合成磁共振成像在腫瘤診斷中的應用價值

肖 艷 綜述,彭正偉 審校

重慶醫科大學附屬璧山醫院/重慶市璧山區人民醫院放射科,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,一次掃描即可得到多種對比度加權圖像,同時可量化橫向弛豫時間(T2)、縱向弛豫時間(T1)和質子密度(PD)[1]。基本的SyMRI序列包括常規的T1加權成像(T1WI)、T2加權成像(T2WI)、質子密度加權成像(PDWI)、液體衰減反轉恢復序列(FLAIR)、短反轉時間反轉恢復序列。隨著定量磁共振成像(MRI)技術的不斷發展,SyMRI在臨床上的應用也日益廣泛。目前,SyMRI已經被廣泛應用于中樞神經系統疾病的診斷及腦部發育的研究中,近年來也有應用于前列腺癌、乳腺癌和直腸癌等腫瘤診斷中的研究報道[2-4]。本文就SyMRI在腫瘤診斷中的應用價值綜述如下。

1 SyMRI的基本原理及優缺點

SyMRI是一種多回波信號,利用渦輪自旋回波來讀出飽和恢復參數,可對弛豫時間和PD進行量化,從而獲得感興趣區組織的定量參數值[5]。SyMRI通過測量定量參數對疾病進行微觀的客觀評估,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既能通過調整掃描參數,如重復時間、回波時間等重新合成各種圖像,還能通過T1、T2和PD值重新優化圖像[6]。SyMRI圖像采集時可能出現運動偽影,該缺陷在一定程度上可以通過絕對定量MRI掃描和圖像校準來彌補,而掃描技術相關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就能完成弛豫時間的測量及合成圖像的重建,與以往的弛豫時間定量技術,如T1-mapping、T2-mapping相比,SyMRI大大縮短了整個掃描時間,同時避免在不同的序列單獨測量T1、T2值,成像及測量具有較好的可重復性[8]。GRANBERG 等[9]探討了SyMRI對腦成分體積測量的可重復性,該研究顯示各參數(腦容量、顱內體積、腦實質分數和腦灰質分數)測量的可重復性好,以腦容量及腦實質分數的重復性最佳。SyMRI測量重復性誤差低于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測量結果的重復性略高于3.0T,研究者分析原因可能與影響R的區域組織組成的差異導致R1、R2值的變化相關。因為1.5T MRI的R1或R2值動態范圍較高,導致更明顯的組織間信號分離,另外,3.0T系統中的MR頭線圈稍大,允許的運動較大,可能導致更大的運動偽影,是可能影響重復性的另一因素。HAGIWARA等[11]的研究顯示,對于斑塊的檢測,SyMRI優于常規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定量參數測量的影響,發現鼻咽病變的T1、T2和PD值在不同類型的ROI之間沒有明顯差異。

2 SyMRI在腫瘤診斷中的應用價值

組織成分的變化引起SyMRI定量參數值改變。同一磁場強度下,影響組織T1、T2和PD值的主要因素有順磁性物質、組織中水分子含量及分子的隨機運動等[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。孟鐵豹等[2]發現前列腺癌的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],差異有統計學意義(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MRI是評估腫瘤與周圍組織關系的重要檢查方法,常用于腫瘤術前診斷和分期。HAGIWARA等[14]利用對比劑增強SyMRI評估腦轉移瘤,認為合成T1IR圖像的平均病變白質對比度和平均對比度明顯高于合成T1W和常規T1IR圖像,但檢測腦轉移的效能基本一致。關于增強SyMRI對腦膜病變診斷價值的研究結果顯示,SyMRI常規增強T2 FLAIR序列圖像對比度優于對比劑增強型T1序列圖像[15],SyMRI對腦膜病變的靈敏度優于常規MRI[16]。MAEKAWA等[17]研究發現,SyMRI定量參數值(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,認為對比劑增強可能明顯影響腦組織體積測量,提醒應用SyMRI進行腦腫瘤診斷的影像科醫生應更加謹慎。

近年來,隨著MRI技術的飛速發展,多模態磁共振在腫瘤中的應用不斷增多,彌補了單模態磁共振缺陷,為疾病診斷提供了更多的影像學依據。車樹楠等[18]對43例乳腺良惡性腫瘤進行研究,測量ADC,增強前參數T1 pre、T2 pre及增強后參數ΔT1、ΔT2,結果顯示良性組的各參數值均高于惡性組,增強前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前T1 pre值,T1 pre和T2 pre 結合在一定程度上可以提高診斷的效能。SUN等[19]報道顯示,具有 DCE-MRI、ADC和SyMRI 的多參數MRI模型在評估BI-RADS 4類病變中的可靠性最高,優于SyMRI及SyMRI聯合ADC的多模態模型。CAI等[20]的研究發現,ADC平均值對膀胱癌具有最佳診斷效能,當SyMRI定量參數與ADC值相結合時,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胞更密集,極大地限制了水分子的擴散,導致ADC值較低,而該研究樣本量小,所納入高級別病例數多于低級別病例數,有待大樣本進一步研究。

