
磁共振灌注成像在腮腺肿瘤中的研究进展
作者:张高正博,丁长伟,中国医科大学附属盛京医院放射科
腮腺肿瘤是最常见的唾液腺肿瘤
,其中大多数为良性肿瘤,约占75%~85%。术前明确腮腺肿瘤的良恶性对于制订合理的手术方案至关重要。MRI在腮腺肿瘤的定位诊断和明确其与邻近组织的关系等方面具有明显优势,但由于部分良、恶性肿瘤的征象有一定重叠,因此在定性诊断方面存在一些困难。
近年来,越来越多的功能性MRI方法,如磁共振灌注成像(perfusion weighted imaging,PWI)应用于腮腺肿瘤以提高其诊断准确性。PWI是在分子水平反映组织微血管分布、血流灌注和血管通透性的功能性成像方法。腮腺恶性肿瘤的新生微血管密度高于良性肿瘤,良性肿瘤中沃辛瘤的微血管密度高于多形性腺瘤,提示PWI在腮腺肿瘤鉴别诊断方面有重要作用。
PWI包括多种成像技术,可以分为使用对比剂和不使用对比剂两类,其中使用对比剂的成像技术包括T1加权动态对比增强(dynamic contrast enhanced,DCE)和T2*加权磁敏感动态增强(dynamic susceptibility contrast,DSC);不使用对比剂的成像技术包括动脉自旋标记(arterial spin labeling,ASL)、体素内不相干运动成像(intravoxel incoherent motion,IVIM)和血氧水平依赖(blood oxygen level dependent,BOLD)成像。本文对以上PWI成像技术在腮腺肿瘤中的应用现状进行综述。
1.使用对比剂的PWI技术
1.1 DCE
DCE是以T1加权为基础,在静脉注射对比剂后对病变部位进行反复快速动态扫描,监测局部组织T1信号强度随时间的变化。通过对时间-信号强度曲线(time-signal intensity curve,TIC)分析,得到半定量参数,包括达峰时间(the time to pick,TTP)、廓清率(washout ratio,WR)、最大信号强度及曲线下面积等,反映组织灌注情况。
Yabuuchi等报道唾液腺肿瘤的微血管数量越多,TTP越短,而唾液腺肿瘤的细胞-间质分级越高,WR越高,并首次通过TIC鉴别唾液腺良、恶性肿瘤,以TTP为120 s、WR为30%作为截止值构建4种曲线模型:A型曲线:TTP>120 s;B型曲线:TTP≤120 s,WR≥30%;C型曲线:TTP≤120 s,WR<30%;D型曲线:无明显强化。目前研究认为唾液腺良性肿瘤为A、B、D型曲线,而唾液腺恶性肿瘤为C型曲线。
在唾液腺良性肿瘤中,多形性腺瘤多为A型曲线,沃辛瘤为B型曲线。Mogen等通过多因素Logistic回归分析发现TTP、最大信号强度、曲线下降斜率和曲线下面积可以作为恶性肿瘤的独立预测因素,TTP是多形性腺瘤的唯一独立预测因素。Elmokadem等发现多形性腺瘤的TTP高于沃辛瘤[(185.73±90.66)s比(65.45±80.34)s],多形性腺瘤的WR低于沃辛瘤[(2.88±9.15)%比(33.28±26.72)%],恶性腮腺肿瘤较多形性腺瘤的TTP更低[(79.65±86.47)s]、WR更高[(21.44±17.22)%]。
分析上述差异的原因,沃辛瘤微血管密度较高,因此TTP较短;同样恶性腮腺肿瘤的新生血管往往较密集,因此也表现为短TTP;多形性腺瘤有丰富的间质成分,导致其TTP较长。在沃辛瘤与多形性腺瘤的鉴别诊断中,平均最大相对信号强化率与平均TTP联合应用的诊断效能较好。
