扩散加权成像在卵巢肿瘤中的应用

2019-03-18杨思华汤光宇

国际医学放射学杂志 2019年2期

杨思华汤光宇*

卵巢肿瘤是妇科常见肿瘤之一，卵巢恶性肿瘤是发展中国家和发达国家女性癌症病人第五大致死原因，每年约有125 000人死于卵巢恶性肿瘤[1]。由于早期卵巢恶性肿瘤常无明显症状[2]，往往发现时已属晚期。早期卵巢癌5年生存率超过90%，而晚期卵巢癌只有21%[3]。实现卵巢肿瘤早期诊断，对其预后极其重要。扩散加权成像（DWI）及其新技术作为常规MR成像的重要补充，已逐步应用于临床，对卵巢肿瘤的诊断、分期、疗效评估及预后判断有重要价值。

1 DWI及其新技术介绍

1.1 DWI 传统的DWI为单指数模型，它是通过检测生物组织内水分子扩散运动来了解组织内病理生理的微观变化。在DWI中，组织信号衰减主要与扩散敏感梯度场及水分子扩散程度有关，扩散敏感梯度场参数用b值表示，高b值对水分子扩散运动敏感，而低b值的情况则相反。DWI通常用表观扩散系数（ADC）定量分析，依据2个不同b值的图像可计算组织的ADC值，计算公式为：ADC=－ln[SI（b）/SI（0）]/b，式中 SI（b）表示相应 b 值 DWI的信号强度，SI（0）表示b值为0时DWI的信号强度。组织水分子扩散自由度高，DWI信号低；水分子扩散受限，DWI为高信号。

1.2 DWI新技术基于DWI延伸的其他常用新技术包括背景抑制扩散加权全身成像（di ffusionweighted whole－body imaging with background body signal suppression,DWIB S）、双指数模型体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion,IVI M）、扩散张量成像（DTI）、扩散峰度成像（DKI）。水分子扩散情况在不同生物组织结构中有所不同，通常表现为高斯分布和非高斯分布2种形式。常规的DWI是假定水分子的自由扩散满足高斯分布，其信号衰减用单指数函数来描述。DKI是在DWI和DTI的基础上发展而来，反映水分子在生物组织中的非高斯扩散特性，并且可以定量分析实际水分子扩散程度与高斯分布扩散的偏差。DKI使用与传统DWI相同类型的脉冲序列，但至少需要3个b值，且最大b值应大于DWI所需的b值[4]。体素中信号衰减与b值之间的关系为：SI=S I（0）·ex p（-bD+b2·D2·K/6），式中 D为扩散系数，K为扩散峰度。相对于DTI模型，DKI还可获得平均扩散峰度（m ean kurtosis,M K）、峰度各向异性（k urtosisanisotropy,KA）、轴向扩散峰度（a xial kurtosis,K a）、径向扩散峰度（r adial kurtosis,Kr）等参数，DKI对检测组织复杂微观结构敏感。IVIM可将水分子的扩散与微循环灌注区分开来，是扩散成像的一种新技术，采用多b值对DWI信号进行双指数拟合，能真实地反映组织的扩散生物学特征[5]。组织信号强度与 b 的关系为：SI（b）/SI（0）=（1-f）·exp（-bD）+f·exp[-b（D+D*）]，f为灌注分数，即微循环导致的扩散效应与整体扩散效应的比值；D是扩散系数，代表纯水分子扩散运动，也称ADC-slow；D*为假扩散系数，代表微循环灌注相关的扩散运动，称ADC-fast。DWIBS也是一种基于DWI的新型全身检查成像技术，它是利用多信号叠加技术、脂肪抑制技术和背景信号抑制技术连续扫描获得的三维影像，可以提供水分子扩散运动信息，背景信号的完全抑制使其对全身病变检测敏感，在恶性肿瘤的分期和检测方面有重要价值。

