合成磁共振成像在腫瘤診斷中的應(yīng)用價(jià)值

肖 艷 綜述,彭正偉 審校

重慶醫(yī)科大學(xué)附屬璧山醫(yī)院/重慶市璧山區(qū)人民醫(yī)院放射科,重慶 402760

合成磁共振成像(SyMRI)是一種全新的定量磁共振成像技術(shù),一次掃描即可得到多種對比度加權(quán)圖像,同時(shí)可量化橫向弛豫時(shí)間(T2)、縱向弛豫時(shí)間(T1)和質(zhì)子密度(PD)[1]。基本的SyMRI序列包括常規(guī)的T1加權(quán)成像(T1WI)、T2加權(quán)成像(T2WI)、質(zhì)子密度加權(quán)成像(PDWI)、液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(FLAIR)、短反轉(zhuǎn)時(shí)間反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列。隨著定量磁共振成像(MRI)技術(shù)的不斷發(fā)展,SyMRI在臨床上的應(yīng)用也日益廣泛。目前,SyMRI已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷及腦部發(fā)育的研究中,近年來也有應(yīng)用于前列腺癌、乳腺癌和直腸癌等腫瘤診斷中的研究報(bào)道[2-4]。本文就SyMRI在腫瘤診斷中的應(yīng)用價(jià)值綜述如下。

1 SyMRI的基本原理及優(yōu)缺點(diǎn)

SyMRI是一種多回波信號,利用渦輪自旋回波來讀出飽和恢復(fù)參數(shù),可對弛豫時(shí)間和PD進(jìn)行量化,從而獲得感興趣區(qū)組織的定量參數(shù)值[5]。SyMRI通過測量定量參數(shù)對疾病進(jìn)行微觀的客觀評估,包括T1、T2及它們的反弛豫率R1 (1/T1)、R2(1/T2)和PD的絕對定量。SyMRI既能通過調(diào)整掃描參數(shù),如重復(fù)時(shí)間、回波時(shí)間等重新合成各種圖像,還能通過T1、T2和PD值重新優(yōu)化圖像[6]。SyMRI圖像采集時(shí)可能出現(xiàn)運(yùn)動偽影,該缺陷在一定程度上可以通過絕對定量MRI掃描和圖像校準(zhǔn)來彌補(bǔ),而掃描技術(shù)相關(guān)的缺陷可以通過合成圖像減少[7]。

SyMRI一次掃描即可得到多種對比度圖像,只需要4～6 min就能完成弛豫時(shí)間的測量及合成圖像的重建,與以往的弛豫時(shí)間定量技術(shù),如T1-mapping、T2-mapping相比,SyMRI大大縮短了整個掃描時(shí)間,同時(shí)避免在不同的序列單獨(dú)測量T1、T2值,成像及測量具有較好的可重復(fù)性[8]。GRANBERG 等[9]探討了SyMRI對腦成分體積測量的可重復(fù)性,該研究顯示各參數(shù)(腦容量、顱內(nèi)體積、腦實(shí)質(zhì)分?jǐn)?shù)和腦灰質(zhì)分?jǐn)?shù))測量的可重復(fù)性好,以腦容量及腦實(shí)質(zhì)分?jǐn)?shù)的重復(fù)性最佳。SyMRI測量重復(fù)性誤差低于FreeSurfer、SPM等其他MRI圖像后處理和分析軟件。WEST等[10]的對比研究顯示,SyMRI在1.5T測量結(jié)果的重復(fù)性略高于3.0T,研究者分析原因可能與影響R的區(qū)域組織組成的差異導(dǎo)致R1、R2值的變化相關(guān)。因?yàn)?.5T MRI的R1或R2值動態(tài)范圍較高,導(dǎo)致更明顯的組織間信號分離,另外,3.0T系統(tǒng)中的MR頭線圈稍大,允許的運(yùn)動較大,可能導(dǎo)致更大的運(yùn)動偽影,是可能影響重復(fù)性的另一因素。HAGIWARA等[11]的研究顯示,對于斑塊的檢測,SyMRI優(yōu)于常規(guī)MRI。然而SyMRI觀察者間的一致性相對較低,原因可能是觀察者對SyMRI圖像較生疏。MENG等[12]采用部分切片、單切片、三切片和全病變4種不同ROI放置研究其對鼻咽病變SyMRI定量參數(shù)測量的影響,發(fā)現(xiàn)鼻咽病變的T1、T2和PD值在不同類型的ROI之間沒有明顯差異。

