脑转移瘤的MRI研究进展

汤若琪，马凯伦，刘冲

(承德医学院，河北 承德 071000)

0 引言

脑转移瘤(brain metastases，BM)是源于中枢神经系统以外的肿瘤细胞转移到脑组织的最常见的成人颅内肿瘤。近年来检查方法的提升和癌症患者存活率的提高，使脑转移瘤的诊断率一直在增加。脑转移瘤可发生在脑实质、脊髓、软脑膜，以脑实质最为常见。任何类型的癌症都可能出现脑转移，但成人脑转移瘤的原发病灶主要来源于肺、肾脏、乳腺、结肠和黑色素瘤，超过一半的脑转移瘤来源于肺癌，Cagney等人之前的研究[1]中提到，非小细胞型肺癌或小细胞肺癌患者在初诊时脑转移率最高。2019年 NCCN 发布的中枢神经系统肿瘤指南中指出，近 80%的 BM 发生在大脑半球，另有15%发生在小脑，5%发生在脑干，即 BM 分布幕上转移多于幕下。脑转移瘤数量有助于某些肿瘤组织的生存预测，因此影像学应准确量化脑转移瘤的数量，最大程度地显示出这些病变，并提供准确的病变形态。因为外科系统治疗和放射治疗的显著发展提高了脑转移瘤患者的局部控制和生存率，检测到脑转移瘤对于优化治疗、提供经济有效的护理、提高患者的生活质量至关重要[2]。改进检查方法有助于确定病灶的大小和数目，以便进行切除和放射治疗。本研究目的是探讨延迟增强扫描与常规增强扫描对比，其对脑转移瘤诊断的敏感性和临床价值。

MRI 常规扫描及增强检查能够反映肿瘤的位置、大小、周围水肿带的范围以及强化方式，是鉴别颅内肿瘤的重要方法[3]，高级别胶质瘤与单发转移瘤绝大多数表现为长T1信号、长T2信号，如果出现出血、坏死、 囊变时会有相应的信号改变。因此，需要MRI的其他序列进行补充诊断。

1 MRI

1.1 增强T1WI及延迟增强扫描

钆造影剂有自旋弛豫时间长、细胞外分布、不通过正常血脑屏障、循环于血管及细胞间隙，不通过细胞膜的特点，因此增强扫描可以更加清晰的显示病灶。Uysal E[4]的结果表明，与使用0.5 mol/ L的钆对比剂相比，使用1.0 mol/ L的钆对比剂显著提高了增强MRI在检测多发性硬化症患者活动性病变的敏感性，但出于成本效益和增加检测时间考虑，多倍剂量钆造影剂的临床使用受到限制。

Katerina等[5]的研究中，在转移性黑色素瘤患者中，包括T1WI、T2WI、FLAIR在内的其他序列中T1WI增强扫描是脑转移的早期检测最敏感的MRI序列，其他序列无法完全取代造影剂的应用，以实现最高的灵敏度。张顺镇等[6]研究表明T1WI延迟增强扫描发现脑转移瘤更敏感，可提高微小转移瘤的检出率。

在marina的研究中[7]，35.3%的患者在注射后10分钟成像时至少出现1处新病变。此外，即时影像和延迟10分钟的转移体积平均增加25.4%。扫描延迟10-15分钟后，发现转移灶数量没有明显增加。小分子对比剂可以透过破坏的血-脑屏障进入高胶体渗透压的囊变区，所以延迟24 h后扫描可显示小部分病灶囊变区呈高信号。曲珊珊[8]认为延迟24 h后囊变区高信号是由对比剂渗入所致，即脑转移瘤囊变区钆对比剂陷入征象。

1.2 动态对比增强及灌注成像

随着脑转移的发生率和发展为继发性恶性肿瘤的患者人数均继续增加，无创地区分来自不同原发部位的脑转移的能力变得越来越重要。非侵入性预测对有多种恶性肿瘤的脑转移瘤的肿瘤组织的鉴别可能具有重要的临床意义。来自不同原发部位的脑转移瘤在外观上重叠，并且难以用常规MRI区分，可以用DCE-MR进行鉴别。动态对比增强(DCE-MR)可以评估肿瘤微脉管系统，并已证明在表征原发性脑肿瘤方面具有实用性。DCE-MRI被用于评估包括胶质母细胞瘤和不同类型的转移灶在内的高血管和低血管脑肿瘤的灌注特征[9]。

