動態(tài)對比增強磁共振成像在腎癌中的研究進展

邢征宇，高陽

動態(tài)對比增強磁共振成像在腎癌中的研究進展

邢征宇，高陽*

作者單位：
內(nèi)蒙古醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院磁共振室， 呼和浩特 010030

隨著磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)在腹部臟器方面的應用逐漸增多，動態(tài)對比增強磁共振成像(dynamic contrast enhanced-MRI，DCEMRI)作為功能成像也逐漸應用于腎臟疾病。平掃MRI對病灶形態(tài)及成分顯示較佳，并主要以此作為定性依據(jù)。DCE-MRI以平掃MRI為基礎，在補充疾病信息方面發(fā)揮著重要作用。本文對腎癌不同類型的平掃MRI特征表現(xiàn)及其缺點進行簡單描述，并通過DCE-MRI定性分析、半定量分析和定量分析對腎癌進行診斷和鑒別診斷，其中著重對DCE-MRI定量分析的原理、后處理以及在腎癌的臨床應用進行介紹。

腎腫瘤；磁共振成像，動態(tài)對比增強；腎細胞癌；定量分析

腎腫瘤是人體泌尿生殖系統(tǒng)中最常見的腫瘤之一，85%的腎占位性病變?yōu)槟I細胞癌(renal cell carcinoma，RCC)，是成人最常見的腎臟原發(fā)性惡性腫瘤。近年來，全球范圍內(nèi)每年腎癌發(fā)病率呈逐年上升趨勢[1]，因此影像學檢查在臨床中的作用越來越重要。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，腎癌分型及分級對其預后判斷有重要意義，現(xiàn)在影像學研究不僅單純的根據(jù)影像學表現(xiàn)對病灶進行早期定性診斷，并逐步對腎癌進行分型和分級，結合其與周圍組織關系有助于臨床選擇適當?shù)闹委煼桨?，以及在手術或放化療后對療效做出評估，因此影像學的精準檢查如定量分析在臨床中的作用越來越重要。

因磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)檢查無輻射損傷，能行多層面、多方位、多序列組合，且具較高的軟組織分辨率，在腎臟疾病中的應用越來越受到臨床的重視。既往多根據(jù)磁共振圖像上病變的形態(tài)學特點進行定性分析，但是RCC與某些良性疾病征象之間存在著一定的重疊，少部分腎臟囊實性及實性腫瘤定性較困難，近年來功能磁共振成像技術愈來愈多用于鑒別腫瘤良惡性，對RCC進行分型、分級及治療療效評估，本文主要介紹動態(tài)對比增強磁共振成像(dynamic contrast enhanced-MRI，DCE-MRI)在RCC中的應用。

1　平掃磁共振成像

RCC在磁共振平掃中的典型表現(xiàn)為起源于腎皮質的邊界不清的不規(guī)則腫塊，多為單發(fā)，呈類圓或分葉狀，局部腎輪廓外突，信號表現(xiàn)呈多樣性，各亞型之間的MRI表現(xiàn)具有一定的差異。在RCC的病理分型中透明細胞癌最常見，其次是乳頭狀癌和嫌色細胞癌。透明細胞癌在T1WI多呈不均勻低信號，T2WI上呈以高信號為主的不均勻混雜信號；腎乳頭狀細胞癌在T1WI、T2WI上均多呈混雜信號；嫌色細胞癌在T1WI上常呈均勻的等或低信號，T2WI上呈等或低信號，合并出血、壞死、囊變者少見[2]。假包膜被認為是RCC早期階段的組織學特征，在Yamashita等人的研究中，54例RCC中有74%的病例在T2WI上顯示假包膜。假包膜是由于腫瘤生長引起鄰近組織受擠壓、缺血、壞死和纖維化后導致纖維組織沉積而形成的，在T2WI上一般表現(xiàn)為低信號環(huán)[3-4]。對RCC的準確診斷有助于臨床采取及時、恰當?shù)闹委?，單純依靠MRI平掃易出現(xiàn)誤診或者是漏診[5]，DCE-MRI對病灶特征的進一步分析對臨床診斷有重要意義。

