磁共振扩散加权成像及动态增强扫描对宫颈癌放化疗疗效评估的应用

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摘要：随着磁共振（MRI）成像技术的不断发展，其在宫颈癌的临床应用由常规显示病灶形态转移到观察病变的微观情况。磁共振扩散加权成像（DWI）反应组织内部水分子微观运动情况，通过表观扩散系数ADC来量化水分子扩散运动的变化程度，从而反应组织病变，在评价肿瘤复发、监测疗效中发挥重要的作用。磁共振动态增强扫描（DCE-MRI）可以很好反映肿瘤血流灌注情况，在肿瘤的临床分期和疗效评价中发挥重要作用。

关键词：磁共振成像；磁共振加权成像；动态增强扫描；宫颈癌；放化疗

中图分类号：R737.33 文献标志码：A 文章编号：1008-2409（2016）05-0134-05

宫颈癌是女性生殖系统的常见疾病，其病死率居女性生殖道恶性肿瘤首位。根据宫颈癌FIGO分期，对早期宫颈癌多采用手术切除，对中晚期（≥Ⅱb期）宫颈癌临床给予放疗为主、化疗为辅的综合性治疗方案。MRI因其具有较高的软组织分辨力及多方位、多序列、多参数成像及无创性等优点成为宫颈癌诊断及治疗的重要检查方法。目前，宫颈癌检查已从单纯的形态学成像向功能成像发展，弥补了常规MRI的不足，在宫颈癌的诊断、分期、疗效评价方面发挥着越来越重要的作用。笔者就磁共振扩散加权成像（DWI）、磁共振动态增强成像（DCE-MRI）这两种功能性MRI在宫颈癌放化疗疗效评价中的应用进行综述。

1磁共振扩散加权成像

1.1基本原理

磁共振扩散加权成像（diffusion weighted MR imaging，DWI）是目前唯一能观察活体水分子微观运动的无创性成像方法。它可从分子水平上反映人体组织的生理、病理状态下组织中水分子的运动状况及其变化，能够检测出先于形态学改变及与组织含水量变化有关的病变。DWI通过表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）值来量化水分子扩散运动的变化程度，从而反映组织病变。宫颈癌患者的宫颈正常分层结构消失，DWI均表现为弥漫性高信号，病灶ADC值明显低于正常宫颈组织。Yamasaki等[2]发现，ADC值的改变与肿瘤细胞密度呈负相关，并且随着b值升高这种相关性更为显著，而肿瘤组织常较正常宫颈组织更加致密，导致水分子扩散运动明显受限，造成肿瘤在DWI上信号升高，ADC值降低。有效的抗肿瘤治疗后，肿瘤细胞坏死，细胞密度减小，细胞膜完整性消失，细胞外间隙增加，因而DWI信号降低，ADC值升高。接受治疗后，ADC值的这种变化与抗肿瘤治疗、肿瘤的消退、生长速度的快慢高度相关，因此，DWI可以早期评估肿瘤对治疗的敏感度。

1.2主要影响因素——扩散敏感因子b值

扩散敏感因子（b值）是DWI序列的主要参数，代表成像序列对弥散运动表现的敏感程度。扩散敏感因子b值的大小影响ADC值的测量，低b值时DWI图像信噪比较高，图像质量较好，但受组织微循环影响较大，ADC值不准确；随着b值增高，图像扩散权重加大，背景抑制更彻底，受组织微循环影响较小，ADC值更准确，但会降低DWI图像信噪比，并增加扫描时间，易造成病灶漏诊。关于宮颈癌DWI的研究中，b值大小的选用均不同，且以往研究中多采用单指数模型，由于这种模型不能真实反映组织内水分子的扩散运动，现多采用多b值双指数衰减模型DWI，进行DWI成像获取多个ADC图，获得反映组织微血管循环灌注的定量参数，用来评估治疗前后肿瘤组织微血管循环的变化。在宫颈癌的研究中，刘颖等选取b=1000 s/mm²，邝菲等选取b=600 s/mm²和b=1000 s/mm²，由于b值选取不同所测ADC值存在一定差异。但其研究结果显示，高b值组产生的数据较低b值组更为稳定，高b值组对于评估宫颈癌放化疗疗效的整体价值高于低b值组。此外，Imagama等通过MR可视性评估研究，发现b=3000 s/mm²比b=1000 s/mm²时的DWI能更好地显示不同级别肿瘤的信号，而且b=3000 s/mm²的敏感度和特异度也高于b=1000 s/mm2（分别为84.6%、83.7%和76.9%、69.4%）。综合评价，一般认为b值在500～1 000 s/mm²较为适合对女性盆腔病变的研究。而超高b值的使用，不仅可以更加敏感地显示组织微小的扩散特性，而且能降低组织的T2穿透效应，可在更好的背景抑制的同时产生更多的扩散加权，进一步提高早期评估肿瘤放疗反应的敏感性，因此，有理由相信随着超高b值DWI的进一步研究，DWI将为女性盆腔病变的诊治提供更准确的依据。