MRI灌注是一种先进的成像技术，可通过分析静脉注射的低分子量顺磁性药物在所研究组织的微血管和血管外细胞外空间中的分布动力学来定量评估肿瘤微脉管系统。灌注成像的其他缺点包括对骨，钙化和出血的敏感性[10]。

1.3 FLAIR及增强FLAIR

FLAIR图像由于脑脊液及背景脑组织信号的抑制，增强前后转移瘤与白质、脑脊液的灶-周围组织信号比率(Cn)和病灶-脑白质对比噪声比(lesion contrast-to-noise ratio，CNR) 均高于T1WI，使得部分转移灶在FIAIR尤其是增强FLAIR上更易被检出，尤其当这些病灶位于皮层、脑室旁等近脑脊液处。钱银锋[11]等的研究表明10mm以上的转移灶增强T1WI亦会漏诊，采用增强FLAIR可以检测出这些病灶，且增强FLAIR可以确定皮层与皮层血管交界区强化灶的性质。

Bette S的研究[12]观察到局部肿瘤复发的特异性信号是FLAIR信号增加。切除腔内液体的FLAIR序列信号增加可作为神经胶质瘤患者肿瘤复发/肿瘤进展的特异性和早期征兆。由于在转移瘤中也观察到了FLAIR信号的增加，因此可以得出结论，该信号不是神经胶质瘤特异性的，在其他细胞增殖性疾病中也存在。

由于大部分转移瘤好发于皮层及皮层下，周围伴有水肿，还有微血管增生以及出血坏死等，FLAIR序列不能抑制其为低信号，当病灶较小且无强化时，会受到脑脊液的掩盖而难以发现，因此FLAIR序列对转移瘤的大小、边界、范围显示较差。

1.4 DWI、ADC

扩散加权MRI(DWI)是一种快速回声平面成像技术，需要的成像时间少，并且更加实用，DWI提供了有关水分子平移运动的独特信息。最近研究[13]表明DWI可用于肿瘤脓肿的鉴别诊断。重建表观扩散系数(ADC)图可以消除 T2穿透效果；因此，取消了组织松弛参数的影响并反映了生物系统中水扩散率的病理生理变化。研究发现DWI在检测脑脓肿方面具有多种敏感性和特异性。结果表明DWI对区分脑脓肿与其他环状增强脑病变具有较高的诊断价值[13]。

Mustafa的研究表明[14]，ADC直方图分析在区分肺癌脑转移的组织学亚型方面具有重要的预后价值，但这个分析要求高质量ADC图，显示的脑转移瘤直径大于1 cm，且具有明显的实性成分且无出血。

1.5 SWI

SWI是一种有价值的图像序列，它利用相位信息来产生不同于标准解剖磁共振序列的图像对比度。因此，它为进一步区分脑转移瘤提供了补充信息。由于SWI提供了不同于常规自旋回波磁共振序列的图像对比度，因此磁化率信息可以揭示肿瘤微环境的附加特征。[15]虽然在缺乏敏感性和特异性的转移性脑疾病中，它似乎不能用作唯一的图像模式，但它可以作为治疗监测期间的重要补充信息，并检测潜在肿瘤实体。在未来，定量磁化率图可以进一步细化肿瘤磁共振信号，并应用于纹理和放射分析，SWI作为非侵入性地诊断转移性脑疾病的早期检测和治疗监测的方法。

目前的SWI不会取代对比增强T1加权成像用于脑转移疾病的早期检测，因为其具有潜在的影响(即顺磁性离子和微出血的积累)出现得晚于血脑屏障的早期破坏——这由T1WI成像描述。