2　DCE-MRI

DCE-MRI 使用三維梯度回波的T1WI序列進行多時相掃描，靜脈團注釓類對比劑，同時啟動快速動態(tài)掃描，與只在單一時間點顯示對比增強的常規(guī)MRI增強相比，DCE-MRI提供了藥代動力學信息，在靜脈注射對比劑后的不同時相評估信號動態(tài)。DCE-MRI 可以通過定性、半定量和定量3種方式對病灶進行評估。

2.1DCE-MRI定性分析

DCE-MRI定性分析是根據(jù)各個時相病灶的強化特點來評價病灶內(nèi)感興趣區(qū)(region of interest，ROI)的時間-信號強度曲線(time-signal intensity curve，TIC)的“走行”而對病灶進行分析，對病灶做出診斷甚至進行腫瘤分型。曹慧芳等[6]在腎臟腫瘤的MR動態(tài)增強掃描研究中表明腎癌多為明顯不均勻強化，少數(shù)輕度均勻強化或無明顯強化，囊性腎癌可見分隔強化。同時研究者認為RCC常見的幾種分型之間強化方式具有差異性，其中透明細胞癌可在皮質期輕度強化，隨時間延遲呈持續(xù)強化，或呈明顯強化。韓希年等[7]的研究中表明多數(shù)乳頭狀癌為輕中度均勻或不均勻強化，皮質期強化程度高于實質期。在朱慶強等[8]對16例腎嫌色細胞癌的研究中表明多數(shù)腎嫌色細胞癌呈輕中度強化，腫瘤實質期與皮質期相比強化程度較明顯，且大多數(shù)嫌色細胞癌為均勻強化，偶見放射狀瘢痕或輪輻狀強化。雖然上述研究表明MRI平掃結合其增強特點能夠提高診斷準確性甚至對RCC進行病理分型，且方法相對簡單，但是主觀依賴性強。TIC曲線可用于提取血液動力學信息，可根據(jù)動態(tài)圖像的數(shù)學分析得出半定量和定量參數(shù)對病灶生理學特點進行量化，使得診斷結果更客觀、更準確[9]。

2.2DCE-MRI半定量分析

王喜軍等[5]在研究DCE-MRI對腎癌診斷價值中表明腫瘤的強化方式與腫瘤血液動力學改變及病理特征密切相關，DCE-MRI可對腫瘤血管的生理特性加以評估。在腫瘤組織內(nèi)對比劑從血管內(nèi)滲出到細胞外血管外間隙(extravascular extracellular space，EES)，滲出率由血管滲透性和血流量決定，因此通過DCE-MRI測得的信號代表了血管通透性和血流灌注兩方面特性。半定量分析基于通過TIC曲線計算所得的幾個生理參數(shù)，如最大增強斜率、強化百分比、曲線下面積和達峰時間等。在史浩等[10]的研究中14例腎癌的TIC下降支較陡直，達峰時間較正常值短，液性壞死區(qū)TIC呈直線。Safiye Gürel等[11-12]對腎癌MRI和病理學研究中發(fā)現(xiàn)，在皮質期和實質期透明細胞癌信號強度變化(分別是205.6% 和247.1%)明顯大于乳頭狀癌(分別是32.1%和 96.6%)，并認為在實質期信號強度變化是鑒別透明細胞癌和乳頭狀細胞癌的最有效參數(shù)。Vargas等[13]認為透明細胞癌在皮質期、實質期和延遲期3個時期的信號強度變化的百分值均明顯高于乳頭狀細胞癌和嫌色細胞癌。

