李葉琴 王翠艷

1.山東大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院(山東 濟(jì)南 250021)

2.山東大學(xué)附屬山東省立醫(yī)院放射科(山東 濟(jì)南 250021)

傳統(tǒng)的乳腺檢查方式主要有乳腺X線攝影及超聲檢查，其中乳腺X線攝影具有一定的放射危害，且對(duì)于致密型腺體的診斷限制性較大[1-2]，而超聲檢查的診斷準(zhǔn)確性高度依賴于檢查醫(yī)師的技術(shù)水平與經(jīng)驗(yàn)，對(duì)微鈣化與小病變的診斷缺乏特異性[3]，容易導(dǎo)致漏診及誤診。乳腺磁共振(breast magnetic resonance,BMR)是一種能夠無(wú)創(chuàng)評(píng)估乳腺結(jié)構(gòu)與病變的成像技術(shù)，因其優(yōu)越的軟組織分辨率、對(duì)人體的無(wú)創(chuàng)性、無(wú)輻射性以及多參數(shù)、多序列的成像方式成為傳統(tǒng)乳腺影像檢查方式強(qiáng)有力的補(bǔ)充[4]。隨著臨床的需要和技術(shù)的不斷進(jìn)步，近年來(lái)涌現(xiàn)出了一大批磁共振新技術(shù)，其中，酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移技術(shù)是一種分子層面的磁共振成像技術(shù)，可以提供病變組織的微觀信息，因而得到了研究人員的廣泛關(guān)注。

1 APT技術(shù)相關(guān)基礎(chǔ)

1.1 磁化傳遞(magnetization transfer,MT)技術(shù)MT技術(shù)可以選擇性的抑制組織信號(hào)，尤其是富含大分子結(jié)構(gòu)的組織(如蛋白質(zhì))，從而達(dá)到增加對(duì)比度的目的，其基本原理是把組織中結(jié)合水的飽和磁化狀態(tài)傳遞給自由水，因此被稱為磁化傳遞或磁化轉(zhuǎn)移。

MT技術(shù)主要用于磁共振血管成像(magnetic resonance angiography,MRA)中，通過(guò)抑制背景信號(hào)來(lái)突出顯示血管。另外MT技術(shù)也可用于增加MRI增強(qiáng)圖像的對(duì)比度，有研究表明，使用單倍劑量對(duì)比劑進(jìn)行顱腦增強(qiáng)掃描，施加了MT技術(shù)后其圖像增強(qiáng)效果與使用三倍劑量對(duì)比劑、不施加MT技術(shù)的增強(qiáng)掃描圖像效果相似。

1.2 化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移(chemical exchange saturation transfer,CEST)技術(shù)CEST技術(shù)由MT技術(shù)發(fā)展而來(lái)?；瘜W(xué)交換是指兩個(gè)不同化學(xué)偏移的基團(tuán)之間的交換效應(yīng)，主要是指某一物質(zhì)與自由水質(zhì)子之間的交換效應(yīng)[5]。CEST技術(shù)通過(guò)利用特定的偏共振飽和脈沖，對(duì)特定的某一物質(zhì)進(jìn)行充分的預(yù)飽和，通過(guò)這一物質(zhì)與水質(zhì)子之間的化學(xué)交換來(lái)影響自由水的信號(hào)強(qiáng)度，通過(guò)檢測(cè)自由水信號(hào)的變化，就可以間接反映出這一物質(zhì)的變化信息。由于不同物質(zhì)與水質(zhì)子的固有頻率之間具有不同差值，因而可以將內(nèi)源性或外源性對(duì)比劑引入CEST技術(shù)中，以獲得較高的CEST對(duì)比[6]。目前CEST技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)[7]、糖胺聚糖[8]、谷氨酸[9]以及葡萄糖[10]等分子的檢測(cè)。

