磁共振扩散加权成像在肿瘤疗效评估中的应用进展

关键词：磁共振扩散加权成像；肿瘤；诊断

中图分类号：R730.44　文献标志码：A　文章编号：1008-2409（2012）05-0798-03

磁共振扩散加权成像（diffusion　weighted　magnetic　resonance　imaging，DW-MRI）是目前唯一无创反映活体组织内水分子扩散的检测方法，通过检测人体组织内水分子扩散运动受限的方向和程度，反应组织细胞结构、功能和代谢变化。以往扩散加权成像（diffusion-weighted　imaging，DWI）主要集中应用于神经放射学并显示出巨大的临床应用价值。随着快速成像技术的迅速发展，尤其是自旋回波平面成像技术及多线圈并行采集技术的应用，DWI已逐步应用到全身其他系统和器官的疾病研究，并开始应用疾病治疗效果的评估，笔者现对其在肿瘤治疗效果评估中的应用综述如下。

1.磁共振扩散加权成像基本原理

水分子在媒介中的布朗运动是磁共振扩散加权成像的物理基础，对于MRI任何序列，在180度脉冲两侧加入1对方向相反，强度、持续时间相等的扩散敏感梯度场，便可获得DWI图像。在梯度场作用下，弥散水分子中的横向磁化发生相位位移，若水在组织内自由弥散，则此处失相位，信号降低；反之，若水弥散受限，失相位很少，则信号较高。不同弥散状态的水分子产生不同的DWI强度，以不同信号强度的方式被显示出来，形成有组织对比的DWI图像。活体中水分子运动受血流、呼吸和心跳等生理运动及毛细血管灌注等微循环因素影响，精确扩散系数难以测得，常用表观扩散系数（apparent　diffusion　coefficient，ADC）评价水分子扩散能力。ADC=In（S2／S1）／（b1-b2），其中，b2>bl，b1与b2分别为施加的两个扩散敏感因子，S2与S1为不同b值下的DWI信号强度。DWI即通过测量施加扩散敏感梯度场前、后组织信号强度变化，检测人体组织中水分子扩散状况，从而间接反映组织微观结构变化。因此，DWI能检测影响水分子扩散的相关病变，检测出与组织含水量改变有关的形态学和病理学的早期改变，并以ADC值量化水分子扩散变化程度。

2.磁共振扩散加权成像在肿瘤治疗效果评估中的应用

磁共振扩散加权成像应用于肿瘤疗效评估最初多见于动物模型，近年来逐渐应用于空腔及实质性脏器肿瘤的研究。放、化疗主要引起肿瘤组织坏死，肿瘤内细胞成分减少，细胞间隙增大。坏死区的细胞膜破裂，其内水分子的扩散比存活的肿瘤区明显增强，DWI上信号强度较化疗前降低，ADC值增高。一般认为，在治疗后最初几小时，由于细胞的水肿导致细胞外间隙变小，ADC值会下降，之后的几天内，由于肿瘤坏死，ADC值可显著上升，并且升高的ADC值与肿瘤坏死和细胞密度下降这些结构改变相吻合。因此，DWI可较为准确地在分子水平检测肿瘤组织对放化疗等治疗手段的早期反应。

已有相关文献阐述DWI在膀胱癌化疗疗效监测的应用。Nakayama等用DWI监测膀胱癌转移淋巴结在化疗4疗程前后的变化，他们发现转移的淋巴结病灶DWI信号强度较化疗前降低，同时ADC值增高。Yoshida等对20例T2～T4期的膀胱癌患者于放化疗前后分别行DWI扫描，并与病理对照，结果DWI判断膀胱癌疗效的敏感度、特异度、准确度分别为57％、92％和80％，这都提示了DWI在监测膀胱癌对治疗反映方面有着较好应用前景。张赞等随访7例接受放疗的宫颈癌患者发现，放疗后相应部位ADC值有所升高，究其原因，一方面是宫颈组织趋向正常化，另一方面是肿瘤坏死、肉芽形成、透明变性等的影响。放疗后3个月内，若仅行常规MRI检查，宫颈基质可呈高信号，难以区分放疗后变化与肿瘤残余。普通MRI增强检查也无法准确评估放疗后宫颈癌的预后，因宫颈高信号，除可为肿瘤外，还可见于放疗后纤维化、炎症和放射性坏死，但DWI检查对其鉴别可有帮助。McVeigh等的研究显示，放疗后宫颈癌ADC值升高，但仍低于正常宫颈组织。Harry等对22例浸润性宫颈癌患者接受放化疗前后DWI检查的前瞻性对比研究显示，治疗2周后，ADC值变化与临床反应有明显相关性，并认为DWI可代替生物标记法用于评价浸润性宫颈癌治疗预后。

