動(dòng)態(tài)磁共振具有高分辨、無輻射、多方位成像特點(diǎn)且一次檢查即可獲得骨骼結(jié)構(gòu)，肌肉組織及韌帶支持結(jié)構(gòu)的示意圖[13]，顯示盆底器官間的相互作用，發(fā)現(xiàn)臨床隱匿性脫垂，提高準(zhǔn)確率，從而指導(dǎo)治療方案及手術(shù)方式的選擇[6]。但其檢查成本高，在醫(yī)療保險(xiǎn)范圍之外；目前采用的動(dòng)態(tài)磁共振評(píng)估多是手動(dòng)識(shí)別參考點(diǎn)，過程既耗時(shí)又主觀，未能自動(dòng)追蹤或定量測(cè)量盆腔器官的運(yùn)動(dòng)及其脫垂程度[7]。Onal等[14]提出一種全自動(dòng)定位、追蹤模型，該模型已在大腦、心臟、肺等相對(duì)靜止的器官進(jìn)行追蹤處理。但極少有人對(duì)盆腔器官及組織進(jìn)行分析?？勺冃纹鞴俚淖粉櫨哂刑魬?zhàn)性，因器官及組織在采集過程中存在大小、形狀及紋理的細(xì)微變化，難以追蹤甚至不可追蹤。該模型以動(dòng)態(tài)磁共振為基礎(chǔ)，全自動(dòng)定位、追蹤及分割盆腔器官，然后行器官軌跡分類、建模，以定量盆腔器官脫垂程度[15]。該方法分三步進(jìn)行，首先行膀胱、直腸的定位，其次恥骨、尾骨及骶骨的定位，最后使用隱馬爾可夫模型（Hidden Markov Model, HMM）行器官軌跡追蹤，探討軌跡間的相互作用，從而對(duì)POP的嚴(yán)重程度進(jìn)行分析。

具體操作為：第一步降噪、調(diào)整圖像的對(duì)比度，然后使用信號(hào)強(qiáng)度和形態(tài)學(xué)開操作及二等分K均值聚類來識(shí)別直腸和膀胱。第二步，基于“關(guān)鍵點(diǎn)”定位恥骨，“關(guān)鍵點(diǎn)”是輸入圖像上滿足特定信號(hào)強(qiáng)度和位置特點(diǎn)的角點(diǎn)，基于所識(shí)別的關(guān)鍵點(diǎn)，確定恥骨的候選邊界，使用具有2D特征框的支持向量機(jī)（Support Vector Machine, SVM）選擇所選興趣區(qū)的最佳邊界框，對(duì)前室興趣區(qū)選擇的準(zhǔn)確度達(dá)到90%以上，中間隔室和后室的準(zhǔn)確度達(dá)80%～90%，已證明SVM分類在醫(yī)學(xué)診斷中具有最高分類準(zhǔn)確度[16]。第三步，通過非線性回歸模型利用膀胱、直腸的位置定位尾骨和骶骨的邊界。第四步，使用隱馬爾可夫模型分析盆腔器官軌跡，并探討軌跡間的相互作用。使用相似性指數(shù)和Hausdorff距離評(píng)估跟蹤和分割結(jié)果，分別量化對(duì)象間的重疊程度及空間距離。對(duì)于前室脫垂，從靜息狀態(tài)到最大應(yīng)變狀態(tài)時(shí)膀胱的位移程度和脫垂程度之間具有高度相關(guān)性。有研究表明膀胱和直腸的最大位移也具有相關(guān)性，即存在較大膀胱位移時(shí)也存在較大直腸位移，反之亦然，在這種情況下，膀胱的質(zhì)心軌跡可用于預(yù)測(cè)后室脫垂的嚴(yán)重程度，直腸的質(zhì)心軌跡可用于預(yù)測(cè)前室脫垂的嚴(yán)重程度，考慮器官相互作用對(duì)提高病情的理解具有重要的意義。單軌跡分析，對(duì)子宮切除者無法操作。該模型使用多軌跡分析，膀胱、直腸的軌跡可用來判斷子宮脫垂的嚴(yán)重程度。目前使用的評(píng)估和測(cè)量盆腔器官脫垂的方法多是基于人工手動(dòng)測(cè)量，而且在磁共振上，骨質(zhì)結(jié)構(gòu)與軟組織結(jié)構(gòu)具有類似的信號(hào)強(qiáng)度，難以進(jìn)行區(qū)分。自動(dòng)定位、追蹤模型中支持向量機(jī)使用的非線性回歸模型建立在盆腔骨骼位置關(guān)系及紋理特征基礎(chǔ)上，能夠準(zhǔn)確識(shí)別盆腔骨骼結(jié)構(gòu)及參考線。使用全自動(dòng)定位、追蹤模型避免了人工測(cè)量的主觀性，提高了診斷準(zhǔn)確度。

3 展望

盡管全自動(dòng)定位、追蹤模型在盆腔器官脫垂的診斷中的效果顯著，但在臨床使用中仍存在較大的挑戰(zhàn)，該模型聯(lián)合使用了多種數(shù)學(xué)算法及監(jiān)督學(xué)習(xí)理論，較難全面掌握。盆腔器官脫垂的診斷與治療需要多學(xué)科、多科室合作，更加全面的診斷對(duì)于選擇治療方式及優(yōu)化預(yù)后效果均有較大影響。全自動(dòng)定位、追蹤模型及磁共振檢查優(yōu)勢(shì)使動(dòng)態(tài)磁共振增強(qiáng)檢查成為術(shù)前評(píng)估盆腔器官脫垂的最佳方法。總之，全自動(dòng)定位、追蹤模型在疾病診斷過程中發(fā)揮越來越重要的作用。