1.3 酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移(amide proton transfer,APT)技術(shù)APT技術(shù)是CEST技術(shù)的特定類型，主要是將其中的特定物質(zhì)選定為蛋白質(zhì)和多肽中含有的酰胺質(zhì)子，利用其與水質(zhì)子之間的化學(xué)交換效應(yīng)，間接反映組織中游離蛋白質(zhì)和多肽的濃度變化。2003年，Zhou[7]等人首次實(shí)現(xiàn)了使用磁共振探測(cè)活體內(nèi)的自由蛋白質(zhì)和氨基酸，APT技術(shù)正式形成。

1.4 APT成像原理APT技術(shù)是CEST技術(shù)中的一種類型，其原理與CEST技術(shù)相同。磁共振成像的信號(hào)主要來(lái)源于氫質(zhì)子，而人體中的氫質(zhì)子主要來(lái)源于水和脂肪組織。人體組織內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)的水分子被稱為自由水，或自由水池(free pool)。當(dāng)發(fā)射的射頻脈沖頻率與質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率相同時(shí)可使質(zhì)子產(chǎn)生共振達(dá)到飽和狀態(tài)。因?yàn)轷０焚|(zhì)子位于8.25ppm處[11]，而自由水的中心頻率位于4.75ppm處，所以會(huì)首先發(fā)射一個(gè)偏離水中心頻率3.5ppm的射頻飽和脈沖來(lái)激發(fā)酰胺質(zhì)子并使之飽和。飽和的酰胺質(zhì)子會(huì)和未飽和的自由水中的氫質(zhì)子進(jìn)行交換，最終結(jié)果是自由水中的氫質(zhì)子也產(chǎn)生了飽和效應(yīng)。此時(shí)再施加真正的成像脈沖并采集信號(hào)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)自由水的信號(hào)降低了，且其降低的程度與組織中酰胺質(zhì)子的濃度呈正相關(guān)。

在CEST分析中常用的一個(gè)量化指標(biāo)是非對(duì)稱磁化轉(zhuǎn)移率(magnetization transfer asymmetry,MTRasym)，在APT分析中，其計(jì)算公式為MTRasym(3.5ppm)={(S-3.5ppm)-(S+3.5ppm)}/S0，S0為飽和前的水信號(hào)強(qiáng)度，S-3.5ppm和S+3.5ppm分別代表施加飽和脈沖后在-3.5ppm和+3.5ppm處獲得的信號(hào)強(qiáng)度。利用非飽和圖與發(fā)射射頻飽和脈沖之后得到的飽和圖進(jìn)行計(jì)算，就可以得出APT加權(quán)圖像(APT Weight Imaging,APTWI)。APTWI為定量圖像，直接勾畫ROI得出的APTw(%)即為MTRasym(%)，可以反映酰胺質(zhì)子的含量，從而反映出游離蛋白質(zhì)的含量。

2 APT技術(shù)的臨床應(yīng)用

APT技術(shù)最早應(yīng)用于腦腫瘤成像[7]，主要集中于對(duì)腦內(nèi)腫瘤尤其是膠質(zhì)瘤的診斷[12-14]、分級(jí)[12,15]以及腫瘤放化療的療效評(píng)估[16]等方面。目前APT技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)方面的研究已日益成熟，如其在缺血性腦卒中成像中的潛在價(jià)值也已被證實(shí)[17]，包括識(shí)別缺血性半暗帶[18]、預(yù)測(cè)患者預(yù)后[19]和監(jiān)測(cè)治療效果[20]等。另外，APT技術(shù)在帕金森[21]、阿爾茲海默癥、多發(fā)性硬化和創(chuàng)傷性腦損傷的成像中也具有良好的前景。

近年來(lái)，APT技術(shù)在全身其他系統(tǒng)中也有了一些應(yīng)用研究，如診斷子宮內(nèi)膜癌[22-24]、直腸腺癌[25]、前列腺癌[9]，預(yù)測(cè)晚期直腸癌及鼻咽癌的新輔助放化療療效[26-27]、評(píng)估在腮腺成像中的可行性[28]等。