3 SyMRI在腫瘤鑒別診斷中的作用

腫瘤的細胞組成和微觀結構的差異影響組織的磁化特性,決定SyMRI定量參數值的變化。不同腫瘤之間細胞體積大小不同,且細胞間隙內成分如漿細胞、壞死物等不同,導致細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值發現,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,差異有統計學意義(P<0.05),而T1差值比較,差異無統計學意義(P>0.05),研究結果與MATSUDA等[22]的報道不一致,原因可能是樣本缺乏多樣性,對研究結果造成偏倚,待增加樣本量及多樣性進一步研究。CHEN等[23]的研究比較了志愿者纖維腺瘤組織與浸潤性導管癌組織在3.0T的T1值,差異無統計學意義(P>0.05)。另有研究報道,T1、T2值2個定量指標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是將質子團內能量轉移到外部所需的時間,取決于周圍分子的運動頻率,壞死相關的細胞外大分子在乳腺癌中更豐富,故T1值較長,結合T1、T2值可以進一步提高診斷的準確性。T1值在乳腺疾病診斷中的價值在前述兩項研究中結論不同,分析影響因素可能為納入的研究對象不同。CAI等[20]發現,高級別膀胱癌的T1、T2、PD和ADC值均低于低級別膀胱癌,差異有統計學意義(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定量參數測量值對鑒別良惡性腫瘤及判斷腫瘤分級有一定價值,可能是一種評估腫瘤組織學分級的潛在非侵入技術。

4 SyMRI在評價腫瘤患者療效及預后中的作用

腫瘤的細胞數目和微環境在治療前后發生變化,導致 T1、T2值改變,評價腫瘤治療前后 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監測貝伐珠單抗治療復發性膠質母細胞瘤進展的價值,顯示進展期患者T1值的改變早于腫瘤體積的增大,故較傳統增強T1加權圖像而言,T1能更早地監測腫瘤進展,表現為T1延長,認為定量弛豫時間可能是抗血管生成治療下監測患者腫瘤進展的有效方法。HATTINGEN等[26]的研究對18例復發性膠質母細胞瘤患者進行SyMRI掃描,發現貝伐珠單抗治療前T2值在增強性腫瘤和非增強性腫瘤中比較,差異無統計學意義(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,腫瘤進展時,非增強性腫瘤的T2值明顯低于恒定值,T2值的變化程度可能是預測總生存期的早期反應參數。腫瘤周圍水腫是臨床上評估膠質瘤預后的參考指標之一,BLYSTAD等[27]利用SyMRI對24例疑似惡性膠質瘤周圍水腫進行定量分析,測量RI、R2和PD,發現R1、R2隨著與腫瘤對比劑增強邊緣距離的增加而減小,意味著更接近腫瘤的區域治愈時間更短,可檢測常規MRI圖像上未可視化的組織變化,可反映腫瘤周圍水腫情況。

準確評估腫瘤患者的淋巴結狀態對個體化治療至關重要,也是預測局部復發和總生存期的重要因素。SyMRI的定量參數提供了超越形態學特征的組織微環境信息。淋巴結中游離水和結合水的含量決定T2值的長短,轉移淋巴結結合水含量較多。GE等[4]的研究顯示,直腸癌患者轉移淋巴結與良性淋巴結T2值差異有統計學意義(P<0.05),前者明顯降低,認為T2值有助于鑒別直腸癌中的轉移性和非轉移性淋巴結,診斷效能和再現性均優于ADC值。ZHAO 等[28]探討了SyMRI直方圖參數在直腸癌淋巴結轉移預測中的價值,發現T2圖譜的最大值和峰度,PD圖譜的最大值和方差,以及PD圖譜的方差均能預測淋巴結轉移,與傳統的形態特征和化學位移效應評估方法比較,SyMRI能明顯提高術前直腸癌相關淋巴結轉移的預測性;另外T1圖、MRI上的壁浸潤是淋巴結轉移的重要預測因子。

前列腺癌最容易發生骨轉移,轉移模式復雜[29]。復雜的轉移擴散模式和前列腺癌的耐藥性發展,導致每個去勢抵抗性前列腺癌轉移部位在治療敏感性方面可能存在異質性。前列腺癌治療過程中存在進行性骨轉移與誘導硬化的不可存活骨轉移,成像標志物的建立對準確評估個體病變的治療反應至關重要。ARITA 等[30]利用SyMRI評估骨轉移治療過程的變化,發現PD值在活動性骨轉移病變組織、無硬化且無活性的骨轉移病變組織及正常紅骨髓間差異有統計學意義(P<0.001),而T1、T2值差異無統計學意義(P>0.05)。活動性骨轉移病變的PD值明顯升高,存在硬化但無活動性骨轉移病變組織中的PD值明顯降低。PD值能夠早期發現前列腺癌隱匿存在的骨轉移灶,可以作為區分前列腺癌骨轉移活動度及內部是否存在硬化的可靠指標,重復性較高。

綜上所述,SyMRI是一種無創、快速成像、定量評估的新技術,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用,成為腫瘤診斷、鑒別診斷及預后評估的有效技術之一。盡管SyMRI在腫瘤診斷中體現出一定價值,但現研究由于定量參數的選擇不同、樣本差異等原因,故診斷價值尚存在差異,需要臨床擴大樣本量進一步研究。隨著技術的日益成熟和臨床應用研究的深入,結合多模態磁共振、人工智能等分析方法,SyMRI在腫瘤診斷中必將有更廣闊的應用前景。