多模态磁共振功能成像在卵巢癌中的应用研究进展.pdf
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1、影像技术2023 年第 4 期影像技术与数据科学研究综述影像技术与数据科学研究综述多模态磁共振功能成像在卵巢癌中的应用研究进展徐晨1,2,邓凯2,王君君(通讯作者)3(1.济宁医学院 临床医学院,山东272067;2.山东第一医科大学第一附属医院(山东省千佛山医院)放射科,山东250014;3.济南市妇幼保健院 超声科,山东250000)收稿日期:2023-02-10基金项目:山东省医药卫生科技发展计划项目(2016WS0505)。摘要:卵巢癌是女性生殖器官最常见的恶性肿瘤之一,死亡率在妇科肿瘤中居首位。随着影像技术的进步,磁共振成像(magnetic resonance imaging,MR
2、I)已广泛应用于卵巢疾病的诊断。磁共振功能成像具有靶向性好、直观、重复性强、信息全面等特点,其作为分子影像学功能成像的代表,近年来发展非常迅速。随着仪器设备的不断更新、后处理软件的升级以及新型造影剂的开发,磁共振功能成像已逐步应用于卵巢癌的诊断、鉴别诊断、预后评价等方面。关键词:卵巢癌;多模态;磁共振功能成像中图分类号:R445.2文献标识码:ADOI:103969/j.issn.1001-0270.2023.04.14Research Progress of Multimodal Functional Magnetic Resonance Imaging in Ovarian CancerX
3、U Chen1,2,DENG Kai2,WANG Jun-jun(Corresponding author)3(1.Clinical Medical College,Jining Medical College,Shandong272067,China;2.Department ofRadiology,the First Affiliated Hospital of Shandong First Medical University&Shandong ProvincialQianfoshan Hospital,Shandong250014,China;3.Department of Ultra
4、sound,Jinan Maternity and ChildCare Hospital,Shandong250000,China)Abstract:Ovarian cancer is one of the most common malignant tumors of female reproductive organs,and its mortality rate ranks first among gynecological tumors.With the development of medical imaging technology,magnetic resonance imagi
5、ng(MRI)has been widely used in the diagnosis of ovarian diseases.Functional magnetic resonance imaging(fmri)is generally characterized by good targeting,visualization,strong repeatability and comprehensive information.As a representative of molecular imaging,fmri has developed very rapidly in recent
6、 years.With the continuous updating of instruments and equipment,the upgrading of post-processing software and the development of new contrast agents,functionalmagnetic resonance imaging has gradually been applied to the diagnosis,differential diagnosis and prognosis evaluation of ovarian cancer.Key