2.1 APT序列在乳腺中的重復(fù)性與可靠性隨著APT技術(shù)在人體各系統(tǒng)中研究的不斷深入，其在乳腺病變領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸增多。2011年，Schmitt等人[29]使用3.0T磁共振成像儀對(duì)6名經(jīng)病理檢查證實(shí)為乳腺浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌的女性患者進(jìn)行了乳腺磁共振檢查，包括抑脂T1WI對(duì)比增強(qiáng)掃描及CEST掃描，在這6例患者中，有3例患者的CEST高信號(hào)區(qū)與DCE-MRI所顯示的腫瘤區(qū)域有很好的相關(guān)性，因而認(rèn)為CEST在區(qū)分乳腺癌和正常乳腺腺體組織方面有很大的潛力。之后Klomp等人[30]在7.0T磁共振成像儀上使用肌酸體模檢驗(yàn)了CEST(3.5ppm)的系統(tǒng)穩(wěn)定性，體模中的CEST(3.5ppm)結(jié)果顯示出優(yōu)質(zhì)、可分辨的CEST效應(yīng)，且偽影水平低于背景噪聲。而Zaric等人[31]對(duì)五名健康志愿者進(jìn)行了重復(fù)CEST掃描，發(fā)現(xiàn)在3.5ppm處，MTRasym值具有良好的組內(nèi)一致性，證實(shí)了APTWI在乳腺成像中的可重復(fù)性。

2.2 APT在乳腺疾病診斷中的價(jià)值A(chǔ)PT作為一種新近發(fā)展起來(lái)的無(wú)創(chuàng)性的對(duì)比成像技術(shù)，在乳腺癌的診斷、治療與療效評(píng)估中具有極大的潛力，但目前不同學(xué)者對(duì)乳腺APT的研究結(jié)果尚不一致。

Zaric等人[31]的研究顯示在正常組織中測(cè)得的MTRasym值明顯低于腫瘤組織中的MTRasym值，低級(jí)別腫瘤(G1級(jí))的MTRasym值低于高級(jí)別腫瘤(G3級(jí))，而孟等人[32]評(píng)估了APTWI對(duì)乳腺良惡性病變的診斷價(jià)值，研究結(jié)果表明惡性病變組的MTRasym值低于良性病變組，這一結(jié)果與以往研究結(jié)果相反，但與既往研究不同的是，孟等人的研究對(duì)象不僅包括不同類型的乳腺癌，還包括乳腺良性病變，而既往研究的研究對(duì)象多為同一類型不同級(jí)別的乳腺癌，如Zaric等人的18名研究對(duì)象中有16名為乳腺浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌。正常乳腺組織具有強(qiáng)大的分泌能力，分泌物中富含蛋白質(zhì)、多肽及相關(guān)衍生物，當(dāng)研究對(duì)象為級(jí)別不同的同種類腫瘤時(shí)，不同組別的腫瘤細(xì)胞分泌能力可能差異不大，此時(shí)影響腫瘤內(nèi)游離蛋白質(zhì)和多肽含量的因素主要是細(xì)胞密度、核異型性和組織壞死等，在此條件下，高級(jí)別腫瘤的MTRasym值高于低級(jí)別腫瘤。而乳腺良性病變分化較好，分泌能力與正常乳腺組織差異不大，乳腺惡性病變分化較差，分泌能力可能受損，當(dāng)細(xì)胞密度、組織壞死等因素不能彌補(bǔ)因分泌能力不同而引起的蛋白質(zhì)和多肽含量差異時(shí)，惡性病變的MTRasym值低于良性病變。

