潘淑豪

（安徽醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院 腫瘤放療科，安徽 合肥 230022 ）

2022 年國家癌癥中心發(fā)布的中國癌癥疾病負擔數(shù)據(jù)顯示胸部腫瘤約占新發(fā)病例34%［1］。在胸部惡性腫瘤的放射治療中，放射性肺損傷（RILI）是放療后常發(fā)生的一種嚴重并發(fā)癥。早期的放射性肺炎（RP）和晚期的放射性肺纖維化（RILF）是RILI 在臨床上的兩種表現(xiàn)形式。RP 多發(fā)生于放療后的4～12 周，臨床表現(xiàn)為發(fā)熱、咳嗽、胸痛、呼吸困難等，不過早期干預有望恢復；RILF 常發(fā)生于放療后數(shù)月至數(shù)年，會導致逐漸加重的肺泡結(jié)構(gòu)紊亂和不可逆肺纖維組織重構(gòu)，最終引起呼吸功能衰竭，目前尚無有效治療藥物［2-3］。超極化氣體的磁共振成像在肺功能及結(jié)構(gòu)成像方面有獨特優(yōu)勢，目前主要使用3He 及129Xe 等，可用于RILI 特別是RP 的及時、有效評估［4］。本文就超極化氣體磁共振成像在RILI 方面的研究進行文獻綜述。

1 RILI 臨床評估手段

臨床評估RILI 的主要手段是肺功能測試（PFTs）及X 射線成像（包括胸透、CT 等）［5-6］。然而，PFTs 是全肺測量，不能識別肺功能的局部缺陷，會降低PFTs 對RP 的敏感度。在臨床癥狀出現(xiàn)前CT 尚不能觀察到由RP 引起的解剖結(jié)構(gòu)變化［7-8］。RILF 的CT 成像是目前鑒別肺腫瘤復發(fā)和纖維化的金標準，但多發(fā)生在放療后數(shù)月，無法影響任何治療方案以減輕RILF。

核醫(yī)學成像可獲得肺功能信息。單光子發(fā)射斷層掃描（SPECT）功能顯像可提供肺的通氣和灌注圖［9-11］，放療后3～4 個月后會發(fā)生灌注和通氣的劑量相關(guān)性減少［12-13］，不過這些指標與全肺功能的相關(guān)性很弱，需額外的工作來評估局部損傷［14］。氟脫氧葡萄糖（18F-FDG）正電子發(fā)射斷層掃描（PET）顯像顯示肺癌患者18F-FDG 攝取增加與RILI相關(guān)，然而，該技術(shù)嚴重依賴于組織對18F-FDG 的攝取，且易受高假陽性率的影響［15］，且18F-FDG的高攝取與炎癥和腫瘤生長均相關(guān)，故目前不能明確區(qū)分RILI 與腫瘤［16-17］。使用灌注SPECT/CT和FDG PET/CT 成像發(fā)現(xiàn)功能肺的異質(zhì)性和劑量學與放射性肺炎間存在一定的相關(guān)性［18］。此外，SPECT 及PET 成像空間分辨率有限，缺乏特異性，會對患者產(chǎn)生額外的放射劑量。

傳統(tǒng)的（即質(zhì)子）MRI 已經(jīng)可以通過測量局部灌注［19］和T2 弛豫時間［20］來發(fā)現(xiàn)RILI。然而，肺內(nèi)僅包含約20%的軟組織，質(zhì)子信號低，限制了質(zhì)子MRI 在肺內(nèi)的應(yīng)用［21-22］；且肺內(nèi)氣體/組織界面磁化率差異明顯，進一步降低了質(zhì)子信號；另外，呼吸運動會造成圖像模糊和其他偽影。利用超極化3He 或129Xe 氣體，可以在一次屏氣內(nèi)實現(xiàn)氣道和肺泡的高空間分辨率成像［23-24］；超極化氣體MRI 可利用表觀擴散系數(shù)（ADC）進行肺的形態(tài)學肺測量。RP 的特征如上皮損傷引起的肺泡功能喪失、肺泡和毛細血管壁增厚、表面活性劑失活導致通氣和灌注減少等都是超極化氣體MRI的有效靶點。基于RP 的及時發(fā)現(xiàn)，有望改變放射治療的分割方式，更早引入輔助治療以減輕RILI并改善患者預后。

