动态增强MRI成像在鼻咽癌诊疗中的应用价值

2020-12-09谢艺才综述高健全审校

实用肿瘤学杂志 2020年3期

谢艺才综述高健全审校

动态增强磁共振成像(Dynamic contrast enhanced MRI，DCE-MRI)始于20世纪90年代，它是一种将顺磁性造影剂注入静脉血管后进行MRI和MRI动态磁共振扫描，以组织MRI及MRI增强扫描信号变化作为依据评估局部组织血流灌注和局部毛细血管通透性的检查方法[1]。DCE-MRI的局部组织血流灌注、毛细血管通透性表面积、血管通透性、动态增强磁共振曲线等一系列半定量及定量参数值为进一步评估局部组织毛细血流灌注及局部微血管通透性的生成变化情况提供了量化依据。该检查技术在鼻咽部良恶性肿瘤的鉴别、鼻咽癌疗前分期、疗效评估、疗后随访等多个方面都发挥着重要的作用[2]。

1 DCE-MRI成像技术

DCE-MRI第一代Tofts模型所获取的参数包括血管外细胞外间隙容积百分比(Ve)、血管内脑视网膜屏障(BBB)、体积能量传递常数(Ktrans)、表面通透性(PS)等[3]。该Tofts模型虽然能够准确获得Ve、Ktrans和CBV定量分析的指标，但其时间分辨率相对较低，上述参数的准确性欠佳，无法准确测量Ve及CBF的平均值。而第二代Tofts模型则大幅度提高了时间分辨率，并将CBF、CBV、PS和Kep四个参数进行组合测量，以上参数的准确性明显提高。该模型最初运用于神经生理学的研究，后来逐渐拓展至影像医学及核医学研究领域[4]。近年来，DCE-MRI的Tofts模型已逐步发展至无转运常数模型，包括最大斜率容积转运技术和适用于无模型的反褶积转运技术。其主要特点在于组织器官BBB完好无损时，也能完成CBF和CBV的测量，进而评估组织器官病理状态下局部异常血流灌注及微血管异常生成情况[5]。目前，DCE-MRI常见的Tofts模型主要分为单室模和双室模型两种，单室模型一般只测量最大斜率容积和Ktrans、Kep这两个主要参数；而双室Tofts模型不仅能测量Ktrans、Kep两个主要参数，还可通过Krans/Kep公式算出Ve值[6]，Ve值对器官组织在病理状态下局部血流异常灌注及微血管生成的异常情况评价更加敏感。

2 DCE-MRI成像在鉴别鼻咽部良恶性肿瘤的应用

DCE-MRI以局部组织静脉团注对比剂前后T1WI信号强度随灌注持续时间变化为主要基础，运用后处理技术获取局部组织静脉灌注、毛细血管壁的表面积、血管壁通透性、时间信号曲线(Time-signal intensity curve，TIC)等一系列定量及半定量参数[7]。DCE-MRI分析类型包括定性分析、半定量分析、定量分析3种。定性分析能更客观反映肿瘤具体病理生理和化学特性，有助于良恶性病变的鉴别诊断；半定量分析主要用于良恶性肿瘤鉴别及病理分级评估等；而定量分析主要针对局部微血管壁硬化程度低的肿瘤组织，能较客观反映局部微血管环境变化。该分析方法可重复性较好，有助于多中心研究并建立较为科学统一的标准[8]。

运用TIC曲线进行定性分析在目前临床运用上较为广泛。常见TIC的曲线按速率和形态分为3型：缓慢上升型、上升-速降平台型和缓慢上升-速降型。不同TIC的曲线类型对于鼻咽部良恶性肿瘤有重要的诊断及鉴别价值：I型曲线诊断对鼻咽部良性肿瘤的敏感性较高，可达78.9%；II型曲线在鼻咽部良恶性肿瘤中均可出现；III型曲线对诊断鼻咽部恶性肿瘤敏感性较高，约为79.4%。由此可见，尽管TIC曲线鉴别鼻咽部良恶性肿瘤的敏感性较好，但特异性相对较低，准确性不足，提供临床诊断信息相对有限，值得进一步探索分析[9]。