7、 words:Ovarian cancer;Multimodality;Functional magnetic resonance imaging与数据科学研究综述影像技术73影像技术2023 年第 4 期影像技术与数据科学研究综述影像技术与数据科学研究综述随着影像技术的进步,磁共振功能成像在临床诊断和治疗中的应用越来越普遍,优势也日益突出。作为新兴的影像技术手段,磁共振功能成像拥有传统影像技术所不能比拟的优势,其极精细的空间分辨率和组织分辨率,能够对不同组织的分子影像学特征进行定性定量分析,在临床诊疗和基础科研中表现出独特的效果1。卵巢癌常见于中老年女性,近年卵巢癌的发病率和病死率呈现持续上
8、升趋势2。卵巢位于盆腔深部,疾病的发病通常是隐蔽的,导致患者就诊时多已进展到晚期,五年生存率较低。目前,有关卵巢癌的临床检查和科研技术手段较多,而多模态磁共振功能成像凭借其精细的空间分辨率和组织分辨率被广为接受和使用,能够在提供定性定量数据的同时,全方位评估不同个体卵巢组织的特征。现就多模态磁共振功能成像在卵巢癌中的应用研究情况进行综述。1扩散加权成像扩散加权成像(diffusion-weighted imaging,DWI)利用水分子运动的特点进行成像,是将水分子扩散对 MRI 信号的影响放大而成像的一种功能性 MRI序列。DWI 使 MRI 能够在细胞水平上研究人体。1.1卵巢癌定性和术前
9、评估DWI 检测水质子的微观运动,而恶性肿瘤常导致水质子扩散受限,引起 DWI 信号的改变。水的扩散率可以通过计算表观扩散系数(apparent diffusioncoefficient,ADC)来量化3,这项技术能够反映组织细胞和细胞膜的完整性,补充了常规磁共振成像获得的形态信息,显示出比传统 MRI 序列更高的准确性。Pawel 等(2022)4关于磁共振弥散加权成像和动态增强对卵巢上皮浆液性癌治疗反应诊断和预后的研究中,证实了 ADC 值与卵巢癌已确立的免疫组织化学预后因素相关,例如卵巢癌常用的增殖标记物 Ki-67,低 ADC 值和高 Ki-67 值常对应低分化卵巢癌,提示较差的预后。
10、其与 Lindgren 等(2017)5的研究结果一致,在分化程度低、侵袭性高的高级别卵巢癌中,扩散受到限制越大,测得的平均 ADC值越低。乳腺导管癌6、前列腺癌7、直肠癌8也存在类似的负相关关系。Pawel 的研究还提出 ADC值和血管内皮生长因子(vascular endothelial growthfactor,VEGF)在原发卵巢癌中的表达呈负相关(r=0.285 8,P=0.04)。DWI 参数与肿瘤中增殖标志物(Ki67)和影响血管生成因素(如 VEGF)的相关性,以及 ADC 值与上皮性卵巢癌(epithelial ovarian cancer,EOC)类型(低级别与高级别)的显
11、著相关性,使MRI 成为诊断浆液性卵巢癌的优秀工具4。类似地,Cai 等(2023)9研究指出,卵巢癌原发肿瘤的不连续、平均 ADC 值较低和 ADC 值中位数较低的危险 因 素 与 高 级 别 浆 液 性 卵 巢 癌(Advanced serousovarian cancer,HGSC)独立相关,这些组合展现出DWI 良好的预测能力,灵敏度大于 75%。DWI 早期对高级别浆液性卵巢癌的无创预测为临床医生的肿瘤管理提供了有效的治疗指导。1.2卵巢良恶性肿瘤鉴别恶性肿瘤细胞增殖速度较快,细胞排列更加紧密,导致水分子的弥散受限,ADC 水平明显低于正常。这与 Zhuang 等(2019)10的研
12、究基本一致,恶性组的 ADC 值明显低于良性组,而实体组的 eADC 高于良性组,差异有统计学意义。Ahmad 和Abdrabou(2014)11的研究也证实了这一观点。这提示,DWI可作为卵巢恶性实性肿瘤和囊性肿瘤的鉴别诊断方法。但是兴趣区的形状会影响获得准确的 ADC测量值12。1.3卵巢癌分期DWI 在卵巢恶性肿瘤分期中的作用也已经被证实,它可以提高分期的准确性。Oh 等(2015)13在 研 究 上 皮 性 卵 巢 癌 在 DWI 上 的 ADC 值 与 肿瘤的组织学分级和手术分期的关系中,对 43 例上皮性卵巢癌病例进行了分析,早期肿瘤(FIGO 分期I 期)实性成分的 ADC 值明
