磁共振T2 mapping技术在体部恶性肿瘤中的研究进展

朱柳红，刘豪，周建军

作者单位：

复旦大学附属中山医院厦门医院放射诊断科，厦门 361015

随着磁共振技术的快速发展，MRI已从单纯的解剖成像技术，例如T1加权成像(T1 weighted imaging，T1WI)、T2加权成像(T2weighted imaging，T2WI)及质子密度加权成像(proton density weighted imaging，PDWI)等技术，发展至复杂的功能成像技术，例如动态增强(dynamic contrast enhancement，DCE)、弥散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)、体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion，IVIM)、DKI (diffusion kurtosis imaging，弥散峰度成像)以及动脉自旋标记(arterial spin labelling，ASL)等等。然而，目前大部分的磁共振诊断是以病灶的形态、信号的相对高低、增强的方式及与周边组织的关系为依据，诊断的结果依赖于放射科诊断医师自身的知识架构，具有较强的主观性[1]。另外，由于受诸多技术因素，如场强、温度、射频放大器及不同厂家产品等硬件设备影响，组织的信号强度并不是绝对不变的，MRI定量成像技术孕育而生。理想的定量方法对外部因素的依赖小，例如采集参数，预扫描校准和不同的供应商等等，而具备较高的准确性及可重复性。T2 mapping成像技术是定量成像技术中的一种，可通过测量病灶的特性值来提高诊断和研究的客观性，在骨关节炎和心肌水肿中的运用和研究较多，近年来也逐渐开始被应用到体部肿瘤方面的研究。

1 T2 mapping成像技术的基本原理

组织的横向弛豫时间(T2)、纵向弛豫时间(T1)及质子密度(proton density，PD)都是组织的固有物理参数，在一定的温度及场强下是恒定的，反映的是组织的特性，对病灶的研究具有较大的意义。目前临床中所用的加权序列，不可以直接测量组织的这些特性值，而是以信号强度间接反映。然而，由于受诸多技术因素，如场强、温度及射频放大器等硬件设备影响，组织的信号强度并非不是绝对不变，存在较大波动范围。T2 mapping技术是一种定量成像技术，可克服常规T2加权成像无法定量的不足，具有较好的可重复性。

T2值定量的方法有多回波自旋回波(spin-echo，SE)序列法、驱动平衡单脉冲T2观察法(driven equilibrium single pulse observation of T2，DESPOT2)法[2]及T2快速采集松弛映射(T2 fast acquisition relaxation mapping，T2 FARM)法[3]等等，但由于受磁场不均匀及射频脉冲效应等影响，DESPOT2法及T2 FARM等方法不能够准确测量组织的T2值，多回波SE序列法仍为目前被认为测量T2的标准方法[4-5]。其中，多回波SE序列法主要可分为两种，一种是多次单回波自旋回波序列，其优点是计算原理简单，可在不同时间获得多幅图像，获得T2衰减曲线，但其缺点是需要较长的重复时间(repetition time，TR)以确保T2的准确性，因此总扫描时间长。扫描时间的延长，易造成患者舒适度下降产生伪影，且信噪比不高。另一种是多回波自旋回波序列，其是在一个TR时间内采集两个及两个以上的回波时间(echo time，TE)，信噪比较高，采集时间较前者短，是目前临床T2 mapping成像技术的首选方法。在经典的SE序列中，图像信号强度(signal intensity，SI)满足以下公式：

SI=K×N(H)×e^(-TE/T2)×[1-e^(-TR/T1)] (1)

其中，SI可测量获得，K为常数，N (H)代表质子密度，TR及TE为已知参数。当TE值为0 ms时，所得的信号强度代表了质子信号强度。若在同一个TR时间内，采集两个以上回波(2个TE)，得到两个以上的对比度图像，则可以通过解方程组算出T2值，通过计算每个像素的T2值而获得T2灰度图或伪彩图。

理论上，采用两个回波计算可得到T2值，但其准确度无法保证，这是由于组织的信号强度是随着TE的增加呈指数衰减，那么在一定的TE值数值范围内，回波数目越多，测量的T2值越准。从公式(1)可以看出，一般TE值不建议设置过大，否则在此TE值扫描时，被测组织衰减程度较大，信号强度降低，引起计算的准确度下降。因此，某个组织的TE值设定范围应当依据所研究对象的T2值综合考虑设定TE值的最大值，通常不超过被测组织的T2值。

另外，此技术虽然较前有较大改进，但一系列180°脉冲与层面编码梯度相交叉会引起复杂的刺激回波模式，导致T2数据的测量发生偏移(通常为高估)，限制了TE的个数及数值的选择，此问题在高场磁共振中更为明显。为了解决上述问题，模拟回波校正法(stimulated echo correction，SEC)[6-7]逐渐被广泛的运用，它可模拟非理想180°脉冲再聚焦过程中的相干路径，从而对实际弛豫时间进行估计，其过程相对复杂，也是目前用得较多的方法。Basiri等[8]在SEC法的基础上提出了二步SEC法，是前者的简化法，其简单但实用，可提供更高的精度，且准确度度等效。

