磁共振擴散加權對肺癌治療療效預測與評估的應用價值探討

高曉玉，盧鳳為

（1 蘇州衛(wèi)生職業(yè)技術學院臨床醫(yī)學院影像教研室 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，實體瘤療效評價標準RECIST1.1 版中定義的以腫瘤大小變化的一維或二維形態(tài)學標準被認為是治療療效的主要標準[1]。隨著靶向藥物廣泛應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確早期評估療效。尋找一個能提供早期反應療效的影像學標準，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 世紀起，擴散加權成像（DWI）作為功能成像技術之一，在觀察病灶的功能代謝方面具有極大潛力。在本文中，我們將回顧當前的影像學標準，結合關于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性，重點討論DWI 對肺癌治療療效評價的價值。

1.形態(tài)學標準-RECIST 標準

實體瘤治療療效評價標準[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準。評價腫瘤負荷的改變是癌癥治療的臨床評價的一個重要特征。RECIST 標準就是這樣一套以解剖學為基礎的腫瘤反應評估的具體標準，提供一種可重復的測量方法。對治療的反應主要分為4 類：完全反應（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準的微小變化。

2.DWI 成像原理

在19 世紀中葉就研究發(fā)現(xiàn)MRI 技術可以用于觀察分子擴散運動狀況，之后DWI 就被用于顱內(nèi)中風和其他神經(jīng)疾病[2]。在20 世紀90 年代，一系列的技術進步將DWI 應用于顱外部位，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用越來越受到人們的關注。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，它與熱力學動能有關。水分子的這種不受限制的運動是自由擴散。水分子在細胞微環(huán)境中的運動被它們與細胞壁和胞內(nèi)細胞器以及大分子、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，在更少的細胞微環(huán)境和有缺陷的細胞膜（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，表示應用的擴散梯度磁場的時間、幅度和形狀，這是擴散加權程度的一個指數(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)、細胞外水分子運動和細胞內(nèi)外（跨膜）水分子運動，其中以組織灌注狀態(tài)、細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，從而使結果更有意義。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。高密度細胞區(qū)受限擴散區(qū)ADC 值較低，而低密度細胞區(qū)ADC 值較高。

3.DWI 在肺癌療效評估中的應用

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及組織學特征的無創(chuàng)的檢查，這對活檢有風險的患者來說特別有意義。ADC 值能定量反映細胞密度，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)計學意義。在惡性或分化程度較低的病灶中，腫瘤細胞增殖能力旺盛，細胞數(shù)量增長明顯，細胞外間隙小，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，腫瘤細胞增殖能力較差，細胞的密度小，細胞外水分子間隙大，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測的應用

隨著MRI 技術的發(fā)展，有研究結果顯示DWI 檢查可以用于預測腫瘤的治療療效[7]。研究結果表明治療前ADC 值與治療后的療效呈負相關，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，因而認為治療前ADC 值對腫瘤的治療效果具有一定的預測作用，分析原因可能為該腫瘤大多為缺氧的細胞，這部分腫瘤細胞增殖能力較差，腫瘤細胞密度小，細胞外間隙大，ADC值較高，同時由于缺氧的腫瘤組織對對細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[8]。水分子的擴散受限程度又與細胞的密集程度以及細胞膜的完整性程度密切相關。化療前，由于腫瘤細胞繁殖能力較強，細胞的密集程度高，細胞外的間隙小，而且惡性腫瘤細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重，ADC 值較低。治療效果較好時，由于惡性腫瘤細胞壞死和凋亡，導致細胞數(shù)量減少，密度降低，水擴散受限程度減低，治療后ADC 值較治療前升高明顯，差異有統(tǒng)計學意義。

對肺癌化療療效的研究結果同樣顯示化療后平均ADC值較化療前顯著增高，存在統(tǒng)計學差異，而病灶長徑的變化不存在統(tǒng)計學差異。推測原因大概有以下2 點：首先，化療是通過細胞毒作用于腫瘤細胞，誘導腫瘤細胞凋亡或直接殺死腫瘤細胞，從而引起腫瘤體積的減小，因此化療后腫瘤組織學出現(xiàn)明顯變化的時候形態(tài)學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測和評估手段，但是這種成像技術也有一些局限性，主要包括以下2 個方面：（1）呼吸運動導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)會導致ADC 值估計的錯誤。目前，DWI的預測重要性還需要在更大的患者樣本中進一步研究。

綜上所述，隨著MR 技術的發(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、準確、無創(chuàng)地評估及預測肺癌化療療效，為肺癌的診斷提供了全新的思路，具有潛在的臨床應用價值，但仍存有一些不足，值得后續(xù)探究。