2 DWI在卵巢肿瘤定性诊断中的价值

超声作为卵巢肿瘤定性诊断的一线检查方法，即使遵循国际卵巢肿瘤评估组织的简单规则，其不能确诊的卵巢病变比例也高达22%[6]。最近，欧洲泌尿生殖放射学会重新确定了DWI的诊断价值和作用，对超声不能确诊的卵巢肿瘤有了新的推荐意见[7]。随着DWI越来越多地用于研究卵巢肿瘤的性质，研究者更侧重于DWI对良性肿瘤与恶性肿瘤、交界性与恶性肿瘤的鉴别应用。

2.1 良恶性卵巢肿瘤的鉴别一般来说，由于恶性卵巢肿瘤细胞过度增殖、排列紧密、外空间小，使水分子的扩散受限，在DWI上可呈高信号，ADC值降低[8]。但卵巢肿瘤的组织结构复杂多变，良性肿瘤由于局部的坏死、囊变、水肿、纤维组织结构密集等原因，部分良性和恶性肿瘤的ADC值存在重叠，关于DWI鉴别良恶性卵巢肿瘤的研究结果不相一致。Fan等[9]分别测量了卵巢肿瘤的囊性和实性部分的ADC值，发现恶性肿瘤实性成分的平均ADC值较低（P＜0.01），常规 MRI结合 DWI评估卵巢肿瘤性质的敏感度、特异度、阳性预测值（PPV）、阴性预测值（NPV）和准确度分别高达96.5%、89.1%、94.3%、93.2%和93.1%，提出较低的ADC值与卵巢上皮源性囊腺癌有关。但兴趣区的形状会影响测量ADC值准确性[10]。另外，一些研究者[11-12]发现实性成分组织的ADC值对鉴别卵巢良恶性肿瘤没有价值，但认为卵巢肿瘤实性成分在b=1 000 s/mm2和T2WI上均呈低信号是预测良性的最佳标准。在双指数模型IVIM鉴别良恶性卵巢肿瘤方面，任等[13]报道卵巢良性肿瘤实性部分的ADC-slow值普遍高于恶性肿瘤实性部分，鉴别两者的敏感度为96.8%，特异度为90.0%，ADC-fast、f在良恶性肿瘤中均没有差异。申等[14]的研究发现，尽管恶性肿瘤组的ADC-slow值低于良性肿瘤，但所有测量结果ADC-slow值均低于ADC值，表明ADC-slow值只是ADC值的一部分，认为ADC-slow、ADC-fast及f值在鉴别良恶性卵巢肿瘤时均没有意义。

2.2 交界性与恶性卵巢肿瘤的鉴别交界性卵巢肿瘤（bord erline ovarian tumour,BOT）是一种潜在低度恶性肿瘤，与恶性卵巢肿瘤（mal ignant ovarian tumour,MOT）相比，BOT的预后相对较好，生育期年轻女性好发，术前诊断BOT对希望保持生育能力的女性病人尤为重要。然而，由于BOT与MOT的形态表现相仿，常规MR成像鉴别困难。Li等[15]首次研究DKI在鉴别BOT和MOT中的价值，认为低K值和高D值倾向BOT，与标准ADC值相比，K值和D值显示更高的特异度、准确度，并具有相同的敏感度。K值区别BOT和MOT的敏感度、特异度和准确度分别为88.2%、94.3%和92.3%，D值分别为88.2%、91.4%和 90.4%，ADC值分别为 88.2%、88.6%和88.5%，表明DKI是区分BOT和MOT的重要手段，K值与ADC值结合可降低误诊率。采用多因素logistic回归分析区分BOT与恶性上皮性卵巢肿瘤(malignant epithelial ovarian tumor,MEOT)的研究[16-17]发现ADC最佳阈值为1.41×10-3mm2/s时，敏感度为88%，特异度为74%，表明ADC值和肿瘤成分的最大直径是MEOT的独立指标，有助于BOT和MEOT的鉴别。