13、显高于晚期(FIGO 期II-IV 期),而 ADC 值 与 手 术 分 期 呈 负 相 关。当ADC 值1.5310-3mm2/s 时,DWI 鉴别早期和晚期上皮性卵巢癌的敏感度和特异度分别为 94.4%和85.7%。74影像技术2023 年第 4 期影像技术与数据科学研究综述影像技术与数据科学研究综述2动态对比增强 MRI动态对比增强 MRI(dynamic contrast enhancedmagnetic resonance imaging,DCE-MRI)是一种评估造影剂从毛细血管泄漏到血管外细胞外空间的技术14,能够评估肿瘤灌注和肿瘤微环境的通透性,其结果可以通过三种不同的方法进行
14、分析:描述性的、半定量的和定量的。描述性分析是最常用的方法,而半定量和定量参数是使用适当的数学模型提取的。半定量分析主要分析信号强度与时间的关系,常用的参数有开始强化的时间、达峰(TR)和半峰时间(THR)、增强幅度(EA)、最大斜率(MS)和首过 60S 曲线下面积(IAUC60)等。定量分析采用二室药代动力模型,通过计算造影剂在体内的浓度变化,实现量化肿瘤血流信息的效果,并反映肿瘤内血管的增生情况。细胞外-血管外间隙(extravascular extracellular space,EES)和毛细血管血浆可以被认为是两个单独的空间,两个空间之间的运输是用Ktrans 和 Kep 确定的。
15、定量分析的参数主要有反映造影剂从毛细血管血浆进入 EES 速率的转移常数(Ktrans),反映造影剂从 EES 进入血浆的速率常数(Kep)、EES 的容积分数(Ve)和血浆容积(Vp)。2.1卵巢癌的诊断DCE 在诊断卵巢恶性肿瘤方面表现出较大的优势。Wei 等(2021)15的研究对比了定量方法和半定量方法诊断卵巢恶性肿瘤的价值,结果半定量DCE 磁共振成像的敏感性、特异性、诊断优势比(diagnostic odds ratio,DOR)和受试者操作特征曲线下面 积(area under curve,AUC)分 别 为 85%、85%、33%、92%,对于定量 DCE 磁共振成像,合并的敏
16、感性、特异性、DOR 和 AUC 分别为 88%、93%、91%和96%。结果表明,定量方法和半定量方法对诊断卵巢 恶 性 肿 瘤 都 具 有 较 大 的 价 值,而 且 所 有 定 量DCE-MRI 的 结 果 都 优 于 半 定 量 DCE-MRI,这 与Gity 等(2019)16和 Malek 等(2019)17研究结果一致。其原因可能是,定量 DCE 磁共振成像能够直接反映动脉输入功能的个体差异。Wei 等认为半定量 DCE 磁共振成像是一种相对成熟的方法,可以在当前的临床实践中采用。定量 DCE 磁共振成像在诊断卵巢恶性肿瘤方面有更好的表现,值得进一步评估和发展未来的临床应用。相关
17、研究在关于DCE-MRI 联合血清肿瘤标志物对卵巢癌诊断的应用中提出,DCR-MRI 联合血清肿瘤标志物(HE4、Ki67 和 HK10)检测效果明显高于单项血清肿瘤标志物检测,这种联合检测在卵巢癌诊断中有较高的价值,可有效提高诊断准确率,为临床提供了一种新的诊断方法。2.2卵巢癌的鉴别DCE-MRI 在卵巢癌的鉴别、治疗和预后方面也 被 证 实 有 较 大 的 优 势。Gity 等(2019)18关 于DCE-MRI 在卵巢肿瘤良恶性的鉴别研究中对 43 例卵巢肿瘤进行了 DCE 检查,并进行了定量和半定量分析,结果为相对信号增强(relative signal enhancement,SI
18、 rel)的诊断价值最高(AUC=0.872,P0.001,临界值=121.4,总体准确性=79.6%,敏感性=95.5%,特异性=66.7%,NPV=94.8%,PPV=70.0%。Ktrans 具有第二高的诊断价值,AUC=0.836,P0.001;临界值=0.034,总体准确性=79.6%,敏感性=86.4%,特异性=74.1%,NPV=87.0%,PPV=73.1%。Gity 等认为 SIrel 和 Ktrans 在鉴别良性和恶性附件肿瘤方面比其他定量参数和半定量参数具有更高的诊断意义。定量 DCE-MRI 对附件肿块的良、恶性鉴别诊断具有重要价值。2.3卵巢癌的治疗和预后Lindgr
19、en 等(2019)19提出,利用 DCE-MRI 识别特异的缺氧诱导因子可对卵巢癌的诊疗做出贡献。肿瘤缺氧是一个新兴的、有潜力的抗癌药物靶点,肿瘤在缺氧情况下缺氧诱导因子 HIF-1 表达增加,Lindgren 将 DCE-MRI 检查作为预测缺氧的标记进行了研究,并提出 Ktrans 和 Kep 是区分卵巢癌中 HIF-1 低表达和高表达肿瘤的良好指标。在ROC 曲线分析中,Ktrans 和 Kep 对检测高 HIF-1表达具备良好的准确性。Lindgren 认为卵巢癌患者HIF-1 表达水平与肿瘤药代动力学 DCE-MRI 灌75影像技术2023 年第 4 期影像技术与数据科学研究综述影