2 SyMRI在腫瘤診斷中的應(yīng)用價(jià)值

組織成分的變化引起SyMRI定量參數(shù)值改變。同一磁場強(qiáng)度下,影響組織T1、T2和PD值的主要因素有順磁性物質(zhì)、組織中水分子含量及分子的隨機(jī)運(yùn)動等[13]。腫瘤組織的T1、T2及PD值與正常組織存在差異奠定了SyMRI定量評估的基礎(chǔ)。孟鐵豹等[2]發(fā)現(xiàn)前列腺癌的T1值[(1 251.60±115.90)ms]和T2值[(77.07±4.49)ms]明顯低于正常前列腺組織的T1值[(2 530.30±551.30)ms]、T2值[(190.02±60.69)ms],差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。定量病變組織的 T1、T2 值有利于提高診斷的靈敏度。

對比劑增強(qiáng)MRI是評估腫瘤與周圍組織關(guān)系的重要檢查方法,常用于腫瘤術(shù)前診斷和分期。HAGIWARA等[14]利用對比劑增強(qiáng)SyMRI評估腦轉(zhuǎn)移瘤,認(rèn)為合成T1IR圖像的平均病變白質(zhì)對比度和平均對比度明顯高于合成T1W和常規(guī)T1IR圖像,但檢測腦轉(zhuǎn)移的效能基本一致。關(guān)于增強(qiáng)SyMRI對腦膜病變診斷價(jià)值的研究結(jié)果顯示,SyMRI常規(guī)增強(qiáng)T2 FLAIR序列圖像對比度優(yōu)于對比劑增強(qiáng)型T1序列圖像[15],SyMRI對腦膜病變的靈敏度優(yōu)于常規(guī)MRI[16]。MAEKAWA等[17]研究發(fā)現(xiàn),SyMRI定量參數(shù)值(T1、T2及PD值)在注射對比劑后均降低,這有助于增加WM測量體積而減少GM體積,認(rèn)為對比劑增強(qiáng)可能明顯影響腦組織體積測量,提醒應(yīng)用SyMRI進(jìn)行腦腫瘤診斷的影像科醫(yī)生應(yīng)更加謹(jǐn)慎。

近年來,隨著MRI技術(shù)的飛速發(fā)展,多模態(tài)磁共振在腫瘤中的應(yīng)用不斷增多,彌補(bǔ)了單模態(tài)磁共振缺陷,為疾病診斷提供了更多的影像學(xué)依據(jù)。車樹楠等[18]對43例乳腺良惡性腫瘤進(jìn)行研究,測量ADC,增強(qiáng)前參數(shù)T1 pre、T2 pre及增強(qiáng)后參數(shù)ΔT1、ΔT2,結(jié)果顯示良性組的各參數(shù)值均高于惡性組,增強(qiáng)前T1 pre的ROC曲線下面積(AUC)為0.869,高于ADC的0.806,診斷效能最高的是增強(qiáng)前T1 pre值,T1 pre和T2 pre 結(jié)合在一定程度上可以提高診斷的效能。SUN等[19]報(bào)道顯示,具有 DCE-MRI、ADC和SyMRI 的多參數(shù)MRI模型在評估BI-RADS 4類病變中的可靠性最高,優(yōu)于SyMRI及SyMRI聯(lián)合ADC的多模態(tài)模型。CAI等[20]的研究發(fā)現(xiàn),ADC平均值對膀胱癌具有最佳診斷效能,當(dāng)SyMRI定量參數(shù)與ADC值相結(jié)合時(shí),膀胱癌診斷效能并沒有明顯改善,可能是高級別膀胱癌組織細(xì)胞更密集,極大地限制了水分子的擴(kuò)散,導(dǎo)致ADC值較低,而該研究樣本量小,所納入高級別病例數(shù)多于低級別病例數(shù),有待大樣本進(jìn)一步研究。