2 超極化3He 氣體MRI 在RILI 中的應(yīng)用

3He 在組織中信號強且不溶，可利用其通氣缺陷和ADC 來探測與RILI 相關(guān)的功能和微結(jié)構(gòu)變化。超極化3He 氣體通氣缺陷已被用于RILF 的研究，包括識別與RILI 相關(guān)的通氣缺陷進展、停滯和下降［25-27］；配準3He 圖像與CT 圖像，從而獲得可避免功能性肺缺損的最佳放療方案［28-29］。

ADC 成像對通氣肺中與RP 相關(guān)的微結(jié)構(gòu)變化更敏感，因為RP 和纖維化會導致肺泡氣隙減少，這與肺氣腫造成的肺泡擴大相反。研究發(fā)現(xiàn)在與照射暴露相關(guān)的纖維化區(qū)域3He 的ADC 值降低［30］。

3 超極化129Xe 氣體MRI 在RILI 中的應(yīng)用

129Xe 氣體的擴散尺度可更好地匹配肺泡尺寸，可發(fā)現(xiàn)通氣缺陷［31］，也許更適合測量由RILI 引起的微結(jié)構(gòu)變化。129Xe 的MRI 能夠檢測并量化由放療引起的局部肺功能變化［32-33］。129Xe 具有可溶性，故在肺組織中，平衡狀態(tài)下的129Xe 具有氣相和溶解相兩種物理狀態(tài)，基于此可實現(xiàn)不同功能成像［34-36］。

3.1 氣相成像

研究發(fā)現(xiàn)照射肺中的RP 特征即肺泡壁增厚明顯，這種增厚會影響129Xe 的原子擴散［37］，且利用129Xe MRI 和氣體交換曲線可以在放療兩周后檢測出局部RILI［38］。受照射小鼠的終端氣道內(nèi)半徑、外半徑R 和平均肺泡弦長（Lm）會顯著降低［39］，該結(jié)果與組織學上測量的RP 變化一致，證明炎癥引起的RP 改變會導致肺泡壁增厚，但在RILI 相對早期階段并沒有嚴重影響通氣。其中，可利用加速Lm 估計快速完成Lm 提取［40］。利用129Xe MRI 發(fā)現(xiàn)，受照射肺的通氣與紅細胞（RBCs）局部氣體交換相關(guān)性降低［41］。

3.2 溶解相成像

肺癌的局部放射治療和肺外胸部腫瘤的治療可導致復雜的空間劑量分布。因此空間解析RILI（特別是RP）的能力，對優(yōu)化治療方案有突出價值，超極化129Xe 的化學位移成像可用于此目的。經(jīng)照射區(qū)域肺的RBCs 一組織圖像平均信號比明顯下降，MRI 空間和時間分辨率更高，故MRI 利于研究照射區(qū)域組織和RBC 的129Xe 信號對RILI 的響應(yīng)，其中，非笛卡爾空間編碼可用于氣體交換曲線的區(qū)域制圖［42］。

ZANETTE 等［37］利用129Xe MRI 觀察到RILI 大鼠部分肺的肺組織結(jié)構(gòu)和灌注發(fā)生局部改變，照射后右肺的肺組織信號強度增加，不均勻性增強，RBC 信號不均勻性增強。DRIEHUYS 等［43］首次報道了129Xe 溶解相成像在RILI 檢測中的應(yīng)用，在對大鼠進行單次劑量為28 Gy 的照射3 個月后，發(fā)現(xiàn)其RBC 圖像強度降低。紅細胞峰值的減少可能是由于組織屏障增厚導致的氣體交換受損，或由于血管損傷導致的紅細胞數(shù)量減少，或兩者兼有。氣體交換的量化可用于解釋溶解相129Xe 的圖像強度，也可定量提供與RILI 氣體交換損傷有關(guān)的微觀解剖學信息。

