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【关键词】 子宫颈癌;MR灌注成像
子宫颈癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，早期发现以及正确评价在体宫颈癌的组织病理、分化程度、微血管密度、血管通透性等生物学特征，对选择宫颈癌的最佳治疗方案、预见其疗效同样具有极其重要的临床意义。目前关于子宫颈癌的影像学研究文献大多数集中于探讨宫颈癌的定性诊断以及分期的研究，磁共振常规平扫及增强对于子宫颈的价值近年来报道较多，尤其是T2WI对发现宫颈肿瘤、评价其信号、形状及大小特征进而参与肿瘤临床分期诊断中的作用已得到越来越多同行的肯定，然而其在评价肿瘤的内在生物学行为时却较少。早期初步的动态增强扫描显示宫颈癌内造影剂的血流动力学参数(灌注参数)存在差异，提示这些均可能在某种程度上反映出宫颈癌不为人知的某些生物学行为的细节特征。因此，随着近年来磁共振硬件和软件技术的进一步发展以及磁共振对比剂药动学理论和实践的进一步发展，进行子宫颈癌MR灌注成像研究的条件更加成熟，也具有更加重要的临床意义。
1 MR灌注成像的物理学及生物学基础
1.1 MR灌注成像的生物学基础 血管的生长在恶性肿瘤的生长代谢中是一个关键性的复杂过程，1～2mm以上的肿瘤不可能没有血管支持[1]。转基因动物肿瘤模型实验研究显示原位癌进展到侵袭性癌的过程中伴有血管发生的出现[2]。在一组研究乳腺导管原位癌到侵袭性癌的变化过程以及肝脏不典型增生结节到肝癌变化过程的病例中显示，肿瘤血管化与肿瘤进展相关[3,4]，患者预后与肿瘤血管发生有关，而且在总的生存率中，血管活性程度是一个独立于其他已知预后因素的重要预后因素，包括一些肿瘤的分期、分级及淋巴结情况[5]。另外，血管通路是肿瘤得以远处转移的一个重要通路。肿瘤新生血管可引起血管容积、血流灌注及毛细血管通透性的变化，而评价血管生成及活性的方法可分为直接和间接两种。最常用的是细胞抗体免疫染色后行微血管密度(mvd)计数。由于微血管计数通常需要来自手术标本的肿瘤组织，不能提供微血管系统的功能状态信息。因此目前更多的是血管生长的间接生物标记，如微血管生成因子(VEGF)浓度测定的应用，但VEGF的测定只能适用于离体标本。而MR灌注成像也是一种非侵入式间接方法，可在活体组织中进行。与离体组织VEGF测定相比，MR灌注成像反映人体组织的生物学状态更接近于人体组织本身真实的生物学状态。
1.2 MR灌注成像的血流动力学基础 血流动力学研究显示，对比剂首过期间，主要存在于血管内，血管外极少，血管内外浓度梯度最大，信号变化受扩散因素的影响很小，故能反应组织血液灌注的情况。根据示踪剂稀释原理和中心容积定理，选择适当的血流动力学模型，从原始数据重建出相对组织血容积(rBV)、血流量(rBF)、平均通过时间(MTT)等反映血流动力学状态的图像。三者的关系为: rBV = rBV /MTT。在评价组织的血流动力学变化时，PWI可以得到与正电子发射体层摄影(PET)相似的结果[6]。而MR灌注成像根据成像原理的不同，分为T1灌注加权成像(T1PWI)和T2灌注加权成像(T2PWI)。
1.2.1 T2或T2*灌注成像 带有不成对电子的Gd-DTPA通过静脉内快速团注后会干扰局部磁场的均匀性，缩短组织T2 (较组织T1缩短更明显)，在T2WI或T2*WI中产生信号衰减。T2PWI是利用对T2变化敏感的快速扫描技术对Gd-DTPA的首过效应进行检测，通过MR信号随时间变化评价组织微循环的灌注情况。血供正常的组织由于血流相对较快，MR信号衰减迅速，缺血组织由于血供较差，血流缓慢而使组织的MR信号不减弱或减弱不明显，缺血区呈现持续的相对高信号。目前，用于T2PWI或T2*PWI 的扫描序列以FID-EPI和SE-EPI为代表，主要用于脑血流量的测定。SE-EPI可以减少软组织-骨和软组织-气界面的伪影，T2*效应小，能得到更均质的SI-T曲线，缺点为首过期信号降低幅度和对比噪声比(CNR)低，需加大对比剂用量来弥补，而且残余对比剂也会降低本底信号，导致所测CBV数据出现偏差。FID-EPI较常用，优点为对T2*变化敏感，在对比剂首过期间信号强度变化明显，发现信号细微变化能力较强，缺点是对邻近小血管信号变化太敏感，必须从ROI分析中排除，对对比剂外渗敏感，T1效应明显，T1效应导致信号强度不能回到基线50%水平以下，导致γ拟合不适用。因此，对于微血管外漏较严重的病变，用SE-EPI较好，而微血管未破坏或破坏轻微病变，如具有BBB的颅脑灌注成像，应用FID-EPI较好。
