酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移(APT)技術(shù)在乳腺疾病中的應(yīng)用進(jìn)展＊

李葉琴 王翠艷

1.山東大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院(山東 濟南 250021)

2.山東大學(xué)附屬山東省立醫(yī)院放射科(山東 濟南 250021)

傳統(tǒng)的乳腺檢查方式主要有乳腺X線攝影及超聲檢查，其中乳腺X線攝影具有一定的放射危害，且對于致密型腺體的診斷限制性較大[1-2]，而超聲檢查的診斷準(zhǔn)確性高度依賴于檢查醫(yī)師的技術(shù)水平與經(jīng)驗，對微鈣化與小病變的診斷缺乏特異性[3]，容易導(dǎo)致漏診及誤診。乳腺磁共振(breast magnetic resonance,BMR)是一種能夠無創(chuàng)評估乳腺結(jié)構(gòu)與病變的成像技術(shù)，因其優(yōu)越的軟組織分辨率、對人體的無創(chuàng)性、無輻射性以及多參數(shù)、多序列的成像方式成為傳統(tǒng)乳腺影像檢查方式強有力的補充[4]。隨著臨床的需要和技術(shù)的不斷進(jìn)步，近年來涌現(xiàn)出了一大批磁共振新技術(shù)，其中，酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移技術(shù)是一種分子層面的磁共振成像技術(shù)，可以提供病變組織的微觀信息，因而得到了研究人員的廣泛關(guān)注。

1 APT技術(shù)相關(guān)基礎(chǔ)

1.1 磁化傳遞(magnetization transfer,MT)技術(shù)MT技術(shù)可以選擇性的抑制組織信號，尤其是富含大分子結(jié)構(gòu)的組織(如蛋白質(zhì))，從而達(dá)到增加對比度的目的，其基本原理是把組織中結(jié)合水的飽和磁化狀態(tài)傳遞給自由水，因此被稱為磁化傳遞或磁化轉(zhuǎn)移。

MT技術(shù)主要用于磁共振血管成像(magnetic resonance angiography,MRA)中，通過抑制背景信號來突出顯示血管。另外MT技術(shù)也可用于增加MRI增強圖像的對比度，有研究表明，使用單倍劑量對比劑進(jìn)行顱腦增強掃描，施加了MT技術(shù)后其圖像增強效果與使用三倍劑量對比劑、不施加MT技術(shù)的增強掃描圖像效果相似。

1.2 化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移(chemical exchange saturation transfer,CEST)技術(shù)CEST技術(shù)由MT技術(shù)發(fā)展而來。化學(xué)交換是指兩個不同化學(xué)偏移的基團(tuán)之間的交換效應(yīng)，主要是指某一物質(zhì)與自由水質(zhì)子之間的交換效應(yīng)[5]。CEST技術(shù)通過利用特定的偏共振飽和脈沖，對特定的某一物質(zhì)進(jìn)行充分的預(yù)飽和，通過這一物質(zhì)與水質(zhì)子之間的化學(xué)交換來影響自由水的信號強度，通過檢測自由水信號的變化，就可以間接反映出這一物質(zhì)的變化信息。由于不同物質(zhì)與水質(zhì)子的固有頻率之間具有不同差值，因而可以將內(nèi)源性或外源性對比劑引入CEST技術(shù)中，以獲得較高的CEST對比[6]。目前CEST技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)對蛋白質(zhì)[7]、糖胺聚糖[8]、谷氨酸[9]以及葡萄糖[10]等分子的檢測。

1.3 酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移(amide proton transfer,APT)技術(shù)APT技術(shù)是CEST技術(shù)的特定類型，主要是將其中的特定物質(zhì)選定為蛋白質(zhì)和多肽中含有的酰胺質(zhì)子，利用其與水質(zhì)子之間的化學(xué)交換效應(yīng)，間接反映組織中游離蛋白質(zhì)和多肽的濃度變化。2003年，Zhou[7]等人首次實現(xiàn)了使用磁共振探測活體內(nèi)的自由蛋白質(zhì)和氨基酸，APT技術(shù)正式形成。