3 DWI在卵巢恶性肿瘤临床分期中的价值

MOT的临床分期对病人的生存期有重要的影响，与病人的治疗决策和手术计划息息相关。目前常用的临床分期为国际妇产科联盟（FIGO）的MOT手术病理分期：Ⅰ期，肿瘤局限于卵巢；Ⅱ期，肿瘤累及一侧卵巢或双侧卵巢，伴有盆腔扩散；Ⅲ期，肿瘤侵犯一侧或双侧卵巢，并有盆腔外腹膜转移和（或）局部淋巴结转移，或者肝表面转移，或者肿瘤局限于真骨盆，但有组织学证实肿瘤细胞已扩散至小肠或大网膜；Ⅳ期，侵犯一侧卵巢或双侧伴有远处转移，肝实质转移也属于Ⅳ期[18]。DWI可以在术前预测卵巢恶性肿瘤的分期，从而判断病人是否具备手术的机会，规划手术范围。对于早期的MOT可以选择较小的手术切除范围，而对于需要考虑生育的年轻女性可选择保留生育能力的手术。对于MOT晚期病人，可在新辅助化疗后进行肿瘤细胞减灭手术。目前，多项研究评估了DWI在卵巢恶性肿瘤分期中的作用，并证实它可提高分期的准确性。Oh等[19]对43例MEOT肿瘤进行分析，早期肿瘤实性成分（FIG OⅠ期）的ADC值明显高于晚期（FIGOⅡ～Ⅳ期），A DC值与手术分期呈负相关。当ADC≤1.53×10-3mm2/s时，鉴别早期和晚期MEOT的敏感度、特异度分别为94.4%、85.7%。

MOT的转移途径主要包括沿腹膜反折及韧带直接蔓延、腹腔种植、淋巴结转移，其转移范围广泛，包括大网膜、壁腹膜、腹膜后淋巴结、腹腔内脏器浆膜层，甚至横膈。对于一些小的转移瘤，特别是发生在隐蔽的解剖位置，如膈下、大网膜、肠系膜、小肠浆膜表面，由于与周围组织缺乏良好对比，常给诊断带来困难。Low等[20]报道了2位观察者对169例恶性肿瘤病人的单次屏气DWI影像进行分析，其腹膜转移灶的检出率分别增加了21%和29%，明显提高了诊断准确性，特别对肠系膜、小肠、结肠浆膜等部位的隐匿病灶有效。DWIBS背景信号的完全抑制可以使病灶显示更清楚，可产生类似PET/CT的效果，提高恶性卵巢肿瘤远处转移的检出率。Lee等[21]通过DWIBS检测出了全部小鼠卵巢癌腹膜转移病灶，并且检测到的最小肿瘤体积约0.05 mm3。Michielsen等[22-23]认为DWIBS检测MOT在胃、小肠和结肠及腹腔干等部位的转移灶敏感度高，能对87%的MOT病人进行正确的FIGO分期，并且DWIBS对预测卵巢肿瘤不能完全切除的敏感度、特异度、准确度分别达94%、97.7%、95.7%。

淋巴结转移是术前分期的指标之一，目前通常依据淋巴结的大小区分良恶性。由于较小的淋巴结可能存在恶性肿瘤的浸润，而肿大的淋巴结有可能是反应性增生，因此仅依据淋巴结大小诊断淋巴结转移的敏感度和特异度较低[24]。腹膜后淋巴结转移病人（FI GOⅢA1期）比腹膜转移瘤＞2 cm病人的预后更好，5年生存率为57.7%，而后者只有35.5%[25]。在Roy等[26]的一项研究中，恶性淋巴结和正常淋巴结在DWI上均呈高信号，并且两者之间的平均ADC值也没有明显差异，认为DWI对诊断恶性淋巴结没有价值，但可以提高淋巴结的检出率。而Low等[20]的研究却表明，当DWI结合常规MRI时，评估转移性淋巴结的敏感度可提高17%～21%。

