MR扩散加权成像早期评价肿瘤放化疗治疗反应
2021-05-07
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I学术论著 中国医学装备2011年2月第8卷第2期China Medical EquipnletK 2011 February Vo1.8 NO.2 MR扩散加权成像早期评价肿瘤放化疗治疗反应 史梦远①徐朝霞 魏光全。 [文章编号1 1672—8270(201 1)02 0004—06 【中图分类号j TH 772 【文献标识码J A 【摘要】发展新的技术方法,早期评价肿瘤对治疗的反应,有助于个体化治疗,意义重 大。DW-MRI是在体、无创进行水分子扩散测量与成像的唯一方法,有望成为肿瘤治 疗早期反应的有效指标。本综述着重介绍DW—MRI在早期、无创评价肿瘤放化疗疗效 方面的实验与临床应用进展。 【关键词]磁共振成像;扩散成像;疗效评价;肿瘤 MR diffusion imaging for rherapy response assessment of tumor} SHI Meng-yuan,Xu Chao・xia,Wei Guang・quan//China Medical Equipment,2011,8(2):4—9. 作者简介 妇Fi州ig眦小mtreatments arever y hel pfu fo r ndivid u alized th era py of t um o r.Dilfus ion w. eMR imaging,whichl ii警gh ted。嘉 上l 隔 空哈日 耋李言 measuresthe random(Brownian Im0 ionof water,has be.—proposed as an early biomarker for tumo response-l his reV ew focuses 0n tne 学助理员 主要研究方 .,en 焘内科辜教 室,教 development in use of difusion imaging as a tool for oncologic imaging of treatment 南:防护管。理及后控管 ④第四军医大学西京医院内科教研室陕西西安71 0032 ②西安解放军第451医院医学影像科陕西西安71 0000 @第四军医大学西京医院放射科陕西西安710032 居老人,行动不便的老人早期检查,及时发现病情, 国临床康复,2002,6(19):2876—2877. 进而达到及时治疗的目的。 【4]郑崇勋、裴晓梅.脑神经功能信息学 参考文献 研究进展[J】.中国生物医学工程进展, 【1l范东辉.严重影响健康的老年痴呆症【JJ.中华检 2006,30(6):399—406. 验检疫,2006(12):64. 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及时筛除对治疗无效患者,减小其不必要的治疗风险 与医疗负担等。 的组织构成(microstructural orgnization)等 。 目前,DW MRI是在体、无创进行水分子扩 散测量与成像的唯一方法。扩散成像在超早期脑缺 血定性诊断中的价值早被公认,而且简便易行,是 临床神经系统检查中常用的序列,已被广泛应用于 超早期脑梗塞诊断、颅内囊性病变以及脑脓肿等的 鉴别诊断 ’’ 。分子影像学以及功能MR(包括 DWI)在药物(尤其是靶向治疗药物)研发阶段也 有重要的应用价值。该检查属于无创技术,可对同 一个体进行重复评价,还可从肿瘤整体方面给予评 估,并有定量潜能。DwI可作为药效早期指标之 一,指导药物研发。 1 肿瘤疗效评价中的应用 DW MRI在肿瘤分级中的应用仍有一些争议, 本综述着重介绍DW MRI在早期、无创评价肿瘤放 化疗疗效方面的实验与临床应用进展。 1.I DW--MPd在动物模型肿瘤治疗反应评价中的应用 如前面介绍,治疗所引起的肿瘤体积的改变, 往往出现在治疗后一段相对长的时间。肿瘤细胞的 死亡,比体积改变出现得早。肿瘤细胞的死亡,导 致肿瘤微环境的改变,DW—MRI可以监测这些变 化。因此,DW MRI可作为肿瘤对治疗反应性的早 期、敏感指标。临床上,早期评价肿瘤对治疗的反 应,可以及时(在治疗过程早期)筛选对治疗有效者 (responders),剔除无效者(n0nresponders), 而不必等到治疗结束。