1.4 APT成像原理APT技術(shù)是CEST技術(shù)中的一種類型，其原理與CEST技術(shù)相同。磁共振成像的信號主要來源于氫質(zhì)子，而人體中的氫質(zhì)子主要來源于水和脂肪組織。人體組織內(nèi)自由運動的水分子被稱為自由水，或自由水池(free pool)。當(dāng)發(fā)射的射頻脈沖頻率與質(zhì)子的進(jìn)動頻率相同時可使質(zhì)子產(chǎn)生共振達(dá)到飽和狀態(tài)。因為酰胺質(zhì)子位于8.25ppm處[11]，而自由水的中心頻率位于4.75ppm處，所以會首先發(fā)射一個偏離水中心頻率3.5ppm的射頻飽和脈沖來激發(fā)酰胺質(zhì)子并使之飽和。飽和的酰胺質(zhì)子會和未飽和的自由水中的氫質(zhì)子進(jìn)行交換，最終結(jié)果是自由水中的氫質(zhì)子也產(chǎn)生了飽和效應(yīng)。此時再施加真正的成像脈沖并采集信號，就會發(fā)現(xiàn)自由水的信號降低了，且其降低的程度與組織中酰胺質(zhì)子的濃度呈正相關(guān)。

在CEST分析中常用的一個量化指標(biāo)是非對稱磁化轉(zhuǎn)移率(magnetization transfer asymmetry,MTRasym)，在APT分析中，其計算公式為MTRasym(3.5ppm)={(S-3.5ppm)-(S+3.5ppm)}/S0，S0為飽和前的水信號強度，S-3.5ppm和S+3.5ppm分別代表施加飽和脈沖后在-3.5ppm和+3.5ppm處獲得的信號強度。利用非飽和圖與發(fā)射射頻飽和脈沖之后得到的飽和圖進(jìn)行計算，就可以得出APT加權(quán)圖像(APT Weight Imaging,APTWI)。APTWI為定量圖像，直接勾畫ROI得出的APTw(%)即為MTRasym(%)，可以反映酰胺質(zhì)子的含量，從而反映出游離蛋白質(zhì)的含量。

2 APT技術(shù)的臨床應(yīng)用

APT技術(shù)最早應(yīng)用于腦腫瘤成像[7]，主要集中于對腦內(nèi)腫瘤尤其是膠質(zhì)瘤的診斷[12-14]、分級[12,15]以及腫瘤放化療的療效評估[16]等方面。目前APT技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)方面的研究已日益成熟，如其在缺血性腦卒中成像中的潛在價值也已被證實[17]，包括識別缺血性半暗帶[18]、預(yù)測患者預(yù)后[19]和監(jiān)測治療效果[20]等。另外，APT技術(shù)在帕金森[21]、阿爾茲海默癥、多發(fā)性硬化和創(chuàng)傷性腦損傷的成像中也具有良好的前景。

近年來，APT技術(shù)在全身其他系統(tǒng)中也有了一些應(yīng)用研究，如診斷子宮內(nèi)膜癌[22-24]、直腸腺癌[25]、前列腺癌[9]，預(yù)測晚期直腸癌及鼻咽癌的新輔助放化療療效[26-27]、評估在腮腺成像中的可行性[28]等。

2.1 APT序列在乳腺中的重復(fù)性與可靠性隨著APT技術(shù)在人體各系統(tǒng)中研究的不斷深入，其在乳腺病變領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸增多。2011年，Schmitt等人[29]使用3.0T磁共振成像儀對6名經(jīng)病理檢查證實為乳腺浸潤性導(dǎo)管癌的女性患者進(jìn)行了乳腺磁共振檢查，包括抑脂T1WI對比增強掃描及CEST掃描，在這6例患者中，有3例患者的CEST高信號區(qū)與DCE-MRI所顯示的腫瘤區(qū)域有很好的相關(guān)性，因而認(rèn)為CEST在區(qū)分乳腺癌和正常乳腺腺體組織方面有很大的潛力。之后Klomp等人[30]在7.0T磁共振成像儀上使用肌酸體模檢驗了CEST(3.5ppm)的系統(tǒng)穩(wěn)定性，體模中的CEST(3.5ppm)結(jié)果顯示出優(yōu)質(zhì)、可分辨的CEST效應(yīng)，且偽影水平低于背景噪聲。而Zaric等人[31]對五名健康志愿者進(jìn)行了重復(fù)CEST掃描，發(fā)現(xiàn)在3.5ppm處，MTRasym值具有良好的組內(nèi)一致性，證實了APTWI在乳腺成像中的可重復(fù)性。

2.2 APT在乳腺疾病診斷中的價值A(chǔ)PT作為一種新近發(fā)展起來的無創(chuàng)性的對比成像技術(shù)，在乳腺癌的診斷、治療與療效評估中具有極大的潛力，但目前不同學(xué)者對乳腺APT的研究結(jié)果尚不一致。