4 DWI在MOT疗效评估中的价值

目前，通常依赖检测血清CA-125水平和实体瘤疗效评价标准（RECIST）来评估MOT对化疗的反应。血清CA-125水平反映了疾病的总体反应，其变化幅度通常整合了多个病灶部位的整体化疗反应，无法精确到疾病的每一个解剖部位，如原发性MOT、大网膜和腹膜转移。RECIST指南有效指肿瘤最大直径减少30%以上，但在治疗过程中肿瘤体积的减少发生较迟[27]。在有效抗癌化疗后，恶性肿瘤细胞增殖速度会减慢，或者细胞凋亡速度加快。由于细胞密度下降以及细胞结构改变，比如细胞凋亡时的细胞收缩或坏死期间细胞膜破裂等，细胞内和细胞外空间的水分子扩散将会恢复正常。有效化疗伴随而来的DWI信号和ADC值的变化，可能比传统的形态改变要早出现[28]，早期评估化疗是否有效对于避免无效化疗药物的毒性是非常重要的。近年研究表明DWI有助于评估MOT化疗疗效。Kyriazi等[29]的研究发现在化疗有效的病人中，铂类治疗的第1和第3个化疗周期后卵巢病变及大网膜病变的实性部分平均ADC值增高，而在化疗无效者，参数没有明显改变，表明定量DWI有助于早期评估MOT的疗效。最近，Tourell等[30]在小鼠MOT异种移植体中观察不同化疗方案后DWI信号的改变，与对照组相比，所有治疗组的ADC值都增加，表明ADC非常适合用于评估卵巢肿瘤化疗疗效。

5 DWI在MOT预后评估中的价值

MOT病人的生存时间与发病年龄、组织病理学分期有关，最重要的预后因素是肿瘤的期别和减瘤手术后残存病灶的大小[31]。Padhani等[32]报道DWI可能有助于评估术后肿瘤的残存病灶，ADC值高的区域可能是水肿或炎症引起的，而ADC值低的区域提示存在活的肿瘤细胞。Wang等[33]利用DWI和IVIM评估52例MEOT预后，发现Ⅱ型卵巢癌的ADC、D、f指标均显著低于Ⅰ型（P＜0.05）。肿瘤Ki-67的表达与侵袭性和预后有关，MOT的ADC值和Ki-67存在负相关，ADC可以用作反映肿瘤细胞增殖的成像标记，对预测病人预后有价值[34]。Li等[15]也报道Ki-67的表达与K值呈正相关，而与D值呈负相关，高K值和低D值反映了卵巢肿瘤的组织复杂性高及Ki-67表达也高。Lindgren等[35]也得出类似结果，同时发现低ADC值的病人3年生存率明显低，高ADC值亦与肿瘤细胞中的高血管内皮生长因子（VEGF）表达相关，而VEGF能促进肿瘤血管内皮细胞增殖，增加血管通透性，对肿瘤的生长至关重要。

6 DWI在卵巢肿瘤应用中的缺陷

T2穿透效应会造成DWI评估MOT潜在的缺陷，可以通过结合ADC图来消除。当病灶组织存在真正扩散受限时，DWI影像呈高信号，而ADC图呈低信号；在出现T2穿透效应时，T2WI和DWI均呈高信号，但病灶组织ADC值不降低。

部分良性肿瘤也可以表现为水分子扩散受限，性索间质肿瘤、布伦纳瘤以及囊腺纤维瘤由于存在密集的纤维成分也表现为扩散受限[12]，这些良性肿瘤与MOT的低ADC值没有明显区别。成熟性畸胎瘤内的角质化物质、Rokitansky结节扩散受限，可以在DWI上呈现高信号[11]。卵巢子宫内膜异位囊肿内血凝块存在，DWI上呈高信号[11]，近50%的卵巢子宫内膜囊肿表现为扩散受限[7]。然而，结合常规MRI和动态增强扫描有助于鉴别诊断。正常的组织结构（如绝经前的卵巢和肠黏膜）在DWI和ADC图上也可以表现为扩散受限。值得注意的是，正常的淋巴结和反应性增生、转移性淋巴结在DWI上都可以表现为扩散受限，DWI上呈现高信号[26]。表明DWI必须结合其他MR序列应用于卵巢疾病，但不能替代常规MR成像。