1.3在宫颈癌放化疗疗效评价中的应用

常规MRI对于监测宫颈癌放化疗疗效主要通过肿瘤形态、大小的改变来判断，不能较好反应早期疗效。DWI间接反映组织细胞功能变化的水分子扩散运动的变化较敏感，ADC值出现的变化往往先于肿瘤体积的变化，因此，DWI可通过肿瘤治疗前后信号的变化及ADC值的变化来评估宫颈癌的放化疗疗效。Liu等发现宫颈癌放化疗早期（14d）ADC值升高，而肿瘤大小无明显改变。说明ADC值的改变早于形态学上肿瘤体积的变化，这是因为肿瘤细胞密度及水分子的改变早于肉眼所见肿瘤体积的改变。这与Harry等的研究一致，即放疗早期ADC差值可检测宫颈癌放疗疗效的敏感性，因此，根据放疗前瘤灶的大小、位置和放疗后DWI图上残余肿瘤高信号区大小、位置及信号强度可指导三维适形放疗靶区的勾划及放疗计量及时调整。Liu研究还表明，治疗前ADC值与放化疗2个月后肿瘤体积的减小比例呈负相关。此外，还有研究表明，放化疗14 d或者4周后ADC值的变化与肿瘤治疗的最终疗效存在相关性，因此，这时ADC值的变化对宫颈癌放化疗疗效的监测更有意义。部分人体肿瘤治疗研究显示，有效的抗肿瘤治疗可使DWI及ADC图像表现为ADC值较放化疗前增高，DWI信号较放化疗后变低，与其病理变化包括坏死和凋亡等相关。因为在治疗过程中，肿瘤细胞膜完整性的破坏或细胞外间隙的变化，导致肿瘤细胞出现坏死、凋亡，有效治疗后ADC值应该逐渐升高。但是，治疗过程中肿瘤细胞急性肿胀可能导致ADC值短暂地一过性下降，随着肿瘤细胞的逐渐死亡，阻碍水分子弥散的一些膜屏障被破坏，细胞内外水分子的比例发生改变，因而ADC值逐步升高。因此，宫颈癌治疗后ADC值会增加，但仍低于正常子宫颈的ADC值。一般在治疗的早中期变化幅度显著，在化疗或放疗后2周ADC值出现显著性升高，而在晚期变化较小，这可能与放化疗后组织的纤维化有关。肿瘤的复发可导致ADC值的进一步降低，然而治疗过程中发生的某些组织反应，如炎症、纤维化和脂肪浸润可影响ADC值的演变。曹岜等研究发现，宫颈癌放化疗后残留组的平均ADC值变化幅度低于无残留组，认为ADC变化值的差异可成为判断宫颈癌放化疗后病灶是否残留的指标。ACD值的这种变化与临床反应密切相关，用于宫颈癌放化疗疗效的评价，有助于临床医生及早发现对放化疗不敏感的患者，以便调整治疗方案。

2动态增强磁共振成像

2.1基本原理

动态增强磁共振（Dynamic contrast-enhance-ment MRI，DCE-MRI）是一种通过静脉注射磁共振对比剂，评价组织和肿瘤血管特性的一种无创性的功能性成像方法。在注射磁共振对比剂前、中、后，对病变多次连续扫描所获得的一系列磁共振图像。根據病变不同时间点的强化特点，计算早期增强率和绘制时间一信号强度曲线等对动态增强参数进行定量、半定量分析，反映肿瘤及组织的毛细血管通透性、灌注等。对宫颈癌进行动态对比增强扫描，可见肿瘤在动脉早期均有不同程度强化，而邻近病灶的正常宫颈基质无明显强化，病灶与正常组织间产生明显的信号差异，病灶边界显示清晰，在增强扫描延迟期可见对比剂由病灶中心退出，呈中央低信号、边缘高信号，与逐渐强化的正常子宫组织仍然可见良好的信号对比，因此，动态增强扫描能显著提高对小肿瘤的检出及定位。

