磁共振擴散加權(quán)對肺癌治療療效預(yù)測與評估的應(yīng)用價值探討

高曉玉，盧鳳為

（1 蘇州衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院影像教研室 江蘇 蘇州 215009）

（2 常州第一人民醫(yī)院放射科 江蘇 常州 213000）

傳統(tǒng)評價肺癌療效是通過測量腫瘤大小來完成的。對于肺癌患者來說，這種測量可以通過X 線胸片和胸部CT 檢查方法。到目前為止，實體瘤療效評價標(biāo)準(zhǔn)RECIST1.1 版中定義的以腫瘤大小變化的一維或二維形態(tài)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)被認(rèn)為是治療療效的主要標(biāo)準(zhǔn)[1]。隨著靶向藥物廣泛應(yīng)用于肺癌患者的治療，臨床醫(yī)生發(fā)現(xiàn)治療有效后病灶內(nèi)會出現(xiàn)壞死和空洞，但并不一定引起病灶徑線或體積的改變，而且功能改變發(fā)生早于形態(tài)改變。因此基于之前的方法常常無法準(zhǔn)確早期評估療效。尋找一個能提供早期反應(yīng)療效的影像學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，對于停止無效治療，減少不必要的毒性和失敗治療的成本尤其重要。20 世紀(jì)起，擴散加權(quán)成像（DWI）作為功能成像技術(shù)之一，在觀察病灶的功能代謝方面具有極大潛力。在本文中，我們將回顧當(dāng)前的影像學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合關(guān)于DWI 評估肺癌治療療效評估的文章，了解ADC 值的變化和腫瘤治療療效之間的相關(guān)性，重點討論DWI 對肺癌治療療效評價的價值。

1.形態(tài)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)-RECIST 標(biāo)準(zhǔn)

實體瘤治療療效評價標(biāo)準(zhǔn)[1]（RECIST）是臨床醫(yī)生用來描述病情的語言，也是臨床試驗用的一整套標(biāo)準(zhǔn)。評價腫瘤負(fù)荷的改變是癌癥治療的臨床評價的一個重要特征。RECIST 標(biāo)準(zhǔn)就是這樣一套以解剖學(xué)為基礎(chǔ)的腫瘤反應(yīng)評估的具體標(biāo)準(zhǔn)，提供一種可重復(fù)的測量方法。對治療的反應(yīng)主要分為4 類：完全反應(yīng)（CR）：所有靶病灶消失；部分緩解（PR）：定義為腫瘤大小較基線減小≥30%；進(jìn)展病變（PD）：腫瘤大小增加≥20%或者有其他部位的轉(zhuǎn)移；穩(wěn)定病變（SD）：定義為不符合上述標(biāo)準(zhǔn)的微小變化。

2.DWI 成像原理

在19 世紀(jì)中葉就研究發(fā)現(xiàn)MRI 技術(shù)可以用于觀察分子擴散運動狀況，之后DWI 就被用于顱內(nèi)中風(fēng)和其他神經(jīng)疾病[2]。在20 世紀(jì)90 年代，一系列的技術(shù)進(jìn)步將DWI 應(yīng)用于顱外部位，包括腹部和骨骼成為可能[3-4]，同時DWI 在癌癥患者療效評估中的應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注。DWI 測量速度快，不需要外源性造影劑。此外，DWI 可以提供定性和定量信息，有助于腫瘤評估。

2.1 水分子在組織中的擴散

DWI 是一種利用水分子的布朗運動在磁共振成像中產(chǎn)生對比的成像方法，它反映了水分子在體內(nèi)的隨機運動。自由水分子處于恒定的隨機運動中，稱為布朗運動，它與熱力學(xué)動能有關(guān)。水分子的這種不受限制的運動是自由擴散。水分子在細(xì)胞微環(huán)境中的運動被它們與細(xì)胞壁和胞內(nèi)細(xì)胞器以及大分子、纖維和膜等物質(zhì)相互作用所阻礙，因此分子在組織中的擴散不是自由的。這種受限在惡性腫瘤中由于細(xì)胞密度增加、纖維化等原因而普遍存在。相比之下，在更少的細(xì)胞微環(huán)境和有缺陷的細(xì)胞膜（如大的壞死中心質(zhì)量）的組織中，水分子可以自由移動（即擴散不受限制）。

2.2 DWI 的定性評估

b 是擴散的程度權(quán)重（b 值，以每平方毫米秒數(shù)表示），也就是擴散梯度因子，表示應(yīng)用的擴散梯度磁場的時間、幅度和形狀，這是擴散加權(quán)程度的一個指數(shù)，對于DWI來說，b 值的選擇非常重要。在臨床實踐中，經(jīng)常用表觀彌散系數(shù)（ADC）來描述每個體素內(nèi)分子的綜合微觀運動。ADC 值的因素有組織灌注狀態(tài)、細(xì)胞外水分子運動和細(xì)胞內(nèi)外（跨膜）水分子運動，其中以組織灌注狀態(tài)、細(xì)胞外水分子運動影響最大。ADC 值測量是通過b 值條件不同的兩幀DWI 圖像點對點的信號強度的變化計算獲得的。一般情況下，b 值越大，水分子對信號的衰減程度越大。

2.3 DWI 定量分析

通過使用不同的b 值執(zhí)行DWI，可以進(jìn)行定量分析，計算ADC 值來量化顯示。通過不同的b 值，以減少ADC計算中的誤差，以改善組織的特征。ADC 值不依賴于磁場強度，可以克服T2 的穿透效應(yīng)，從而使結(jié)果更有意義。通過在這些圖上繪制興趣區(qū)域，可以得到不同組織的ADC 值。高密度細(xì)胞區(qū)受限擴散區(qū)ADC 值較低，而低密度細(xì)胞區(qū)ADC 值較高。