3 DCE-MRI成像在鼻咽癌疗前分期的应用

CT及MRI平扫能显示鼻咽部癌灶形态，邻近结构侵犯范围及区域淋巴结转移。但较难反映病变活体状态下的血流动力学、细胞功能学及分子生物学信息，也客观限制了鼻咽癌局部分期的准确性。疗前分期时，CT及MRI平扫往往难以区分鼻咽癌瘤灶周围恶性侵犯所致的水肿和/或迂曲的静脉丛，而以上往往是影响局部分期准确性的重要因素。而DCE-MRI能将两者较好区分，鼻咽癌瘤周迂曲的静脉丛在DCE-MRI上往往表现为与肿瘤病灶周围静脉相连且早期肿瘤强化程度类似的索条影，而瘤周癌性侵犯所致水肿常常表现为瘤周无明显强化区。因此，DCE-MRI为鼻咽癌病灶临床分期的形态学信息显示得更为准确[10]。近年来，随着高场MRI、MRI功能成像技术的不断发展及应用，DCE-MRI半定量及定量参数提供了更多有关鼻咽癌病灶微血管组织生成及周围组织微循环灌注等方面分子生物学信息，使临床评估方法更丰富多样。Huang等[11]研究结果显示鼻咽癌DCE-MRI中定量参数Ktrans值与早期鼻咽癌的临床分期及疗效分级存在着明显的正相关；于小平等[12]研究表明，随着对鼻咽癌T分期及临床分期的增加，Ktrans的分期差值不断地增大。他们的研究与Yao等[13]的研究结果类似，均认为DCE-MRI上索条影能较好地反映鼻咽部早期瘤周不成熟血管的丰富程度，更客观评估鼻咽癌局部T分期及临床分期。由此可见，DCE-MRI不仅能为鼻咽癌临床分期提供更多形态学信息，还能运用其量化参数提供更丰富的微观分子生物学信息，使其在临床鼻咽癌治疗方案制定、疗效监测及预后评估等治疗方面有着更为广泛的应用。

4 DCE-MRI成像在鼻咽癌疗效评估的应用

鼻咽癌的肿瘤组织局部微血管的密度较大，血管壁的通透性也较高，组织内的微循环血流灌注含氧量较丰富，对于局部的放疗较为敏感。在放疗早期，病灶常常表现为急性炎症反应，组织学上主要表现为以白细胞浸润、组织坏死、粘膜下的微血管和周围淋巴管通透性增高引起的间质水肿为主。而在放疗中后期逐渐表现为组织变性、坏死、吸收或由增生的纤维组织所代替[14]。CT及MRI平扫能够直观显示放疗前后瘤灶形态变化及周围结构放射性损伤，包括鼻咽部瘤灶缩小、周围纤维结缔组织增生、咽壁肌肉变直、咽鼓管闭塞、咽隐窝变窄、咽旁结缔组织肌肉增厚、咽壁肌肉萎缩及鼻咽腔扩大等改变。但上述检查仅从形态学评估鼻咽部病灶放疗前后疗效。而DCE-MRI则通过反映放疗前后肿瘤组织微血管密度及瘤周纤维结缔组织微循环灌注变化的情况，更微观地了解肿瘤组织消退及残留情况，为疗效预测及预后评估提供更直观、具体的评估依据。Egeland等[15]运用裸鼠皮下黑色素瘤模型进行研究后发现，放疗前后DCE-MRI形态学表现及定量参数Ktrans、Ve变化值与肿瘤组织细胞乏氧程度、缺氧细胞诱导因子-1α(Hif-1α)的含量存在相关，该结论为DCE-MRI评估鼻咽癌疗效奠定了理论基础。赵灿灿等[16]研究认为，鼻咽癌疗效主要与瘤灶组织细胞微循环灌注及乏氧程度的变化有关，DCE-MRI将形态学及定量参数较好结合，能够更直观地反映肿瘤组织细胞微循环血管密度及灌注情况，为鼻咽癌疗效评估提供了更为充足的依据。鼻咽癌放疗前后定量参数Ktrans值、Kep值的变化对于预测鼻咽癌患者疗效有较好的预测价值，廖伟华等[17]通过研究24例鼻咽低分化鳞癌患者放疗前、中、后DCE-MRI的差别后发现，放疗前肿瘤组织的Ktrans值在放疗后呈持续下降的趋势，放疗结束时肿瘤组织Ktrans值与放疗前的差别有统计学意义，放疗中肿瘤组织的消退与放疗前肿瘤组织的Ktrans值呈正相关，与放疗中肿瘤组织的差别Ktrans值呈负相关。鼻咽癌在进行放疗的过程中DCE-MRI血流动力学各定量参数的变化明显，其中Ktrans值还特别可以用来作为鼻咽癌放疗早期疗效评估的指标。