2.2主要影响因素——定量参数、半定量参数

磁共振动态增强T1WI可进行定量和半定量分析。在动态增强时采用药物动力学模型对浓度时间曲线进行处理即得定量模型参数，包括对比剂容积转移常量（Ktrans）、渗漏空间（Ve）、率常数（Kep）。而半定量参数则包括时间信号强度曲线（Time-signal intensity carve，TIC）中的起始强化时间、达峰时间、斜率、最大强度斜率、强化率，可用来对组织的信号强化进行评估。分析DCE-MRI参数显示，同步放化疗中DCE-MRI中的Ktrans。Ve和Kep在患者放化疗期间发生显著变化，且Ktrans和Ve在治疗早期显著上升。Vreb等用小鼠CK-160宫颈肿瘤和V27黑色素瘤模型考察以Gd DTPA为对比剂的DCE-MRI对肿瘤转移性的分辨力，结果显示，低Ktrans和低Ve值的肿瘤具有更高的淋巴结转移可能。

2.3在宫颈癌放化疗疗效评价中的应用

在DCE-MRI中肿瘤强化程度与瘤内的血管密度密切相关，而放化疗往往会导致肿瘤的新生血管通透性发生改变，造成强化率的降低，因此，通过对动态增强参数的定量、半定量分析，DCE-MRI可用于监测评估宫颈癌的放化疗疗效。放疗中肿瘤的灌注状态与治疗结果相关。放疗前、放疗早期及中期持续低灌注提示发生治疗无效的概率很大；而最初高灌注或治疗后低灌注增加的治疗效果较好。肿瘤内低灌注区域的信号强度可以超早期预测肿瘤复发、患者病死率。利用动态增强扫描定量分析宫颈癌放和（或）化疗早期（2～2.5周）低灌注区肿瘤体素信号强度的研究显示，信号强度的最小十分位数值（S110%）与患者的复发及病死率呈负相关。以SI10%=2.0作为阈值，<2.0预测复发和死亡的敏感性分别为100%和79%。提示动态增强可以评估放疗疗效并有助于选择合适的治疗方案。此外，放化疗前DCE-MRI半定量分析参数（起始强化时间、达峰时间、斜率、最大强度斜率、强化率）和定量参数[对比剂容积转运常量（Ktrans）、率常数（Kep）]与肿瘤放化疗后消退百分率之间存在明显的相关性。Yuh等研究报道，放化疗后2周行DCE-MRI所测得病灶平均信号强度以及信号强度百分比，除了可以对治疗效果进行评估外，还可对患者无瘤生存期进行相应预测。DCE-MRI提高了宫颈癌定性、定位的准确性，能够反映肿瘤复发、残留情况，为肿瘤疗效的评估提供了新的方法和途径。

3 DWI及DCE-MRI存在问题及应用前景

个体化治疗是宫颈癌治疗的发展趋势，能否对治疗效果进行准确和早期评价是宫颈癌治疗的趋势。功能性MRI在宫颈癌放化疗疗效的评价处于起步阶段。DWI存在空间分辨力低，且易受磁场不均匀性的影响导致图像变形，产生伪影，不易发现较小病灶等问题。由于成像设备机型、场强的不同，b值的选择也无固定标准。纵观文献，在宫颈癌研究中所采用的b值各异，所测得的ADC值也各不相同，因此，如何设立ADC标准化诊断阈值是确定ADC临床意义的关键。另外，测量ADC值，需人工设定和放置ROI，存在主观误差，需多次测量平均值。放疗后纤维化、炎症引起的反应性增生均可引起ROI选择错误及ADC测量误差。对DCE-MRI而言，动态增强参数测量缺乏标准化，增强时相的选择尚无统一，其重复性也需进一步验证。尽管功能性MRI在宫颈癌的应用中有不足之处，但其具备了其他检查手段无法取代的优越性。随着功能磁共振成像技术的不断成熟与完善，DWI及DCE-MRI将在宫颈癌的早期预测、放化疗敏感性、疗效评估等应用中拥有更广阔的前景。