3.3 氣相-溶解相交換成像

基于氣相和溶解相間的Xe 轉(zhuǎn)移，已發(fā)展了多種氣體交換測量方法。RUPPERT 等［44］首次報道了Xe 轉(zhuǎn)移對比在RILI 檢測中的應(yīng)用，向兔右肺分三次累計照射20 Gy，4 個月后其Xe 轉(zhuǎn)移信號減少，反映出氣體交換減少；利用動態(tài)化學選擇性飽和恢復（CSSR）光譜研究輻射照射后2 周和6 周的RP，發(fā)現(xiàn)Xe 轉(zhuǎn)移時間的增加與PaO2減少、肺泡氣屏障增厚及表面體積比減少相一致［33］；ZANETTE 等［45］利用溶解的129Xe 對局部伴有RILI的大鼠進行生理氣體交換參數(shù)的繪制，并與肺定量組織學和RBC 分布相比較，發(fā)現(xiàn)空間解析的氣體交換繪圖對局部損傷敏感。

4 展望

RILI 是限制胸部腫瘤放療療效的一個重要因素，尤其是肺癌。緩解RILI 特別是隨后的不可逆纖維化，得益于RP 的及早發(fā)現(xiàn)。基于超極化氣體的MRI 能為RP 的檢測提供一種有效的方法。將超極化氣體運送到肺損傷部位，能為了解RILI 所伴隨的微結(jié)構(gòu)和功能改變提供有價值的信息。

超極化氣體表觀彌散的MRI 是量化與RP 相關(guān)的區(qū)域微觀解剖變化的有力工具，因為這些氣體的彌散長度對末端氣道和肺泡的形態(tài)測量很敏感。特別是，基于129Xe 形態(tài)測量法測量的肺泡大小和末端氣道半徑減小與RP 相關(guān)炎癥一致。超極化129Xe 觀察與RILI 相關(guān)的功能和解剖變化的雙重能力更益于RP 檢測，因為功能缺陷（如氣體交換和灌注）被認為與形態(tài)學變化一致或可能先于形態(tài)學變化。能夠區(qū)分溶解在肺組織腔室和血液腔室（即紅細胞）的129Xe，并測量這些腔室129Xe 信號的相對動態(tài)，可在2 周內(nèi)測量與RP 炎癥相關(guān)的氣體交換減少。將溶解于肺組織的129Xe 的氣體交換變化與末端氣道的微觀解剖變化進行比較，也許有助于區(qū)分RP 和纖維化，這是一個重要的臨床問題，因為前者是可逆的，而后者不是。

盡管超極化氣體磁共振成像技術(shù)前景光明，但由于該技術(shù)的輸出和可用性有限，其臨床研究仍然滯后。在放療前或放療后的最初幾周內(nèi)將超極化MRI 整合到治療計劃中應(yīng)該是最有用的。利用超極化氣體MRI 檢測早期RP 可以監(jiān)測乳腺癌、食管癌和其他可能易發(fā)生RILI 的胸部腫瘤的持續(xù)放療。這些信息可以作為修改放療（或化療）計劃的反饋，也可以用來確定抗炎藥物是否有用。由于每個患者的生理結(jié)構(gòu)可能略有不同，超極化氣體MRI 可以幫助進行個性化治療；且可以對每個患者的肺功能進行繪制，以用于正在進行的治療干預。MRI 的非電離特性也允許對患者進行重復掃描，以進行持續(xù)監(jiān)測，而PET 和CT 可能無法做到這一點。持續(xù)監(jiān)測對于追蹤癌癥患者的腫瘤反應(yīng)和RP 具有重要意義。

綜上所述，超極化氣體MRI 技術(shù)，為檢測RILI 相關(guān)的解剖和功能變化提供了非常有前途的方法。基于這些新興的成像方法，可進行RILI 相關(guān)的RP 早期和區(qū)域檢測，這對于個性化放療和輔助治療有著重要意義，從而改善預后。