作為一種高度異質(zhì)性的病變，乳腺癌的預(yù)后影響因素很多，包括病灶體積、病理分級(jí)、Ki-67增殖指數(shù)、腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況和受體表達(dá)水平等，其中Ki-67即增殖細(xì)胞相關(guān)核抗原，是一種能夠反映細(xì)胞增殖活性的標(biāo)志物。Ki-67的表達(dá)水平與腫瘤的增殖程度關(guān)系密切。Zaric等人[31]的研究表明MTRasym值與Ki-67增殖指數(shù)之間存在顯著正相關(guān)性，而孟等人[32]分析了MTRasym值與乳腺癌各項(xiàng)預(yù)后因素的相關(guān)性后，認(rèn)為MTRasym值僅與病理分級(jí)具有低度正相關(guān)性，與其他預(yù)后因素均不具有相關(guān)性?？紤]到上述研究的研究對(duì)象及所用機(jī)器均具有較大差異，APT與腫瘤增殖之間的關(guān)系尚不能確定，今后還需要對(duì)它們之間的關(guān)系進(jìn)行更加深入的研究。

在乳腺癌的治療中，淋巴水腫是一種較常見(jiàn)的并發(fā)癥，這主要是由于淋巴系統(tǒng)損傷，淋巴負(fù)荷超出運(yùn)輸能力，導(dǎo)致蛋白質(zhì)在間質(zhì)中積聚，最終形成水腫。淋巴系統(tǒng)常被人們忽略，但其在疾病中的破壞性不可忽視，早期識(shí)別受損淋巴管可以防止或推遲并發(fā)癥的發(fā)生。Donahue等人[33]探討了APT在評(píng)估乳腺癌治療相關(guān)性淋巴水腫(breast cancer treatment-related lymphedema，BCRL)中的價(jià)值，研究結(jié)果表明，在BCRL患者中可觀察到健側(cè)手臂與淋巴水腫手臂之間APT效應(yīng)的不對(duì)稱性增加，且APT效應(yīng)大小與淋巴水腫階段之間存在相關(guān)性，表明APT可以在臨床癥狀出現(xiàn)之前就檢測(cè)到并評(píng)估此類患者的淋巴損害。BCRL患者最常見(jiàn)的治療方法之一是手動(dòng)淋巴引流(manual lymph drainage,MLD)，這種方法可以暫時(shí)將淺層組織中淤積的淋巴轉(zhuǎn)移到深層淋巴通道中。Crescenzi等人[34]對(duì)接受了MLD治療的BCRL患者進(jìn)行了研究，采集治療前后的APT圖像進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明接受MLD治療后，BCRL受試者患側(cè)的質(zhì)子轉(zhuǎn)移比顯著升高，因而認(rèn)為APT可以用來(lái)觀察淋巴動(dòng)員療法的效果。

2.3 APT在乳腺癌新輔助化療療效評(píng)估中的價(jià)值新輔助化療現(xiàn)在已逐漸成為乳腺癌患者全身系統(tǒng)性治療的第一步，它可以使部分無(wú)法保乳的患者獲得保乳的機(jī)會(huì)，部分不能手術(shù)的患者獲得手術(shù)的機(jī)會(huì)，但也有小部分患者(低于5%)在新輔助化療的過(guò)程中出現(xiàn)疾病進(jìn)展，甚至失去手術(shù)的機(jī)會(huì)，因而新輔助化療的療效如何直接影響到患者的手術(shù)效果及預(yù)后生活質(zhì)量的高低。APT 對(duì)細(xì)胞游離蛋白含量和組織pH很敏感，而這些組織特性會(huì)隨著治療的反應(yīng)而改變，因此有理由假設(shè)在治療過(guò)程中早期觀察到的APT變化可以預(yù)測(cè)最終的化療結(jié)果。

