磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像在全身轉(zhuǎn)移瘤中的應(yīng)用

1.北京大學(xué)深圳醫(yī)院影像中心（廣東 深圳 518036）

2.廣東省汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院（廣東 汕頭 515041）

聶偉霞1,2 劉鵬程1 鄒立秋1

全身磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(whole body diffusion weighted imaging, WB-DWI),是近年來發(fā)展的新技術(shù)，該檢查可以獲得類似PET/CT的圖像,對惡性腫瘤具有較高的敏感性，故也稱之為MR類PET成像技術(shù)。PET/CT是近幾年來惡性腫瘤全身轉(zhuǎn)移評估的“金標(biāo)準(zhǔn)”,但其檢查費(fèi)用昂貴,有輻射?全身磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像對惡性腫瘤檢出的敏感性和特異性與PET/CT相近,費(fèi)用低、無輻射。隨著MR技術(shù)的不斷完善, 全身磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像將成為腫瘤患者的重要檢查方法。

WB-DWI即全身磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像技術(shù)發(fā)展及成像原理

高空間分辨率和優(yōu)良的軟組織對比度使磁共振成像成為實(shí)質(zhì)性臟器和骨骼肌肉系統(tǒng)病變檢測的最主要的檢查方法之一，不但可以對各系統(tǒng)器質(zhì)性病變進(jìn)行檢查，而且還可進(jìn)行分子生物學(xué)和功能成像研究。Eustace等[1]首次應(yīng)用全身MRI 技術(shù)檢測骨轉(zhuǎn)移瘤,并將其結(jié)果與經(jīng)典的骨顯像對照，結(jié)果顯示其敏感性及特異性均高于骨顯像?此后,又有研究報(bào)告，全身MRI在惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移檢查中敏感性和特異性的優(yōu)勢,已成為評估原發(fā)腫瘤及全身轉(zhuǎn)移瘤的有效工具[2-4]。

結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法主要對一些運(yùn)行時(shí)間相對較長的路橋有較好的處理效果，尤其是裂縫較陳舊情況下尤為適用。對于一些陳舊的裂縫來說，混凝土抗壓性易受火災(zāi)的不利影響，修補(bǔ)的方法比較多，要根據(jù)具體情況采用結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法來提高其穩(wěn)定性，以此增強(qiáng)對外界環(huán)境的預(yù)應(yīng)力。此外還可以通過灌漿方法對一些裂縫進(jìn)行有效修補(bǔ)。在施工過程中，施工企業(yè)還需采用嚴(yán)格的監(jiān)管方法對裂縫進(jìn)行監(jiān)督與管理，包括前期修補(bǔ)與后期維護(hù)，這在較大程度上能夠保證裂縫修補(bǔ)的質(zhì)量，減少裂縫發(fā)生率。

DWI是功能性磁共振成像的重要組成部分,MR擴(kuò)散加權(quán)成像早期被用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷,特別是對腦梗塞及囊性腫瘤敏感性較高，隨著設(shè)備及軟件技術(shù)的更新,DWI已逐漸可以用于全身各部位疾病的診斷。全身DWI有助于晚期惡性腫瘤全身轉(zhuǎn)移灶的發(fā)現(xiàn)、血液系統(tǒng)惡性腫瘤及全身轉(zhuǎn)移瘤的療效評價(jià)[5]。Takahara et al曾報(bào)道用STIR-EPI獲取三維DWI圖像的新方法，對全身進(jìn)行DWI橫斷掃描，然后采用IR技術(shù)進(jìn)行背景脂肪信號抑制，最后對圖像進(jìn)行三維重建。體部寬線圈的使用，進(jìn)一步擴(kuò)大了全身DWI-MR在臨床應(yīng)用的范圍。

