2019, Vol. 45扩展功能
文章信息
- 王思惠, 王铁君, 张天琪, 田新华
- PET/MRI在头颈部鳞癌诊断中应用的研究进展
- Research progress in application of PET/MRI in diagnosis of head and neck squamous cell carcinoma
- 吉林大学学报(医学版), 2019, 45(01): 206-210
- Journal of Jilin University (Medicine Edition), 2019, 45(01): 206-210
- 10.13481/j.1671-587x.20190139
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文章历史
- 收稿日期: 2018-04-15
2. 吉林大学第二医院放射科, 吉林 长春 130041
正电子发射断层显像术(positron emission tomography, PET)是一种通过病灶摄取带有正电子核素标记的葡萄糖等代谢物显像剂后表现出的代谢变化，进而获得疾病生物代谢信息的前沿影像学检查技术。近年来，由于其对肿瘤具有非常高的特异性和灵敏度而受到临床广泛的重视，主要用于肿瘤的诊断、病灶定位及肿瘤复发、转移和残留的确定等。而PET与磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)的结合(PET/MRI)进一步实现了功能成像与解剖成像的融合[1]，提高了肿瘤诊断的灵敏度和分辨率[2]。
头颈部鳞癌(head and neck squamous cell carcinoma, HNSCC)由于复杂的解剖部位和转移途径等流行病学特征，确诊时多数已处于中晚期，故预后较差，在诊断上需要采用临床评估、内镜病理学检查和各种影像学检查等综合检查手段。近年来随着影像学检查技术的不断发展，PET/MRI通过将代谢信息与形态学信息相结合，明显改善了头颈部鳞癌首次诊断和预后诊断的敏感性及准确性，为患者提供了更加方便及精准的检查手段。
既往研究[1-2]表明：与其他影像学检查技术比较，PET/MRI技术在肿瘤临床应用中具有明显优势，尤其是在肿瘤的诊断方面。目前国内外对PET/MRI在头颈部鳞癌诊断中应用的研究较少。本文就PET/MRI在头颈部鳞癌诊断中临床应用的研究进行综述。
1 PET/MRI技术的发展历程 1.1 PET技术PET技术是一种先进的影像学检查技术，以生物体中不同组织对葡萄糖的代谢状态不同为主要机制，采用特定葡萄糖类物质进行放射性标记后注入人体，通过该物质在不同组织中的聚集程度对病灶进行定位，进而达到诊断肿瘤的目的，临床上主要应用的葡萄糖类物质为氟代脱氧葡萄糖(FDG)。该技术与传统影像学技术比较具有更高的特异度和灵敏度[3]，并且能够一次性获得全身范围信息，同时其对受检者的辐射剂量远远小于常规CT等检查。近年来，PET作为一种前沿的影像学检查技术逐渐成为肿瘤诊断的重要工具，其在头颈部鳞癌诊断中的作用也受到关注，在头颈部鳞癌的定位诊断、临床分期，指导放疗计划及评价肿瘤疗效和预后等方面发挥重要作用[4]。其中，PET对颈部淋巴结转移的诊断优于MRI和CT[5]。
1.2 PET/CT融合技术尽管PET对肿瘤的特异度和灵敏度非常高，但缺乏解剖学细节，且空间分辨率较低，难以准确判定肿瘤的侵犯范围及侵袭程度。为了克服这一缺陷，研究者将PET与CT相结合，建立一种计算机共配准技术，该技术能够实现准确的解剖定位，为肿瘤的进一步精准诊断提供可能。与单纯PET比较，PET/CT灵敏度有所提高，且特异度明显提高[6]，PET/CT对原发肿瘤的诊断准确性提高了50%，对颈部淋巴结转移的诊断准确性提高了51%[7]，进而影响肿瘤的治疗效果及预后, 同时能排除常规影像学检查发现的可疑淋巴结，避免不必要的颈部淋巴结清扫手术，提高患者的生存质量。