Dula等人[35]對(duì)3名接受一個(gè)周期的新輔助化療的乳腺癌患者前后的APTWI進(jìn)行了初步的評(píng)估與對(duì)比，在發(fā)生疾病進(jìn)展的患者中發(fā)現(xiàn)了APT信號(hào)的增加，潛在地反映了細(xì)胞的持續(xù)增殖；而在完全緩解的患者中，測(cè)得的APT信號(hào)減少，同時(shí)在常規(guī)磁共振解剖圖像中，化療前后腫瘤的大小沒(méi)有發(fā)生顯著變化。這些結(jié)果表明APTWI對(duì)宏觀變化之前發(fā)生的微觀結(jié)構(gòu)分子變化具有潛在的敏感性。Krikken等人[36]在7.0T磁共振成像儀上進(jìn)行了更大樣本量(n=10)的研究，有超過(guò)半數(shù)的病灶觀測(cè)到的治療前后的APT信號(hào)變化具有顯著性差異，表明使用APTWI作為非侵入性生物標(biāo)志物來(lái)評(píng)估新輔助化療在乳腺癌患者治療早期的效果是可行的，但還需要更大的患者群體來(lái)更全面地分析APT信號(hào)的變化與病理反應(yīng)之間的關(guān)系。

3 APT技術(shù)的不足與展望

APT技術(shù)是目前唯一能夠無(wú)輻射、無(wú)創(chuàng)性的定量游離蛋白質(zhì)的MR分子影像技術(shù)，但其在乳腺疾病中的應(yīng)用還不夠成熟，與其他MR成像技術(shù)相比，其診斷效能有待于進(jìn)一步的提高。孟等人[37]比較了APTWI和彌散峰度成像(DKI)及體素內(nèi)非相干運(yùn)動(dòng)成像(IVIM)在乳腺良惡性病變鑒別診斷中的價(jià)值，王等人[38]則比較了APTWI和擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)在鑒別乳腺良惡性病變中的價(jià)值，結(jié)果表明IVIM和APTWI對(duì)乳腺良惡性病變的診斷效果相似，而DKI與DWI的診斷效能略高于APTWI。

乳腺中富含脂肪組織，正常纖維腺體組織與脂肪組織是交錯(cuò)分布的，因而APT信號(hào)容易受到脂肪信號(hào)的影響從而產(chǎn)生偽影。張等人[39]開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證了CEST-Dixon成像序列，通過(guò)制備不同pH值的碘帕醇溶液作為體模進(jìn)行CEST-Dixon成像，采集相應(yīng)的MTRasym值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明Dixon成像不會(huì)為Z譜引入額外的不對(duì)稱性，可以校正脂肪信號(hào)誘發(fā)的偽影。最近Zimmermann等人[40]提出使用一種新的歸一化方法來(lái)校正脂肪信號(hào)，這一方法主要是基于脂肪信號(hào)可以通過(guò)直接水飽和度的光譜位置處的殘余信號(hào)來(lái)估計(jì)，由于所需要的信息已包含在傳統(tǒng)的Z譜中，這種校正方法既不需要脂肪飽和或水激發(fā)方案，也不需要進(jìn)行額外的測(cè)量。

APT成像還受到諸多因素的影響，如核奧氏效應(yīng)(nuclear overhauser effect，NOE)及MT效應(yīng)等，而APT數(shù)據(jù)分析中最常用和最快速的MTRasym方法無(wú)法校正這些效應(yīng)，因此，可以考慮不同的Z譜分析方法來(lái)分離這些影響[31]。此外，APT對(duì)運(yùn)動(dòng)非常敏感，且掃描時(shí)間普遍較長(zhǎng)，這就增加了出現(xiàn)各種偽影的風(fēng)險(xiǎn)，所以用于體部有很大的難度和挑戰(zhàn)。最近Schüre等人[41]提出快速CEST-EPI序列可以實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)采集，并提供與改進(jìn)的傳統(tǒng)方案相似的CEST對(duì)比度，而掃描時(shí)間減少了約50%。

APT技術(shù)因其較高的敏感性及本身獨(dú)特的成像特性，在全身各系統(tǒng)的多種疾病中均具有很好的潛在應(yīng)用價(jià)值，雖然在乳腺疾病中應(yīng)用時(shí)間尚短，但既往發(fā)表的結(jié)果已經(jīng)證明了APT成像在乳腺磁共振功能成像中的巨大潛力。相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展以及進(jìn)一步的研究和更大規(guī)模的試驗(yàn)，未來(lái)APTWI在乳腺疾病中會(huì)發(fā)揮更有效的作用。