全身MR擴(kuò)散加權(quán)成像，由于一次檢查可以覆蓋全身,重建后的圖像效果及臨床意義均與PET-CT類似,故被稱為MR類PET技術(shù)。擴(kuò)散加權(quán)成像是一種特殊設(shè)計(jì)的序列,對于水的擴(kuò)散非常敏感，擴(kuò)散速度越快，則信號越弱，擴(kuò)散速度越慢,則信號越強(qiáng),因而在圖像上形成對比。

DWI定性評估: DWI是分子水平反映組織結(jié)構(gòu)特征的無創(chuàng)性檢查方法，它通過探測活體水分子的微觀擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)來反映組織功能狀態(tài)。DWI的基本原理是在自旋回波序列（SE）的180°脈沖前后對稱施加2個(gè)強(qiáng)梯度磁場。前一個(gè)梯度脈沖引起所有質(zhì)子自旋去相位，后一個(gè)梯度磁場可使擴(kuò)散程度低的質(zhì)子自旋重聚，信號不降低，而擴(kuò)散程度強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)質(zhì)子離開原位置，不能完全重聚，導(dǎo)致信號下降。不同擴(kuò)散程度的組織在DWI 上可顯示不同的信號強(qiáng)度。惡性腫瘤阻止水分子擴(kuò)散的程度大于腫瘤來源的正常組織器官，在DWI上表現(xiàn)為高信號，比CT增強(qiáng)對比更明顯[7]。然而,一些正常器官,比如:脾、腎上腺和精囊腺在DWI序列是上也表現(xiàn)為高信號。

全身磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像特點(diǎn)

全身磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像原始圖像上可以觀察病灶的信號強(qiáng)度、部位。大小以及病灶個(gè)數(shù),測量病灶A(yù)DC值? 后期重建出全身冠狀位圖像,觀察全身狀況。反轉(zhuǎn)黑白或加彩得到類似PET/CT的整體圖像。它可以對病灶進(jìn)行定性及定量評估。

在病理情況下,有兩種原因造成水的擴(kuò)散受限。(1)細(xì)胞水腫：細(xì)胞間液減少,細(xì)胞內(nèi)水增多,因而擴(kuò)散受限的水增多,水的整體擴(kuò)散速度慢于正常組織,主要見于腦急性梗塞。(2)惡性腫瘤：惡性腫瘤細(xì)胞較正常細(xì)胞體積大,惡性腫瘤的細(xì)胞間液較正常少,二者結(jié)合,水的整體擴(kuò)散速度慢于正常組織[6]。

(3)突出情景照明。情景照明具有強(qiáng)烈的視覺沖擊力和戲劇性色彩，可以讓參展者被深刻打動(dòng)，進(jìn)而引起參展者的情感共鳴。

隨著智能制造的發(fā)展，制造過程中采用智能傳感器的場合越來越多，產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)。如何利用海量數(shù)據(jù)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測從而對制造行為進(jìn)行智能調(diào)控成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。云計(jì)算作為處理海量數(shù)據(jù)的有效方式之一，成為近年來發(fā)展智能負(fù)荷預(yù)測的重要手段。本文提出了一種智能物聯(lián)云計(jì)算平臺，針對不同的事務(wù)進(jìn)行分類化處理，提高計(jì)算性能。提出了基于QEA優(yōu)化的ARMAX模型，利用量子進(jìn)化算法對ARMAX模型中的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合云計(jì)算平臺引入更多幫助預(yù)測的參數(shù)，以提高算法的預(yù)測精度。通過實(shí)驗(yàn)對比，該方法不僅提高了短期電力負(fù)荷預(yù)測的精度，同時(shí)減短了算法運(yùn)行的時(shí)間消耗，可為優(yōu)化智能物聯(lián)網(wǎng)，提升工業(yè)智能制造水平提供支持。

