磁共振成像在女性盆腔器官脱垂中的研究进展

牟庆超，张 迪（通讯作者）

（滨州医学院附属医院放射科 山东 滨州 256600）

盆底功能障碍性疾病是容易发生在老年女性和经产妇的一种功能异常性病变，发病率约为30%～50%，随着人口老龄化，其发病率不断增加，行综合诊治的需求日益迫切，女性盆底成像备受关注，早期确定病变程度，为预防进一步恶化至关重要。妇科手术是引起盆腔器官脱垂（pelvic organ prolapse, POP）最主要的原因之一，盆腔器官脱垂指盆腔器官从正常位置坠落并向阴道内隆起，由盆腔筋膜及肌肉组织薄弱所致[1]。

1 术前评估盆腔器官脱垂程度的必要性

盆腔病变复杂，治疗方式呈现多样化趋势，治疗效果依据病情种类及严重程度有所不同。受POP影响的女性，因生活质量下降，通常要求进行手术治疗[1]，恰当的POP分期对于临床护理和手术方案的选择至关重要[2]。据报道，隐匿性脱垂通常需行二次干预，复发性脱垂的再手术率接近30%[3]。术前评估可选择性地改变治疗方案，优化治疗效果。Rahim[4]等研究发现，利用盆底动态磁共振检查评估盆腔脱垂程度，改变初始治疗方案的比率达到41%，改变手术方法的比率达到67%。在复杂或多室病变的情况下，使用动态磁共振进行术前评估，可辅助制定手术方案，优化治疗效果。成像技术的不断发展为术前准确评估POP提供了依据。

2 盆腔器官脱垂的诊断方法

评估盆腔器官脱垂的方式多种多样，例如体格检查，尿动力学检查，经阴道超声检查以及盆底动态磁共振检查等。临床医师行体格检查是最常用的方法，但盆腔器官位置深，不易探及[5]，检测准确度低，无法准确进行术前评估。临床体格检查中，常用的评估方法是盆腔器官脱垂定量系统（pelvic organ prolapse quantification system, POP-Q）。该系统是对女性盆腔进行描述、量化和分期的系统，2004年在我国首次使用，2012年达最高使用率（89.5%）。POP-Q系统曾被认为是评估盆腔器官脱垂程度的金标准。POP-Q系统存在较为严重的局限性，首先POP-Q系统具有客观性，无法准确指出具体器官、具体位置以及有无韧带、筋膜等周围组织的损伤，无法预示器官脱垂引起的功能性改变；其次操作过程具有侵入性、检查不全面[6]、患者耐受性差；最后因其表达繁琐，不利于教学和推广应用，结果易受操作者手法影响，多用于学术研究领域[7]。

随着磁共振技术的不断发展，盆腔动态磁共振成像逐渐成为盆底解剖及功能评估的重要工具，多方位成像及高分辨等特点实现了盆腔骨骼结构及肌肉组织的可视化，可同时对三室进行观察，提供体格检查无法显示的信息，获得较为全面的解剖图像[8]，特别是功能异常早期或多腔室病变时更加具有实用性。为诊断POP提供了一个标准化工具，用于记录，交流和比较临床症状与经证实的观察者间和观察者内部信息的可靠性[9]。

开放式磁共振成像（open magnetic resonance imaging,MRO）中先进的磁体配置允许患者行站立位及坐位检查，弥补了体位限制带来的影响[10]。受姿势和重力的影响，站立位成像时前室和后室器官处于最大脱垂状态。使用PCL（耻骨联合后下缘到尾骨尖的连线）线评估时，体格检查和动态磁共振检查在前室和中间隔室具有较好的相关性，后室相关性较差。据刘佳等报道MPL（耻骨中轴线）作为参考线评估时，POP-Q系统分级与动态功能磁共振分级相关性在三室均较好[11]。有报道提出三维骨盆倾斜度矫正系统（three dimensional pelvic inclination correction system, 3D PICS)进行评估，在PICS系统基础上进行改进，但实用性待考证[12]。就参考线的使用临床上尚未达成统一意见，使用最多的仍为PCL线。耻骨联合下缘至骶尾关节间隙连线与耻骨联合下缘至末节尾骨关节连线评价前室和中间隔室效果一致。正常年轻女性安静状态下子宫颈、膀胱颈和肛直肠连接部位均位于PCL线之上。

