磁共振成像技術在垂體瘤檢出、診斷及療效評估中的研究進展

王夢珂，白巖，馮芹，張夢煥，王梅云*

作者單位：1.鄭州大學人民醫院醫學影像科，鄭州450003；2.河南省人民醫院醫學影像科，鄭州450003

垂體瘤是鞍區常見的腫瘤，可有周圍結構的侵犯，而磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)是最為常用的垂體瘤影像學檢查方法。MRI可以明確顯示垂體瘤的范圍、侵犯范圍及其與周圍組織的關系。1.5 T磁共振可以檢出垂體瘤，但其陽性率較低，且不能對垂體瘤進行有效的病理亞型分類，因此在腫瘤治療方法的選擇及預后評估方面價值有限，但是改變磁共振參數如視野(field of view，FOV)、場強強度等可以提高垂體瘤的檢出率及確診率，甚至其軟硬度及分類，依據腫瘤圖像的質地、侵犯范圍等影像學特征，磁共振圖像可以為鞍區病變提供鑒別診斷[1-2]。同時術中磁共振為腫瘤的切除范圍提供了新的影像圖像，可以擴大或縮小手術范圍，提高術后生存率[3]。磁共振參數特征也可以為垂體瘤的預后提供信息[4-5]。運用影像組學方法可以無創地鑒別鞍區病變性質，而磁共振彈性成像(magnetic resonance elastography，MRE)可以更準確地提供腫瘤軟硬度信息，可以有效地指導治療方法的選擇。

因此，優化磁共振參數、采用新的MRI 技術及影像組學和人工智能等方法可以幫助提高垂體瘤的檢出率，并更準確地確定腫瘤侵犯范圍和腫瘤軟硬度，從而對腫瘤治療效果及疾病預后評估提供重要信息。

筆者對磁共振成像在垂體瘤的檢出、診斷及療效評估中的研究進展進行綜述。

1 人工智能及影像組學

影像組學是人工智能的一個子集，把醫學圖像轉化為量化的數據特征，通過對大量影像數據的提取篩選，運用機器學習、向量機建造等建立最佳特征模型，對垂體瘤進行分類、侵犯范圍、腫瘤一致性及術后緩解程度評估[6-9]，同時，影像組學也可評估腫瘤的侵襲性[7,10-11]。

Zhang 等[6]進行回顧性研究，使用支持向量機建造模型，受試者操作特征進行驗證，進行T1、T2及T1增強對比，通過感興趣區(regions of interests，ROI)的勾畫，數據特征提取，組內驗證分析，從T1 和增強對比中提取數據分析，將提取特征分為四組，即腫瘤信號；腫瘤形狀和大??；紋理特征；小波特征。將T1 和增強T1 進行標準化，然后支持向量機與T1 和T1增強進行合并，并進行最小冗余最大相關性運算，做出影像組學模型，從而在術前對零細胞腺瘤(null cell adenomas，NCAs)及無功能垂體瘤進行分類，指導術前用藥或NCAs敏感的放療。

Niu 等[7]通過研究對Knosp 分級二、三級進行了術前海綿竇侵犯分析。運用最小值絕對收斂和選擇算子計算，從T1、T2及T1增強對比高通量數據中選取最佳代表性特征，五重交叉法進行驗證，得到影像組學，運用多變量回歸分析海綿竇侵犯與臨床-影像組學間的關系。經驗證，T1增強最終作為最佳的影像組學評估海綿竇侵犯程度。在Knosp 分級三級中，準確率為75.6%。同時，該研究還發現影像組學與臨床放射學危險因素結合的列線圖比單獨的影像組學或臨床放射學危險因素能更好地預測海綿竇侵犯程度。Liu 等[11]對垂體瘤動態增強數據進行數據提取，采用紋理分析，評估垂體瘤的血管增殖性與侵襲性。根據ROC 分析，總模型即體積分數和比率常數特征是區分侵襲性與非侵襲性腫瘤的最佳特征集，其敏感度和特異度分別為94.4%、90.6%。