ADC值定量評估: ADC值即表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent difusion coeficient，ADC)，是用來評價(jià)水分子擴(kuò)散程度的指標(biāo)。它是通過檢測施加擴(kuò)散敏感梯度場前后的信號，并得知擴(kuò)散敏感系數(shù)（即b值）的情況下計(jì)算出來的。b值由梯度脈沖的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間決定。b值越大，影像的擴(kuò)散權(quán)重越大，T2穿透效應(yīng)越小，血流灌注的影響減少，測得的ADC值越準(zhǔn)確[12]；然而b值越大，偽影增多，信噪比較低，影像質(zhì)量下降。因此，在保證信噪比的前提下，b值越大越能減少DWI影像及ADC值受T2穿透效應(yīng)和組織灌注因素的影響。ADC 值與組織的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和細(xì)胞膜完整性有關(guān)[8-9]，細(xì)胞數(shù)量少，細(xì)胞內(nèi)外間隙大，細(xì)胞膜完整性破壞時(shí)水分子擴(kuò)散快。當(dāng)組織發(fā)生病變時(shí)，細(xì)胞的結(jié)構(gòu)功能發(fā)生異常，其擴(kuò)散系數(shù)也隨之變化。惡性腫瘤增殖活躍，細(xì)胞數(shù)量多且體積大，排列緊密，使水分子擴(kuò)散受限，ADC值降低[10,11]。因此，ADC值能準(zhǔn)確地反映腫瘤等病變組織的病理生理狀態(tài)和空間結(jié)構(gòu)等信息。

全身磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像診斷價(jià)值

全身磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像依靠實(shí)性腫瘤的細(xì)胞密度、細(xì)胞外間隙及組織結(jié)構(gòu)構(gòu)成來判斷其組織學(xué)特點(diǎn),基于囊性病變內(nèi)容物的不同粘滯性來推斷其理化性質(zhì),根據(jù)腫瘤的DWI信號特點(diǎn)及ADC值判斷腫瘤生長速度、浸潤性、血管生成狀況等信息。

惡性腫瘤組織生長活躍,腫瘤細(xì)胞增殖旺盛,數(shù)量增多,且腫瘤細(xì)胞體積通常較大,組織空間構(gòu)成上腫瘤細(xì)胞排列緊密,導(dǎo)致細(xì)胞外間隙減?。煌瑫r(shí)細(xì)胞核增大,胞漿由于分化較差而減少,導(dǎo)致核漿比增高,細(xì)胞內(nèi)可供水分子自由擴(kuò)散的間隙亦較正常細(xì)胞減小,因而細(xì)胞內(nèi)外水分子擴(kuò)散均明顯受限,導(dǎo)致ADC值降低[12]，DWI顯示高信號。全身MRI擴(kuò)散加權(quán)成像從分子水平提供全身細(xì)胞水平代謝減弱信息,更早的發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤細(xì)胞的異常信息。它對惡性腫瘤檢測具有非常高的敏感性,臨床意義與PET-CT接近?由于MRI具有較強(qiáng)的組織對比度,故無注射對比劑、無輻射的情況下對各個(gè)器官進(jìn)行評估?因此,全身MRI在轉(zhuǎn)移瘤治療前及以后的定期復(fù)查中起到重要作用[13]。對于診斷原發(fā)癌的淋巴結(jié)及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移DWI也有一定的優(yōu)勢，DWI可從分子細(xì)胞水平反映受累病灶的性質(zhì)，轉(zhuǎn)移灶具有與原發(fā)腫瘤相似的生物學(xué)性質(zhì)：即增殖活躍、細(xì)胞數(shù)量多且體積大、排列緊密、導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)及細(xì)胞外間隙均減小、使水分子擴(kuò)散受限，DWI上表現(xiàn)為與原發(fā)腫瘤一致的高信號,因此，DWI較常規(guī)MR檢查更容易發(fā)現(xiàn)淋巴結(jié)及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。在DWI上背景信號被抑制，顯示病灶的范圍較普通的MRI檢查范圍大，因此DWI發(fā)現(xiàn)小病灶的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的MRI成像。臨床工作中，不典型腫瘤性病變的良惡性鑒別診斷具有較大的臨床意義，如：不典型血管瘤、肝硬化結(jié)節(jié)與原發(fā)性肝癌鑒別診斷較困難，但在DWI成像上可以較容易的將其鑒別，b值較高時(shí)（b=1000時(shí)），前兩者信號大部分被抑制，而原發(fā)性肝癌仍呈高信號，并且不典型血管瘤、肝硬化結(jié)節(jié)的ADC值高于原發(fā)性肝癌[14]。DWI全身橫斷位成像經(jīng)3D MRP重建形成全身DWI影像,黑白反轉(zhuǎn)后形成類PET影像,立體、直觀顯示全身病灶分布。