动态磁共振具有高分辨、无辐射、多方位成像特点且一次检查即可获得骨骼结构，肌肉组织及韧带支持结构的示意图[13]，显示盆底器官间的相互作用，发现临床隐匿性脱垂，提高准确率，从而指导治疗方案及手术方式的选择[6]。但其检查成本高，在医疗保险范围之外；目前采用的动态磁共振评估多是手动识别参考点，过程既耗时又主观，未能自动追踪或定量测量盆腔器官的运动及其脱垂程度[7]。Onal等[14]提出一种全自动定位、追踪模型，该模型已在大脑、心脏、肺等相对静止的器官进行追踪处理。但极少有人对盆腔器官及组织进行分析。可变形器官的追踪具有挑战性，因器官及组织在采集过程中存在大小、形状及纹理的细微变化，难以追踪甚至不可追踪。该模型以动态磁共振为基础，全自动定位、追踪及分割盆腔器官，然后行器官轨迹分类、建模，以定量盆腔器官脱垂程度[15]。该方法分三步进行，首先行膀胱、直肠的定位，其次耻骨、尾骨及骶骨的定位，最后使用隐马尔可夫模型（Hidden Markov Model, HMM）行器官轨迹追踪，探讨轨迹间的相互作用，从而对POP的严重程度进行分析。

具体操作为：第一步降噪、调整图像的对比度，然后使用信号强度和形态学开操作及二等分K均值聚类来识别直肠和膀胱。第二步，基于“关键点”定位耻骨，“关键点”是输入图像上满足特定信号强度和位置特点的角点，基于所识别的关键点，确定耻骨的候选边界，使用具有2D特征框的支持向量机（Support Vector Machine, SVM）选择所选兴趣区的最佳边界框，对前室兴趣区选择的准确度达到90%以上，中间隔室和后室的准确度达80%～90%，已证明SVM分类在医学诊断中具有最高分类准确度[16]。第三步，通过非线性回归模型利用膀胱、直肠的位置定位尾骨和骶骨的边界。第四步，使用隐马尔可夫模型分析盆腔器官轨迹，并探讨轨迹间的相互作用。使用相似性指数和Hausdorff距离评估跟踪和分割结果，分别量化对象间的重叠程度及空间距离。对于前室脱垂，从静息状态到最大应变状态时膀胱的位移程度和脱垂程度之间具有高度相关性。有研究表明膀胱和直肠的最大位移也具有相关性，即存在较大膀胱位移时也存在较大直肠位移，反之亦然，在这种情况下，膀胱的质心轨迹可用于预测后室脱垂的严重程度，直肠的质心轨迹可用于预测前室脱垂的严重程度，考虑器官相互作用对提高病情的理解具有重要的意义。单轨迹分析，对子宫切除者无法操作。该模型使用多轨迹分析，膀胱、直肠的轨迹可用来判断子宫脱垂的严重程度。目前使用的评估和测量盆腔器官脱垂的方法多是基于人工手动测量，而且在磁共振上，骨质结构与软组织结构具有类似的信号强度，难以进行区分。自动定位、追踪模型中支持向量机使用的非线性回归模型建立在盆腔骨骼位置关系及纹理特征基础上，能够准确识别盆腔骨骼结构及参考线。使用全自动定位、追踪模型避免了人工测量的主观性，提高了诊断准确度。

3 展望

尽管全自动定位、追踪模型在盆腔器官脱垂的诊断中的效果显著，但在临床使用中仍存在较大的挑战，该模型联合使用了多种数学算法及监督学习理论，较难全面掌握。盆腔器官脱垂的诊断与治疗需要多学科、多科室合作，更加全面的诊断对于选择治疗方式及优化预后效果均有较大影响。全自动定位、追踪模型及磁共振检查优势使动态磁共振增强检查成为术前评估盆腔器官脱垂的最佳方法。总之，全自动定位、追踪模型在疾病诊断过程中发挥越来越重要的作用。