T2值属于组织的固有特性，因此不同的组织有不同的T2值，具有较强的客观性。T2 mapping技术可应用于全身各个系统，目前在骨关节炎和心肌水肿中的运用和研究较多，近年来也逐渐开始被应用到体部恶性肿瘤方面的定量研究，例如前列腺癌、乳腺癌及卵巢癌等等，为肿瘤的定量研究提供了新的影像学方法。

2 T2 mapping技术在体部肿瘤中的研究现状

2.1 T2 mapping在前列腺癌中的研究

由于前列腺受到腹部呼吸及伪影的干扰较少，接近于固定脏器，因此相对于其他体部脏器，T2 mapping在前列腺中的研究较多。前列腺腺体组织可分为外周带，移行带及中央带，前列腺癌好发于外周带，移行带较少。由于细胞的疏密和含水量的不同，正常外周带与移行带组织的T2值存在差异。正常外周带的T2值大于100 ms，波动于111 ms与170 ms之间，移行带的T2值低于100 ms，波动于77 ms与98 ms之间[9-12]。Yamachi等[9]，Sabouri等[11]及Mai等[12]的研究均表明，发生于外周带的前列腺癌的T2值显著低于正常外周带的T2值。Yamauchi等[9]采用了8个TE (18～144 ms，间隔18 ms)的T2 mapping序列对36位外周带前列腺癌进行扫描，测量每位患者癌区及相对照的外周带正常区域的T2值，研究结果推荐99 ms作为区分正常外周带和外周带前列腺癌的t2阈值，其敏感性和特异性分别为92%和97%。

在移行带区，恶性及非恶性组织之间T2值之间有较大的重叠，研究的结果各异。Van Houdt等[10]的研究指出移行带恶性组织与非恶性组织的T2值之间无统计学差异；然而Sabouri等[11]研究发现移行带区恶性肿瘤的T2值明显低于非恶性肿瘤的T2值，且具有统计学差异。亦有研究表明[12]，不论在外周带还是在移行带，T2值均可以很好地区分前列腺癌和正常腺体组织以及区分前列腺良性病变和癌前病变。由于前列腺癌较少发生于移行带，因此纳入研究的移行带区恶性肿瘤较少，研究结果需要进一步的较多样本的证实[13-14]。

2.2 T2 mapping在乳腺肿瘤中的研究

T2 mapping在乳腺肿瘤中的研究较少。在T2 mapping序列研究初期，有一些研究者采用4组不同回波时间的T2加权序列应用于乳腺癌治疗前及新辅助化疗治疗疗效的评估；研究结果表明，乳腺癌的T2值高于正常的乳腺组织，其治疗后的T2值下降，治疗前后的T2比值在预测疗效方面的能力为89%[15]，为治疗评估的敏感因子。乳腺癌患者在化疗后T2值的下降，可能与肿瘤的游离水含量有关。随着肿瘤细胞的坏死，细胞中的大分子化合物被释放到细胞外间隙，与游离水分子结合，从而降低了游离水的含量；此外，细胞凋亡早期的肿胀减少了细胞外间隙，也可以导致水分子的减少。

Liu等[16]利用基于8个回波(TE：12.6～189.4 ms)的T2 mapping序列对乳腺良恶性肿瘤进行鉴别，结果表明，乳腺恶性肿瘤的T2值(均值82.69 ms)显著低于良性肿瘤的T2值(均值95.48 ms)，具有统计学差异；此研究亦指出虽然仅使用T2值鉴别乳腺良恶性肿瘤的特异性不高，但可作为乳腺癌MRI诊断的新辅助手段。T2值的大小主要是受到组织含水量大小的影响。乳腺良性肿瘤的生长缓慢，细胞密度相对较低，游离水含量较高，T2值相对较大；恶性肿瘤中，特别是浸润性导管癌，肿瘤细胞体积较大，实质成分含量较多，细胞外间隙减小，游离水含量较少，T2值较良性肿瘤小。

孟凡星等[17]将乳腺良恶性肿瘤T2值的均值和离散系数分别进行统计学分析，结果表明良恶性组间的T2均值无统计学差异，但恶性肿瘤的离散系数显著高于良性肿瘤的离散系数，且敏感性和特异性较高，提示乳腺恶性肿瘤的不均质性。然而此研究的样本量较小，研究结论需要进一步证实。