全身磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像對治療效果的評價(jià)

MR檢查以其較好的圖像質(zhì)量以及新的STIR-DWI序列和ADC值的應(yīng)用，對腫瘤分期及治療監(jiān)測非常適用。MR類PET對治療價(jià)值的評估和PET/CT的價(jià)值相近。此外,DWI和ADC值可以提供腫瘤的形態(tài)學(xué)和功能學(xué)診斷標(biāo)準(zhǔn)。惡性腫瘤細(xì)胞較快的分裂、增長速度、細(xì)胞密度升高是引起DWI序列上信號增高、ADC值下降的主要原因，有效的腫瘤治療會引起組織內(nèi)不同類別水分子擴(kuò)散狀況的改變,主要機(jī)制是腫瘤治療導(dǎo)致細(xì)胞膜破裂,核膜碎裂,細(xì)胞膜通透性增加，細(xì)胞溶解使得細(xì)胞內(nèi)容積分?jǐn)?shù)降低,結(jié)合于細(xì)胞膜表面的水分子減少,低運(yùn)動(dòng)水分子群比例下降,而高運(yùn)動(dòng)水分子群比例則由于細(xì)胞密度的下降而上升[15-16]。水分子擴(kuò)散速率比存活的腫瘤區(qū)明顯增快,DWI顯示為低信號,其ADC值增高[17]。治療前后的ADC值的變化可以早期預(yù)測治療效果?研究數(shù)據(jù)表明[18]，對治療敏感的腫瘤患者，化療后ADC值明顯高于化療前， ADC值可以用來評估早期的化療效果，來指導(dǎo)臨床選擇正確的治療方案。我們可以通過ADC圖的變化還可以直觀地觀察病變大小并對疾病嚴(yán)重性進(jìn)行評估。Thoney等[19]應(yīng)用DWI監(jiān)測抗血管生成藥物考布他汀(combretastatin)治療橫紋肌肉瘤模型鼠發(fā)現(xiàn),在給藥后1小時(shí)及6小時(shí)觀測到,腫瘤組織實(shí)性部分ADC值下降,藥物引起腫瘤組織細(xì)胞腫脹,從而導(dǎo)致細(xì)胞外間隙下降。48小時(shí)后腫瘤組織的ADC升高則與腫瘤細(xì)胞的破裂及組織的壞死一致?Ming Q.Huang[20]等用全身磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像對NHL大白鼠每完成一個(gè)化療周期進(jìn)行效果監(jiān)測，每完成一個(gè)化療周期治療組同一病灶在DWI上的信號強(qiáng)度明顯低于對照組，其ADC值高于對照組,兩者差別具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。ADC值在腫瘤患者化療及放療效果的早期評估中起到不可小覷的作用，給臨床工作提供較大的幫助。由于該檢查費(fèi)用低、無傷害，一方面減少了腫瘤患者的精神及經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，另一方面治療方案的早期正確選擇使其壽命得以延長。全身磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像在治療方法的選擇方面起著較為重要的作用，統(tǒng)計(jì)表明，有10～20%病例因此更改了治療方案，提高了患者的生存率。

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