DTI在子宫及子宫疾病的研究进展

刘梓菀，吕富荣，肖智博

子宫是产生月经、孕育胚胎及胎儿的生殖器官，一旦产生疾病，将对女性身心健康造成重要影响，因此，对子宫疾病进行精准诊疗尤为重要。近年来，微、无创治疗发展迅速，已成为子宫疾病的治疗热点，例如高强度聚焦超声消融及子宫动脉栓塞术已广泛应用于子宫肌瘤。但目前微、无创治疗通常缺乏病理诊断，治疗前主要由增强MRI提供病灶的影像信息。虽然T2信号在一定程度上反映了肌瘤组织结构，但T2信号强度为一相对比值且以肉眼观察为主，具有主观局限性，不能对组织微观结构进行量化分析、提供的信息有限，且对于肾功能不全及对比剂过敏这一部分患者而言，增强扫描并不适用。磁共振扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)在扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)基础上发展而来，通过对组织水分子扩散速率及方向进行量化反映组织微观结构与病理改变，能提供较MR T2信号更直观、准确的信息，且具有无创与不需要对比剂等优点，在理论研究与临床应用领域均引起了广泛关注。DTI始于20世纪90年代，主要评价参数有表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)及部分各向异性(fractional anisotropy，FA)，其在中枢神经系统应用最早也最广泛[1]，近年来在腹部[2]、盆腔器官尤其是子宫[3-5]的应用逐渐增加，能清楚地显示子宫与病灶的微观结构并进行量化分析。笔者就DTI在子宫及子宫疾病方面的研究进展进行综述。

1 DTI在子宫的应用研究

子宫主要由平滑肌束及结缔组织组成，肌壁具有三层结构，分别为子宫肌层、结合带及内膜层，DTI对子宫肌壁三层结构的观察经历了从离体标本到在体的发展过程[3-5]。Weiss等[3]应用DTI扫描及纤维示踪重建分析了5例非孕完整离体子宫的纤维结构特点、并将结果与病理标本对照，在宫颈观察到环形与纵形两种走行的纤维束，其内侧以纵行纤维束为主，而外侧则以环形纤维束为主，与镜下表现相符。

Fiocchi等[4]对30名健康育龄期的志愿者(包括9名经剖腹产者)行3.0 T MR-DTI扫描及纤维示踪重建，发现子宫大部分区域纤维束排列有序，主要为环形与纵向两种，与离体子宫DTI研究结果[3]一致。Fiocchi等[4]将9名剖腹产者与13名非孕正常子宫分为两组进行比较，发现约三分之二的剖腹产者子宫峡部前壁手术切口处的纤维束走行紊乱、局部中断或缺失，且纤维数目、纤维密度明显低于相同部位的正常非孕子宫组，这种差异在其中2例有较大剖腹产手术疤痕并继发胎盘植入者尤为显著，这一结果提示，DTI可用于无创性地观察剖腹产后继发胎盘植入及胎盘前置患者的子宫情况。Fujimoto等[5]的研究发现：肌层的表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)值最高(1.12×10-3mm2/s)，内膜层次之(0.97×10-3mm2/s)，结合带最小(0.83×10-3mm2/s)；FA值则是结合带最高(0.297)，其次为肌层(0.257)，内膜层最低(0.186)；肌层的纤维束最长(42.0 mm)，结合带次之(34.2 mm)，内膜层最短(20.0 mm)；这些结果可能与组织结构的水分子含量、细胞外间隙、核质比及微观结构等相关。Fujimoto等[5]对DTI数据行纤维示踪重建发现：子宫不同部位纤维束走行方向不一致，子宫底部肌层主要分布环形纤维，结合带则以纵向走行为主。但Fujimoto等[5]同时也提出，内膜层所显示的纵行纤维束乃是宫腔流动液体形成的伪影，而非真正的纤维束。