1.2.2 T1灌注成像 带有不成对电子的Gd-DTPA通过静脉内快速团注后会干扰局部磁场的均匀性，缩短组织T2，同时也缩短组织T1，同样在T1WI中信号会增强，用于T1PWI 的扫描序列以turbo FLASH或fast SPGR为代表，主要用于肿瘤血管通透性的测定。优点是对比剂用量小，时间分辨率高。缺点是低分子量对比剂从微血管漏出产生的T1效应远较T2或T2*效应显著，血流动力学模型由单隔室模型扩展为双隔室、三隔室甚至多隔室模型，灌注成像参数分析更加复杂。由于体部组织一般不存在类似血脑屏障(BBB)的结构，小分子量对比剂在体部组织微血管外漏较多，故体部病变多采用T1PW。已表明在骨骼、软组织和乳腺良恶性病变的鉴别中有重要作用。
1.2.3 T1灌注与T2灌注在宫颈癌血流动力学评估中的比较 宫颈癌与体部其他肿瘤一样，不具备BBB这一特殊结构，造影剂不易通过血脑屏障。而Gd-DTP首次通过脑血管周围出现较大梯度磁场，可产生明显的T2*效应，但有学者认为，颅外大多数软组织不存在BBB，对比剂可进入组织间隙，产生T1增强效应并使血管周围梯度磁场降低，从而使CBV被低估。利用小翻转角(10)可极大降低T1效应[7]。GRE-EPI T2*序列是对T2敏感的扫描序列，故常用于T2灌注成像。超快速SPGR T2*W序列图像的SNR往往较低，而常规SPGR T2*W序列图像可有足够的SNR，但时间分辨率不及前两个序列，因此这三种序列都不适合颅外灌注成像。一般颅外组织灌注采用快速小角度序列进行T1灌注成像，可较大限度避免上述问题。
2 宫颈癌MR动态灌注成像血流动力学分析
2.1 低分子量MR对比剂人体内隔室模型 目前临床上常用的MRI造影剂为分子量较小的顺磁性造影剂Gd-DTPA，而满足磁共振单隔室血流灌注成像需下列条件：(1)受检组织毛细血管床与周围组织间隙有完整屏障，保证造影剂不进入组织间隙; (2)造影剂用量和浓度必须控制在一定范围，保证组织中造影剂浓度与组织的T1或T2*变化率呈线性关系;(3)灌注过程中血流动力学状态保持稳定，而人体中最符合上述条件的只是具有血脑屏障的正常脑组织，而不适用于体部灌注成像分析[8]。目前颅外组织如肝脏、胰腺、乳腺、直肠及宫颈的MR灌注成像研究成果屡见报道，灌注分析方法不同于T2PW中单隔室模型造影剂血流动力学分析。主要基于以下理论、实践基础：对比剂在不同器官内转运速率存在差异，其中血液及血流丰富区称为中央室(如血液、心、肝、肾等)，而血流量小，对比剂透过速率慢区域称为周边室(如肌肉、脂肪等)，这样将机体划分为双室模型。建立在T1WI序列上，将具有不同流入和流出量的间质作为一个间室，适合脑外病变和全身肿瘤的评估。有研究利用对比剂首过期间T1WI测得数据将组织剩余函数分为血管腔内和血管腔外-细胞外两部分，用于计算肿瘤的血容量和微血管渗透性表面积乘积，而且认为可用于治疗过程的监测或新治疗药物试验。如果根据对比剂渗透速率将周边室分为快室和慢室，双室模型就演化为三室模型。有研究将此模型应用到T1WI，成功量化不同间室(血液、细胞、快速增强间质、慢速增强间质)的容积比，认为对肿瘤的血管生长及活性鉴别有价值[6]。
