磁共振弥散张量成像在子宫及子宫疾病中的应用研究进展

张文婷，尹化斌

子宫是女性孕育胚胎、胎儿、产生月经的重要器官。目前超声在女性生殖系统的检查中已得到广泛应用，但其穿透力较弱，分辨率较低，具有一定的局限性。磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）具有良好的软组织分辨率，可清晰显示子宫的形态及解剖结构。弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是在弥散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）的基础上发展而来，通过反映活体组织内水分子的布朗运动，即水分子沿着纤维走行方向的运动会比垂直方向更为剧烈，从而通过量化人体组织中水分子的弥散速度和方向来反映组织的微观结构，无创地显示纤维束的方向和组成，提供更多的解剖细节，近年来成为研究热点。DTI评价参数主要为表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）和部分各向异性分数（fractional anisotropy，FA），前者表示水分子的弥散速度和范围，后者表示水分子的各向异性组分占整个弥散张量的比例。纤维示踪成像（fiber tractography，FT）通过估计每个体素（voxel，指断层面上按一定大小和一定坐标划分的单位体积单元）的张量值，结合计算机重建显示纤维整体三维结构及其空间分布情况[1]。DTI技术是目前唯一能提供活体组织微观解剖结构及功能信息的无创检查手段，已广泛应用于中枢神经系统[2-3]。子宫作为肌性器官，可通过纤维示踪技术追踪肌纤维细胞外间隙水分子的运动轨迹，从而获得纤维束结构图，近年来将DTI应用于子宫的研究也逐步受到关注。

1 DTI在正常子宫中的应用

子宫壁分为内膜层、结合带和肌层，由分布有序的肌纤维束和结缔组织组成。宫颈位于子宫下部，上下与子宫体和阴道相连。Fujimoto等[4]将DTI应用于子宫三层结构纤维的定量分析，发现肌层的ADC值最高，内膜层次之，结合带最小；FA值结合带最高，其次为肌层，内膜层最低；三层结构FA值和ADC值两两比较差异均有统计学意义，并且肌层纤维长度最长。可见DTI较好地印证了子宫的组织学结构，结合带平滑肌细胞致密，核质比高，纤维束排列较肌层紧密、规则，此外细胞间隙小，细胞外水分子较少，导致FA值增高趋于同性且ADC值降低，水分子弥散受限。但就子宫内膜层是否存在纤维束尚未明确，Fujimoto等[4]同时提出，FT显示内膜层主要为纵行纤维束，其可能是宫腔内液体流动所致。Fiocchi等[5]对9例剖宫产与21例未生产及顺产子宫行DTI检查，发现子宫肌层纤维排列具有方向性，内层呈环形分布，外层以纵行为主，与标本一致。此外，剖宫产的子宫峡部切口处的纤维数量和密度小于正常子宫峡部，两者FA值和ADC值差异无统计学意义；FT显示剖宫产瘢痕处的纤维中断、紊乱，此结果及DTI评价参数的差异在其中2例继发性胎盘异常者中尤为显著，提示DTI可一定程度上提示剖宫产术后胎盘并发症的发生风险。Weiss等[6]的早期研究应用DTI和FT对5例非妊娠离体子宫的纤维结构进行分析并与标本相对照，观察到宫颈主要由内侧的纵行纤维及外侧的环形纤维构成，其形态、方向与镜下表现类似，表明DTI是显示组织微观纤维结构的有效补充。近年Nott等[7]采用9.4 T核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）光谱仪对子宫切除术后7例离体宫颈行DTI检查，纤维示踪显示宫颈口处内纵外环的纤维分布，与Weiss等[6]研究相符。研究进一步发现宫颈内侧的纤维束体积最大[内侧（271±198）mm3，中部（186±119）mm3，外侧（38±36）mm3]，各区域间 FA值和ADC值差异有统计学意义（P＜0.000 5），提示近宫颈内口处纤维密度增大，走行更一致，可为宫颈抵抗妊娠期间的宫内压力提供解剖微结构依据。

在不同月经周期，由于雌孕激素水平的变化，子宫生理、组织微环境将发生改变，肌间质水分子运动的改变使得量化水分子弥散的FA值及ADC值也不同。He等[8]对20～40岁不同年龄段正常女性子宫行DTI检查发现，月经期至黄体期子宫内膜ADC值增加，FA值则逐渐下降；肌层ADC值显著增加，而FA值无明显变化；结合带的ADC与FA值在整个月经周期中无明显变化。Tsili等[9]也在月经期、增生期和分泌期发现正常子宫内膜和肌层ADC值存在差异。可见，子宫内膜受月经周期激素水平的影响最为明显[10]。这些变化与子宫生理变化相关。月经期子宫内膜剥落，螺旋动脉收缩、破裂，内膜分泌物增多，水分子弥散受限；分泌期孕酮增高，内膜腺体扩张，基底细胞数量较少，间质增多，水分子自由度增高致ADC值升高。Kɪlɪçkesmez 等[11]对不同年龄段女性的研究发现，绝经后妇女（平均年龄50岁，范围48~65岁）子宫各层FA值和ADC值均显著低于育龄期妇女（平均年龄28岁，范围25～33岁），这可能与绝经后激素水平下降、子宫纤维数目减少、组织含水量下降等因素有关。