3 SyMRI在腫瘤鑒別診斷中的作用

腫瘤的細(xì)胞組成和微觀結(jié)構(gòu)的差異影響組織的磁化特性,決定SyMRI定量參數(shù)值的變化。不同腫瘤之間細(xì)胞體積大小不同,且細(xì)胞間隙內(nèi)成分如漿細(xì)胞、壞死物等不同,導(dǎo)致細(xì)胞外自由水含量高低存在差異,T1、T2也不同,測量值有助于腫瘤的鑒別診斷。高微波等[21]探討了SyMRI對乳腺良惡性病變鑒別診斷的價(jià)值發(fā)現(xiàn),良惡性病變的PD值分別為87.0(72.7,96.7)、73.5(63.3,79.4)pu,T2值分別為103.0(93.0,126.0)、83.0(77.0,90.0)ms,PD、T2差值比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),而T1差值比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),研究結(jié)果與MATSUDA等[22]的報(bào)道不一致,原因可能是樣本缺乏多樣性,對研究結(jié)果造成偏倚,待增加樣本量及多樣性進(jìn)一步研究。CHEN等[23]的研究比較了志愿者纖維腺瘤組織與浸潤性導(dǎo)管癌組織在3.0T的T1值,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。另有研究報(bào)道,T1、T2值2個定量指標(biāo)均可以用于乳腺良惡性腫瘤的鑒別,T1值的診斷效能較T2值高[4],分析原因可能為T1是將質(zhì)子團(tuán)內(nèi)能量轉(zhuǎn)移到外部所需的時(shí)間,取決于周圍分子的運(yùn)動頻率,壞死相關(guān)的細(xì)胞外大分子在乳腺癌中更豐富,故T1值較長,結(jié)合T1、T2值可以進(jìn)一步提高診斷的準(zhǔn)確性。T1值在乳腺疾病診斷中的價(jià)值在前述兩項(xiàng)研究中結(jié)論不同,分析影響因素可能為納入的研究對象不同。CAI等[20]發(fā)現(xiàn),高級別膀胱癌的T1、T2、PD和ADC值均低于低級別膀胱癌,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。對于前列腺癌而言,T2和PD值鑒別中/高級別(HG,Gleason評分≥7分)和低級別(LG,Gleason評分≤6分)病灶的性能與ADC值類似[24]。SyMRI定量參數(shù)測量值對鑒別良惡性腫瘤及判斷腫瘤分級有一定價(jià)值,可能是一種評估腫瘤組織學(xué)分級的潛在非侵入技術(shù)。

4 SyMRI在評價(jià)腫瘤患者療效及預(yù)后中的作用

腫瘤的細(xì)胞數(shù)目和微環(huán)境在治療前后發(fā)生變化,導(dǎo)致 T1、T2值改變,評價(jià)腫瘤治療前后 T1、T2 值變化在療效評估中有重要意義。LESCHER 等[25]的研究探討了SyMRI監(jiān)測貝伐珠單抗治療復(fù)發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤進(jìn)展的價(jià)值,顯示進(jìn)展期患者T1值的改變早于腫瘤體積的增大,故較傳統(tǒng)增強(qiáng)T1加權(quán)圖像而言,T1能更早地監(jiān)測腫瘤進(jìn)展,表現(xiàn)為T1延長,認(rèn)為定量弛豫時(shí)間可能是抗血管生成治療下監(jiān)測患者腫瘤進(jìn)展的有效方法。HATTINGEN等[26]的研究對18例復(fù)發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者進(jìn)行SyMRI掃描,發(fā)現(xiàn)貝伐珠單抗治療前T2值在增強(qiáng)性腫瘤和非增強(qiáng)性腫瘤中比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),治療開始后T2值明顯減少,在第一次減少后,定量值在隨訪期保持相對恒定,腫瘤進(jìn)展時(shí),非增強(qiáng)性腫瘤的T2值明顯低于恒定值,T2值的變化程度可能是預(yù)測總生存期的早期反應(yīng)參數(shù)。腫瘤周圍水腫是臨床上評估膠質(zhì)瘤預(yù)后的參考指標(biāo)之一,BLYSTAD等[27]利用SyMRI對24例疑似惡性膠質(zhì)瘤周圍水腫進(jìn)行定量分析,測量RI、R2和PD,發(fā)現(xiàn)R1、R2隨著與腫瘤對比劑增強(qiáng)邊緣距離的增加而減小,意味著更接近腫瘤的區(qū)域治愈時(shí)間更短,可檢測常規(guī)MRI圖像上未可視化的組織變化,可反映腫瘤周圍水腫情況。

