MRI新技術(shù)在腦轉(zhuǎn)移瘤診療中的研究進(jìn)展

曹楨斌

（廣西中醫(yī)藥大學(xué)附屬瑞康醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科 廣西 南寧 530011）

腦轉(zhuǎn)移瘤為顱內(nèi)常見腫瘤，在腫瘤患者中發(fā)生率為8.5%～9.6%[1]，肺癌、乳腺癌、黑色素瘤為最常見的原發(fā)瘤。磁共振（magnetic resonance imaging, MRI）解剖成像能提供病變形態(tài)與結(jié)構(gòu)信息，常用來檢測(cè)腦轉(zhuǎn)移瘤及療效評(píng)價(jià)。在臨床中，通常選用兩種常規(guī)序列：T1WI（T1 weighted imaging, T1WI）增強(qiáng)序列基于細(xì)胞外造影劑通過破壞的血腦屏障，勾畫腫瘤強(qiáng)化邊界而顯示出較高的準(zhǔn)確性；T2液體抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)（T2 fluid attenuated inversion recovery, T2-FLAIR）能很好地顯示腫瘤周邊的血管源性水腫。但這兩種技術(shù)均難以體現(xiàn)腫瘤治療后的早期反應(yīng)。新的MRI標(biāo)記物可顯示腫瘤細(xì)胞水平、生物物理特征、微結(jié)構(gòu)及代謝特征，能早期檢測(cè)、診斷轉(zhuǎn)移瘤及評(píng)估腫瘤療效。新MRI技術(shù)反映腫瘤形態(tài)學(xué)改變的同時(shí)，還可提供腫瘤功能及代謝方面諸多信息及腫瘤微結(jié)構(gòu)的變化，如治療后細(xì)胞凋亡、細(xì)胞膜崩解等，且治療后腫瘤生理與微結(jié)構(gòu)的改變遠(yuǎn)早于形態(tài)學(xué)，如細(xì)胞凋亡可發(fā)生于放療后4h，而形態(tài)學(xué)改變常發(fā)生于放療后數(shù)周或數(shù)月[2]。磁共振波譜成像（magnetic resonance spectroscopy, MRS）、化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移成像（chemical exchange saturation transfer, CEST）、定量磁化傳遞（quantitative magnetization transfer, qMT）、跨膜水交換技術(shù)、磁敏感加權(quán)成像（susceptibility weighted imaging, SWI）等MRI新技術(shù)逐漸應(yīng)用于腦轉(zhuǎn)移瘤，這些MRI定量技術(shù)能早期確定腫瘤療效反應(yīng)，有利于腦轉(zhuǎn)移瘤患者個(gè)性化治療。本文就這些MRI新技術(shù)應(yīng)用研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

1 常用的磁共振定量技術(shù)

常用的MRI定量技術(shù)為動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI，其采用Tofts-Kety雙室模型，可定量評(píng)估血管通透性及血流量；動(dòng)態(tài)磁化增強(qiáng)MRI能特征性反映腫瘤灌注，可定量相對(duì)腦血流量、相對(duì)腦血容量[3]。表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient, ADC）反映組織的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，多b值彌散加權(quán)技術(shù)的應(yīng)用可通過ADC值提供腫瘤細(xì)胞活性的信息，但這些定量技術(shù)在指導(dǎo)臨床決策中通常缺乏敏感性與特異性。

2 跨膜水交換技術(shù)

每個(gè)MRI體素由細(xì)胞、微血管、細(xì)胞外基質(zhì)等構(gòu)成，常規(guī)MRI反映這些組成結(jié)構(gòu)水的平均信號(hào)，定量MRI則力求反映不同成分對(duì)MRI信號(hào)的貢獻(xiàn)度。組織中每一種組織成分的水分子運(yùn)動(dòng)具有不同的理化特性。細(xì)胞內(nèi)外水分子交換率（kIE）依賴于細(xì)胞大小、形狀與細(xì)胞膜通透性[4]，kIE與時(shí)間（t）成反比。轉(zhuǎn)移瘤放射治療后細(xì)胞凋亡可增加細(xì)胞膜通透性，細(xì)胞體積縮小及細(xì)胞形態(tài)不規(guī)則，從而使細(xì)胞表面積與體積比增加，均可導(dǎo)致kIE升高。釓劑為MRI細(xì)胞外間隙造影劑，可通過組織間的水分子交換間接影響鄰近組織的弛豫時(shí)間，使得測(cè)算弛豫時(shí)間與跨膜水分子交換常數(shù)成為可能。kIE對(duì)治療導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡非常敏感，臨床研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡后的幾天內(nèi)kIE出現(xiàn)顯著升高[5]。