1.6 MRS

以前的MRS研究表明，除了神经胶质瘤以外，脑转移灶比大多数原发性脑肿瘤产生更多的脂质信号。高分辨率魔角旋转(HR-MAS)是一种体外MRS技术，对于分析来自患者的代谢信息非常重要。HR-MAS MRS提供了来自不同原发癌症的详细脑转移瘤代谢谱。研究表明[16]，HR-MAS代谢表型与前列腺癌的临床参数相关。HR-MAS方法可以补充组织病理学检查并改善脑肿瘤诊断。HR-MAS光谱产生的代谢谱包含了生理和病理状态的信息。在不同原发性脑肿瘤研究中发现的离体光谱与体内光谱之间的相似性可以更好地解释体内MR光谱并提高该方法的临床潜力。这种方法可用于定义组织的亚血型表型，并绘制个体患者的肿瘤发生情况的图谱[17]。

组织病理学检查已成为鉴定脑转移起源的金标准，HRMAS提供了有关组织生化成分的更多信息，这可能会改善诊断。通过多变量分析比较不同脑转移灶的HR-MAS谱图，显示与起源有关的明显分化，可以预测患者的生存。这表明该方法可能对脑转移的诊断和治疗计划很有用，也可以指导与影响进一步治疗有关的决策。

2 影像组学

影像组学被定义为对医学图像中提取的大量数据进行分析以提高决策能力支持工具。十年来，影像组学分析已被证明是提高诊断研究精度或预测癌症研究中的一种有价值的方法[18]。影像组学涉及图像采集，图像分割或数据挖掘等过程，但是影像组学的重点是提取定量描述图像的特征。为此，纹理分析(TA)已被证明是成像生物标志物的极佳来源。使用TA表征医学图像中组织特征的主要原因是TA量化了人眼通常无法感知的固有异质性。

3D纹理特征比2D特征更适合对乳腺癌和黑色素瘤BM进行分类。[19]通过进一步的研究，TA可以帮助鉴定来自未知原发癌的BM患者的主要起源部位。同样，患有两种已知原发性肿瘤的患者可以从这种方法中受益，以发现哪些肿瘤已经转移到大脑中。

影像组学尚存在诸多局限性：① 构建和测试预测模型的样本量不足；② 大多数研究只纳入了脑转移瘤最常见的原发肿瘤，而其他来源的脑转移瘤(如来自肾癌、结直肠癌及其他少见肿瘤)尚未进行研究；③ 大多数研究为单中心研究，诊断模型的预测可靠性不足。

3 放射性坏死

放射疗法是BM的一种非侵入性治疗方法，在某些情况下可以提高生存率[20]。立体定向放疗(STR)可以单次(放射外科手术)或2-10个部分(立体定向的低分割放疗)进行。STR是一种非常有效的方法，代表了目前针对BM数量有限的患者的治疗标准。SRT可能导致放射性坏死(RN)，RN是一种凝集性坏死，在辐射场中主要影响白质，在MRI上表现为SRT后病变的延迟增强局灶性扩大，这种病变通常发生在原始肿瘤部位。RN偶尔会导致耳语功能障碍。目前尚未有关阐明RN的潜在机制和风险的文章及报道。目前尚无用于诊断RN的金标准。脑RN是一种辐射损伤，可能导致相当大的临床和影像学改变。临床以及放射学症状不是特异性的，区分RN与肿瘤进展可能具有挑战性[21]。由于这两个诊断需要不同的治疗选择，尤其是在放射治疗方面，因此获得精确的诊断非常重要。

4 小结与展望

MRI对于检测各种脑肿瘤具有出色的敏感性，并且仍然是识别脑转移瘤并监测其对治疗反应的选择方式。基于新发现的表征细胞性，血管生成，灌注，pH，缺氧以及正常和异常细胞生长与代谢等其他特征，大量的生理和影像生物标志物可能为标准MR增加诊断价值，并可以增强脑转移患者在治疗过程中的诊断和监测水平，还可以进一步改善患者预后。先进的影像学检查，包括肿瘤周围区域的灌注，扩散和MRS，可能有助于区分原发性和转移性疾病。