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MRI在宫颈癌放化疗疗效评价中的应用现状及进展

作者:侯美星,孙洪赞,郭启勇,中国医科大学附属盛京医院放射科 来源:中国临床医学影像杂志 日期:2017-01-12
导读

         宫颈癌是最常见的妇科恶性肿瘤。根据2011年NCCN指南,FIGO分期为Ⅰb2、Ⅱa2期的宫颈癌患者尤其年轻患者,目前推荐采用放疗或新辅助化疗(Neoadjuvantchemotherapy,NACT)加手术治疗,提高手术切除率,减少不良预后因素,降低复发风险;晚期宫颈癌患者推荐同步放化疗加近距离放射治疗。放化疗疗效的好坏关系到治疗效果及预后判断,部分化疗耐药病例可导致治疗失败,肿瘤进展。因此,宫颈癌患者放化疗后疗效的评估是非常重要的。

关键字:  MRI | 宫颈癌 

        宫颈癌是最常见的妇科恶性肿瘤。根据2011年NCCN指南,FIGO分期为Ⅰb2、Ⅱa2期的宫颈癌患者尤其年轻患者,目前推荐采用放疗或新辅助化疗(Neoadjuvantchemotherapy,NACT)加手术治疗,提高手术切除率,减少不良预后因素,降低复发风险;晚期宫颈癌患者推荐同步放化疗加近距离放射治疗。放化疗疗效的好坏关系到治疗效果及预后判断,部分化疗耐药病例可导致治疗失败,肿瘤进展。因此,宫颈癌患者放化疗后疗效的评估是非常重要的。

        MRI以其极高的软组织分辨率、多方位、多参数成像的特点,已被广泛认同为影像学疗效评估手段。多方位成像可以清楚显示盆腔内各器官的解剖关系,包括矢状位、冠状位、横断位;多序列成像各有其优势及局限性,常规序列包括T1WI、T2WI、抑脂序列,近年来宫颈癌功能磁共振成像发展迅速,弥补了常规序列成像的不足。功能磁共振成像包括:动态增强磁共振(Dynamiccontrast-enhancedMRI,DCE-MRI)、磁共振动态磁敏感对比灌注成像(Dynamicsusceptibilitycontrastperfusionweightedimaging,DSC-PWI)、扩散加权成像、磁共振波谱成像(Magneticresonancespectroscopy,MRS)和水分子扩散加权成像(Diffusion-weightedimaging,DWI)。

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        在宫颈癌放化疗疗效评价中的应用价值宫颈癌的磁共振检查常规序列包括:SE序列横断位T1WI、FSE序列横断位及矢状位T2WI、FSE序列横断位T2WI抑脂成像。磁共振常规序列在宫颈癌的疗效评估及随访中有极其重要的作用,可通过多方位全面的观察治疗前后病灶的大小、信号及强化方式等的改变,来评价宫颈癌治疗疗效。

        目前临床根据实体瘤疗效评价标准(RECIST)对宫颈癌治疗疗效进行评价,其严格规定了纳入评价范围的病灶的大小、数量(包括周围淋巴结转移及远处器官的转移病灶),主要通过观察肿瘤病灶治疗前后的长径的变化,分为完全缓解(CR)、部分缓解(PR)、疾病进展(PD)、疾病稳定(SD)4个结局。Takekuma等根据RECIST评价标准对45例宫颈癌患者进行放化疗疗效评价,其中11例完全缓解、9例部分缓解、10例疾病稳定,总体治疗有效率为66.6%。Flueckiger等认为宫颈癌放疗过程中,肿瘤组织信号明显下降、体积明显缩小表示宫颈癌对放疗有良好的反应。

        因此磁共振常规成像序列相互结合,可以有效评估宫颈癌放化疗疗效。但在放疗后3月内,原发病灶残留或放疗后炎性改变,宫颈基质在T2WI上均可呈高信号,常规MRI很难鉴别。

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        2.1.DCE-MRI在宫颈癌放化疗疗效评价中的应用价值

        DCE-MRI是利用顺磁性对比剂来研究微血管渗透性特征的一项MRI技术,通过一些反应微血管特征的定量参数来分析病变的强化特点,这些参数主要包括容量转移常数(Ktrans)、速率常数(Kep)及血管外细胞外容积比(Ve)等;此外还可以通过时间-信号强度曲线获得半定量参数,主要包括达峰时间(Tmax)、最大强化程度(SImax)和最快强化率(Rmax)等来分析病变的强化特点,同时还可以观察病变组织的强化方式。Gong等研究在宫颈癌患者接受放疗前及放疗2周后分别行DCE-MRI,获得半定量参数,结果表明肿瘤消退率与肿瘤平均强化值和强化峰值的变化呈正相关。