2.3DCE-MRI定量分析

2.3.1原理

近年來，DCE-MRI定量分析技術開始成為對特定靶組織進行功能性評估的新興工具。與常規(guī)MRI動態(tài)增強的三期掃描相比，DCE-MRI定量分析技術要求快速連續(xù)無中斷掃描多期動態(tài)圖像。對多期動態(tài)圖像進行后處理后可獲得對比劑弛豫效應的動態(tài)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會提供病灶相關的灌注和/或滲透性的生理參數(shù)的定量估計。選擇適合對比度增強曲線的藥代動力學(pharmacokinetic，PK)模型可計算出可能涉及組織微血管特性的定量參數(shù)來量化微血管通透性。DCE-MRI定量分析技術的藥物代謝動力學參數(shù)包括對比劑容量轉移常數(shù) (Ktrans)、比例常量(Kep)、滲漏空間(Ve)和對比劑血漿容積(Vp) 等。Ktrans表示血液滲漏到EES速率，Kep表示血液從EES滲回血管的速率，Ve表示對比劑在EES的容積，Vp代表對比劑血漿容積，理論上，前3個參數(shù)存在以下的數(shù)學關系：Kep= Ktrans/ Ve[14-16]。由于腫瘤血管內(nèi)皮細胞的增殖速度要比正常血管快很多，加之成熟期缺乏穩(wěn)定化，導致形成具有異常流量剖面、高度不規(guī)則、迷宮樣、低效、高滲漏脈管系統(tǒng)。因此惡性腫瘤由于其血供豐富和/或腫瘤毛細血管通透性增加引起對比劑濃聚而造成快速、強對比度增強，腫瘤惡性程度越高血管通透性就越大，那么理論上代表血管通透性的參數(shù)值也應該越大，可通過計算出相關閾值或范圍量化病變良惡性或進行腫瘤分級、分型及對腫瘤放化療的療效做出評估。

2.3.2后處理方法

DCE-MRI的數(shù)據(jù)分析是復雜的，其多依賴于數(shù)據(jù)采集策略(例如單層、多層或三維成像)和圖像分析方法 [例如ROI、動脈輸入函數(shù)(arterial input function，AIF)和PK] 的選擇。進行MRI的T1多翻轉角掃描及多期動態(tài)增強掃描后，通過AIF將組織T1值與對比劑濃度聯(lián)系起來進行計算獲得參數(shù)值。在計算這些具有組織生理學特性的參數(shù)值時，PK模型的選擇至關重要，可以使用不同的PK模型進行評估。最早應用的經(jīng)典單室模型Tofts模型與在其基礎上改進的 Extended Tofts模型在組織弱血管化或高灌注的情況下均可提供較為準確的滲透參數(shù)值，但要求較高的空間分辨率和時間分辨率。Patlak模型因使計算方程線性化而更易獲得可視化擬合度，缺點是不能獲得Ve值。Exchange Model是將血漿及細胞外間隙作為室的雙室模型，它包括4種參數(shù)的分析，與其它模型相比獲得參數(shù)多，但對時間分辨率的要求更高[17-19]。

2.3.3定量DCE-MRI在RCC中的應用

病理分期、組織學類型和組織學分級等都是影響腎癌預后的因素，目前，由于醫(yī)學技術的進步，腎癌早期發(fā)現(xiàn)明顯增多，腎單位保留術已成為臨床醫(yī)生的關注焦點，由于腎癌亞型惡性程度不同，預后也不同，則術前對腎癌的分型對治療方式的選擇及預后將有重要意義[20-22]。在chandarana H[23]在對25例腎腫瘤：15例透明細胞癌、4例乳頭狀癌、3例嫌色細胞癌、3例嗜酸細胞癌(2004年WHO將其歸為透明細胞癌)行廣義動力學模型(GKM)和擴展的快速模型(SSM2)DCEMRI。GKM和SSM2由Tofts發(fā)展而來，是目前較新且比較常用的動力學模型。在經(jīng)這兩種動力學模型計算后，嫌色細胞癌的Ktrans值明顯低于其他類型(P＜0.01)，KtransGKM＞1.0 min-1時，診斷嫌色細胞癌敏感性90.9%，特異性100%，除嫌色細胞癌和兩例透明細胞癌以外，剩余病例的KtransSSM2值大于KtransGKM值。結合這兩種模型的數(shù)據(jù)分析可更準確地將嫌色細胞癌與其他腎癌亞型區(qū)分。