5 DCE-MRI在鼻咽癌放疗后随访的应用

目前，鼻咽癌患者了解放疗后局部组织纤维化或肿瘤复发，主要是依赖于影像学及病理学复查随访。MRI图像软组织图像对比度好，分辨率高，多参数、多方位成像，无电离辐射，为临床评估患者放疗后局部组织纤维化或复发提供更为准确的诊断信息[18]。一般而言，若放疗后鼻咽部DCE-MRI扫描发现病灶残留区无肉芽组织样强化，基本可以排除局部复发。且鼻咽癌放疗后的纤维组织T1WI、T2WI均表现为稍低信号，但肿瘤存在未成熟的纤维组织时，T2WI也可呈现稍高信号。未成熟的纤维组织细胞一般在鼻咽癌放疗后早期开始出现，可能会与鼻咽癌放疗后尚未完全成熟或消退的肉芽组织肿瘤细胞并存。此外，放疗后肉芽组织纤维化肿瘤细胞可与肉芽组织放射性炎性反应细胞并存，早期肉芽组织复发的肿瘤与未成熟的肉芽组织肿瘤细胞并存等，上述的原因使MRI常规平扫鉴别鼻咽癌患者放疗后尚未完全消退的纤维化肉芽组织与局部复发鉴别困难[19]。而DCE-MRI相对于常规MRI平扫有较好的诊断及鉴别诊断价值，病灶局部复发时DCE-MRI可见原位于局部消退的鼻咽壁再次增厚或出现肿块样中度或明显的强化，定量参数Ktrans、Ve值较前明显上升，提示鼻咽壁肿瘤局部血供丰富；而手术放疗后鼻咽壁纤维化常常表现为不明显的强化或有轻度条索状的强化，提示肿瘤局部纤维化或瘢痕形成。赵乐勇等[20]认为，鼻咽癌患者放疗后早期局部复发灶病理细胞成分中微血管内皮细胞生成比较丰富，新生的毛细血管较多，肿瘤内细胞缺乏成熟的血管内皮细胞及微血管内皮细胞裂隙增大，对比剂容易快速发生外渗，DCE-MRI增强扫描后对比剂达峰时间短、灌注速度快，TIC曲线快速上升后迅速下降。而鼻咽癌放疗后局部复发纤维化灶内含大量的纤维坏死细胞组织、增生的纤维缔结细胞组织，血供相对较低，对比剂达峰时间长，灌注速度慢，TIC的上升速度曲线较为缓慢。此外，还有其他学者认为[21]，鼻咽癌患者放疗后局部复发和纤维化在DCE-MRI形态学及血流动力学所获得的部分客观量参数之间也存在明显的差异，为临床提供了更丰富的诊疗信息。