MR功能成像在肾脏肿瘤中的应用进展

徐明哲，刘爱连

（大连医科大学附属第一医院放射科，辽宁 大连 116011）

肾脏肿瘤是泌尿系统最常见肿瘤之一，以恶性肿瘤居多，主要包括肾癌、肾母细胞瘤、肾盂癌、肾平滑肌肉瘤、肾脂肪肉瘤等，其中以肾癌最多见。2016年WHO将肾细胞癌分为17个亚型[1]，以透明细胞癌最常见。肾良性肿瘤主要包括血管平滑肌脂肪瘤、嗜酸细胞腺瘤、脂肪瘤、纤维瘤等，以血管平滑肌脂肪瘤最多见。由于病理类型的多样性，肾脏肿瘤在病理学及影像学中存在部分重叠，对影像诊断带来一定困难。然而，不同病理类型肿瘤的生长速度和转移发生率差异大，5年生存率、治疗方式及预后亦不同，因此，在治疗前，相对明确的肿瘤定性判断对患者赢取较早的治疗时机及合适的治疗方案、改善预后等方面具有重要意义。

与CT相比，MRI技术无辐射、无创，具有良好的软组织对比度，并可多序列、多参数及多平面成像。在常规MRI扫描技术中，T1WI、T2WI序列相结合可显示解剖结构、肿瘤大小及形状、与邻近结构的关系等形态学改变，以利于肿瘤的定位诊断，亦可显示组织内囊变、坏死、出血等成分。同反相位序列显示肿瘤内脂肪成分。增强扫描反映组织的血供及血流动力学改变，为肿瘤的定性诊断提高了准确性。然而常规MRI仅能反映肿瘤形态学改变的信息，缺乏定量数据，且存在“同病异影、异病同影”。

随着MRI技术的不断完善和发展，磁共振功能成像（Functional magnetic resonance imaging，fMRI）在腹部应用逐渐成熟。目前，相继用于肾脏占位研究的功能成像有：弥散加权成像（Diffusion-weighted imaging，DWI）、体素内不相干运动（Intravoxel incoherent motion imaging，IVIM）、弥散张量成像（Diffusion tensor imaging，DTI）、 扩散峰度成像（Diffusion kurtosis imaging，DKI）、磁敏感技术、灌注加权成像（Perfusion weighted imaging，PWI）、动脉自旋标记（Arterial spin labeling，ASL）技术等。多数fMRI凭借其不需注射对比剂，避免对比剂过敏及肾脏损伤的不良反应，能够实现精准定量，扫描速度较快等优势，不仅能反映肾脏的形态学变化，还能反映其功能的变化，提供更多定量信息，近年来在临床应用研究中更为重视。本文就fMRI技术在肾脏肿瘤中的应用予以综述。

1 DWI在肾脏肿瘤中的应用

DWI反映活体组织内水分子布朗运动产生的水分子弥散运动情况，从而无创性地反映组织细胞水平的微观结构，其参数表观扩散系数（Apparent diffusion coefficient，ADC）值可定量评估活体组织中水分子的扩散情况。ADC值越高表明组织内水分子弥散运动幅度越大，反之提示水分子运动受限，同时肾脏微循环血流灌注、肾小球滤过、肾小管重吸收及分泌等亦影响肾脏的扩散特性。通过测量ADC值可反映生理病理改变所影响下的肾组织内水分子的改变，间接反映疾病的发生和发展。

目前，DWI在肾脏肿瘤方面的应用，包括良恶性肿瘤的鉴别、区分肿瘤的类型、恶性肿瘤的恶性程度及分级的评价等临床研究[2-5]。Sandrasegaran等[2]表明肾脏肿瘤的ADC值明显低于正常肾脏实质，良性实性肿瘤ADC值低于单纯肾囊肿，恶性肿瘤ADC值低于良性肿瘤和单纯囊肿，囊性肾癌ADC值低于肾囊肿；Göya等[3]证明ADC值可有效鉴别肾良恶性肿瘤，并且当除外血管平滑肌脂肪瘤时，高b值（600和1000s/mm2）具有最佳的特异性和灵敏度。Notohamiprodjo等[4]发现ADC值可鉴别肾细胞癌的不同亚型，肾透明细胞癌ADC值高于其他亚型；ADC值亦有助于预测肾透明细胞癌的分级，余小多等[5]证明ADC值在肾透明细胞癌Ⅰ级与Ⅱ级、Ⅲ级间有显著差异。Maruyama等[6]报道肾透明细胞癌的ADC值与病理级别呈负相关，即随着肿瘤恶性程度的升高，肿瘤快速增殖导致所含肿瘤细胞数及亚细胞物质含量增多、核浆比变大，细胞排列紧密，细胞外间隙变小，间隙内液体量减少，组织内水分子弥散越受限，使ADC值减低。