在Saha等[24]對富血供腎癌和乏血供前列腺癌脊柱轉移的研究中得出DCE-MRI可對癌癥患者合并的脊柱良性病變與轉移進行鑒別，甚至能對轉移來源進行區(qū)分，該研究得出腎癌轉移灶的Vp值是前列腺癌轉移灶Vp值的1.8倍，并認為Vp是區(qū)別富血供腎癌和乏血供前列腺癌脊柱轉移的最佳參數(shù)，具有重要的臨床意義。

許多新興治療藥物側重于對腫瘤新生血管生成的抑制，臨床需要建立生物學標志以確定藥物早期治療療效，DCE-MRI聯(lián)合藥代動力學模型可獲得更高效更可靠的血流動力學定量參數(shù)，治療成功可引起某些參數(shù)的改變，這些定量參數(shù)可用做抗新生血管生成藥物調節(jié)腫瘤血供的早期指標。學者已證實Ktrans值與血流灌注和毛細血管通透性相關，丁爽等[21]選用安維汀注射液評價抗血管藥物早期療效研究中表明因該藥物減少腫瘤血管密度，并改善微血管滲透性，Ktrans、Kep能很好反映抗腫瘤藥物治療后腫瘤血流灌注減少及細胞增殖活性的改變，具有較大的應用價值。Jeon等[25]利用索拉菲尼在腎細胞癌的早期治療反應評估研究中得出治療后病灶Ktrans值明顯減低(P=0.005)，而Vp值未見明顯變化(P=0.97)，腫瘤大小與體積變化與參數(shù)變化并無相關性。

綜上所述，常規(guī)MRI及DCE-MRI定性、半定量分析在目前已廣泛應用于腎臟占位，定量DCEMRI在腎臟的研究尚處于起步階段，該技術在腎占位良、惡性鑒別，RCC分級、組織學分型方面具有更廣闊的研究前景。

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Research progress on application of dynamic contrast enhanced-MRI in renal cell carcinoma

XING Zheng-yu, GAO Yang*

Department of MRI, The First Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010030, China

*Correspondence to: Gao Y, E-mail: 1390903990@qq.com

31 Aug 2015, Accepted 28 Oct 2015

Magnetic resonance imaging (MRI) has been applied in imaging of abdominal viscera increasingly. Dynamic contrast enhanced-MRI (DCE-MRI), a functional imaging technique, is gradually applied to kidney disease. Unenhanced MRI is better to show lesion morphology and composition which qualitative diagnosis of unenhanced MRI mainly depended on. DCE-MRI plays an important role to provide additional disease information based on regular MRI. In this paper, we reviewed the characteristics of unenhanced MRI in different types of renal cell carcinoma and its disadvantages, and described diagnosis and differential diagnosis of renal carcinoma by DCE-MRI qualitative analysis, semi-quantitative and quantitative analysis, and emphasized DCE-MRI principle, reprocessing and clinical application of renal cell carcinoma.

Kidney neoplasms; Magnetic resonance imaging, dynamic contrast enhanced; Renal cell carcinoma; Quantitative analysis

高陽，E-mail：1390903990@qq.com

2015-08-31

R445.2；R737.11

A

10.3969/j.issn.1674-8034.2015.12.016

接受日期：2015-10-28

邢征宇, 高陽. 動態(tài)對比增強磁共振成像在腎癌中的研究進展. 磁共振成像, 2015, 6(12): 957-960.