这样,无疑可以减少患者不必 要的无效治疗而带来的痛苦与经济负担。早期疗效评 估,还可节省患者宝贵时间,帮助患者尽快进入下一 治疗方案,直到找到最合适的治疗方法。 密西根大学的Ross BD等“ 最初在小鼠颅内9 L胶 质瘤模型上证实,可以检测到治疗后的肿瘤水扩散值 ZHONGGU0YtXUKZHtjANG园El 5 学术论著 中国医学装备2叭1年2月第8卷第2期MR扩散加权成像早期评价II中瘤放化疗治 反应迎炒远 的变化,给与有效的治疗后,肿瘤水扩散值增高。随 指标。 后的一系列实验研究 也证实了上述现象。所用的 1.3 DWl在药物研发中可发挥重要作用 靶向治疗在抗肿瘤方案中占有重要地位。如果能 实验动物肿瘤种类包括辐射诱发纤维肉瘤“ 、MCF7 乳腺癌 …,以及LnCaP前列腺癌 】。这些都支持一种 用影像学方法在每一患者个体中早期评估治疗反应, 假说:DWI—MRI可在动物模型上无创定量有效治疗 那将很大程度上有益于靶向治疗的开展。在新药早期 带来的细胞改变。实验中,学者们还观察到,肿瘤水 临床试验阶段,DWI MRI能提供药物有效性的快速 扩散值的增高,先于肿瘤体积的减小,而且扩散值改 指标,及早终止无效治疗,早期调整治疗方案,进而 变程度与治疗无关,而与剂量相关 卜 。 在临床治疗早期阶段选择最有效治疗手段 。DWI— DW—MRI的一个优势在于,该技术方法对即便 MRI还有可能在预测药物疗效方面发挥作用。分子与 相对微小的治疗效果,都有着非常高的敏感性。这可 以用来评估与优化药物治疗剂量以及疗程等。尤其当 实验药物数量有限或毒副作用较大时。同样地,在荷 9 L胶质瘤小鼠模型上,Lee KC等 观察到,应用化 疗药物治疗l周或者2周时间,两组肿瘤扩散值在治疗 6 d后达到峰值,随后的4~5 d,扩散值回到基准值。 两治疗组中扩散值表现出类似的改变曲线,提示治 疗效果在治疗第l周达到最大值,而接下来的1周,治 疗并没有进一步引起肿瘤细胞死亡。随访资料与体外 药物敏感试验证实了上述观点。该实验说明:DW— MRI在药物研发试验治疗中可有效辅助药物剂量与疗 程的优化。 1.2 DW-MPd在人肿瘤治疗反应评价中的应用 DW-MRI在评价人肿瘤对治疗反应时,存在一 些悖论。在对l4例晚期直肠癌患者 进行DWI研究时 发现:治疗有效者(responder)治疗前的ADC值较 无效者(nonresponder)的ADC值小。对无效者,治 疗后,其ADC基本没有变化;而对有效者组,治疗后 ADC值进一步减小,继而增高。但另一研究 结果表 明:8例直肠癌中,4例对化放疗有效者治疗起始1周 时,ADC值增加。 在人脑肿瘤研究中发现,水扩散增高常常提示对 治疗有阳性反应 。Hein等 对经放化疗治疗的1 8例 胶质瘤患者进行研究发现,放疗1月后,稳定病灶的 ADC值高于肿瘤复发组。另一组研究 ,6例脑肿瘤 (主要为转移瘤)中,与无效者比较,治疗有效者治 疗1周后的肿瘤ADC明显增高。类似的结果,在其它 人肿瘤类型上也有报道,如头颈部鳞状细胞癌 。 、结 肠直肠癌与胃癌肝转移 ,以及晚期宫颈癌b 等。这些 临床观察,提示DWI MRI作为监测肿瘤治疗的可靠 6 ZHONGGUOYl×UEZHUANGBE 功能影像学,能够无创、纵向地、从整体上监测肿瘤 情况,未来有望在靶向治疗前预测肿瘤治疗反应,从 而达到个体化治疗与循证治疗的目的 。 影像标志物,当然还包括其它生物标志物,能 够在药物研发全过程提供准确、可重复信息,帮助制 定研发决策。为最大限度发挥DWI在药物研发中的 作用,仍需要进行许多验证工作,如与整体存活率、 无进展存活期(Progression~free surviva1)等相关 性。 1.4功能扩散图(functional diffusion map,fDM)的应用 DW MRI在试验及临床前应用中显示出很好 的临床应用前景,被一致推荐作为肿瘤影像标志物 (imaging biomarker)。同时,应该注意到,肿 瘤的分子构成异质性决定了肿瘤水扩散的不均一性 (heterogeneity)。也就是说,肿瘤整体内部的水扩 散不是均一的。而且,肿瘤整体内部 同部分对治疗 所致的反应也不尽相同。