2 IVIM在肾脏肿瘤中的应用

在活体组织中，DWI信号不仅反映组织内水分子的扩散，它还受到毛细血管微循环灌注的影响，因此，不能精确反映活体组织内真实的水分子扩散运动。1986年，Le Bihan等[7]首次提出IVIM新理论，利用IVIM双指数模型将组织内水分子的单纯扩散与毛细血管微循环灌注信息分离，分别进行量化。它通过采集多个不同方向的b值的DWI图像进行体素为单位的双指数拟合计算，得到单纯扩散系数（D，反映单纯水分子的扩散运动）及与组织灌注相关的参数，即假性扩散系数（D*，反映组织内由于局部微循环灌注所致的扩散效应）、灌注分数（f，表示感兴趣区内微循环灌注所致的扩散效应占总体扩散效应的容积比率）。

IVIM应用在诊断各系统肿瘤的文献[8-9]中，所得结果为总的趋势是肿瘤恶性程度越高，则D值越低，肾脏肿瘤亦是如此。而其参数D*值在鉴别肾脏良、恶性肿瘤方面却尚有一定的争议。Rheinheimer等[10]、杨国美等[11]研究表明肾透明细胞癌的D值高于非透明细胞癌，乳头状细胞癌的D值最低，血管平滑肌脂肪瘤则介于两者之间；f值能鉴别肾透明细胞癌、乳头状细胞癌与肾平滑肌脂肪瘤，并有很好的诊断效能；肾透明细胞癌与血管平滑肌脂肪瘤的D*值最高，均高于其他肾脏肿瘤。而李璐等[12]表明肾良性肿瘤组的D*值高于非透明细胞癌组，良性肿瘤组与透明细胞癌组、透明细胞癌组与非透明细胞癌组的D*值无统计学差异。

3 DTI在肾脏肿瘤中的应用

DTI是一种在DWI基础上更新的、以组织中水分子弥散各向异性为基础的功能MRI成像，既能测量组织的弥散量，又能评价组织内水分子的各向异性。常用参数为ADC值及FA值。ADC值反映水分子扩散运动的速度，FA值反映水分子运动的方向性，描述水分子在三维空间的弥散方式。FA值大小与扩散方向的异性程度呈正相关（FA=0～1）[13]，FA值趋于0表示弥散趋于各向同性，趋于1表示弥散趋于各向异性。当病变组织结构、细胞密度或细胞内核/浆比例发生改变时，水分子的弥散运动就会发生变化，因此，可利用DTI测量组织的水分子弥散运动，进而发现病变组织。

DTI最早应用于中枢神经系统，现已用于肝脏、前列腺、子宫等腹部脏器，但在肾脏的应用尚少。Feng等[14]证明肾透明细胞癌的FA值明显低于乏脂性肾血管平滑肌脂肪瘤，并且，当b值为0～800 s/mm2时，FA值鉴别肾透明细胞癌和乏脂性肾血管平滑肌脂肪瘤的诊断效能最高，灵敏度达100%。学者们亦通过DTI上的ADC值与FA值鉴别肾癌与正常肾脏得出不同结果：Notohamiprodjo等[15]研究显示肾癌的FA值变化范围较大，较正常肾实质的FA值无显著差异。囊性肾癌的FA值低于实性肾癌，与单纯肾囊肿近似；而叶靖等[16]研究显示肾癌的FA值显著低于正常肾髓质，略低于肾皮质但无显著差异，由于以上研究样本数均尚少，需要进一步较大样本的研究。针对肾癌的分级，易思明[17]应用DTI对透明细胞癌的ADC及FA值分析发现：随着肿瘤分级的增高ADC值逐渐减低，低级别组ADC值低于高级别组，透明细胞癌低级别组和高级别组之间的FA值无统计学差异。DTI并可通过DTT图显示肿瘤内部结构与正常肾脏的差异，突出DTI在肾脏占位中的优势。

4 DKI在肾脏肿瘤中的应用

DKI是在DTI基础上的延伸，描绘组织内非高斯分布的水分子扩散，相比DTI能获得更准确的反映水分子扩散受限情况的定量指标。参数包括平均扩散系数（MD），各向异性分数（FA），平均峰度（MK），径向峰度（RK）及峰度各向异性（KA）[18]。MD值越大，组织内所含自由水就越多；类似于DTI，FA值是表现各向异性的参数，但与DTI中的FA值计算方法不同；MK反映水分子扩散受限的程度；RK是MK的垂直分量，其反映的扩散受限垂直于扩散张量长轴方向；KA能够在评估水分子扩散受限的各向异性特征中提供比FA更确切的信息[19]，KA越小表示越趋于各向同性扩散，若组织结构越紧密、越规则，KA 越大[20]。

目前仅有少量的DKI应用于肾脏肿瘤的鉴别、肾透明细胞癌分级的研究，多为健康人肾脏的研究，需要更多、更进一步的研究。Dai等[21]研究分析DKI各参数对肾透明细胞癌的检出价值及与肿瘤分级的相关性，得出结果：MD和MK容易区分正常肾实质和肾透明细胞癌组织，其中MK具有更高的诊断效能（ROC曲线下面积=0.874），特异度为100%；MD值在肾透明细胞癌Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ级间有统计学差异，MK值在肾透明细胞癌Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级间有统计学差异，而MD及MK值在肾透明细胞癌Ⅰ、Ⅱ级间无统计学差异。杨国美等[11]证实MD、RK值诊断透明细胞癌和乳头状细胞癌的ROC曲线下面积均趋近1，利用MD、RK值均能鉴别透明细胞癌、乳头状细胞癌及血管平滑肌脂肪瘤。