2.3 T2 mapping在子宫及卵巢肿瘤中的研究

在T2 mapping运用之初，受限于技术问题，腹部方面的研究较不成熟，在子宫肿瘤及卵巢肿瘤中的研究较少。为了探索T2 mapping在子宫肿瘤研究的可行性，Ghosh等[18]将2例子宫内膜癌和1例子宫腺肌症患者作为可行性研究的研究对象，采集12个TE的T2 mapping序列，计算获得正常内膜，内膜癌病灶及内外肌层的T2值。研究结果表明T2 mapping序列可显示子宫第四肌层，较常规T2序列更能显示病变的侵犯程度；且正常内膜的T2值最高，其次为内膜癌病灶、深肌层，最后为浅肌层。国内亦有一些学者将T2 mapping技术运用于宫颈癌的研究，试图寻找其在鉴别宫颈癌病理类型、分化程度及预测淋巴血管间隙浸润中的价值；研究结果表明，腺癌与鳞癌之间的T2值无显著差异，而低分化组的T2值显著低于中高分化组，淋巴血管间隙浸润组的T2值显著低于未浸润组[19]。T2 mapping在子宫良恶性肿瘤方面的研究可行，且具可预期的价值，需要进一步的研究来证实。

在卵巢肿瘤方面，Carter等[20]将12个卵巢恶性肿瘤患者和22个卵巢良性肿瘤患者纳入研究，采用24个回波(13～324 ms)的T2 mapping以及DCE等序列对受试者进行扫描，对比它们的衍生参数在鉴别良恶性方面的诊断效能。分析结果显示，良性病灶的整体平均T2弛豫时间(452.85 ms)显著高于恶性病灶(271.38 ms)，这与良性病灶内含较多囊性成分有关；DCE及T2 maping衍生的参数在卵巢良恶性病变之间的鉴别均具有明显的统计学差异，两种技术在与肿瘤的恶性程度相关性方面无统计学差异。因此，T2 mapping技术从扫描时间及扫描成本上为卵巢非增强定量检查提供一种新的方法，有待更多进一步的深入研究。

2.4 T2 mapping在肝脏肿瘤中的研究

T2 mapping技术在肝脏中的主要研究方向有肝脏缺血再灌注损伤[21]以及肝纤维化的严重程度分级的评估等[22-24]，但是将其运用于肝脏良恶性肿瘤的鉴别研究较少。Cieszanowski等[25]将屏气的简易T2 mapping技术(TR=1800 ms，TE1=84 ms，TE2=228 ms)同3个b值的DWI技术(b=50，400，800 s/mm2)同时运用于肝脏占位的受试者。结果显示肝恶性占位的T2弛豫时间为64.4 ms，显著低于良性占位的T2弛豫时间(476.1 ms)，T2弛豫时间较ADC在鉴别良恶性方面的敏感性和特异性更高。二者的联合使用可提高肝脏良恶性肿瘤的鉴别诊断准确率。由于相关研究有限，T2 mapping在肝脏良恶性肿瘤中的价值暂无定论，有待更深入的研究。

2.5 其他体部肿瘤的T2 mapping相关研究

T2 mapping在其他体部肿瘤，例如结直肠肿瘤[26]、纵隔肿瘤[27]及肾脏肿瘤[28]等亦有少数相关报道。Huepe等[21]将基于16个回波的T2 mapping技术(TE：22.6～361.6 ms)运用于结直肠腺癌标本，研究结果表明，T2 mapping图像可清晰显示肠壁的分层，各邻近层之间的T2值具有统计学差异，且肿瘤组织与纤维组织的T2值亦具有明显的差异。在95%的标本中，T2图显示肿瘤侵润深度与病理吻合，提示T2 mapping在肿瘤侵犯评估方面具有很高的价值。Adams等[27]将T2 mapping尝试用于纵隔胸腺瘤和霍奇金氏淋巴瘤的鉴别诊断，与T1 mapping联合使用，可显示二者不同的内部特征，经病理证实与病灶内部的液体及蛋白质含量有关。对于肾脏透明细胞癌而言，其正确的分期及分级具有重要的临床意义。Karnik等[28]将基于平衡稳态自由进动的T2 mapping技术运用于肾透明细胞癌的分期，研究结果表明低级别的T2值显著高于高级别的T2值。囊性改变常常出现于低级别的肾透明细胞癌，T2值较高；而高级别的肾透明细胞癌T2值较低，与坏死、密集增殖的肿瘤细胞、间质网蛋白沉积及不规则的肿瘤血管有关。T2 mapping可为肾透明细胞癌的分期提供无创的影像学手段。

3 T2 mapping技术研究的不足及展望

综上，T2 mapping是一种定量成像技术，可克服常规T2加权成像的不足，能够以一种较客观、快速及稳定的方法对病灶的特性进行定量。然而其在体部肿瘤的中研究还处于起步阶段，存在一定的不足，例如最大回波时间及回波间隔的选择、呼吸运动所带来的伪影及信噪比有待提高等问题。虽然目前T2 mapping技术在体部恶性肿瘤中的研究不多，且采用的T2 mapping序列参数各异，但已有的研究表明，T2 mapping所测得的T2值在定量鉴别良恶性肿瘤、评估肿瘤对周围组织的浸润程度以及评估肿瘤治疗的疗效等方面都具有潜在的巨大价值，可作为体部肿瘤常规T2加权成像的重要补充，将会有广阔的研究和应用前景。

利益冲突：无。