3 磁敏感加權(quán)成像

磁敏感加權(quán)成像（susceptibility weighted imaging, SWI）可顯示順磁性或抗磁性物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)影響的差別進(jìn)而鑒別鐵、鈣化、脫氧血紅蛋白等[6]。SWI信號(hào)依賴于血管內(nèi)脫氧/氧合血紅蛋白，放射治療導(dǎo)致的組織微血管內(nèi)血管內(nèi)脫氧/氧合血紅蛋白改變以及轉(zhuǎn)移瘤治療后微血管床的改變可通過SWI進(jìn)行檢測(cè)；腫瘤治療前后微血管的變化在一定程度上反映治療反應(yīng)。SWI在腦轉(zhuǎn)移瘤中還能清晰顯示腫瘤實(shí)質(zhì)、鈣化、壞死、水腫、靜脈等具體情況[7]，并能檢測(cè)放射性壞死。R2*在腫瘤進(jìn)展與假性進(jìn)展中存在顯著差異，腫瘤強(qiáng)化區(qū)域升高60%，非強(qiáng)化區(qū)域增高約14%[8]，能可靠鑒別放射性壞死與腫瘤進(jìn)展。

4 磁共振波譜成像

1H-MRS在腫瘤研究中具有重要作用，通過化學(xué)位移可有效檢測(cè)組織中的代謝物濃度，腫瘤的代謝物與腫瘤代謝途徑相關(guān)，如NAA與脂肪生成，Cho與細(xì)胞膜磷脂Cr與能量代謝等，MRS對(duì)腫瘤環(huán)境敏感，腦內(nèi)不同組織類型腫瘤其代謝、結(jié)構(gòu)及生理存在明顯差異，1H-MRS可對(duì)組織代謝物進(jìn)行無創(chuàng)性定量分析[9]，腦轉(zhuǎn)移瘤MRS中可顯示增高的脂峰，短TE（30ms）較長(zhǎng)TE（136ms）能更好顯示脂峰。治療前有較高的脂峰及治療后脂峰出現(xiàn)較大的下降提示患者更長(zhǎng)的生存期，而治療后病灶出現(xiàn)較高的Cho/Cr與Cho/NAA提示腫瘤復(fù)發(fā)[10]；但放射治療后腫瘤內(nèi)部出血、順磁性物質(zhì)的沉積等常對(duì)MRS譜線影響較大，其可重復(fù)性通常不高。

5 微結(jié)構(gòu)

腫瘤組織微結(jié)構(gòu)及其治療變化可通過彌散成像進(jìn)行檢測(cè)， ADC對(duì)細(xì)胞密度敏感，基于彌散的體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)（intra voxel incoherent motion, IVIM）與彌散張量成像（diffusion tensor imaging, DTI）亦應(yīng)用于評(píng)價(jià)顱內(nèi)轉(zhuǎn)移瘤療效及正常腦結(jié)構(gòu)對(duì)放療后的反應(yīng)。比較放療前后DTI數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)放療后白質(zhì)纖維縱向擴(kuò)散系數(shù)減小，垂直擴(kuò)散系數(shù)增大，提示神經(jīng)纖維完整性的破壞。采用DTI方法研究放療導(dǎo)致的腦結(jié)構(gòu)的破壞及繼發(fā)的認(rèn)知障礙[11]，為影像評(píng)價(jià)放射性相關(guān)腦改變提供了新的方法。

IVIM模型假定體素內(nèi)的彌散信號(hào)呈指數(shù)衰減，快速衰減部分代表微血管內(nèi)血液的運(yùn)動(dòng)，其衰減幅度與體素內(nèi)微血管占比相關(guān)，緩慢衰減代表組織的彌散特性[12]。微血管分?jǐn)?shù)可用高b值IVIM模型進(jìn)行計(jì)算。腦轉(zhuǎn)移瘤實(shí)質(zhì)部分血管增生程度和范圍不及高級(jí)別膠質(zhì)瘤，其毛細(xì)血管灌注程度低于膠質(zhì)瘤[13]。灌注分?jǐn)?shù)與ADC圖可用于鑒別腫瘤壞死與復(fù)發(fā)[14]，腦轉(zhuǎn)移瘤通常表現(xiàn)為較低的ADC值,放射治療對(duì)腫瘤血管內(nèi)皮的損傷可出現(xiàn)腫瘤灌注的明顯減低，其變化可通過IVIM進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但灌注分?jǐn)?shù)與微血管分?jǐn)?shù)反映的是腫瘤微循環(huán)的一部分，在鑒別有無治療反應(yīng)存在一定困難。

