前列腺癌磁共振波譜成像的研究
綜述
作者：安宏斌
[摘要] 前列腺癌是世界上威脅老年男性健康的常見腫瘤之一。在我國前列腺癌的發病率呈明顯上升趨勢。目前磁共振成像（MRI）被認為是前列腺癌早期診斷及評估分期最佳的影像學檢查方法。MRI使得前列腺癌的診斷取得了顯著進步，但常規MRI檢查有其局限性。磁共振波譜成像（MRS）是一種檢測活體前列腺代謝、生化水平及化合物定量分析的無創性檢查方法，在常規MRI基礎上加上MRS代謝信息能顯著提高前列腺癌MR診斷的準確性，彌補了常規MRI的不足，為前列腺癌的診斷提供了廣闊的前景。本文就MRS的技術發展和在前列腺癌診斷中的定性、定位、分期、侵襲性的評估以及治療中的作用予以綜述。
[關鍵詞] 前列腺癌；磁共振；波譜成像
[中圖分類號] R445.2；R737.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-9701（2015）15-0156-05
[Abstract] Prostate cancer is one of the most common tumor threaten the old men's health in the world. In our country， the incidence of prostate cancer has a tendency of going up obviously. Magnetic resonance imaging （MRI） is now accepted as the best imaging modality for early diagnosis and staging in prostate cancer. MRI has made significant progress in the diagnosis of prostate cancer. But the conventional MRI has its limitations. Magnetic resonance spectroscopy （MRS） is a kind of non-invasive examination method for detecting prostate metabolism， biochemical levels and quantitative analysis of compounds in vivo. The combination of MRI and MRS can significantly improved MR diagnosis accuracy for prostate cancer. MRS has made up for inadequacy of MRI and provides a broad prospect for the diagnosis of prostate cancer. In this article， we reviewed the technological development of MRS and its qualitative diagnosis， locating， staging， assessing the invasiveness， the role in clinical treatment for prostate cancer.
[Key words] Prostatic cancer； MRI； MRS
前列腺癌（prostate cancer，PC）是世界上威脅老年男性健康的常見腫瘤之一[1]。我國人口老齡化及生活方式的改變，前列腺癌的發病率呈明顯上升趨勢，而且流行病學調查顯示我國前列腺癌病例構成多屬於晚期[2]。因此，前列腺癌的早期發現、準確分期、合理治療尤為重要。隨著磁共振新方法、新技術的發展，磁共振成像已成為前列腺疾病診斷更加準確、敏感的檢查技術。磁共振波譜成像技術（magnetic resonance spectroscopy，MRS）是近年來隨著磁共振設備的更新而迅速發展起來的新興技術，是目前唯一能無損傷探測活體組織化學和代謝特征的方法。MRS從代謝水平評估前列腺組織內的代謝產物，對前列腺疾病的定性診斷具有重要意義。當三維MRS獲得的前列腺代謝信息與高分辨率的MRI圖像相結合時，能明顯提高腫瘤的定位和空間分布以及腫瘤侵襲性的預測、治療效果的評估[3]。現將MRS原理及其在前列腺癌診斷中的臨床應用作一綜述。
1 前列腺MRS的臨床應用基礎
1.1 前列腺MR解剖
前列腺形如板栗，正常年輕成人大小一般為4 cm×3 cm×2 cm，老年人體積增大。MRI上前列腺可分為4個部分：尿道腹側的纖維基質部、尿道背側的外周帶（peripheral zone，PZ）、中央帶（central zone，CZ）及移行帶（transitional zone，TZ）。纖維基質部由平滑肌和少量橫紋肌構成，無腺體結構，本身不屬於前列腺腺體組織。年輕人該部體積較大，老年人該部體積逐漸縮小。外周帶占據前列腺後外側部，約占前列腺體積的70%，主要由腺體組織構成。中央帶位於兩側外周帶前內側，約占前列腺體積的20%，腺體較少，而含基質較多。移行帶約占5%，由尿道周圍腺體及纖維基質構成，常規MRI檢查一般無法顯示。成年人MRI上中央帶和移行帶常無法區分，一般皆有程度不等的前列腺增生，故將中央帶與移行帶統稱為中央腺（central gland，CG）[4，5]。約70%的前列腺癌發生在外周帶，30%發生於中央腺體。
1.2 正常前列腺MRS的波譜特征