2 DTI在子宫疾病中的应用

2.1 子宫肌瘤子宫肌瘤是女性生殖系统中最常见的良性肿瘤。当肿瘤生长较快、供血不良时，可发生不同类型的变性，如透明变性（玻璃样变）、红色样变、脂肪变性、囊变坏死甚至少见的恶变。常规MRI对子宫肌瘤的评估有限，DTI及DWI可无创显示组织微观结构，有助于反映病理类型，为临床治疗提供更多的信息。

Thrippleton等[12]应用7.0 T MR-DTI对9例离体子宫共计23个肌瘤对比分析了子宫肌层、肌瘤黏液样变区及实性部分的平均弥散率（mean diffusivity，MD）、FA值及ADC值，结果显示肌瘤实性部分ADC值最低，黏液样变区最高；FA值则是黏液样变区最低，实性部分次之，正常肌层最高。提示肌瘤实性部分细胞外基质含较多胶原纤维，阻碍水分子的弥散，而黏液变区胶样物质沉积，水分子弥散相对不受限且方向无序。FT显示肌瘤实性部分的纤维较子宫肌层的纤维短且排列杂乱，与镜下表现相符。李佳等[13]对80个T2加权成像（T2WI）均匀低信号的在体子宫肌瘤行DTI扫描，发现肌瘤FA值明显高于肌层，与Thrippleton等[12]的结果存在差异，可能是由于该研究只关注普通型且无变性坏死的肌瘤，其细胞外间质含水少、纤维束多且走行较一致，导致FA值增高。李佳[14]相关研究还发现不同类型的子宫肌瘤间DTI参数存在差异，普通型肌瘤的ADC值显著低于非普通型（包括富于细胞型、黏液样变、坏死肌瘤等），FA值则高于非普通型。FT显示普通型肌瘤纤维束完整，排列密集，而非普通型的纤维则排列无序，分布稀疏、中断，与镜下结果吻合。

目前子宫肌瘤的主要治疗方式有手术切除、高强度聚焦超声（high intensity focused ultrasound，HIFU）、子宫动脉栓塞术等。HIFU作为一种微无创、非侵袭性的新技术，具有定位准确、痛苦小、安全有效、对靶区外组织无损伤等特点，现已成为治疗热点，并广泛应用于临床[15-16]。基于DWI及DTI能反映水分子运动的定量信息，从而可间接反映HIFU术前、术后子宫的病理生理改变，与治疗的有效性相关。郏潜新等[17]发现子宫肌瘤病灶靶区的ADC值改变出现在超声消融术后1周，较常规MRI和超声所测得肿瘤大小的变化早3周，因此ADC值能够更敏感地反映HIFU术后的组织病理变化。相关研究报道，HIFU治疗后肌瘤的FA值、容积比率（volume ratio aniso，VRA）均显著低于术前（P＜0.05）[18]。说明HIFU术后子宫肌瘤的细胞排列被打乱，涡旋的纤维束断裂、散开，其中的水分子活动更自由，同时细胞凝固坏死，水分子各向异性降低，各向同性升高。孟建钦[19]研究发现，不同病理类型的肌瘤（普通型、退变型）以及不同信号强度的肌瘤（均匀低信号、均匀等信号、不均匀高低混合信号）术后消融区的FA值和ADC值均降低，与术前比较差异均有统计学意义（P＜0.05）；消融术后1个月的FA值、ADC值和消融率，分别与术后1 h、24 h、1周比较，差异均有统计学意义（P＜0.05）。由此可见，DTI的FA值及ADC值可准确、敏感地反映子宫肌瘤超声消融区内的组织病理结构和生理病理变化，是评价术后疗效的重要功能影像方法。

2.2 子宫内膜癌子宫内膜癌好发于绝经后女性，其发病率在我国逐年升高并趋于年轻化，严重危害女性健康。以往研究发现，子宫内膜癌的ADC值与子宫内膜不典型增生、正常子宫内膜相比差异有统计学意义[20]。ADC值具有区分正常组织和子宫内膜癌变组织的潜能，且其随分级增高呈减小趋势[21]。有学者发现，Ⅰ期和Ⅲ期子宫内膜癌ADC值的差异有统计学意义[22]。此外，高、中、低分化3组子宫内膜癌的ADC值具有显著差异，且ADC值与其病理分化程度呈正相关，有助于评估癌灶的恶性程度[23]。研究发现，DWI联合T2WI诊断子宫内膜癌肌层浸润和评估术前分期的准确性高于动态增强MR（IDCE-MRI）联合T2WI及单独T2WI[24-25]。同时也有研究显示，DWI对于子宫内膜癌宫颈间质受侵的诊断亦显著优于DCE-MRI[26]。但有研究报道，DWI图像上病灶边界显示不清，不易判断肌层浸润情况，且子宫内膜的ADC值受月经周期的影响，存在一定的假阳性[27]。