子宫是一个受雌激素水平影响的肌性器官，其生理过程具有复杂的周期性改变，已有不少育龄期健康女性子宫三层结构DWI信号及ADC值随月经周期变化的报道[6-7]，但DWI以ADC值为评价指标，并不能直观显示子宫的微观构成，DTI技术基于DWI发展而来，其DTI参数亦可能存在这种改变，并且可以通过图像后处理清楚显示子宫纤维束的构成细节。HE等[8]对两组不同年龄段健康女性在不同月经周期(月经期、卵泡期、排卵期和黄体期)行DTI扫描，发现：从月经期至黄体期，子宫内膜的ADC值增加，而各向异性分数(fractional anisotropy，FA)值则逐渐下降；结合带的ADC值与FA值在整个月经周期没有明显变化；肌层ADC值从月经期到黄体期显著增加，但FA值无明显变化；子宫三层结构的ADC值与FA值在两个不同年龄段组间则无明显统计学意义，尽管如此，依然可以观察到，年长组子宫内膜与结合带FA值较年轻组更高、肌层FA值则较低，这可能是因为随着年龄增加，子宫微观结构如纤维密度、纤维走行方向等亦发生了变化。HE等[8]还首次发现子宫内膜FA值的周期性变化与血清雌二醇水平在月经期下降显著相关，即高血清雌二醇水平下，子宫内膜增厚，水分子扩散的各向异性增大，FA值越高。但在HE等[8]的研究中，年轻女性组子宫内膜FA值在月经期具有显著的个体差异，可能由月经期宫腔分泌的内容物含量不同所致，这或许会影响实验结果的准确性。Kılıçkesmez等[9]的部分研究及结果与HE等[8]类似，且为了排除月经期宫腔内容物(如经血、液体等)影响，其只采集了志愿者月经周期中增生期与分泌期的DTI图像。Kılıçkesmez等[9]研究发现，与年轻未绝经女性相比，绝经后女性组子宫各层结构的FA值与ADC值均显著减小，这可能与年龄增长后，组织含水量下降、纤维数目减少、激素水平下降等因素有关。He等[10]分析了子宫结合带DTI参数的月经周期变化，发现结合带厚度随年龄增加而增厚，ADC值则呈减少趋势；在20～30岁组，处于月经期的结合带最厚，在30～40岁组则无明显统计学差异。

子宫DTI参数受组织微观结构、年龄、月经周期等诸多因素影响，并且能将这种生理变化体现在具体的数值上，从而提供较常规MR更多的生理、功能信息，这在诊断子宫疾病及治疗后随访监测具有指导意义，可提示临床尤其在疗效评估时应尽量选择相同的月经周期。此外，虽然常规MR也能清楚显示子宫的形态，但这种形态更倾向于整体结构的显示、缺乏细节，DTI通过纤维示踪重建能清楚显示纤维束的走行与构成，提供比常规MR更多的解剖细节，这在无创性地评估孕期子宫功能及剖腹产术后子宫恢复情况方面具有较大的潜在价值。

2 DTI在子宫疾病方面的应用研究

子宫疾病种类繁多，发病率及预后各不相同，即使是良性的子宫平滑肌瘤亦能因为腹痛、腹胀、月经周期不规则等临床症状而对女性身心健康造成影响。目前，对子宫疾病的诊断、疗效预测及随访依然以MRI为主，包括动态增强MRI、灌注MRI、DWI等，而DTI技术在子宫领域的应用尚处于初级阶段，对子宫疾病的诊断主要集中在几种常见病，现对DTI在几种常见子宫疾病的应用研究做一综述。