头颈部鳞癌患者远处转移的发生率较低，但检测到远处转移时其生存时间仅为4.4~7.3个月[8]，而PET/CT对头颈部鳞癌发生远处转移的敏感度及特异度分别为89%和95%[9]，能更早发现转移，更快实施进一步治疗。同样PET/CT也能更早地检测到第二原发肿瘤，其敏感度及阳性预测值分别为92%和69%[10]，可指导更佳的治疗方案。此外，PET/CT在评价肿瘤患者的预后方面也具有重要的应用价值。头颈部鳞癌患者接受手术治疗及放射治疗后，局部组织的纤维化、坏死、水肿及解剖改变均能影响内镜检查和常规影像学检查结果，对发现肿瘤残留或复发病灶造成干扰，延误患者的治疗，而PET/CT在诊断肿瘤的残留或复发病灶灵敏度及特异度可达到90%和93%[11]。
目前，PET/CT已经成为一种快速、可靠的先进诊断技术，在头颈部鳞癌患者的诊疗中具有广阔的应用前景[12]。PET与CT的联合具有高度协同作用，可更好地用于肿瘤的诊断、分期、治疗监测及评估肿瘤的残留或复发等[13]。然而，PET/CT也存在着自身的局限性[14]：对软组织的分辨率不高；PET与CT的扫描时间不匹配，患者的呼吸运动及体位的轻微移动会形成图像伪影，降低图像质量；功能成像无法进行；对人体产生较高辐射。此外，PET/CT的诊断也存在假阳性的结果，这是因为一些正常组织如脑组织、咽喉部的腺体等和感染、炎症病灶和放疗后局部组织等同样呈现FDG高代谢状态。
1.3 PET/MRI融合技术PET与MRI的融合可以通过软件或硬件进行，即将PET的功能图像与MRI的解剖图像集合成一个完整的单一图像。软件融合包括2种方式：刚性融合与非刚性融合。目前的软件融合主要是通过刚性融合方式进行图像的转换，以高分辨率的MRI解剖图像作为参考图像，将低分辨率的PET功能图像通过复杂的数学运算与之相匹配。刚性融合方式适用于移动性低的器官，例如大脑，由于颅骨为其提供了稳定的固定结构。而头颈部其他器官和组织会受到呼吸和运动等影响，导致刚性融合图像存在误差。为了最大程度地降低呼吸和运动导致的误差和提高图像融合的精确度，可以使用特制的固定装置进行图像采集，即非刚性融合[15]，但临床上并不作为常规方式。目前研制的PET/MRI融合系统实现了在特定时间段内PET与MRI数据的同时获得，此融合系统包括3种类型：同步PET/MRI系统、序贯PET/MRI系统和序贯PET/CT及PET/MRI系统。常规PET系统使用的光电倍增管在MRI的强静电磁场中无法正常工作，而同步PET/MRI系统则通过雪崩光电二极管和硅光电倍增管等探测技术实现PET与MRI的同步图像采集，使患者仅被扫描一次就可获得混合成像[16]。序贯PET/MRI系统中，PET和MRI设备被放置于同一房间的不同位置，通过共同的旋转检查床使患者在一个设备上进行扫描后旋转至另一个设备上再次扫描，将2次扫描的数据进行融合成像[17]。而序贯PET/CT及PET/MRI系统则是将PET/CT和MRI设备分别放置在2个相邻的房间，通过转运检查床使患者分别在2个设备上进行扫描，此系统可获得PET/CT、PET/MRI、CT和PET4种图像[18]。
PET/MRI整合了PET提供的人体生理代谢、分子信息和MRI提供的功能及解剖形态信息，实现了PET与MRI成像设备的优势互补，从而提供更多分子、形态和功能信息，同时PET/MRI对于解剖结构较复杂的区域，如头颈部肿瘤等的显像效果优于PET/CT，且PET/MRI的序列更加多样化，可为复杂病例提供更准确的诊断[19]。研究[20]显示：PET/MRI对肿瘤定位和分期的准确性分别较PET/CT提高了5.1%和10.0%。同时PET/MRI可弥补PET/CT的局限性：PET/MRI改善了软组织图像质量，较好地显示了组织器官的解剖结构，并且实现了图像的同步采集，提高了图像质量[21]。PET/MRI除了解剖型MRI扫描和功能序列外，还结合了弥散张量成像、动脉自旋标记及质子光谱等功能，可明显提高疾病诊断的准确率[22]。此外，与PET/CT比较，PET/MRI辐射量可降低40%~80%[23]。