Ki-67 與垂體瘤侵襲性有關，Ugga 等[10]運用特征選擇方法選擇最適合的特征子集以判斷利用機器學習算法得到垂體瘤的可侵襲性，與病理玻片觀察到的Ki-67“熱點”比較，發現機器學習對垂體瘤高增殖或低增殖分類準確度達91.67%。

Zeynalova 等[9]運用機器學習進行垂體瘤一致性評估。首先進行特征提取，由于病人數量較少，該研究并沒有設置驗證組，但是進行了類似于驗證效果的復雜的嵌套交叉驗證，之后進行維度削減，建立基于機器學習的直方圖。機器學習評估得到的結果和信號強度比(signal intensity ratio，SIR)分別與術者評估的垂體瘤軟硬度進行比較，并與病理結果進行比較，結果得出機器學習AUC 為0.71，而SIR 的AUC 為0.551，且關于兩者之間的對比分析也具有統計學意義。機器學習分析腫瘤一致性較信號強度比具有更高的準確性。Cuocolo 等[12]通過把T2 數據進行篩選重組，利用遞歸特征消除法選出最佳子集，建立機器學習模型，評估腫瘤與經鼻竇手術獲得的結果的一致性。結果顯示準確度為93%，敏感度為100%，特異度為87%。因此，機器學習對垂體大腺瘤軟硬度分型具有較高的價值。

Fan 等[8]對浸潤性功能性腺瘤患者進行T1、T2 及增強對比圖像分析，通過各種算法排除冗余數據選擇最佳放射學特征集，定義為一個放射學模型，以代表能預測術后恢復的影像數據，先在對照組中進行該最佳集選擇，然后在實驗組中進行驗證，結果在驗證組中有43.6%的準確預測術后緩解。該研究為手術方案及術前是否要進行額外治療以及要進行怎樣的藥物干涉提供了新的依據，幫助進行預后及制定個性化治療方案。

因此，大量實驗證明，影像組學具有高效的確定疾病性質的效能，在確定好特征集后，能較準確、敏感地評估疾病性質，但是影像組學要求數據量大以及多中心性以達到具有參考作用的效果。

2 MRI不同參數及序列的應用

不同的磁共振參數影響影像結果，不同的參數可以使掃描聚焦在垂體而非整個大腦。以庫欣病(Cushing disease)為例，通過比較不同的掃描參數尤其是層厚、場強、FOV、重復時間(repetition time，TR)、回波時間(echo times，TE)，增強劑的使用與否等發現未被檢查到的垂體瘤。自旋回波(spin-echo，SE)序列運用了較短的TR、TE 時間，FOV 較小者比較大者檢出垂體瘤的陽性率更高；TR、TE值較小者比TR、TE值較大者陽性率更高；穩態破壞性梯度回返采集(spoiled gradient recalled acquisition in the steady state，SPGR)能更大概率檢出垂體瘤，但同時也有更大的假陽性率[13]。磁化轉移成像(magnetization transfer，MT)能夠鑒別泌乳素瘤與無功能腺瘤，且能夠作為術后殘留腫瘤的檢查方法；DWI 可以提示腫瘤內膠原含量及腫瘤軟硬度；MRS 可以根據腫瘤內部所含物質及量的不同，鑒別出腫瘤分類及分級。而其他的一些磁共振序列則由于其局限性并沒有廣泛應用于垂體瘤的檢查[14]。

Bette 等[15]運用磁共振鑒別垂體瘤各分類與鞍區囊性病變，但是由于生長激素腺瘤與促腎上腺皮質激素腺瘤發病率較少，并沒有足夠的數據進行研究，該研究未發現垂體各分類腺瘤與鞍區囊性病變具有統計學差異。同時該研究再次證明了之前的研究發現，即激素分泌腫瘤占垂體瘤的大部分，生長激素腺瘤表現為T2 低信號、顆粒狀、鞍內及鞍下侵犯；促腎上腺皮質激素腺瘤罕見，腫瘤較小，局限于鞍區內，多無鞍區周圍侵犯，而鞍區囊性病變表現為囊性成分，T2 高信號，鞍區周圍擴張侵犯。該研究并未鑒別出鞍區囊性病變與垂體瘤囊性變，蓋因數據較少，未有統計學意義。有研究通過比較T2 腫瘤/腦白質信號比發現，質軟組信號比高于質韌組與混合組。這就為垂體瘤手術方式的選擇提供了依據[16]。