        Yuh等利用DCEMRI分别于放化疗前、治疗后2~2.5周、4~5周对101名宫颈癌患者随访,获得半定量参数SI,该研究发现肿瘤的平均信号强度和信号强度百分比在治疗2周后不仅可以评估疗效,还能在一定程度上预测患者的无瘤生存期。Mayr等也做了类似的研究,对102名Ⅰb2~Ⅳa期宫颈癌患者分别于放化疗前、治疗后2~2.5周、4~5周行DCE-MRI,每次测量肿瘤低灌注区(即DCESI<2.1)的体积,结果示:3次测量低灌注区的体积分别为>20、>13和>5 cm3,预示肿瘤相关存活率较低、6年控制效果欠佳;因此DCE-MRI可以早期监测宫颈癌患者中晚期的治疗结局。

        Boss等利用DCE-MRI对10名宫颈癌患者在放化疗前、后进行随访,结果表明治疗后肿瘤的强化方式发生变化,存活者原肿瘤区的开始强化时间较治疗前延长3.2s,而死亡者肿瘤的开始强化时间较治疗前早1.1s,因此DCE-MRI有助于评估宫颈癌放疗疗效。Ellingsen等的动物实验发现Ktrans值与肿瘤内低氧细胞的比例呈负相关,Rofstad等认为在放疗前肿瘤内细胞低氧状态可诱导放疗抵抗,从而使局部放疗失败或疗效减低,因此利用DCE-MRI可以预测肿瘤对放疗的疗效。而Andersen等研究表明Ktrans、Ve值分别为0.20、0.45的聚类在整个肿瘤的体积百分比,与放疗反应呈正相关,进一步证明DCE-MRI可以预测肿瘤对放疗的疗效。

        2.2.DSC-PWI在宫颈癌放化疗疗效评价中的应用价值

        DSC-PWI是一种反映组织微循环血流灌注情况的磁共振成像方法。DSC-PWI通过时间浓度曲线(TIC曲线),计算组织的血流动力学参数,如:局部组织血流量(CBF)、血容量(CBV)、平均通过时间(MTT)等,从而间接反映组织的微血管分布情况。DSC-PWI在脑部的应用现已很成熟,且多项研究表明PWI可以对乳腺癌化疗后的早期疗效进行评价。

        肿瘤组织的血供明显高于正常组织,这在临床上已得到共识。肿瘤组织的灌注、细胞的密度与肿瘤的强化程度有关,MRI上出现强化主要依靠对比剂进入细胞外间隙的多少、流出的快慢以及病变组织的血管密度;峰值时间和强化率与造影剂流入的速度有关,强化程度与对比剂流入多少有关。丁文金等研究表明正常宫颈组织的TIC曲线呈缓慢上升型,而宫颈癌的TIC曲线呈速升缓降型;并根据TIC曲线得到流出速率(Washoutrate,WOR)、流入速率(Washinrate,WIR)、最大增强(Maximumenhancement,ME)及达峰时间(Timetopeak,TTP),对9名宫颈癌患者在化疗前、化疗后28天分别进行DSC-PWI检查,结果表明:宫颈癌化疗前后WOR无显著差异(P>0.05),ME、WIR化疗前高于化疗后(P<0.05),TTP化疗后较化疗前明显延迟(P<0.05)。

        而Verstraete等根据TIC曲线得到首过斜率图(FP图),来评价放化疗前后组织血管分布及血液灌注情况,其研究表明放化疗疗效较好的肿瘤TTP增加、最大斜率值明显降低,在FP图上表现为高信号区消失或减少,可能是由于肿瘤坏死和纤维化等原因使其血管分布程度及血液灌注率明显降低,并且FP图可以区分残余肿瘤组织与坏死、水肿组织。因此PWI可以用于评估宫颈癌化疗后疗效。

        2.3.MRS在宫颈癌放化疗疗效评价中的应用价值

        MRS是目前唯一无损伤检测活体器官和组织代谢、生化变化的技术。在宫颈癌放化疗疗效评价中,MRS最关注的代谢物为胆碱复合物和脂质。Booth等对11例宫颈癌组织行MRS检查,研究发现其中8例出现较高胆碱峰,但良恶性病变的胆碱含量无显著统计学差异。Mahon等对麟癌、12例宫颈原位癌、39例正常宫颈组织的活检标本行MRS分析,结果显示:宫颈鳞癌的脂质、胆碱、肌酸含量显著高于宫颈原位癌及正常宫颈组织;宫颈良性病变组织和正常宫颈组织间胆碱和磷酸胆碱浓度无差异,宫颈癌患者的宫颈上皮内瘤变组织中胆碱浓度显著高于非癌患者宫颈上皮内瘤变组织,浸润癌组织的胆碱和磷酸胆碱浓度明显高于中度和重度宫颈上皮内瘤变,从癌前病变到癌的过程中,含胆碱代谢物异常;因此,宫颈组织的体外MRS成像有助于鉴别宫颈癌与癌前病变。因此,宫颈癌在MRS成像中可显示脂质峰、胆碱峰,其原因可能是肿瘤的代谢及细胞增殖比正常组织旺盛,其细胞膜中的脂质含量、胆碱复合物会明显增加。