Zaric等人[31]的研究顯示在正常組織中測得的MTRasym值明顯低于腫瘤組織中的MTRasym值，低級別腫瘤(G1級)的MTRasym值低于高級別腫瘤(G3級)，而孟等人[32]評估了APTWI對乳腺良惡性病變的診斷價值，研究結(jié)果表明惡性病變組的MTRasym值低于良性病變組，這一結(jié)果與以往研究結(jié)果相反，但與既往研究不同的是，孟等人的研究對象不僅包括不同類型的乳腺癌，還包括乳腺良性病變，而既往研究的研究對象多為同一類型不同級別的乳腺癌，如Zaric等人的18名研究對象中有16名為乳腺浸潤性導(dǎo)管癌。正常乳腺組織具有強大的分泌能力，分泌物中富含蛋白質(zhì)、多肽及相關(guān)衍生物，當(dāng)研究對象為級別不同的同種類腫瘤時，不同組別的腫瘤細(xì)胞分泌能力可能差異不大，此時影響腫瘤內(nèi)游離蛋白質(zhì)和多肽含量的因素主要是細(xì)胞密度、核異型性和組織壞死等，在此條件下，高級別腫瘤的MTRasym值高于低級別腫瘤。而乳腺良性病變分化較好，分泌能力與正常乳腺組織差異不大，乳腺惡性病變分化較差，分泌能力可能受損，當(dāng)細(xì)胞密度、組織壞死等因素不能彌補因分泌能力不同而引起的蛋白質(zhì)和多肽含量差異時，惡性病變的MTRasym值低于良性病變。

作為一種高度異質(zhì)性的病變，乳腺癌的預(yù)后影響因素很多，包括病灶體積、病理分級、Ki-67增殖指數(shù)、腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況和受體表達(dá)水平等，其中Ki-67即增殖細(xì)胞相關(guān)核抗原，是一種能夠反映細(xì)胞增殖活性的標(biāo)志物。Ki-67的表達(dá)水平與腫瘤的增殖程度關(guān)系密切。Zaric等人[31]的研究表明MTRasym值與Ki-67增殖指數(shù)之間存在顯著正相關(guān)性，而孟等人[32]分析了MTRasym值與乳腺癌各項預(yù)后因素的相關(guān)性后，認(rèn)為MTRasym值僅與病理分級具有低度正相關(guān)性，與其他預(yù)后因素均不具有相關(guān)性?？紤]到上述研究的研究對象及所用機器均具有較大差異，APT與腫瘤增殖之間的關(guān)系尚不能確定，今后還需要對它們之間的關(guān)系進(jìn)行更加深入的研究。

在乳腺癌的治療中，淋巴水腫是一種較常見的并發(fā)癥，這主要是由于淋巴系統(tǒng)損傷，淋巴負(fù)荷超出運輸能力，導(dǎo)致蛋白質(zhì)在間質(zhì)中積聚，最終形成水腫。淋巴系統(tǒng)常被人們忽略，但其在疾病中的破壞性不可忽視，早期識別受損淋巴管可以防止或推遲并發(fā)癥的發(fā)生。Donahue等人[33]探討了APT在評估乳腺癌治療相關(guān)性淋巴水腫(breast cancer treatment-related lymphedema，BCRL)中的價值，研究結(jié)果表明，在BCRL患者中可觀察到健側(cè)手臂與淋巴水腫手臂之間APT效應(yīng)的不對稱性增加，且APT效應(yīng)大小與淋巴水腫階段之間存在相關(guān)性，表明APT可以在臨床癥狀出現(xiàn)之前就檢測到并評估此類患者的淋巴損害。BCRL患者最常見的治療方法之一是手動淋巴引流(manual lymph drainage,MLD)，這種方法可以暫時將淺層組織中淤積的淋巴轉(zhuǎn)移到深層淋巴通道中。Crescenzi等人[34]對接受了MLD治療的BCRL患者進(jìn)行了研究，采集治療前后的APT圖像進(jìn)行對比，結(jié)果表明接受MLD治療后，BCRL受試者患側(cè)的質(zhì)子轉(zhuǎn)移比顯著升高，因而認(rèn)為APT可以用來觀察淋巴動員療法的效果。