MRS可以反映前列腺組織的功能代謝變化。目前國內外臨床上利用MRS對前列腺代謝功能的研究主要集中在枸櫞酸鹽（citrate，Cit）、膽堿（choline，Cho）和肌酸（creatine，Cre）三種代謝物。前列腺是一個外分泌器官，腺體組織分泌前列腺液、其腺管具有濃縮前列腺液的能力，正常前列腺液中含有高濃度的枸櫞酸鹽，約為血漿的240～1300倍[6]。目前為止，對枸櫞酸鹽在整個正常或異常的前列腺中的分布有了初步了解，但對它的生理意義及基因調控仍不清楚[7]。正常周圍帶腺體豐富而含有高濃度的枸櫞酸鹽，在MRS譜線上表現為2.6 ppm處形成的高聳波峰。正常周圍帶含有中等濃度的總膽堿，包括膽堿、磷酸膽堿、甘油磷酸膽堿、氨基乙醇、磷酸氨基乙醇、肌醇等。研究表明Cho化合物與細胞膜合成、降解有關。在MRS譜線上表現為3.2 ppm處較高的波峰（低於Cit波峰）。肌酸參與體內的能量代謝。在MRS譜線上與膽堿峰部分重疊，不易分離。由於檢查條件的差異，可在一定程度上影響活體波譜的強度。因此不能直接比較不同個體之間各種代謝產物的絕對值，為此個體波譜需標準化。通常采用（膽堿+肌酸）/枸櫞酸鹽[（Cho+Cre）/Cit]比值作為衡量不同個體之間前列腺代謝差異的指標。正常年輕人前列腺PZ的Cit共振峰最高。正常年輕人前列腺中央腺體含腺體數量較少，其Cit濃度低於周圍帶（約為外周帶的58%），但波峰不應低於膽堿類代謝物[6]。不同解剖區域的Cho和Cre的共振峰無顯著差異。由於外周帶的Cit高於中央，所以外周帶（Cho+Cre）/Cit比值均低於中央帶。
隨著年齡的增長，中老年人正常前列腺由於腺管逐漸擴張，腺管內所含前列腺液增多，外周帶與中央腺Cit水平升高[8，9]。正常前列腺外周帶與中央帶的Cho代謝差異隨年齡變化不明顯。中老年人中央腺體雖然影像學、臨床檢查正常，但仍有可能伴隨較輕的前列腺增生（benign prostatic hyperplasia，BPH）Cho水平稍高，但無統計學意義[8-11]。Cre的濃度在正常前列腺各部分組織中無明顯差異。隨年齡增長，正常前列腺外周帶及中央帶（Cho +Cre）/Cit比值均有所降低。但也有作者認為外周帶的Cit濃度隨年齡增長變化不明顯，（Cho+Cre）/Cit比值變化不明顯。也有文獻報道，隨年齡增長中央帶Cit濃度相對不變，Cho小幅上升，（Cho+Cre）/Cit比值增高，介於正常外周帶與前列腺癌之間[6]。目前MRS對正常前列腺代謝隨年齡的變化尚未取得統一。
1.3 前列腺癌的MRS波譜特征
前列腺癌病灶內結構紊亂，腺泡擁擠，癌細胞體積小、數量多，結構緊密，失去特征性的腺管結構。從而導致其分泌、儲存、濃縮Cit的能力降低。導致Cit在惡性腫瘤中的含量較正常組織降低。細胞增殖率增加，細胞膜合成、降解增加，從而產生大量膽堿複合物，使前列腺癌灶內Cho濃度升高。肌酸的濃度在前列腺癌與正常組織中含量無明顯差異。前列腺癌的MRS波譜特征為Cit波峰明顯降低，個別體素Cit波峰甚至缺失。Cho波峰明顯升高。Cit波峰低於Cho和Cre波峰。
1.4 前列腺增生的MRS波譜特征
前列腺增生根據結節的成分大致分為以基質增生為主型（stromal BPH，sBPH）、腺體增生為主型（glandular BPH，gBPH）以及混合型。臨床上最常見的類型為混合型增生[12]。Schiebler等[13]發現上皮細胞的量和枸櫞酸鹽濃度之間有粗糙線性相關性，這種關係被標本組織的離體波譜研究證實。gBPH組織含腺體、腺管較多，Cit水平較高，接近外周帶，（Cho+Cre）/Cit比值與正常外周帶相似，而sBPH組織含腺體、腺管較少，Cit水平較低，（Cho+Cre）/Cit比值升高，與前列腺癌更為接近[10]。混合型增生則介於二者之間。一般認為BPH組織增殖率較快，Cho可有小幅上升。
2 前列腺MRS技術發展
2.1 MRS的臨床應用發展
前列腺癌的MRS研究最早開始於20世紀80年代末，早期是在實驗室以前列腺手術後提取物或實驗動物在高場強（5～7 T）MR設備上利用31P進行體外研究，並初步證實了MRS在前列腺的應用價值[14]。但其在場強1～2 T MR設備上效果欠佳。1H的自然豐度及敏感性較高，容易檢測，隨著場強1.5T MR機的臨床應用，特別是直腸內線圈（endorectal coil，ERC）的應用，前列腺的1H-MRS研究從實驗室走向臨床。前列腺MRS檢查需高場強≥1.5T的MR設備，對主磁場強度及均勻度要求較高。另外需具備盆腔陣列線圈（pelvis phased array coil，PPA）及ERC。采用體線圈激發，ERC單獨接受信號，可獲得MRS，明顯提高對代謝物的敏感性[3，15]，能獲得高質量的譜線圖。采用體線圈激發，ERC及PPA聯合應用接收信號，則獲得高信噪比及高分辨率的前列腺MRI圖像。在1.5 T場強下應用脊柱相控陣表麵線圈進行前列腺MRS檢查雖然可行，但獲得的波譜的質量及信噪比明顯低於使用ERC的譜線圖[16]。但ERC的使用，雖增加了圖像分辨率、譜線信噪比及對代謝物的敏感性，但易受脂峰影響，幹擾因素多（運動偽影、近場效應偽影等），且檢查時間較長、操作繁瑣。患者較難耐受，使MRI在前列腺疾病的應用受到限製。3.0 T MR的臨床應用使MRS對前列腺的信噪比和代謝物的分辨率得到很大提高，提高了MRS對前列腺癌定位、定性及分級的準確性[17]。國內外初步研究認為：3.0 T MR比1.5 T MR具有更高的信噪比及空間分辨力，不需要使用ERC，也能清晰地顯示前列腺癌及其波譜變化，與使用ERC的定性效能接近，臨床具有可行性[18-21]。另外，MRS檢查必須具有前列腺波譜專用脈衝序列、圖像信號校正的軟件、前列腺波譜分析專用軟件。掃描時，必須抑製水和脂肪中1H產生的共振信號。