20、像技术与数据科学研究综述注参数 Ktrans 和 Kep 呈负相关。如果能够在术前检测到低氧合的肿瘤,这将有助于医生做出治疗方式的决定。Li 等(2020)20的研究利用 DCE-MRI 的实体肿瘤体积直方图参数对卵巢癌的复发进行预测,并提出 DCE-MRI 直方图参数与高级别浆液性卵巢癌复发之间有显著的相关性。Ktrans 和 kep 的直方图值越低,HGSC 患者肿瘤复发的风险越高。Ktrans 的第 5 百分位数是预测复发最有用的指标,这与 Yuh等(2009)21在宫颈癌研究中的结果一致。3扩散峰度成像扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)技术引入
21、峰度概念,量化真实水分子扩散位移与理想高斯分布水分子扩散位移间的偏离,进而表示水分子扩散的受限程度和扩散的不均匀性22。DKI 在2005 年被提出,经过不断完善,DKI 已经被广泛应用于临床疾病的研究23。3.1评估卵巢癌病理与诊断DWI 和 DKI 通过检测组织中水分子的随机运动来监测病变,但和标准 DWI 对比来看,DKI 能够更精准地描述组织中复杂的水扩散率,并通过参数D(校正 ADC)和参数 K(扩散峰度)来提供更多有关组织细胞性和异质性的信息24。DKI 已经被证明可以衡量组织的异质性,并与增殖标记 KI-67 在包括卵巢癌在内的几种肿瘤中的表达关系密切25-27。KI-67 作为
22、增殖标记物,在细胞周期的 G1、S、G2 和M 期都有发现,已经被用来评估卵巢癌的预后、复发和进展的风险。Li 等(2017)28研究前瞻性的评估和比较 DKI 参数与标准 DWI 参数来区分恶性卵巢 上 皮 性 肿 瘤(malignant epithelial ovarian tumor,MEOTs)和交界性卵巢上皮性肿瘤(borderline epithelial ovarian tumor,BEOTs),并将这些参数与 KI-67 的表达关联起来。研究结果表明,DKI 是区分BEOTs 和 MEOTs 的一个有价值的工具,较低的 K值和较高的 D 值表明为 BEOTs,反之为 MEOTs
23、。与标准 ADC 值相比,K 和 D 值在区分 BEOTs 和MEOTs 灵敏度相同的情况下,具备更好的特异性、准确性和 AUC。研究还表明,KI-67 抗原可以反映肿瘤细胞的增殖活性,KI-67 的表达与 K 值正相关,与 D 值负相关。与 Dai 等(2016)29的研究关于肾透明细胞癌中 K 值与核浆比(N/C)呈正相关、D值与 N/C 呈负相关的结果相一致。因此,K 值的增加和 D 值的降低一方面反映了组织结构的复杂性,另一方面也反映了 KI-67 在肿瘤中的较高表达,DKI 成为一种优良的评估卵巢癌细胞增殖的手段。Deen 等(2019)30的研究中也证实 DKI 在体内非侵入性地探
24、测整个肿瘤体积中的细胞结构和增殖,补充从单独的组织活检中获得的信息,可能被用来作为组织病理学的辅助手段。He 等(2020)31关于直方图分析比较单指数、增强加权成像和动态增强MRI 对卵巢上皮性和交界性肿瘤的鉴别研究中也指出,扩散相关参数中代表非高斯偏差的校正扩散系数 Dk,在鉴别研究中的表现明显好于 ADC,意味着非高斯模型 DKI 揭示了上皮性卵巢肿瘤和交界性卵巢肿瘤之间额外的组织特性,能够作为二者鉴别的补充工具,而这种优势在鼻咽癌32、肺癌33、鼻窦癌34的研究中也已经被证实。3.2在卵巢癌治疗中的应用DKI 在良恶性肿瘤中的鉴别诊断作用已经被证实和应用35-36,除了关于鼻咽癌的研究
25、外,DKI 在早期评估和预测上皮性卵巢癌的化疗作用也已经被证实37-38。卵巢癌化疗过程中,肿瘤的形态学变化通 常 不 显 著,且 发 生 较 晚,而 DKI 参 数(K、D 和ADC)的变化率能够在早期反映卵巢癌微结构和功能的变化,并且更敏感地检测卵巢癌对化疗药物的反应,是非常可靠的检测肿瘤化疗反应的生物标志物。Yuan 等(2018)39的研究证实了这一观点,并提出 DKI 的定量参数,尤其是 K,在早期检测和预测上皮性卵巢癌对化疗药物的反应方面,优于病理、分子生物标记以及肿瘤大小成像。DKI 的定量参数有助于尽快调整治疗方案,尽快改善无反应者的治疗方案。Deen 等(2019)40对 D
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