综合应用DCE的半定量参数及其他指标可以提高对良、恶性腮腺肿瘤的诊断效能,如TTP、WR、表观扩散系数(ADC)与病灶的单一性、腮腺深叶分布、淋巴结肿大联合诊断,可以提高对恶性腮腺肿瘤与沃辛瘤的鉴别能力;TTP、ADC与腮腺深叶分布、淋巴结肿大、年龄>66岁的男性联合诊断可以提高恶性腮腺肿瘤与多形性腺瘤的鉴别能力。
DCE除可以进行半定量分析外,还可以进行定量分析。当DCE采用的时间分辨率更高(一般<2 s),并基于更复杂的两室或三室药代动力学模型对TIC进行定量分析,可以得到微循环的绝对定量参数,包括转移常数(Ktrans)、组织间隙-血浆速率常数(Kep)、血浆容积分数(Vp)、细胞外血管外血浆容积分数(Ve)。Ktrans表示对比剂从血管进入组织间隙的速度,最能反映微血管通透性;Kep反映对比剂从组织间隙返回血管的速度;Ve表示对比剂在细胞外的容积,可以反映细胞密度;Vp反映细胞内血管密度。
由于定量参数能反映组织灌注、血管外细胞外间隙和血管渗透性情况,定量分析在腮腺肿瘤鉴别诊断中具有重要作用。潘桂海等发现不同腮腺肿瘤的Kep及Ve存在显著差异。俞顺等认为与恶性腮腺肿瘤相比,良性腮腺肿瘤(不包括沃辛瘤)的Ktrans及Kep更低,Ve更高,多形性腺瘤的Ktrans及Kep低于恶性腮腺肿瘤与沃辛瘤,Ve高于恶性腮腺肿瘤与沃辛瘤,沃辛瘤的Kep高于恶性腮腺肿瘤。
Huang等发现在多形性腺瘤、沃辛瘤、恶性腮腺肿瘤和其他良性腮腺肿瘤中,多形性腺瘤的Ktrans最低,其Kep低于其他良性腮腺肿瘤,沃辛瘤的Kep最高,而Ve最低,Kep联合Ve可以鉴别沃辛瘤与其他3种肿瘤。Mungai等计算了DCE每个定量参数的肿瘤与对侧正常唾液腺实质的比率(lesion/parenchyma ratio,L/P),结果发现恶性肿瘤的L/P Ktrans高于多形性腺瘤和沃辛瘤,多形性腺瘤的L/P Kep及L/P Vp低于沃辛瘤和恶性肿瘤,沃辛瘤的L/P Ve低于多形性腺瘤和恶性肿瘤;当不包括淋巴瘤时,良性肿瘤与恶性肿瘤的L/P Ktrans和L/P Vp均有差异,受试者工作特征曲线分析表明L/P Ktrans在区分良、恶性肿瘤时也更有优势。
分析上述结果的原因,恶性腮腺肿瘤较良性腮腺肿瘤的微血管密度与血管渗透性更高,因此Vp和Ktrans更高;沃辛瘤的微血管分布密度高、细胞分布致密,与其他类型腮腺肿瘤相比Kep较高、Ve较低,因此Kep与低Ve可以作为鉴别沃辛瘤的良好指标;多形性腺瘤的微血管分布较少,外源性对比剂流入率低,在不同类型腮腺肿瘤中Ktrans最低,因此低Ktrans可以作为多形性腺瘤的重要诊断标志。
DCE在腮腺肿瘤诊断中应用广泛,在定性、半定量和定量诊断中均有较高的应用价值。目前有多项研究将DCE的不同参数与其他特殊MRI序列相结合对腮腺肿瘤进行联合诊断,还有学者将不同参数组合制作成决策树,对腮腺肿瘤进行分层诊断,如Kep、Ve、ADCmin和Ktrans组合及TIC模式、D和Kep组合。这些方法弥补了单一序列在腮腺肿瘤鉴别中互相重叠的劣势,提高了诊断准确性,这也是未来研究的方向之一。
然而,DCE仍存在一定的局限性,首先DCE需要外源性对比剂,有发生造影剂相关不良反应的风险,其次DCE目前缺乏统一的扫描参数,定量分析参数的获得也较烦琐,在连续动态扫描期间,对于扫描条件要求也比较苛刻,并且药代动力学模型也需要进一步改进,以帮助DCE获得更准确的测量结果。
1.2 DSC