2.2 T1PW、T2PW灌注曲线衍生的各种参数、意义及局限 在磁共振灌注成像中，T2PW、T1PWI分别产生不同的时间信号曲线。而如果组织信号强度与对比剂浓度间不存在直接关系就不能套用血流动力学模型。血流动学力学模型要求找出组织对比剂浓度与组织T1变化率(R1)、T2变化率(R2)之间 的关系。一般采用已知的动力学模型(如Larsson，Tofts，Kermode 模型)对时间浓度曲线进行数学拟合，进而衍生出各种灌注参数。在低分子量对比剂首过过程中，T2灌注时组织信号为由高到低变化，而T1灌注成像相反，为由低到高变化;T2灌注对比剂首过时仅需数秒，而T1灌注成像可持续影响达数分钟。T2灌注成像时数据采集时间短，为亚秒水平，而T1WI数据采集时间达2～25s或更长。T2灌注成像造影剂用量相对较多(≥0.2mmol/kg)，注射用时长，而T1灌注成像造影剂用量少(0.1～0.2 mmol/kg)、注射用时少、弹丸宽度小、灌注扫描的时间分辨率更好;T2灌注成像对于造影剂运输的微血管期信号改变相对敏感，因而反应组织灌注和血流量;T1PW对于组织血管外-细胞外间隙(EES)中造影剂的浓度相对敏感，进而可以反应微血管灌注、通透性、细胞外漏出间隙等。在T1灌注成像参数中，K是一个组织特异性参数，用来描述对比剂在血浆隔室和间质间隙的转输，此参数主要受微血管通透性影响较大。f是细胞外容积(Ve)与血管内容积比(Vp)，是影响增强信号强度的重要因素[9]。
3 MR动态灌注成像在宫颈癌诊疗中的应用现状
MR动态灌注成像在提高肿瘤探测能力及反映肿瘤微观环境方面可发挥重要作用。在常规T2WI中，宫颈癌组织表现为相对高信号，但常规T2WI序列并不能获取肿瘤组织微观环境信息，肿瘤信号表现也不都一致。有报道证实利用对比剂Gd-DTPA在宫颈癌组织中的信号时间曲线、结合双隔室动力学分布模型得出反映宫颈组织药动学参数的数值，可改善宫颈癌的显示水平、提高其术前分期的准确性[10,11]。一项基于宫颈癌MR动态灌注成像研究分析显示，宫颈癌组织的血管化作用、血管通透性及组织间质间隙均大于正常宫颈组织，与正常宫颈基质不同，肿瘤组织中有更大的空间输送和积存对比剂[7,8]。在良性肿瘤组织中，血管内皮周围包绕一层基底膜，而恶性肿瘤组织中这种基底膜容易损伤、丢失[12]，以直观的血流动力学分析为基础， 发现宫颈癌组织边缘区显著的强化是由于存在密集而渗透性强的微血管。组织病理学证实，大的宫颈癌肿块边缘区或整块较小的宫颈癌组织存在大量的肿瘤细胞，同肿块中心区相比，其平均k值 和 f 值分别升高和降低。近年有报道认为，在区分侵袭性和非侵袭性肿瘤方而，磁共振动态灌注成像起着重要作用。Heidi C等[7]认为，血管化程度越高的肿瘤组织，对比剂交换速率越小，也就是说，血管化程度越高的肿瘤组织在磁共振动态灌注中表现为更快的首过对比增强。由于肿瘤血管化作为肿瘤复发的预兆[13]，动态灌注早期快速强化与侵袭性肿瘤行为一致。然而，这一点并未通过临床观察证实。VEGF是目前已知的20余种血管生长因子中最重要的促血管生长因子，其中VEGF-A是各类肿瘤中最重要的血管生成因子[14,15] ，另外还有VEGF-B、C、D族[16～18]。近年来的研究结果显示，宫颈癌组织中VEGF的表达在其生物学行为中起重要作用，与宫颈癌的血管生成的进程有关，并同微血管密度(MVD)相关，在腺癌的表达率比上皮癌的表达率高[9]，VEGF在宫颈癌晚期的肿瘤侵袭中的血管生成环节可能有一定作用[15]。还可能与VEGF与淋巴转移或对放疗的反应性有关[16]。VEGF、MVD多在术后已切除的肿瘤组织标本中进行免疫组化测定得到，但对于临床应用而言，缺乏术前指导的可行性。MR灌注成像可通过治疗前测定活体肿瘤组织的各种灌注参数对微血管生成及情况进行判断、评估活体肿瘤组织微血管的分布和血流灌注情况及VEGF的表达。Hans等[16]通过对宫颈癌组织免疫组化及MR动态增强时间信号曲线分析显示，宫颈癌组织MVD与最大增强信号间存在显著相关，而VEGF与MR动态灌注曲线各参数间并无显著相关，而最大增强斜率值高的宫颈癌恶性程度高于最大增强斜率值低的宫颈癌。大量研究揭示血氧供应对宫颈癌的放疗效果有影响[17,18]。至今为止，很多评价肿瘤血氧供应水平的方法属于侵入性方法， 如多次氧电极置入[20,21]。宫颈癌组织直接氧电极置入法监测显示放疗疗效降低与血氧水平存在相关性[22]。而动态灌注成像参数分析支持肿瘤血液供应可能与血氧水平相关的观点，在预测肿瘤放疗效果方面发挥重要作用。另一方面，即使在主要的治疗方案制定后，也很难在执行放疗前预料结果成功与否，因此，判定是否属于对放疗有抵抗力的高风险型患者变得非常重要。如果放疗效果不好的患者在放疗开始前或放射治疗早期就能筛选出，那么就可及时考虑采取更多其他的治疗措施(如手术切除)，因此，动态灌注成像参数分析可在宫颈癌治疗方案选择时提供有价值的参考。