用基于整体肿瘤ADC值的直 方图分析而得到的平均AD C值来评估肿瘤反应, 仅 不能反映肿瘤内部细节,而且可能减低DwI MRI作 为影像标志物的敏感性。平均ADC值的另一个明显 的缺陷在于,不能提供空间信息。为解决上述问题, 有作者提出了功能扩散图(functional diffusion map, fDM)的概念 ’ 。 fDM应用三位图像空间注册方法提供普适的几何 框架(geometrical framework)。这样,即可在空 间对应的治疗前后图像上,逐一体素评估治疗引起的 扩散值的改变。已有学者应用fDM评价多种肿瘤治疗 疗效,如人胶质瘤 、前列腺癌骨转移 等。 fDM技术需要首先将治疗起始后的早期图像与治 疗前T1或T2图像,应用自动共有信息算法(automated 堕 鱼 。1 1年2月第8卷第2期MR扩散加权成像早期评价肿瘤放化疗治疗反应史梦远等 学术论著l mutual information algorithm)与仿射转换(affine fDM作为评价肿瘤放化治疗反应潜在的早期影像标志 transformation),注册配准。图像注册后,需手工 物的应用前景。但是,实验结果转化到临床应用,仍 描绘肿瘤轮廓,然后,在治疗前与治疗起始阶段所做 面临许多挑战,如不同MR生产厂家所提供的DWI获 的图像上选择肿瘤所在体素进行定量分析。依据肿 取方法与后处理程序不一等,为不同研究与临床机构 瘤扩散值治疗前后的变化,将肿瘤ADC信息分割为3 间的数据共享与比较带来了困难;不同部位不同类型 类:ADC值增加的体素;ADc值减小的体素;以及 肿瘤DWI参数的优化,大量临床验证工作仍需要进一 ADC值无变化体素。计算肿瘤上这3种扩散值体素的 步开展等。 相对体积比。 在转移性前列腺癌动物模型中 ,应用fDM方 法,将肿瘤中肿瘤细胞活性减低区域标记为红色,对 治疗无反应者标记为绿色。fDM可以早期(治疗后7 d)检测到治疗组ADC值增高区,提示肿瘤细胞活性 viability降低,而且ADC增高区随着治疗时间推移不 断扩大。散布图(Scatter plots)显示:未治疗组AD C 增高区在第7、11天分别占1.2%与2.5%;而对治疗 组,fDM分析显示,在第7、1l、l4、l85天红色体素 区随时间推移而增加。对应的散布图表明,ADC增高 区分别占4.0%(第7天)、13.1%(第11天)、30.0%(第14 天)与53.7%(第18天)。而且,早在第7天时,治疗组 与对照组的fDM值即有显著统计学差异。而应用传统 MRI肿瘤体积测量法,只是在治疗第11天,观察到治 疗组与对照组肿瘤体积的差异,明显晚于fDM方法。 并且,也就是说,fDM可以作为肿瘤治疗反应的早期 生物标志物(early biomarker)。 2展望 常规肿瘤体积测量法与最大直径测量等指标,需 要治疗后较长时间才能对治疗疗效做出评价,难以及 时指导调整治疗。临床应用影像学技术早期无创客观 评价肿瘤治疗反应的迫切性与日俱增。尽管临床上应 用DWI—MRI评价肿瘤治疗反应的探索已进行了一段 时间,并取得初步结果,但是,这些尝试只是在动物 实验或有限数量的患者身上进行。当然,还有一些临 床研究应用fDM来评价胶质瘤与前列腺癌骨转移瘤对 治疗的反应性。研究表明,在人胶质瘤(III/IV级) 患者中,治疗所引起的fDM值的改变,可以在第3周 观测到,并可预测肿瘤体积变化,而这种体积的变化 需要l0周左右的时间才会出现。还需要说明的是,对 于胶质瘤患者,治疗第3周时的fDM测量,还是最终 临床反应与总存活数的早期指标。这些结果均提示 参考文献 [1]Therasse P,Arbuck S,Eisenhauer E, et al:New guidelines to evaluate the response to treatment in solid tumours: European OrganizatiOn for Research and Treatment of C ancer,National C ancer Institute of the United States,National Cancer Institute of Canada.J Nail Cancer Inst,2000,92:205—2l6. 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