2 PET/MRI在头颈部鳞癌诊断中的临床应用头颈部恶性肿瘤约占全身恶性肿瘤的5%，绝大多数病理类型为鳞状细胞癌。头颈部鳞癌由于解剖结构复杂等原因，手术虽为治疗的主要方式，但根治性切除率较低，并且早期临床症状隐匿，患者就诊时多已处于肿瘤中晚期，故一直是肿瘤治疗上的难点。头颈部鳞癌的诊断通常需要结合病史、体征、内镜下活组织病理检查及相关影像学检查，其中影像学检查有助于肿瘤的检测、分期及治疗预后的评估，常用的方法包括CT、MRI和PET/CT等，但上述方法在诊断上存在局限性。并且很多晚期或复发头颈部鳞癌患者存在第二原发肿瘤或远处转移，影像学检查不应只包括头颈部，至少应探及胸部和腹部。PET/MRI的出现弥补了这些不足，使头颈部鳞癌的全身诊断成为可能。
2.1 PET/MRI图像采集方式PET/MRI的图像采集方式主要包括以下3种[24]：①衰减校正图像采集方式，通过快速扫描全身MRI(T1或Dixon序列)获得相应的PET图像。该方式虽然快速，扫描图像用时20~40min，但因其不能提供详细的形态及功能MRI图像，且胸部MRI图像质量不如常规CT，并不是诊断头颈部鳞癌的最佳模式；②先进行快速的全身PET/MRI扫描，然后在异常部位行诊断性高分辨MRI扫描，该方式能够提供形态及功能MRI图像。③除了全身PET图像采集外，还进行全身的诊断性高分辨MRI扫描，但由于图像采集时间过长难于应用于临床。PET/MRI的图像采集方式仍在不断改进中，但考虑到检查费用问题及患者能接受的图像采集时间长短，头颈部鳞癌患者的PET/MRI检查主要采用第二种方式。
2.2 PET/MRI诊断的可行性目前PET/MRI仍处于早期应用阶段，迄今为止涉及到头颈部鳞癌的研究还很少，但现有研究[25-30]表明：PET/MRI对头颈部鳞癌具有诊断价值。PLATZEK等[25]对20例头颈部鳞癌患者均进行PET/MRI和PET检查，其中通过PET/MRI发现肿瘤17例，通过PET发现肿瘤16例，通过MRI发现肿瘤14例，PET/MRI检测到肿瘤的FDG标准摄取值(standardized uptake value，SUV)明显高于常规PET，FDG摄取增多的淋巴结数也明显多于常规PET，表明在不影响图像质量的前提下，通过PET/MRI对头颈部鳞癌进行诊断是可行的，甚至优于常规PET。DRZEZGA等[26]研究表明：与常规PET/CT比较，PET/MRI在临床诊断上具有可行性，能获得高质量及信息完整的图像，对肿瘤诊断的可靠性不低于PET/CT。EIBER等[27]研究表明：PET/MRI对头颈部鳞癌的诊断准确率不低于PET/CT、MRI和CT，证明PET/MRI可用于头颈部鳞癌的诊断。白乐等[28]比较PET/MRI与PET/CT图像中头颈部原发肿瘤和转移淋巴结病灶的清晰度结果显示：PET/MRI的T1WI和T2WI优于PET/CT。KUHN等[29]研究显示：PET/MRI的T1WI优于T2WI，证明PET/MRI对头颈部鳞癌的诊断具有可行性，且与PET/CT比较更具有一定的优势。BOSS等[30]对8例头颈部肿瘤患者进行PET/MRI和PET/CT检查结果显示：PET/MRI中PET图像与PET/CT中PET图像比较具有更高的空间分辨率及图像对比度，表明PET/MRI对于头颈部肿瘤的诊断具有优势。
2.3 PET/MRI用于头颈部鳞癌的TNM分期头颈部鳞癌准确的TNM临床分期对治疗方案的确定、患者预后和生活质量的评估等具有重要意义。T分期为肿瘤大小和周围组织受侵情况等，N分期为颈部淋巴结转移情况，M分期为远处转移情况。CT和MRI等常规影像学检查技术是临床上常用的肿瘤分期手段，随着技术的发展，PET/CT和PET/MRI融合成像技术逐渐显示出其对头颈部肿瘤的诊断优势，克服了常规检查分辨率较低和无法获得全身信息等缺点。