5 磁敏感技术在肾脏肿瘤中的应用

血氧水平依赖磁共振成像（Blood oxygen level-dependent MRI，BOLD-MRI）是目前唯一无创反映组织血红蛋白氧含量、绘制肾内氧分布的新技术，它以血液中的去氧血红蛋白等顺磁性物质作为内源性标记物，能够无创地评估生理病理状态下肾内的血氧水平，其参数表观自旋－自旋弛豫率（Apparent spin-spin relaxation，R2*）可定量反映组织内氧分压。磁敏感加权成像（Susceptibility weighted imaging，SWI）与BOLD成像相似，它利用不同组织之间磁敏感性的差异从而产生图像对比，具有薄层三维采集、高分辨、同时得到相位及幅度信息等特点。增强T2*加权血管成像（Enhanced T2star weighted angiography，ESWAN）是一个多回波采集的重度T2*加权，经一次扫描可获得多个回波的幅度图与相位图，同时获得相位值、R2*值等多个定量参数[22]。

目前MR磁敏感技术在肾肿瘤的鉴别、评估、分级分型等方面均得到了应用。Min等[23]应用BOLD-MRI技术研究表明R2*值在肾囊肿、肾细胞癌、肾血管平滑肌脂肪瘤间具有显著差异，肾脏囊性病变的R2*值显著低于实性病变。Notohamiprodjo等[24]通过利用BOLD-MRI评估肾细胞癌各亚型发现肾透明细胞癌的R2*值低于肾乳头状细胞癌。Chen等[25]将磁敏感图像上肾透明细胞癌肿瘤内磁敏感信号改变解释为其内的微血管和出血灶，发现低级别透明细胞癌的肿瘤内部磁敏感信号出现率明显低于高级别者。田士峰等[26]证实囊性肾癌的R2*值高于复杂肾囊肿，其原因是囊性肾癌内出血、坏死成分较多，导致囊液内去氧血红蛋白等物质较多，且其恶性生物学行为使其耗氧增加。

6 PWI在肾脏肿瘤中的应用

PWI能够无创地评价肾脏血流动力学变化，能反映组织的微血管分布和血流灌注情况，它包括对比增强首过灌注成像和ASL技术。对比增强首过灌注成像较为常用，但因其使用的钆对比剂作为可引发肾功能不全的危险因素，使其应用受到限制；而ASL技术不需外源性对比剂，仅利用组织器官自身血流灌注定量检测其灌注情况，检查程序及影像后处理简便，可重复性较强，近年来更受到研究学者的重视。对比MRI动态增强扫描所得的半定量数据只能反映组织内血流的进入和排出过程，而PWI采集的数据能进一步反映血管内外通透交换过程，它通过血流指标获得时间-信号强度曲线，得到血管生理相关的参数，包括灌注值（PASL）、反映肿瘤血管通透性常数（Ktrans）、血液回流常数（Kep）及细胞外血管外间质容量（Ve），并可生成相关灌注参数图，从而对肿瘤血管的通透性及血供状况进行评估。PWI所得的数据更完全、更可靠，可以实现精准定量，这是其较动态增强扫描技术的一大优势。

PWI在颅脑疾病诊断方面已有一定的发展，而在肾脏方面的研究在国内外还相对较少。Zhang等[27]表明对比增强首过灌注成像和ASL两种技术得出的血流灌注值呈线性相关，肾乳头状细胞癌的PASL和Ktrans显著低于透明细胞癌。许晓雯等[28]表明恶性肿瘤内新生血管丰富，且新生血管壁结构往往不完整，使对比剂从血管内向间质内的渗透速度增加，因此肾恶性肿瘤的Ktrans值及Kep值均高于肾良性肿瘤，从而恶性肿瘤的细胞外血管外间质容量Ve值亦增高。在肾恶性肿瘤中，仅有透明细胞癌的Kep值高于良性肿瘤，肾透明细胞癌、乳头状细胞癌及嫌色细胞癌的Ktrans值逐渐减低，肾透明细胞癌的Ve值高于乳头状细胞癌；通过ROC曲线表明PWI对肾脏肿瘤良恶性诊断效能大于DWI，其中，Ktrans及Ve值均表现较高的诊断价值，以Ktrans值的诊断价值最高，Kep值的诊断价值较低。

fMRI在肾脏肿瘤诊断方面，除反映影像形态学改变之外，还提供了肿瘤血供、代谢等信息及定量参数，对在常规影像上难于诊断的复杂疑难肾脏肿瘤病例有着很大的优势。因此，在临床诊断中，需要充分利用fMRI技术，并与常规影像技术综合分析，从而提高对病变的分析判断能力及确诊率。