6 定量磁化傳遞

qMT是一種抑制大分子蛋白質(zhì)結(jié)合水的技術(shù)。其數(shù)據(jù)采集需確定自由水頻率和采用較高的射頻磁化準(zhǔn)備脈沖而獲得磁化傳遞對(duì)比。MRI信號(hào)丟失的程度依賴于組織內(nèi)大分子的密度。低的磁化傳遞值提示能夠和周圍水分子進(jìn)行磁化交換的腦組織結(jié)構(gòu)減少，反映了髓鞘損害、細(xì)胞破壞以及水成分的改變[15]。qMT技術(shù)可定量大分子質(zhì)子濃度、其與自由水質(zhì)子交換率及馳豫率，較臨床常用的形態(tài)學(xué)指標(biāo)能更早、更敏感地反映腫瘤變化。通常腫瘤組織qMT增高與對(duì)側(cè)正常白質(zhì)區(qū)存在顯著差異，而在腫瘤治療過程中，其磁化傳遞特征可發(fā)生轉(zhuǎn)變，可用于腫瘤療效監(jiān)測(cè)。

7 化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移成像

CEST通過施加特定頻率飽和脈沖來標(biāo)記包含某類可交換質(zhì)子的分子，而被標(biāo)記質(zhì)子通過化學(xué)交換引起水信號(hào)的變化實(shí)現(xiàn)間接測(cè)量該分子濃度及其微環(huán)境[16]。CEST對(duì)不穩(wěn)定質(zhì)子如酰胺、胺、羥基等濃度及交換敏感，這些質(zhì)子為谷氨酸、乳酸、肌醇等的代謝產(chǎn)物，其化學(xué)位移程度依賴于代謝產(chǎn)物中交換質(zhì)子局部電子云的不同。在腦轉(zhuǎn)移瘤中，這些代謝物濃度的增加可放大CEST效應(yīng)，其化學(xué)位移程度高于正常組織；但CEST檢測(cè)的為整體質(zhì)子的化學(xué)位移，對(duì)單個(gè)代謝物缺乏特異性。CEST化學(xué)交換率與腫瘤微環(huán)境改變密切相關(guān)，酸性微環(huán)境是腫瘤增殖、轉(zhuǎn)移、侵襲及放化療抵抗的重要因素，檢測(cè)腫瘤組織治療前后pH值的變化，可判斷腫瘤療效反應(yīng)，但pH敏感CEST成像特異性對(duì)比劑還需更深入的研究[17]。

由于CEST對(duì)分子間相互作用及代謝物濃度變化高度敏感，多個(gè)研究表明CEST在檢測(cè)治療導(dǎo)致的代謝物變化（如放療導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡）中具有巨大潛力。治療后CEST信號(hào)減低提示有較好的療效反應(yīng)。目前腫瘤中廣泛應(yīng)用的CEST指標(biāo)為酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移（amide proton transfer, APT），APT成像能夠評(píng)估腫瘤細(xì)胞蛋白質(zhì)含量、增殖情況及生物學(xué)狀態(tài)[18]，可作為腫瘤治療后相關(guān)變化與腫瘤復(fù)發(fā)的生物學(xué)標(biāo)志物[19]。但這些指標(biāo)均為反映磁化傳遞與水飽和的綜合CEST效應(yīng)，受到一定因素影響。

綜上所述，MRI定量技術(shù)逐漸應(yīng)用于腦轉(zhuǎn)移瘤診斷、療效與預(yù)后評(píng)估。不同技術(shù)各有其優(yōu)勢(shì)，CEST、qMT需要較長(zhǎng)的掃描時(shí)間且掃描范圍有限，在臨床決策中有一定限制。未來技術(shù)發(fā)展需要在不損失敏感性和特異性前提下，縮短掃描時(shí)間及增加掃描范圍覆蓋，加快臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化，以提高腦轉(zhuǎn)移瘤診療中影像診斷水平。