曹桢斌

（广西中医药大学附属瑞康医院医学影像科 广西 南宁 530011）

脑转移瘤为颅内常见肿瘤，在肿瘤患者中发生率为8.5%～9.6%[1]，肺癌、乳腺癌、黑色素瘤为最常见的原发瘤。磁共振（magnetic resonance imaging, MRI）解剖成像能提供病变形态与结构信息，常用来检测脑转移瘤及疗效评价。在临床中，通常选用两种常规序列：T1WI（T1 weighted imaging, T1WI）增强序列基于细胞外造影剂通过破坏的血脑屏障，勾画肿瘤强化边界而显示出较高的准确性；T2液体抑制反转恢复（T2 fluid attenuated inversion recovery, T2-FLAIR）能很好地显示肿瘤周边的血管源性水肿。但这两种技术均难以体现肿瘤治疗后的早期反应。新的MRI标记物可显示肿瘤细胞水平、生物物理特征、微结构及代谢特征，能早期检测、诊断转移瘤及评估肿瘤疗效。新MRI技术反映肿瘤形态学改变的同时，还可提供肿瘤功能及代谢方面诸多信息及肿瘤微结构的变化，如治疗后细胞凋亡、细胞膜崩解等，且治疗后肿瘤生理与微结构的改变远早于形态学，如细胞凋亡可发生于放疗后4h，而形态学改变常发生于放疗后数周或数月[2]。磁共振波谱成像（magnetic resonance spectroscopy, MRS）、化学交换饱和转移成像（chemical exchange saturation transfer, CEST）、定量磁化传递（quantitative magnetization transfer, qMT）、跨膜水交换技术、磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging, SWI）等MRI新技术逐渐应用于脑转移瘤，这些MRI定量技术能早期确定肿瘤疗效反应，有利于脑转移瘤患者个性化治疗。本文就这些MRI新技术应用研究现状进行综述。

1 常用的磁共振定量技术

常用的MRI定量技术为动态增强MRI，其采用Tofts-Kety双室模型，可定量评估血管通透性及血流量；动态磁化增强MRI能特征性反映肿瘤灌注，可定量相对脑血流量、相对脑血容量[3]。表观扩散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）反映组织的细胞结构，多b值弥散加权技术的应用可通过ADC值提供肿瘤细胞活性的信息，但这些定量技术在指导临床决策中通常缺乏敏感性与特异性。

2 跨膜水交换技术

每个MRI体素由细胞、微血管、细胞外基质等构成，常规MRI反映这些组成结构水的平均信号，定量MRI则力求反映不同成分对MRI信号的贡献度。组织中每一种组织成分的水分子运动具有不同的理化特性。细胞内外水分子交换率（kIE）依赖于细胞大小、形状与细胞膜通透性[4]，kIE与时间（t）成反比。转移瘤放射治疗后细胞凋亡可增加细胞膜通透性，细胞体积缩小及细胞形态不规则，从而使细胞表面积与体积比增加，均可导致kIE升高。钆剂为MRI细胞外间隙造影剂，可通过组织间的水分子交换间接影响邻近组织的弛豫时间，使得测算弛豫时间与跨膜水分子交换常数成为可能。kIE对治疗导致的细胞凋亡非常敏感，临床研究发现细胞凋亡后的几天内kIE出现显著升高[5]。

3 磁敏感加权成像

磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging, SWI）可显示顺磁性或抗磁性物质对磁场影响的差别进而鉴别铁、钙化、脱氧血红蛋白等[6]。SWI信号依赖于血管内脱氧/氧合血红蛋白，放射治疗导致的组织微血管内血管内脱氧/氧合血红蛋白改变以及转移瘤治疗后微血管床的改变可通过SWI进行检测；肿瘤治疗前后微血管的变化在一定程度上反映治疗反应。SWI在脑转移瘤中还能清晰显示肿瘤实质、钙化、坏死、水肿、静脉等具体情况[7]，并能检测放射性坏死。R2*在肿瘤进展与假性进展中存在显著差异，肿瘤强化区域升高60%，非强化区域增高约14%[8]，能可靠鉴别放射性坏死与肿瘤进展。

4 磁共振波谱成像

1H-MRS在肿瘤研究中具有重要作用，通过化学位移可有效检测组织中的代谢物浓度，肿瘤的代谢物与肿瘤代谢途径相关，如NAA与脂肪生成，Cho与细胞膜磷脂Cr与能量代谢等，MRS对肿瘤环境敏感，脑内不同组织类型肿瘤其代谢、结构及生理存在明显差异，1H-MRS可对组织代谢物进行无创性定量分析[9]，脑转移瘤MRS中可显示增高的脂峰，短TE（30ms）较长TE（136ms）能更好显示脂峰。治疗前有较高的脂峰及治疗后脂峰出现较大的下降提示患者更长的生存期，而治疗后病灶出现较高的Cho/Cr与Cho/NAA提示肿瘤复发[10]；但放射治疗后肿瘤内部出血、顺磁性物质的沉积等常对MRS谱线影响较大，其可重复性通常不高。