3.DWI 在肺癌療效評估中的應(yīng)用

DWI 提供了定性和定量信息，為了解腫瘤特征提供了更多更獨特的信息，因此，DWI 被認(rèn)為是評估治療前后腫瘤微環(huán)境變化的有利工具。越來越多的研究表明它可以用于評估癌癥患者的治療效果。

3.1 DWI 對肺癌腫瘤組織成分的觀察及良惡性的鑒別

DWI 檢查是一種可以觀察組織的生物學(xué)及組織學(xué)特征的無創(chuàng)的檢查，這對活檢有風(fēng)險的患者來說特別有意義。ADC 值能定量反映細(xì)胞密度，于是就運用于鑒別病灶的良惡性。有研究顯示良性病變的平均ADC 值明顯高于惡性病變的平均ADC 值[5-6]，且差異有統(tǒng)計學(xué)意義。在惡性或分化程度較低的病灶中，腫瘤細(xì)胞增殖能力旺盛，細(xì)胞數(shù)量增長明顯，細(xì)胞外間隙小，水分子擴散運動受限程度高，那么在DWI 圖像上表現(xiàn)為高信號，測出的ADC 值較低；在良性或分化程度較高的病灶中，腫瘤細(xì)胞增殖能力較差，細(xì)胞的密度小，細(xì)胞外水分子間隙大，水分子可相對自由的活動，那么在DWI 圖像表現(xiàn)為低信號，測出的ADC 值較高。因此可通過DWI 圖像病灶的信號強度以及測量的ADC 值的大小來幫助觀察肺癌腫瘤組織成分和鑒別肺內(nèi)良惡性病變。

3.2 治療前ADC 值對腫瘤治療療效預(yù)測的應(yīng)用

隨著MRI 技術(shù)的發(fā)展，有研究結(jié)果顯示DWI 檢查可以用于預(yù)測腫瘤的治療療效[7]。研究結(jié)果表明治療前ADC 值與治療后的療效呈負(fù)相關(guān)，也就是治療前ADC 值低的腫瘤較ADC 值高的腫瘤對治療更敏感，因而認(rèn)為治療前ADC 值對腫瘤的治療效果具有一定的預(yù)測作用，分析原因可能為該腫瘤大多為缺氧的細(xì)胞，這部分腫瘤細(xì)胞增殖能力較差，腫瘤細(xì)胞密度小，細(xì)胞外間隙大，ADC值較高，同時由于缺氧的腫瘤組織對對細(xì)胞毒藥物等治療惡性腫瘤的手段不敏感，因而更易侵犯其他組織。也有研究發(fā)現(xiàn)有效組病灶化療前平均ADC值略高于無效組，差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

3.3 治療前后ADC 值的變化對療效評價的價值

DWI 是一種通過探測活體內(nèi)水分子擴散運動的受限程度，進(jìn)而從微觀分子水平來觀察組織器官的病理生理情況的一種MRI 技術(shù)[8]。水分子的擴散受限程度又與細(xì)胞的密集程度以及細(xì)胞膜的完整性程度密切相關(guān)。化療前，由于腫瘤細(xì)胞繁殖能力較強，細(xì)胞的密集程度高，細(xì)胞外的間隙小，而且惡性腫瘤細(xì)胞膜及其膜上的蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)對水分子又較強的吸附作用，使得腫瘤內(nèi)的水分子的擴散受限嚴(yán)重，ADC 值較低。治療效果較好時，由于惡性腫瘤細(xì)胞壞死和凋亡，導(dǎo)致細(xì)胞數(shù)量減少，密度降低，水?dāng)U散受限程度減低，治療后ADC 值較治療前升高明顯，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

對肺癌化療療效的研究結(jié)果同樣顯示化療后平均ADC值較化療前顯著增高，存在統(tǒng)計學(xué)差異，而病灶長徑的變化不存在統(tǒng)計學(xué)差異。推測原因大概有以下2 點：首先，化療是通過細(xì)胞毒作用于腫瘤細(xì)胞，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡或直接殺死腫瘤細(xì)胞，從而引起腫瘤體積的減小，因此化療后腫瘤組織學(xué)出現(xiàn)明顯變化的時候形態(tài)學(xué)還沒有或者沒有明顯變化；其次，化療后部分腫瘤或者腫瘤內(nèi)的部分病灶的腫瘤細(xì)胞出現(xiàn)纖維化或生長受到抑制，形態(tài)上變化不明顯，影響療效評價的準(zhǔn)確性[9]。

4.DWI 存在的不足

DWI 可以作為肺癌治療療效的重要預(yù)測和評估手段，但是這種成像技術(shù)也有一些局限性，主要包括以下2 個方面：（1）呼吸運動導(dǎo)致的膈肌的運動偽影容易引起位于下肺野的病灶信號誤差；（2）ADC 值取決于所繪制的感興趣區(qū)，錯誤地將非腫瘤區(qū)域以及將壞死、炎癥和氣道和血管等包含內(nèi)會導(dǎo)致ADC 值估計的錯誤。目前，DWI的預(yù)測重要性還需要在更大的患者樣本中進(jìn)一步研究。

綜上所述，隨著MR 技術(shù)的發(fā)展，DWI 作為肺癌檢查的一種新手段，可以監(jiān)測癌組織內(nèi)水分子運動的差異，有助于快速、準(zhǔn)確、無創(chuàng)地評估及預(yù)測肺癌化療療效，為肺癌的診斷提供了全新的思路，具有潛在的臨床應(yīng)用價值，但仍存有一些不足，值得后續(xù)探究。