2.3 APT在乳腺癌新輔助化療療效評估中的價值新輔助化療現(xiàn)在已逐漸成為乳腺癌患者全身系統(tǒng)性治療的第一步，它可以使部分無法保乳的患者獲得保乳的機會，部分不能手術(shù)的患者獲得手術(shù)的機會，但也有小部分患者(低于5%)在新輔助化療的過程中出現(xiàn)疾病進(jìn)展，甚至失去手術(shù)的機會，因而新輔助化療的療效如何直接影響到患者的手術(shù)效果及預(yù)后生活質(zhì)量的高低。APT 對細(xì)胞游離蛋白含量和組織pH很敏感，而這些組織特性會隨著治療的反應(yīng)而改變，因此有理由假設(shè)在治療過程中早期觀察到的APT變化可以預(yù)測最終的化療結(jié)果。

Dula等人[35]對3名接受一個周期的新輔助化療的乳腺癌患者前后的APTWI進(jìn)行了初步的評估與對比，在發(fā)生疾病進(jìn)展的患者中發(fā)現(xiàn)了APT信號的增加，潛在地反映了細(xì)胞的持續(xù)增殖；而在完全緩解的患者中，測得的APT信號減少，同時在常規(guī)磁共振解剖圖像中，化療前后腫瘤的大小沒有發(fā)生顯著變化。這些結(jié)果表明APTWI對宏觀變化之前發(fā)生的微觀結(jié)構(gòu)分子變化具有潛在的敏感性。Krikken等人[36]在7.0T磁共振成像儀上進(jìn)行了更大樣本量(n=10)的研究，有超過半數(shù)的病灶觀測到的治療前后的APT信號變化具有顯著性差異，表明使用APTWI作為非侵入性生物標(biāo)志物來評估新輔助化療在乳腺癌患者治療早期的效果是可行的，但還需要更大的患者群體來更全面地分析APT信號的變化與病理反應(yīng)之間的關(guān)系。

3 APT技術(shù)的不足與展望

APT技術(shù)是目前唯一能夠無輻射、無創(chuàng)性的定量游離蛋白質(zhì)的MR分子影像技術(shù)，但其在乳腺疾病中的應(yīng)用還不夠成熟，與其他MR成像技術(shù)相比，其診斷效能有待于進(jìn)一步的提高。孟等人[37]比較了APTWI和彌散峰度成像(DKI)及體素內(nèi)非相干運動成像(IVIM)在乳腺良惡性病變鑒別診斷中的價值，王等人[38]則比較了APTWI和擴散加權(quán)成像(DWI)在鑒別乳腺良惡性病變中的價值，結(jié)果表明IVIM和APTWI對乳腺良惡性病變的診斷效果相似，而DKI與DWI的診斷效能略高于APTWI。

乳腺中富含脂肪組織，正常纖維腺體組織與脂肪組織是交錯分布的，因而APT信號容易受到脂肪信號的影響從而產(chǎn)生偽影。張等人[39]開發(fā)并驗證了CEST-Dixon成像序列，通過制備不同pH值的碘帕醇溶液作為體模進(jìn)行CEST-Dixon成像，采集相應(yīng)的MTRasym值進(jìn)行對比，結(jié)果表明Dixon成像不會為Z譜引入額外的不對稱性，可以校正脂肪信號誘發(fā)的偽影。最近Zimmermann等人[40]提出使用一種新的歸一化方法來校正脂肪信號，這一方法主要是基于脂肪信號可以通過直接水飽和度的光譜位置處的殘余信號來估計，由于所需要的信息已包含在傳統(tǒng)的Z譜中，這種校正方法既不需要脂肪飽和或水激發(fā)方案，也不需要進(jìn)行額外的測量。

APT成像還受到諸多因素的影響，如核奧氏效應(yīng)(nuclear overhauser effect，NOE)及MT效應(yīng)等，而APT數(shù)據(jù)分析中最常用和最快速的MTRasym方法無法校正這些效應(yīng)，因此，可以考慮不同的Z譜分析方法來分離這些影響[31]。此外，APT對運動非常敏感，且掃描時間普遍較長，這就增加了出現(xiàn)各種偽影的風(fēng)險，所以用于體部有很大的難度和挑戰(zhàn)。最近Schüre等人[41]提出快速CEST-EPI序列可以實現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)采集，并提供與改進(jìn)的傳統(tǒng)方案相似的CEST對比度，而掃描時間減少了約50%。

APT技術(shù)因其較高的敏感性及本身獨特的成像特性，在全身各系統(tǒng)的多種疾病中均具有很好的潛在應(yīng)用價值，雖然在乳腺疾病中應(yīng)用時間尚短，但既往發(fā)表的結(jié)果已經(jīng)證明了APT成像在乳腺磁共振功能成像中的巨大潛力。相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展以及進(jìn)一步的研究和更大規(guī)模的試驗，未來APTWI在乳腺疾病中會發(fā)揮更有效的作用。