Kim 等[17]對52 例垂體大腺瘤患者進行了T1、T2 及動態增強，其中43例無功能性腺瘤，9例功能性腺瘤，均為大腺瘤，經磁共振成像及二次手術證實19 例患者術后有腫瘤殘留，多顯示為結節狀增強，厚度為7.5 mm。而33例為術后改變，多表現為周圍性增強，厚度均值為1.6 mm。經曲線分析顯示3.9 mm為殘余腫瘤的診斷精確度。鑒于腦血流量可以評估垂體大腺瘤的血供情況，所以擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)、灌注加權成像(perfusion weighted imaging，PWI)在垂體瘤術后殘留方面有很大的研究價值。

表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)值可以預測腫瘤軟硬度一致性。經過組織病理、T2 成像、DWI成像及手術結果進行比較，Pierallini 等[18]研究發現，細胞量多或纖維基質含量高、膠原含量越高、ADC 值越大者硬度越大。而Hughes等[2]以T2為研究對象發現，T2低信號與腫瘤一致性并沒有相關性；DWI 的ADC 值研究發現ADC 與腫瘤術后殘留相關，并不能預測腫瘤軟硬度。之前的研究結論不一，可能與其磁共振參數不同，以及病例數目不同有關。

MRI可以顯示垂體巨腺瘤對周圍結構的破壞，但不能顯示其是否具有侵襲性。Conficoni 等[19]通過觀察腫瘤組織切片Ki67 具有陽性細胞核的腫瘤百分比，ADC 通過水分子運動顯示組織細胞生物學行為，建立ADC 與Ki67-Li 之間的聯系，發現ADC 對腫瘤是否具有侵襲性或增生性具有預測價值，結果發現Ki67-Li 與ADC 呈負相關。以非侵襲性檢查方法代替侵襲性活檢預測腫瘤生物學行為，便于操作，也為病人的下一步治療做出指導。

盡管MRI 是垂體瘤檢查方法的首選，但其對功能性小垂體瘤如促腎上腺皮質激素(adrenocorticotropin，ACTH)腺瘤的檢出率只有40%，而垂體瘤的術后緩解與術前磁共振圖像上的腫瘤可視性密切相關，因此，提高垂體瘤的檢出率有助于改善疾病預后。Chittiboina 等[20]研究發現SPGR 序列比SE 能更大概率(10%～15%的提高)檢出ACTH 腺瘤相關的垂體小腺瘤。SPGR 對體積較小的垂體瘤敏感度較高，可以提高小垂體瘤的陽性檢出率。

因此，MRI 參數的改變可以有效地提高垂體瘤的檢出率，并可以為預后判斷提供較多的信息。掃描時根據腫瘤大小或信號強度高低變換掃描參數，可為臨床提供較為豐富的疾病信息，甚至可以檢出不易被觀察到的病變，從而為疾病及時治療提供方法，改善病人預后。

MRE是一種通過剪切波傳輸入腦，經過相位編碼探測腦部組織彈性的一種新的磁共振檢查方法。目前，一種新的彈性反演方法運用于此，使其可以提供更為復雜的組織內部構成，在臨床的應用更為普遍[21]。MRE 通過探測垂體瘤的軟硬度，為臨床提供不同的手術方法。