2.1 DTI在子宫肌瘤的应用研究

子宫肌瘤是女性生殖系统最常见的良性肿瘤，50岁以上的女性发病率可高达70%～80%[11]。随着年龄增加及瘤体生长，子宫肌瘤常因缺乏血供而发生各种变性，包括黏液样变及肉瘤样变等。DWI及ADC值能有效鉴别良性子宫平滑肌瘤与子宫肉瘤[12-13]，而不同类型子宫肌瘤的病理基础不同，DTI基于反映微观结构的特点，亦能反映不同类型子宫肌瘤的特征。Thrippleton等[14]运用7.0 T MR对9例共计23个肌瘤的离体子宫行DTI扫描及图像后处理，对比分析了子宫肌层、肌瘤黏液样变区、实性部分DTI参数特点。Thrippleton等[14]研究发现，肌瘤实性部分ADC值最低，可能由瘤细胞外基质胶原蛋白含量增加、水分子扩散受限引起；肌瘤黏液样变区平均ADC值则最高，可能由黏液样变区凝胶状物质沉积、水分子扩散受限不明显所致；FA值则是肌瘤实性部分低于子宫肌层，表明肌瘤实性部分的各向异性比邻近肌层小，这与镜下表现一致；黏液样区的FA值低于实性部分，这是因为黏液变区的胶样物质沉积，使水分子扩散方向相对无序。虽然肌瘤细胞与平滑肌细胞镜下显微结构类似，但Thrippleton等[14]通过纤维示踪重建发现，肌瘤与子宫肌层的胶原纤维束构成不同，具体表现为肌瘤实性部分纤维较短、排列紊乱，而肌层纤维则较长且呈环形、排列有序。

李佳等[15]对比分析了不同类型的在体子宫肌瘤间DTI参数差异，研究发现：普通型肌瘤的ADC值明显低于非普通型，而FA值高于非普通型，这与Thrippleton等[14]的离体研究结果相符。李佳等[15]通过纤维示踪重建对肌瘤纤维束进行量化分析，发现普通型肌瘤的最长纤维束长度、纤维束平均长度与肌瘤最大直径的比值均高于非普通型，DTI纤维示踪结果显示：普通型肌瘤纤维束完整，排列密集、紊乱，而非普通型则稀疏甚至中断、无序，这与镜下结果吻合。

李佳等[16]观察分析了80个T2WI均匀低信号子宫肌瘤的DTI参数，发现瘤体平均ADC值显著低于正常肌层，说明肌瘤内水分子扩散能力及速率均低于正常子宫肌层；FA值则明显高于肌层，说明肌瘤水分子扩散的各向异性更大、扩散方向比子宫肌层更一致，但这与Thrippleton等[14]的研究结果有差异，可能是因为后者研究对象包括了黏液样变性的子宫肌瘤。李佳等[16]的研究还发现，位于浆膜下与肌壁间肌瘤的DTI参数无差异，这提示两种生长位置的肌瘤微观结构一致，生长位置对微观构成可能影响不大。

目前，微、无创治疗例如高强度聚焦超声消融与子宫动脉栓塞术已成为子宫肌瘤的治疗热点。研究表明，不同病理类型子宫肌瘤疗效具有差异，这可能由肌瘤组织的平滑肌细胞数及胶原含量的差异所致[17]。但微、无创治疗前通常缺乏病理结果，既往对微、无创治疗效果的预判与评估多采用常规MR、动态增强MR、灌注MR等，近年来亦有运用DWI结合ADC值对子宫肌瘤微、无创治疗效果进行有效评估的报道[18]，但常规MR T2及DWI反映的病理类型有限，且不能清楚地显示病灶的微观构成细节。DTI不仅能显示肌瘤微观构成、提供更多的解剖细节、反映病理类型，并且不需要注射对比剂，这在减少检查费用、避免对比剂过敏风险以及可适用于肾功能不全者的同时，还能为临床提供更详细的微观信息，故DTI对诊断子宫肌瘤病理类型及选择合理的治疗方式具有重要的指导意义。但目前尚无DTI在微、无创治疗效果随访监测方面的报道，将DTI应用于子宫肌瘤微、无创治疗效果的评估与监测还需探索与推广。