5 微结构

肿瘤组织微结构及其治疗变化可通过弥散成像进行检测， ADC对细胞密度敏感，基于弥散的体素内不相干运动（intra voxel incoherent motion, IVIM）与弥散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）亦应用于评价颅内转移瘤疗效及正常脑结构对放疗后的反应。比较放疗前后DTI数据，发现放疗后白质纤维纵向扩散系数减小，垂直扩散系数增大，提示神经纤维完整性的破坏。采用DTI方法研究放疗导致的脑结构的破坏及继发的认知障碍[11]，为影像评价放射性相关脑改变提供了新的方法。

IVIM模型假定体素內的弥散信号呈指数衰减，快速衰减部分代表微血管内血液的运动，其衰减幅度与体素內微血管占比相关，缓慢衰减代表组织的弥散特性[12]。微血管分数可用高b值IVIM模型进行计算。脑转移瘤实质部分血管增生程度和范围不及高级别胶质瘤，其毛细血管灌注程度低于胶质瘤[13]。灌注分数与ADC图可用于鉴别肿瘤坏死与复发[14]，脑转移瘤通常表现为较低的ADC值,放射治疗对肿瘤血管内皮的损伤可出现肿瘤灌注的明显减低，其变化可通过IVIM进行监测。但灌注分数与微血管分数反映的是肿瘤微循环的一部分，在鉴别有无治疗反应存在一定困难。

6 定量磁化传递

qMT是一种抑制大分子蛋白质结合水的技术。其数据采集需确定自由水频率和采用较高的射频磁化准备脉冲而获得磁化传递对比。MRI信号丢失的程度依赖于组织内大分子的密度。低的磁化传递值提示能够和周围水分子进行磁化交换的脑组织结构减少，反映了髓鞘损害、细胞破坏以及水成分的改变[15]。qMT技术可定量大分子质子浓度、其与自由水质子交换率及驰豫率，较临床常用的形态学指标能更早、更敏感地反映肿瘤变化。通常肿瘤组织qMT增高与对侧正常白质区存在显著差异，而在肿瘤治疗过程中，其磁化传递特征可发生转变，可用于肿瘤疗效监测。

7 化学交换饱和转移成像

CEST通过施加特定频率饱和脉冲来标记包含某类可交换质子的分子，而被标记质子通过化学交换引起水信号的变化实现间接测量该分子浓度及其微环境[16]。CEST对不稳定质子如酰胺、胺、羟基等浓度及交换敏感，这些质子为谷氨酸、乳酸、肌醇等的代谢产物，其化学位移程度依赖于代谢产物中交换质子局部电子云的不同。在脑转移瘤中，这些代谢物浓度的增加可放大CEST效应，其化学位移程度高于正常组织；但CEST检测的为整体质子的化学位移，对单个代谢物缺乏特异性。CEST化学交换率与肿瘤微环境改变密切相关，酸性微环境是肿瘤增殖、转移、侵袭及放化疗抵抗的重要因素，检测肿瘤组织治疗前后pH值的变化，可判断肿瘤疗效反应，但pH敏感CEST成像特异性对比剂还需更深入的研究[17]。

由于CEST对分子间相互作用及代谢物浓度变化高度敏感，多个研究表明CEST在检测治疗导致的代谢物变化（如放疗导致的细胞凋亡）中具有巨大潜力。治疗后CEST信号减低提示有较好的疗效反应。目前肿瘤中广泛应用的CEST指标为酰胺质子转移（amide proton transfer, APT），APT成像能够评估肿瘤细胞蛋白质含量、增殖情况及生物学状态[18]，可作为肿瘤治疗后相关变化与肿瘤复发的生物学标志物[19]。但这些指标均为反映磁化传递与水饱和的综合CEST效应，受到一定因素影响。

综上所述，MRI定量技术逐渐应用于脑转移瘤诊断、疗效与预后评估。不同技术各有其优势，CEST、qMT需要较长的扫描时间且扫描范围有限，在临床决策中有一定限制。未来技术发展需要在不损失敏感性和特异性前提下，缩短扫描时间及增加扫描范围覆盖，加快临床应用转化，以提高脑转移瘤诊疗中影像诊断水平。