磁共振扩散加权对肺癌治疗疗效预测与评估的应用价值探讨

高晓玉，卢凤为

（1 苏州卫生职业技术学院临床医学院影像教研室 江苏 苏州 215009）

（2 常州第一人民医院放射科 江苏 常州 213000）

传统评价肺癌疗效是通过测量肿瘤大小来完成的。对于肺癌患者来说，这种测量可以通过X 线胸片和胸部CT 检查方法。到目前为止，实体瘤疗效评价标准RECIST1.1 版中定义的以肿瘤大小变化的一维或二维形态学标准被认为是治疗疗效的主要标准[1]。随着靶向药物广泛应用于肺癌患者的治疗，临床医生发现治疗有效后病灶内会出现坏死和空洞，但并不一定引起病灶径线或体积的改变，而且功能改变发生早于形态改变。因此基于之前的方法常常无法准确早期评估疗效。寻找一个能提供早期反应疗效的影像学标准，对于停止无效治疗，减少不必要的毒性和失败治疗的成本尤其重要。20 世纪起，扩散加权成像（DWI）作为功能成像技术之一，在观察病灶的功能代谢方面具有极大潜力。在本文中，我们将回顾当前的影像学标准，结合关于DWI 评估肺癌治疗疗效评估的文章，了解ADC 值的变化和肿瘤治疗疗效之间的相关性，重点讨论DWI 对肺癌治疗疗效评价的价值。

1.形态学标准-RECIST 标准

实体瘤治疗疗效评价标准[1]（RECIST）是临床医生用来描述病情的语言，也是临床试验用的一整套标准。评价肿瘤负荷的改变是癌症治疗的临床评价的一个重要特征。RECIST 标准就是这样一套以解剖学为基础的肿瘤反应评估的具体标准，提供一种可重复的测量方法。对治疗的反应主要分为4 类：完全反应（CR）：所有靶病灶消失；部分缓解（PR）：定义为肿瘤大小较基线减小≥30%；进展病变（PD）：肿瘤大小增加≥20%或者有其他部位的转移；稳定病变（SD）：定义为不符合上述标准的微小变化。

2.DWI 成像原理

在19 世纪中叶就研究发现MRI 技术可以用于观察分子扩散运动状况，之后DWI 就被用于颅内中风和其他神经疾病[2]。在20 世纪90 年代，一系列的技术进步将DWI 应用于颅外部位，包括腹部和骨骼成为可能[3-4]，同时DWI 在癌症患者疗效评估中的应用越来越受到人们的关注。DWI 测量速度快，不需要外源性造影剂。此外，DWI 可以提供定性和定量信息，有助于肿瘤评估。

2.1 水分子在组织中的扩散

DWI 是一种利用水分子的布朗运动在磁共振成像中产生对比的成像方法，它反映了水分子在体内的随机运动。自由水分子处于恒定的随机运动中，称为布朗运动，它与热力学动能有关。水分子的这种不受限制的运动是自由扩散。水分子在细胞微环境中的运动被它们与细胞壁和胞内细胞器以及大分子、纤维和膜等物质相互作用所阻碍，因此分子在组织中的扩散不是自由的。这种受限在恶性肿瘤中由于细胞密度增加、纤维化等原因而普遍存在。相比之下，在更少的细胞微环境和有缺陷的细胞膜（如大的坏死中心质量）的组织中，水分子可以自由移动（即扩散不受限制）。

2.2 DWI 的定性评估

b 是扩散的程度权重（b 值，以每平方毫米秒数表示），也就是扩散梯度因子，表示应用的扩散梯度磁场的时间、幅度和形状，这是扩散加权程度的一个指数，对于DWI来说，b 值的选择非常重要。在临床实践中，经常用表观弥散系数（ADC）来描述每个体素内分子的综合微观运动。ADC 值的因素有组织灌注状态、细胞外水分子运动和细胞内外（跨膜）水分子运动，其中以组织灌注状态、细胞外水分子运动影响最大。ADC 值测量是通过b 值条件不同的两帧DWI 图像点对点的信号强度的变化计算获得的。一般情况下，b 值越大，水分子对信号的衰减程度越大。

2.3 DWI 定量分析

通过使用不同的b 值执行DWI，可以进行定量分析，计算ADC 值来量化显示。通过不同的b 值，以减少ADC计算中的误差，以改善组织的特征。ADC 值不依赖于磁场强度，可以克服T2 的穿透效应，从而使结果更有意义。通过在这些图上绘制兴趣区域，可以得到不同组织的ADC 值。高密度细胞区受限扩散区ADC 值较低，而低密度细胞区ADC 值较高。