有小部分垂體瘤質地較硬，影響手術時間與方式，提前預測腫瘤質地對垂體巨腺瘤的手術切除具有重要的指導意義，MRE 通過動態剪切波測量組織并計算可明確腫瘤的軟硬度。在Hughes 等[2]的研究中，通過對10 個病人的研究，其中一例測得質地較硬，最終病理確定是腺樣轉移癌，而另一例有較高的MRE值，發現其腫瘤內有囊性部分。這對MRE的研究有較大的幫助。此研究病例數較少，因此，有待于進行更進一步的研究以更好地確定MRE 在垂體瘤及其病理方面的應用。同一時間，Sylvester 等[3]報道了1 例極其罕見腺樣囊性癌垂體轉移。垂體轉移瘤的影像學特征表現與垂體大腺瘤的影像學表現相似，為啞鈴征，垂體柄增厚、海綿竇侵犯、蝶鞍周圍硬化。雖然此例腺樣囊性癌的垂體轉移表現并沒有啞鈴征，但其他的影像學表現與垂體大腺瘤較為相似。而MRE 測得該轉移瘤質硬，可作為垂體大腺瘤與轉移瘤的一個鑒別點。當然，我們需要更多的數據來進行研究證明。

Bertalan等[22]進行的MRE實驗證明，在小鼠大腦內，當呼吸驟停，大腦缺氧時，大腦組織硬度增大，當心臟驟停時，會加劇大腦硬度。當人類大腦缺氧低氧時，是否會出現類似現象有待于進一步研究，然而其對人類臨床研究具有一定的指導意義。

通過改變磁共振參數發現，優化的磁共振參數可以提高鞍區病變的檢出率以及鞍區病變的鑒別，同時為腫瘤性質、腫瘤侵犯范圍、腫瘤預后等提供豐富的信息。

3 1.5 T磁共振和3T磁共振及更高場強應用的比較

1.5 T 場強較場強更小者對垂體瘤的檢出率更高[13]。且場強越大，其空間分辨率越高，因此能更準確地顯示垂體瘤對周圍組織的侵犯程度。

對于ACTH 垂體瘤，Vitale 等[23]比較發現3.0 T 較1.5 T磁共振對垂體瘤的檢出率更高。Varrassi 等[14]也做了類似研究，發現3.0 T 較1.5 T 具有更好的空間分辨率，能提供更好的垂體腫瘤觀察及微小結構的改變，動態增強成像可以檢出體積較小的垂體瘤。更有研究者運用更高分辨率的7.0 T磁共振進行垂體瘤檢測，能夠檢查出較低場強未檢查到的微小腫瘤[24]。同時，PET、MRI 的結合對垂體瘤的診斷具有更高的準確性[23]。

前期研究結果顯示，軟垂體瘤因含有水或囊性部分T2 顯示為高信號，硬垂體瘤因含有較多的膠原顯示為T2 低信號[25]。7.0 T 具有更高的信噪比和空間分辨率，Yao 等[26]采集15 例病人的術前腫瘤信號強度和周圍的信號強度，與手術醫生的軟硬度分級進行比較。被手術醫生評為“軟”的腫瘤表現為高信號，而“硬”的腫瘤表現為低信號，兩者之間的差異沒有統計學意義，但是軟腫瘤較硬腫瘤有較高的體素百分比。同時，該研究還做了病理分析，軟腫瘤較硬腫瘤有更高的細胞數與血管數，而膠原含量在兩者之間沒有統計學差異，影像圖像與病理之間具有相關性。

前期研究在1.5 T、3.0 T 磁共振上對垂體瘤進行研究，但受到其低信噪比的限制，并不能很好地觀察垂體結構甚至垂體柄[27]。Rutland 等[28]發現7.0 T 磁共振對分泌功能的垂體瘤具有診斷價值，通過垂體腺瘤及正常垂體的可視化評分，結果顯示7.0 T 較臨床應用場強更明確。具有分泌功能的垂體腺瘤顯示更高的T2 信號強度，而術前垂體功能低下的垂體瘤的垂體柄彎曲角度較大，相反，沒有垂體功能低下的，其垂體柄彎曲角度較小。由于能夠顯示海綿竇壁，7.0 T可以更精準地進行Knosp 分級。術后垂體功能低下與垂體柄的關系有待于進一步研究。