        宫颈癌化疗或放疗后细胞凋亡,凋亡细胞中脂质含量增加可提示细胞对治疗的反应,MRS可通过检测脂类代谢物来评价与细胞凋亡相关的代谢变化信息。DeSilva等利用MRS对22例宫颈癌患者根治术前新辅助化疗前、化疗后进行随访,研究发现化疗后肿瘤体积减小的患者甘油三酯CH2降低。Allen等对宫颈癌患者放疗前后分别行MRS检查,结果发现治疗前宫颈癌患者MRS分析可见胆碱峰,治疗后10例无残留病灶及随访中无复发的宫颈癌患者中,8例未见胆碱峰,2例复发及6例可疑复发的宫颈癌患者可见不同程度的胆碱峰,但放疗后3~4月宫颈组织可见MRS胆碱峰也可能是由坏死细胞造成,因此放疗后短期内MRS检查评价疗效的价值,有待进一步研究。

        2.4.DWI在宫颈癌放化疗疗效评价中的应用价值

        DWI即水分子扩散加权成像,是目前在活体上测量水分子扩散运动与成像的唯一方法,可以检测出与组织含水量变化有关的病理学及形态学的早期改变。在DWI中通常以表观弥散系数(Apparentdiffusioncoefficient,ADC)描述组织中水分子弥散的快慢,在人体生理条件下,水分子的自由运动受细胞本身的结构及特征影响,如组织的温度、黏滞度、分子的大小以及生物细胞膜、细胞器等生理性屏障,故ADC值也受其影响。现临床上一致认为宫颈癌的ADC值低于正常宫颈组织,Naganawa等和Chen等研究均证实这一点,这可能是由于恶性肿瘤的细胞增殖旺盛,细胞密度相应增高,核浆比例增高,再加上细胞生物膜的限制,使细胞内外的空间狭窄,水分子运动受限,因此ADC值降低。

        在放化疗的早期,肿瘤的直径不会发生明显变化,因此形态学影像不能准确的对肿瘤的早期疗效进行评估。Harry等和Zhang等的研究表明治疗开始14天后肿瘤的ADC值升高,其升高百分比与疗效密切相关。原因可能是治疗早期,肿瘤细胞逐渐坏死,细胞密度降低,同吋细胞膜完整性受损,细胞内外间隙变大,细胞内外水分子比例发生改变,从而使肿瘤的ADC值升高。因此在治疗早期,ADC值的变化可以作为临床评估早期疗效好坏的指标。在治疗中晚期,Liu等对放化疗后1月、2月的患者分别行DWI检查,发现宫颈癌治疗后1月ADC值变化率与治疗后2月肿瘤最大径缩小率呈正相关,治疗后1月ADC值变化率较大者,肿瘤最大径缩小程度较大,疗效较好,反之疗效较差。

        综上所述,肿瘤放化疗过程中,ADC值作为反映体内水分子扩散运动状况的量化指标,可以在肿瘤形态学尚未发生明显改变之前评估肿瘤治疗的疗效。此外,Liu等发现宫颈癌放化疗后2月肿瘤最大径缩小率与治疗前ADC值呈负相关,因此宫颈癌的治疗前ADC值可在一定程度预测其放化疗疗效。但Harry等和Zhang等认为治疗前ADC值与肿瘤放化疗的疗效无显著联系。这两项研究结果明显不一致,因此对于宫颈癌放化疗前的ADC值是否能预测肿瘤的放化疗疗效尚无共识。近年来在传统扩散加权成像基础上衍生出一种新成像技术,即背景信号抑制扩散加权成像序列(DWIBS)。

        在DWI的基础上,多段扫描并拼接成为DWIBS,图像功能与PET相似,也成为类PET成像。现多采用STIR-EPI-DWI序列,使背景组织,如血管、肌肉、脂肪及其他短T1器官被抑制,其图像与PET比较,具有高空间分辨力、高对比度、高SNR、高性价比及无电离辐射等优点。高德宏等对17例宫颈癌患者常规MRI检查后,行DWIBS成像,结果示:DWIBS成像15例显示肿瘤,常规MRI13例显示;DWIBS7例显示肿瘤周围组织受侵或阴道受侵,4例显示盆腔淋巴结转移。因此DWIBS成像较常规MRI更容易显示宫颈癌,甚而盆腔淋巴结转移,而且该技术是在DWI的基础上衍生,因此可以准确计算ADC值,在放化疗后肿瘤形态学发生改变之前早期评估其疗效。但该技术也有其相对不足,STIR序列上进行脂肪抑制,但也会降低图像对比度,可能遗漏病变;对较小的病灶无法显示,高德宏分析2例DWIBS未显示的病灶,均因病灶太小。

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        综上所述,MRI常规序列结合实体瘤疗效评价标准能够准确、客观的评价宫颈癌放化疗疗效;磁共振功能成像既能提供宫颈癌放化疗后肿瘤形态学的改变,又能反映治疗后肿瘤内部水分子运动、血流及细胞代谢的变化,可早期评价治疗疗效。尽管磁共振功能成像能够提供常规序列不能提供的功能信息,但由于设备参数、图像伪影等因素,功能成像缺乏标准化,其研究缺乏可重复性及可靠性,不同研究者结论存在较大分歧。随着MRI技术尤其功能成像的不断发展完善,其在宫颈癌的临床诊治中将会呈现出更广阔的应用前景。

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