准确评估肿瘤大小及侵犯范围决定肿瘤切除的范围和辅助治疗方式，对肿瘤临床治疗方案的确定具有重要意义。PET/MRI融合成像可提高肿瘤T分期的准确性。KANDA等[31]研究发现：PET/MRI和PET/CT对肿瘤T分期总准确率分别为87%(26/30)和67%(20/30)，组间比较差异有统计学意义，说明PET/MRI对肿瘤T分期的准确性明显高于PET/CT。HUANG等[32]研究表明：PET/MRI对肿瘤体积的诊断准确性高于PET/CT、MRI和CT，能够更精确地判断肿瘤大小和肿瘤侵犯情况。KUHN等[29]研究显示：PET/MRI的T1成像和T2成像对肿瘤的诊断置信度分别比PET/CT提高50%和34%，使得PET/MRI能够更可靠地评估肿瘤对邻近组织的侵犯程度，对T分期取决于邻近结构受侵情况的鼻咽癌和喉癌具有重要意义。
头颈部鳞癌患者易发生淋巴结转移，淋巴结转移是近期疗效及预后的独立危险因素，目前常规影像学检查技术对淋巴结转移的诊断仍不理想。PET/MRI融合成像技术能够提高对转移淋巴结诊断的准确性。KANDA等[31]研究显示：与MRI比较，PET/MRI对淋巴结转移诊断的敏感度和准确度明显提高，差异有统计学意义。其他研究[33-34]显示：PET/MRI对淋巴结转移诊断的敏感度和特异度分别为85%和92%，高于PET/CT的78%和58%。
头颈部鳞癌可发生远处转移和第二原发肿瘤，主要发生于上消化道、肺、肝和骨等部位，单一的常规检查技术无法评估全身情况，而PET/MRI技术通过对全身成像获得病灶信息，避免了多次检查给患者带来的不便，也减少了患者的辐射受量。
2.4 PET/MRI判断肿瘤治疗疗效和预后肿瘤内血管供应紊乱，导致部分肿瘤呈乏氧状态，乏氧肿瘤对放疗和化疗的敏感性降低，成为肿瘤复发和转移的主要因素之一，也是预测头颈部鳞癌预后的独立因素，乏氧头颈部鳞癌的疗效和预后均不如非乏氧肿瘤。临床上将对乏氧细胞具有较强亲和力的氟-18标记物应用于PET/MRI检查以获得乏氧肿瘤图像，KIKUCHI等[35]研究显示：高摄取氟-18标记物的肿瘤放疗局控率明显低于低摄取肿瘤。
头颈部鳞癌患者手术或放化疗后，病灶局部解剖结构改变、组织纤维化和炎性反应发生等可使组织对FDG的摄取量增高，干扰对肿瘤复发及淋巴结转移的判断。但研究[33, 36]表明：PET/MRI能够较好地鉴别肿瘤的复发。NAKAMOTO等[33]研究显示：比较65例头颈部鳞癌患者的常规MRI图像和PET/MRI融合图像，MRI和PET/MRI对原发头颈部鳞癌诊断的敏感度分别为98%和100%，对转移淋巴结的敏感度均为85%，对复发肿瘤的敏感度分别为67%和92%，认为PET/MRI对头颈部鳞癌具有重要的诊断价值，尤其是对复发肿瘤。QUEIROZ等[36]研究显示：与PET/CT(90.6%)、增强MRI(87.2%)和增强CT(86.3%)比较，PET/MRI对头颈部鳞癌复发的诊断准确率(91.5%)最高。
3 PET/MRI的不足之处虽然PET/MRI显示出了对肿瘤诊断的优越性，但其仍需要进一步完善。与CT和MRI等常规检查比较，PET/MRI扫描时间较长，对于一些制动较差的患者来说完成全部检查的困难度较大。与常规MRI类似，PET/MRI禁忌金属制品，所产生的金属伪影会导致头颈部解剖结构的空间畸变，进而影响诊断的准确性。运动与呼吸不匹配下得到的PET/MRI图像同样能导致解剖结构的错配，可能会直接影响肿瘤的定位及侵犯范围，进而影响肿瘤的分期。PET/MRI对肺结节诊断的敏感性不如胸部CT，也对头颈部鳞癌患者的治疗方案产生影响。此外，PET/MRI的检查费用比PET/CT、MRI和CT等检查费用更昂贵。
4 总结及展望影像学诊断逐渐由单一技术发展为多种技术的整合。目前对PET/MRI的研究处于初级阶段，PET与MRI的融合仍很复杂，存在很多技术性难题，但这种新兴的成像方式对头颈部鳞癌的诊断等具有良好的应用前景，能够实现解剖、功能与分子信息的一体化，达到PET与MRI的优势互补，同时弥补了CT等常规检查的不足[2, 37]。尽管目前PET/MRI仍存在许多问题，但随着科技的进步终将会被解决，可以预期，PET/MRI必将成为临床上一种具有重要价值的诊断方式，对未来的医学模式产生深远的影响。
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