準(zhǔn)確評估腫瘤患者的淋巴結(jié)狀態(tài)對個體化治療至關(guān)重要,也是預(yù)測局部復(fù)發(fā)和總生存期的重要因素。SyMRI的定量參數(shù)提供了超越形態(tài)學(xué)特征的組織微環(huán)境信息。淋巴結(jié)中游離水和結(jié)合水的含量決定T2值的長短,轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)結(jié)合水含量較多。GE等[4]的研究顯示,直腸癌患者轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)與良性淋巴結(jié)T2值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),前者明顯降低,認(rèn)為T2值有助于鑒別直腸癌中的轉(zhuǎn)移性和非轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié),診斷效能和再現(xiàn)性均優(yōu)于ADC值。ZHAO 等[28]探討了SyMRI直方圖參數(shù)在直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移預(yù)測中的價(jià)值,發(fā)現(xiàn)T2圖譜的最大值和峰度,PD圖譜的最大值和方差,以及PD圖譜的方差均能預(yù)測淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移,與傳統(tǒng)的形態(tài)特征和化學(xué)位移效應(yīng)評估方法比較,SyMRI能明顯提高術(shù)前直腸癌相關(guān)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的預(yù)測性;另外T1圖、MRI上的壁浸潤是淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的重要預(yù)測因子。

前列腺癌最容易發(fā)生骨轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)移模式復(fù)雜[29]。復(fù)雜的轉(zhuǎn)移擴(kuò)散模式和前列腺癌的耐藥性發(fā)展,導(dǎo)致每個去勢抵抗性前列腺癌轉(zhuǎn)移部位在治療敏感性方面可能存在異質(zhì)性。前列腺癌治療過程中存在進(jìn)行性骨轉(zhuǎn)移與誘導(dǎo)硬化的不可存活骨轉(zhuǎn)移,成像標(biāo)志物的建立對準(zhǔn)確評估個體病變的治療反應(yīng)至關(guān)重要。ARITA 等[30]利用SyMRI評估骨轉(zhuǎn)移治療過程的變化,發(fā)現(xiàn)PD值在活動性骨轉(zhuǎn)移病變組織、無硬化且無活性的骨轉(zhuǎn)移病變組織及正常紅骨髓間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001),而T1、T2值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)?；顒有怨寝D(zhuǎn)移病變的PD值明顯升高,存在硬化但無活動性骨轉(zhuǎn)移病變組織中的PD值明顯降低。PD值能夠早期發(fā)現(xiàn)前列腺癌隱匿存在的骨轉(zhuǎn)移灶,可以作為區(qū)分前列腺癌骨轉(zhuǎn)移活動度及內(nèi)部是否存在硬化的可靠指標(biāo),重復(fù)性較高。

綜上所述,SyMRI是一種無創(chuàng)、快速成像、定量評估的新技術(shù),目前已在頭顱腫瘤、乳腺癌、前列腺癌、直腸癌等腫瘤研究中得到應(yīng)用,成為腫瘤診斷、鑒別診斷及預(yù)后評估的有效技術(shù)之一。盡管SyMRI在腫瘤診斷中體現(xiàn)出一定價(jià)值,但現(xiàn)研究由于定量參數(shù)的選擇不同、樣本差異等原因,故診斷價(jià)值尚存在差異,需要臨床擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步研究。隨著技術(shù)的日益成熟和臨床應(yīng)用研究的深入,結(jié)合多模態(tài)磁共振、人工智能等分析方法,SyMRI在腫瘤診斷中必將有更廣闊的應(yīng)用前景。