目前，DTI应用于子宫内膜癌的研究较少。Toba等[28]对12例经病理证实为子宫内膜癌的离体子宫标本行DTI扫描发现，病灶FA值显著低于浅肌层。当癌组织侵犯肌层时，肌层FA值明显增高。FA值增高区域在镜下显示由排列紧密的肿瘤细胞、基质细胞和平滑肌细胞组成。应用FT可见该区域的肌纤维走行及分布中断、紊乱，与病理表现相符。Zhang等[29]将DTI应用于在体子宫内膜癌患者，发现受累浅肌层的FA值显著高于正常肌层与癌组织，FT显示受侵的浅肌层由于基质细胞的增生导致纤维束各向异性增大，排列无序，与Toba等[28]的离体研究结果相符。此外，FA值在评估子宫肌层浸润方面优于ADC值，并且比T2WI和DCE-MRI更敏感。由此，DTI通过量化分析子宫内膜癌浅肌层浸润情况及FT直观地显示病灶的解剖细节，能为临床提供更多的信息，有助于临床诊断和后续治疗方案的选择。

2.3 宫颈癌宫颈癌是发病率最高的妇科恶性肿瘤。近年来宫颈细胞学筛查的普遍应用及人乳头瘤病毒（HPV）疫苗的问世，使其发病率和死亡率明显降低。MRI可对病灶进行定位，清晰显示肿瘤数目、大小、浸润深度及淋巴结转移情况等，对宫颈癌有较大的诊断价值。DWI作为常规MRI的有益补充，ADC值可定量分析肿瘤组织微环境的改变，在诊断和分期中具有重要作用。在宫颈癌淋巴结转移的评估中，Lin等[30]研究发现，ADC值较常规MRI具有更高的敏感度（25%vs.83%）和相近的特异度（98%vs.99%），转移性淋巴结的ADC值显著低于良性淋巴结（P＜0.001），且测得的转移性淋巴结短径最小为5 mm。Kim等[31]的研究也发现转移性与非转移性淋巴结ADC值差异有统计学意义，且当ADC值为0.862×10-3mm2/s作为阈值时，其鉴别两者的敏感度和特异度分别为87%和80%。

此外，ADC值可量化、重复测量，能够在分子水平早期监测和动态反映治疗效果，可作为宫颈癌患者预后判断的重要指标，有助于临床疗效评价。相关研究显示，宫颈癌放化疗后ADC值升高，可由肿瘤细胞凋亡、肉芽形成、透明变性等导致[32-33]。化疗前后肿瘤ADC值的变化较肿瘤体积变化更早，且不依赖于肿瘤的形态学改变[34-35]。Harry等[36]研究发现，放化疗后2周病灶ADC值变化与临床反应具有相关性，DWI可能替代生物标记法用于评价浸润性宫颈癌的疗效。刘颖[37]的研究也发现，宫颈癌治疗后14 d ADC值变化率与疗效呈正相关（r=0.578），治疗后14 d的ADC值变化率阈值为35.4%时，敏感度和特异度分别为100%和73.1%，由此得出宫颈癌治疗后14 d可作为评估近期疗效的最佳时间点，有助于进行疗效分组。

2.4 子宫内膜异位症子宫内膜异位症多发生于育龄期女性，常见慢性盆腔疼痛，主要表现为继发性痛经进行性加重。Manganaro等[38]将DTI及纤维束成像应用于子宫内膜异位症患者骶神经根微结构改变的显示，发现大多数患者双侧S1～S3神经纤维不规则且分布紊乱，定量分析显示试验组S1～S3神经纤维的FA值显著低于健康对照组（P＜0.05）。此外，Porpora等[39]根据子宫内膜异位症的不同类型、部位及疼痛症状，应用DTI评估神经纤维的受累情况。研究发现，DTI测得的神经纤维的异常与痛经、非月经周期性盆腔疼痛的严重程度具有相关性。DTI对于骶神经根显微结构无创的显示，一定程度揭示了子宫内膜异位症的病理生理改变，加深了对盆腔疼痛的认识，有助于为临床医生选择个性化治疗提供参考，如对于神经性疼痛，可采用骶前神经切除术、神经消融术、神经麻醉浸润、神经刺激或不同类型的止痛药等缓解疼痛症状。由于子宫内膜异位症的发病机制尚未完全明晰，DTI的应用有待进一步明确。

3 结语

DTI可清晰显示子宫正常结构及病灶的微观构成，定量评估所得的功能信息能够反映子宫的生理、病理改变。此外，FT对子宫纤维及病灶结构的直观显示，提供了无创的观察方法，具有良好的临床应用价值。但是DTI在子宫的应用尚不成熟，存在一定的缺陷，如DTI序列信噪比和分辨率不高，易受肠气、呼吸及蠕动伪影等影响，并且目前尚未建立子宫DTI扫描参数及重建技术的统一标准而主要借鉴于神经系统。未来随着DTI技术的不断发展、后处理软件的优化及更多大样本的研究，DTI在妇产科领域的应用价值将不断提高，为临床诊断、治疗及预后提供更准确的信息。