故而，較高的磁共振場強在提高空間分辨率和信噪比的情況下，給臨床提供了更詳細的解剖結構及病理信息。

4 MRI在垂體瘤療效及預后預測方面的價值

MRI不僅可以檢出垂體瘤、確定疾病的各種性質及侵犯范圍、程度，而且在療效評估和預后預測方面具有很大價值。

近全切除與術后無進展生存期相關，Hlavá? 等[29]做了顯微鏡切除術中磁共振與內鏡切除術中磁共振比較，兩種手術方式之間沒有差別，但是總體有多半在術中磁共振檢查后進行了額外腫瘤切除，術中磁共振的應用提高了浸潤性垂體瘤的近全切除程度，改善視交叉壓迫癥狀。Feng 等[30]發現術中磁共振可以提高對侵襲性垂體瘤的切除率。

在術中MRI應用之前，臨床選擇在術后3個月內進行磁共振掃描以確定腫瘤殘留體積等，Jones 等[31]研究發現場強越高的術中MRI，確定手術切除范圍越大。同時，該研究還比較了術中MRI 比內鏡對殘余腫瘤有較大的敏感性，內鏡切除術與術中MRI 的結合應用較單一的內鏡切除有較高的擴大范圍切除率。對于功能性垂體腺瘤，應用術中MRI 擴大手術切除范圍更好地緩解了激素過度分泌的癥狀。隨著術中MRI 的擴大應用，越來越多的臨床數據有利于進一步做關于有術中MRI及沒有做術中MRI 的術后控制率的比較。經Sylvester 等[3]研究顯示，經蝶竇手術通路切除垂體瘤的完整程度并不高，與常規經蝶竇垂體瘤切除術相比，內窺鏡檢查與術中磁共振結合能夠擴大腫瘤切除范圍，在并不影響其并發癥的情況下，提高術后生存率。

Bonneville 等[4]研究發現，在分泌生長激素的巨腺瘤中，T2信號的強度高低可以預測腫瘤對蘭瑞肽自體凝膠藥物治療的反應性，不同信號強度的腫瘤對藥物治療的反應不同，腫瘤變化不一樣。低信號強度的腫瘤治療變化較高信號強度明顯。T2 信號也可以指示不同的鞍區侵犯范圍。Potorac 等[5]研究了在促生長激素腺瘤中具有肢端肥大癥患者垂體瘤T2信號強度對生長抑素類似物作為首要療法的反應。垂體瘤T2 信號為低信號的病人對生長抑素類似物的反應程度、其腫瘤縮小程度以及血清生長激素、胰島素樣因子降低程度均較垂體瘤T2信號為等或高信號者大。且多個研究發現，T2低信號的腫瘤在術前術后對生長抑素類似物的治療都較為敏感。垂體瘤內含有稀疏顆粒狀常表現為T2 高信號，而濃稠顆粒狀常表現為低信號。病理與磁共振相結合，能夠更好地評估疾病性質和治療方案及預后。

在無功能垂體腺瘤中，磁共振紋理可以預測腫瘤復發、預后及發展情況。Galm 等[32]采集T1 冠狀位經過腫瘤的最大層面組織信號，磁共振參數經過對數轉換之后，形成低、中、高信號強度，發現在高信號強度中44%的腫瘤有復發風險。

MRI各種不同序列，可以為垂體瘤的治療效果評估提供多種信息，并對疾病發展方向做出判斷，為疾病的治療方案的應用提供更多參考，同時為疾病做出預后判斷。

5 結論

磁共振技術的不斷發展為垂體瘤檢出、診斷及疾病軟硬度、侵犯范圍等特征提供了較多信息，同時為治療的反應、腫瘤是否有復發等也提供了影像學可視性。未來全身PET-MRI可以為腫瘤的轉移進行全身診斷，而MRE 可為垂體瘤術前做好軟硬分級，利于手術方式的選擇。同時也會出現更多的新技術應用于垂體瘤的分類，為臨床診斷治療提供更多的可能性。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。