DSC以T2*加权为基础,通过静脉注射顺磁性对比剂,使组织T2*信号值变短,信号强度减低,通过分析TIC得到相关灌注参数。目前DSC主要应用于脑缺血性病变及脑肿瘤等病变的血流功能评估,在脑肿瘤的诊断、分级及术后复发评价等方面有较高的应用价值,随着MRI技术的发展,DSC的应用逐渐延伸至体部,但在腮腺肿瘤中的应用较少。Razek等发现动态磁敏感增强百分比(DSC%)[DSC%=(S0-SI)/S0×100%,S0代表平扫病灶信号强度,SI代表增强后病灶最大衰减信号强度]有助于鉴别头颈部良、恶性肿瘤。
Abdel Razek等对48例腮腺肿瘤进行DSC半定量分析并计算DSC%,结果发现其区分良、恶性腮腺肿瘤的截断值为26.5%,区分恶性肿瘤与沃辛瘤的截断值为26.9%,区分沃辛瘤与多形性腺瘤的截断值为22.5%,该研究认为不同类型腮腺肿瘤DSC%的差异可能与其血管分布及微血管通透性的不同有关。但相关研究样本量较少,需要进一步研究,同时也需要明确其他外界因素对DSC信号变化的影响。
2.不使用对比剂的PWI技术
2.1 ASL
ASL是一种非侵入性PWI技术,将血管内动脉血的氢质子作为内源性示踪剂,在标记层面利用反转恢复脉冲序列标记动脉血中的氢质子,经过延迟时间,在扫描层面采集标记像,将标记像与非标记像进行减影,得到ASL灌注图像,其主要包括连续ASL、脉冲ASL和伪连续ASL 3种扫描方式,其中伪连续ASL的信噪比较高,是目前临床推荐的扫描方式。
Yamamoto等发现沃辛瘤的平均肿瘤血流量(tumor blood flow,TBF)与最大TBF均明显高于多形性腺瘤,并且所有腮腺肿瘤的平均TBF和最大TBF均与肿瘤的微血管密度呈正相关,平均TBF的诊断效能优于最大TBF、视觉评估、ADC值和TIC。吕虹裕等计算腮腺肿瘤的TBF与对侧正常腮腺组织血流量的比值,得到标准化TBF,并发现沃辛瘤的标准化TBF明显高于多形性腺瘤和恶性腮腺肿瘤。
Kato等比较31例腮腺肿瘤ASL的肿瘤-腮腺信号比值,发现沃辛瘤的肿瘤-腮腺信号比值(41.70±36.70)高于多形性腺瘤(1.81±0.89)及恶性肿瘤(5.09±5.27),但多形性腺瘤与恶性肿瘤的肿瘤-腮腺信号比值无显著差异。Ma等认为恶性肿瘤和多形性腺瘤的肿瘤-腮腺信号比值明显低于沃辛瘤,并与IVIM的f值呈正相关,肿瘤-腮腺信号比值对于肿瘤的鉴别能力优于f值,但差异并不十分明显,这可能与ASL不受血管通透性影响有关。
ASL不需要外源性对比剂,避免了发生造影剂相关不良反应的风险,并且该方法易于重复。但ASL扫描时间较长,对运动也较敏感,图像信噪比较低,空间分辨力差。此外,ASL仅能提供TBF,而无法提供TIC及其他灌注相关参数,这些均是目前ASL在腮腺肿瘤诊断中的局限性。
2.2 IVIM
Le Bihan等首次提出基于扩散加权成像的IVIM理论,通过双指数模型公式Sb/S0=(1-f)×exp(-b×D)+f×exp[-b×(D*+D)],计算至少4个不同b值(包括b=0)获得的信号,能够同时得到水分子扩散和毛细血管灌注信息:高b值(>200 s/mm2)主要反映水分子扩散运动,低b值(<200 s/mm2)主要反映毛细血管灌注。其中S0、Sb分别代表b=0和特定b值(b≠0)时体素内平均信号强度;D为真扩散系数,代表体素内单纯水分子扩散运动,其剔除了毛细血管灌注的影响,较ADC值能更准确地反映水分子扩散受限;D*为伪扩散系数,代表体素内微循环灌注相关的不相干运动;f为灌注分数,代表体素内微循环相关的扩散占总体扩散的百分率,与毛细血管血容量有关。IVIM较扩散加权成像能更准确地通过检测水分子扩散运动受限反映组织微观结构特点和功能变化,同时得到毛细血管灌注信息,在肿瘤诊断、评价治疗效果与检测复发中有重要研究价值。