4 宫颈癌MR灌注成像研究展望
目前除了利用灌注成像评价肿瘤的一般免疫组化特征，也有人利用灌注成像来评价肿瘤组织的癌基因表达水平。癌基因可通过调节血管形成因子，影响肿瘤微环境和调控肿瘤血管形成，而某些血管形成因子又促进癌基因的表达，两方面促进肿瘤的发生、发展和转移。由于癌基因与肿瘤血管形成具有非常密切的关系，使探讨某些癌基因表达与MR灌注成像的相关性成为可能。例如，在肿瘤细胞增殖周期中， cyclinD1是G1期重要的周期蛋白，也是公认的一种癌基因。正常情况下，cyclinD1在G1期保持恒定维持低水平。cyclinD1过度表达可导致G1期缩短，使细胞过度增殖，最终导致细胞增殖失控而促使肿瘤血管形成。马树华等研究显示，多层螺旋CT灌注成像与肿瘤血管生成具有较好的相关性，能够反映肿瘤的血管生成及cyclinD1表达。提示这可能是宫颈癌灌注成像研究的一个方向。近年来兴起的分子影像技术，在评价肿瘤的生物学行为特性方面正越来越深入。由于核医学的辐射性和较低分辨力、光学成像的低穿透性以及超声成像的低分辨力，其实际应用受到一定限制。MRI 具有高空间分辨力和多序列、多参数、多方位成像的优点，可以同时获得组织的解剖和生理信息以及多个理化指标。因此，MRI 在分子成像中具有广阔的发展前景。但是MRI 敏感性还不够高，如何筛选高灵敏度和高特异度的分子靶向探针已成为目前MR 分子成像技术发展的关键。磁共振分子成像必须采用高选择性对比剂，随着纳米放射性药物和纳米对比剂的研制成功并应用，纳米科技与分子影像学的有机结合更进一步推动了MR 分子影像学的发展。例如MRI 靶向标记的磁性纳米分子对比剂[23]主要包括顺磁性Gd3+类对比剂( 主要产生T1 正性对比效应) 和超顺磁性氧化铁微粒(SPIO) 对比剂(主要产生T2 负性对比效应)。以Gd-配合物和氧化铁纳米微粒为基础，经过化学修饰，使其具有和探针分子偶联的性能，采用这种方法的一些新型的磁共振成像对比剂已能达到分子成像的要求[23]。Lanza等[24]采用αvβ3靶向标记的二乙二胺五醋酸钆(Gd- DTPA) 纳米微粒对比剂对移植了VX2 肿瘤后12天的白兔进行MR动态T1WI检查，结果在肿瘤区域和肿瘤周围的部分血管壁获得了显著的MR 强化信号。不但可以得到常规MRI无法显示的肿瘤新生血管的“热点”影像，而且可以对肿瘤新生血管密度进行定量评估。该研究表明，使用1.5T MR设备和靶向αvβ3的分子成像对比剂可用于检测和显示微小实体肿瘤所诱导的早期新生血管，该技术为早期肿瘤或肿瘤转移灶的发现提供了新手段。此外，将促血管生成素-1或促血管生成素-2的单克隆抗体与顺磁性纳米微粒共价结合进行选择性成像，可用于定位评估肿瘤血管的状态。普通的SPIO一般直径>50nm，经静脉注入人体后，主要被肝、脾网状内皮系统所摄取，超微型超顺磁性氧化铁纳米微粒(USPIO)，最大直径不超过50nm，主要进入淋巴结组织及骨髓组织中。USPIO 粒径更小、穿透力更强，弛豫率为同样条件下Gd3+的7～10 倍，在nmol 级浓度即可在MRI 上形成对比，血循环半衰期长达100min 以上，且具有生物可降解性，能被细胞代谢后进入正常血浆铁池，与血红蛋白结合或参与其他生理代谢过程。因此，USPIO 是目前较理想的MR 示踪剂。Santi等[17]采用RGD-USPIO靶向标记肿瘤新生血管内皮细胞特异表达的αvβ3 受体分子进行MR 分子成像研究，为肿瘤血管生成的示踪研究提供了新的思路。总之， MR灌注成像作为间接评价活体宫颈癌组织生物学行为的技术手段正得到发展和推广。宫颈癌的MR灌注成像与宫颈癌诊疗效果、与宫颈癌预后因子的相关性的研究将随着磁共振硬件、软件及对比剂的发展而更加广泛和深入。
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