鼻咽坏死是鼻咽癌放疗后严重的并发症之一，而鼻咽癌经首程根治性放射治疗后，仍有7％～21％的复发率，两者均表现为头痛、鼻咽出血等症状。常规MRI检查表现相似，常导致鉴别诊断困难。而DWI可以进行活体水分子扩散成像，可以定量研究水分子扩散方向和程度，通过ADC值的差异，反映鼻咽坏死和鼻咽复发之间的不同，从而进行鉴别。杨百华等发现鼻咽坏死灶在DWI上表现为不均匀的低信号，而肿瘤复发病灶表现为高信号，鼻咽坏死组ADC平均值和最大值均明显高于复发组，其原因是，放疗后复发肿瘤细胞的迅速增殖，细胞密度增高，细胞外间隙缩小，同时因细胞生物膜的限制和大分子物质对水分子吸附作用增强等因素的综合作用，限制了恶性肿瘤水分子的扩散，导致其ADC值低。陈韵彬等认为鼻咽癌病灶ADC值降低的机制可能与鼻咽癌细胞体积大、排列紧密及细胞间隙变小等导致水分子扩散受限有关；也可能与鼻咽癌细胞膜上的钠－钾泵功能减退而导致细胞水肿等相联系。DWI依靠实性肿瘤的细胞密度、细胞外间隙及组织结构来判断其组织学特点，当细胞密度增加时，细胞外间隙变窄，水分子扩散受限，ADC值降低；而肿瘤组织坏死时，由于坏死区的细胞膜破裂，其内水分子的扩散比存活的肿瘤区明显增强，DWI上一般显示为低信号，其ADC值增高。

此外，还有学者对DWI表观扩散系数在胃肠道肿瘤疗效的评估进行了研究。崔湧等通过对23例接受系统化疗的胃肠癌肝转移患者治疗前、治疗第3、7、42天进行DWI检测，发现DWI是一种具有预测和早期评价胃肠癌肝转移化疗疗效潜力的无创检测手段。孙应实等对37例拟行术前放化疗的直肠癌患者，于疗前第1、2周及术前行DWI检测，发现疗前ADC值较低的直肠癌病灶及治疗早期ADC值升高明显的病灶倾向于放化疗反应良好；DWI值有助于预测和监测直肠癌放化疗早期疗效。唐磊等对32例接受靶向治疗的GIST患者，于治疗前、治疗第1、4、12周进行DWI监测，发现治疗1周，反应良好组ADC升高明显高于不良两组，而且疗前较低的ADC值和治疗后早期ADC值升高预示胃肠间质瘤对治疗的反应性较好。孙应实等的研究发现ADC变化趋势与肿瘤治疗反应性相关，而与肿瘤部位无关，治疗中ADC早期升高提示治疗反应良好。由此可见，ADC值是一种有广泛应用前景的反应肿瘤疗效的功能指标。

3.磁共振扩散加权成像的局限性及前景

目前，DWI还存在空间分辨力不够高，EPI序列对磁场不均匀性敏感易致图像变形、扭曲，盆腔、直肠气体伪影致图像变形，较小病变不易显示，定位需要结合其他MRI序列，及肿瘤组织与正常组织有交叉ADC值等问题。而且，由于成像设备不同，DWI参数也各异，ADC值受干扰因素较多，不同机型、场强、b值所测结果亦有所不同，但是MRI具有良好的软组织分辨力和多参数、多方位成像的优势，DWI从分子水平反映组织结构特性，检查时间短，无电离辐射，无需注射对比剂，比较于CT及动态增强MRI扫描有较大优势。DWI还可通过测量ADC值区分正常组织及肿瘤组织、判断病灶的发展演变及量化肿瘤治疗前后差异，起到临床疗效监测及评估肿瘤预后的作用，并能对肿瘤疗效进行定量分析，这是其他影像学检查方法无法比拟的。相信随着磁共振成像技术的发展以及高场磁共振的应用，DWI必将拥有更加广阔的应用前景。

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