目前IVIM在腮腺肿瘤中的应用研究较少。既往研究显示,腮腺恶性肿瘤的D值[(0.86±0.25)×10-3 mm2/s]显著低于除多形性腺瘤及沃辛瘤以外的其他良性肿瘤[(1.03±0.30)×10-3 mm2/s],而沃辛瘤的D值最低[(0.69±0.16)×10-3 mm2/s]。这些结果可能归因于恶性肿瘤核质比高,水分子扩散受限明显;而沃辛瘤中有大范围的密集小淋巴细胞,极大地限制了水分子扩散。
沃辛瘤的D*值显著高于多形性腺瘤,反映了肿瘤毛细血管的分布特点,而恶性肿瘤的D*值差异很大,可能与纳入研究的恶性肿瘤病理类型多样有关。沃辛瘤的f值显著高于多形性腺瘤,可能与肿瘤的高微血管密度有关。然而,既往研究纳入样本量均较小,特别是腮腺恶性肿瘤(分别为11例、12例、16例),而且包含多种组织学亚型,可能会影响结果,也造成恶性肿瘤IVIM参数指标变化范围很大。
Patella等联合应用DCE和IVIM技术,取Ktrans、Kep、D和f等相应参数的标准差,结果表明联合应用Ktrans和f的标准差、Ktrans和D的标准差以及Kep与D的标准差均能很好地区分多形性腺瘤和沃辛瘤。但该研究纳入样本量较小(两种肿瘤分别有7例),有待大样本研究进一步明确。
IVIM在不需要外源性对比剂的情况下定量分析局部组织的灌注情况,同时还能反映组织微观结构的特点。然而IVIM在头颈部检查中易受金属或不同组织的影响产生伪影,并且可能会受特殊运动如吞咽、呼吸等的影响。b值选择的标准化也有待达成共识。
2.3 BOLD成像
BOLD成像是将脱氧血红蛋白
作为内源性示踪剂,脱氧血红蛋白的顺磁性效应可以导致局部T2*信号值降低,当局部血流量、血容量和氧化代谢发生变化时,血液中氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的比值发生变化,当比值增大时,T2*信号增加;反之,T2*信号减低。
BOLD成像通过局部T2*信号的变化反映组织的灌注情况,进而对不同类型肿瘤进行诊断。同时BOLD成像可以量化肿瘤的缺氧情况,在评价预后方面发挥作用。目前关于BOLD成像在腮腺中的应用研究较少,Chu等将BOLD成像应用于干燥综合征腮腺的早期诊断,但尚无关于腮腺肿瘤的相关研究。
BOLD成像可无创、动态、重复检测组织氧含量,但是除体现组织血流变化外,其仍受很多外界因素的影响,如设备磁场、患者基础状态等,因此在扫描与图像后处理中需排除各种干扰因素,并且BOLD成像扫描过程也较烦琐,其在腮腺的扫描方案仍需要大规模研究优化。
3.小结与展望
PWI在不同类型腮腺肿瘤的鉴别诊断中具有不同程度的应用价值,其中DCE技术较成熟、应用广泛,通过半定量及定量分析为诊断提供更多的信息。目前DSC技术在腮腺肿瘤中的应用较少,仍需要更多研究验证。ASL、IVIM和BOLD成像技术不使用对比剂,可以避免对比剂所致不良反应,发展前景广阔,但在图像扫描期间对操作人员要求较高,图像后处理也较复杂,并且相关扫描参数与诊断标准仍未统一。除鉴别诊断外,PWI对恶性肿瘤的疗效和预后评价的价值也极具潜力。随着MRI相关技术的不断发展,PWI在腮腺肿瘤诊断中会发挥越来越重要的作用。
来源:张高正博,丁长伟.磁共振灌注成像在腮腺肿瘤中的研究进展[J].中国医学影像学杂志,2023,31(02):175-179+184.