2.2 DTI在子宫内膜癌方面的应用研究

子宫内膜癌是女性生殖系统最常见的恶性肿瘤，好发于绝经后妇女[19]。DWI可对子宫内膜癌肌层浸润深度进行有效评估，其准确性甚至优于动态增强MRI[20]，DTI在这方面的应用亦有少量报道。Toba等[21]对12例经病理证实为子宫内膜癌的离体子宫标本行4.7 T MR DTI扫描，研究发现：癌组织、受累浅肌层及正常深肌层三者ADC值均无差异；癌组织FA值显著低于正常浅肌层，受累浅肌层FA值明显增高且均高于正常浅肌层与癌组织。病理标本显示受累浅肌层主要由排列紧密的癌细胞、反应性增生的基质细胞及残存平滑肌细胞组成，对这一区域行纤维示踪重建，发现该处各向异性增大，表现为肌纤维束走行及分布杂乱无序，与病理结果相符[21]。Zhang等[22]首次运用1.5 T MR-DTI研究在体子宫内膜癌浸润浅肌层情况，发现浅肌层受累区ADC值显著低于正常浅肌层，但其与癌组织间ADC值差异无统计学意义；受累浅肌层FA值显著高于正常浅肌层与癌组织；且FA值评估浅肌层浸润情况比ADC值、T2WI以及动态增强MRI (dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI)均更敏感、准确。Zhang等[22]对受累浅肌层行纤维示踪重建，发现该处纤维束受侵，表现为颜色不均，走行与分布无序，这与Toba等[21]的离体研究相符。

DTI不仅能无创地对子宫内膜癌浅肌层浸润情况进行有效评估及量化分析，还能通过纤维示踪重建直观地显示病灶的解剖细节，为临床提供了安全、准确的新选择。子宫内膜癌的治疗方式目前仍以手术及淋巴清扫为主，DTI在治疗效果评估方面尚无相关报道，未来随着DTI技术的成熟，可能会逐渐应用于子宫内膜癌术后疗效随访与监测。

2.3 DTI在宫颈癌方面的应用研究

宫颈癌是一种全球范围内均较常见的妇科恶性肿瘤，虽然随着宫颈涂片筛查普及、早期诊断率提高，以及预防人类乳头状瘤病毒的疫苗问世，发病率随之减低，但其依然威胁着女性健康[19]。研究表明，MR能对宫颈癌病灶进行精准定位，清楚显示病灶数目、大小、与周围组织关系及淋巴远处转移情况[23]，其中，运用DWI结合ADC值对宫颈癌进行诊断、分期及评估淋巴结远处转移尤为有效[23-24]，但目前尚无DTI应用于宫颈癌的报道。在早期离体子宫的研究中，有学者提到子宫颈主要存在环形与纵形两种走行的纤维束，宫颈内侧以纵行纤维束为主，而宫颈外侧则以环形纤维束为主[3]，在此微观结构基础上，DTI用于评估宫颈癌对周围组织浸润情况以及疗效随访与监测值得进一步探索。

3 DTI在子宫领域的局限与前景

近年来，虽然DTI在子宫及子宫疾病领域的应用逐渐增加，但依然处于初级阶段，技术尚不成熟，且样本量较小，具有一定的局限性。首先，DTI在中枢神经系统应用广泛，技术也相对成熟，在对子宫进行DTI扫描及纤维示踪重建时往往参考中枢神经系统的参数，目前尚无关于子宫DTI扫描与后处理的统一参数标准，并且关于子宫的正常扩散系数与各向异性参考范围也未达成共识，因此子宫DTI扫描与重建的最佳参数还待探索、优化。其次，DTI扫描时间较长，进行纤维束示踪重建时往往需要手动标记，均需耗费大量时间，未来在临床推广过程中需要改进扫描技术、后处理软件及重建方法，从而缩短扫描与后处理时间，使这一技术更便捷、准确。此外，DTI图像信噪比低、图像分辨率较低，这会影响张量场数据可视化效果，对小解剖结构显示欠佳，尤其在进行纤维示踪重建时，被噪声污染的张量在走行方向上排列杂乱、无序，使显示出的纤维束不够平滑，甚至得到错误的结果[25]，因此，对DTI图像进行去噪处理的同时又能有效保留纤维束特征的各向异性这一难点问题还需深入研究。

总之，DTI能清楚显示子宫及病灶的微观构成，提供较常规MR更多的功能信息，未来在加大样本量的同时改进DTI扫描序列、发展后处理软件及优化参数，从而提高图像质量，为临床诊疗提供更准确的影像信息，将使DTI在子宫乃至整个妇科领域都具有更广阔的应用前景。

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