3.DWI 在肺癌疗效评估中的应用

DWI 提供了定性和定量信息，为了解肿瘤特征提供了更多更独特的信息，因此，DWI 被认为是评估治疗前后肿瘤微环境变化的有利工具。越来越多的研究表明它可以用于评估癌症患者的治疗效果。

3.1 DWI 对肺癌肿瘤组织成分的观察及良恶性的鉴别

DWI 检查是一种可以观察组织的生物学及组织学特征的无创的检查，这对活检有风险的患者来说特别有意义。ADC 值能定量反映细胞密度，于是就运用于鉴别病灶的良恶性。有研究显示良性病变的平均ADC 值明显高于恶性病变的平均ADC 值[5-6]，且差异有统计学意义。在恶性或分化程度较低的病灶中，肿瘤细胞增殖能力旺盛，细胞数量增长明显，细胞外间隙小，水分子扩散运动受限程度高，那么在DWI 图像上表现为高信号，测出的ADC 值较低；在良性或分化程度较高的病灶中，肿瘤细胞增殖能力较差，细胞的密度小，细胞外水分子间隙大，水分子可相对自由的活动，那么在DWI 图像表现为低信号，测出的ADC 值较高。因此可通过DWI 图像病灶的信号强度以及测量的ADC 值的大小来帮助观察肺癌肿瘤组织成分和鉴别肺内良恶性病变。

3.2 治疗前ADC 值对肿瘤治疗疗效预测的应用

随着MRI 技术的发展，有研究结果显示DWI 检查可以用于预测肿瘤的治疗疗效[7]。研究结果表明治疗前ADC 值与治疗后的疗效呈负相关，也就是治疗前ADC 值低的肿瘤较ADC 值高的肿瘤对治疗更敏感，因而认为治疗前ADC 值对肿瘤的治疗效果具有一定的预测作用，分析原因可能为该肿瘤大多为缺氧的细胞，这部分肿瘤细胞增殖能力较差，肿瘤细胞密度小，细胞外间隙大，ADC值较高，同时由于缺氧的肿瘤组织对对细胞毒药物等治疗恶性肿瘤的手段不敏感，因而更易侵犯其他组织。也有研究发现有效组病灶化疗前平均ADC值略高于无效组，差异无统计学意义。

3.3 治疗前后ADC 值的变化对疗效评价的价值

DWI 是一种通过探测活体内水分子扩散运动的受限程度，进而从微观分子水平来观察组织器官的病理生理情况的一种MRI 技术[8]。水分子的扩散受限程度又与细胞的密集程度以及细胞膜的完整性程度密切相关。化疗前，由于肿瘤细胞繁殖能力较强，细胞的密集程度高，细胞外的间隙小，而且恶性肿瘤细胞膜及其膜上的蛋白质等大分子物质对水分子又较强的吸附作用，使得肿瘤内的水分子的扩散受限严重，ADC 值较低。治疗效果较好时，由于恶性肿瘤细胞坏死和凋亡，导致细胞数量减少，密度降低，水扩散受限程度减低，治疗后ADC 值较治疗前升高明显，差异有统计学意义。

对肺癌化疗疗效的研究结果同样显示化疗后平均ADC值较化疗前显著增高，存在统计学差异，而病灶长径的变化不存在统计学差异。推测原因大概有以下2 点：首先，化疗是通过细胞毒作用于肿瘤细胞，诱导肿瘤细胞凋亡或直接杀死肿瘤细胞，从而引起肿瘤体积的减小，因此化疗后肿瘤组织学出现明显变化的时候形态学还没有或者没有明显变化；其次，化疗后部分肿瘤或者肿瘤内的部分病灶的肿瘤细胞出现纤维化或生长受到抑制，形态上变化不明显，影响疗效评价的准确性[9]。

4.DWI 存在的不足

DWI 可以作为肺癌治疗疗效的重要预测和评估手段，但是这种成像技术也有一些局限性，主要包括以下2 个方面：（1）呼吸运动导致的膈肌的运动伪影容易引起位于下肺野的病灶信号误差；（2）ADC 值取决于所绘制的感兴趣区，错误地将非肿瘤区域以及将坏死、炎症和气道和血管等包含内会导致ADC 值估计的错误。目前，DWI的预测重要性还需要在更大的患者样本中进一步研究。

综上所述，随着MR 技术的发展，DWI 作为肺癌检查的一种新手段，可以监测癌组织内水分子运动的差异，有助于快速、准确、无创地评估及预测肺癌化疗疗效，为肺癌的诊断提供了全新的思路，具有潜在的临床应用价值，但仍存有一些不足，值得后续探究。