主要的动态对比增强磁共振成像,药代动力学分析的方法,它的应用在头部和颈部区域

文摘

许多研究人员建立了实用的动态对比enhanced-magnetic磁共振成像(DCE-MRI)鉴别诊断在头部和颈部区域,特别是在唾液腺肿瘤。的主观评估的模式time-intensity曲线(TIC)或简单的量化的抽搐,如时间增强峰值()和冲洗比率(WR)是常用的。尽管上述半定量的评价已广泛应用,他们不提供底层的药代动力学分析组织信息。DCE-MRI比的量化;因此,提出了许多室模型分析。小丘和克莫德(TK)模型是一种最受欢迎的室模型,提供的信息涌入向前体积常数从等离子体转移到extravascular-extracellular空间(ee)和体积分数的ee单位体积的组织在许多临床研究使用。本文将介绍药代动力学分析的方法,描述了该技术的临床应用在头部和颈部区域。

1。介绍

动态对比增强技术(DCE)磁共振成像(MRI)、多相的核磁共振扫描被的静脉注射对比剂后,已广泛应用于临床实践。许多研究人员已经建立了实用的DCE-MRI唾液腺肿瘤鉴别诊断(1- - - - - -3]。DCE-MRI能够成功展示的本质淋巴瘤和有利于与其他病变鉴别诊断(4]。一些研究也试图利用DCE-MRI颌骨病变(5- - - - - -7]。因此,最传统的评估使用DCE-MRI可能是使用time-intensity曲线的特点(TIC)对感兴趣的区域(roi),划定的观察员。模式的主观评价抽搐或简单的量化的抽搐,如时间增强峰值()和冲洗比率(WR),也是常用的。

虽然上述半定量的评价已广泛应用,他们不提供信息潜在的药代动力学性质的组织。此外,分析了基于信号强度(SI)主要是扫描参数的影响。因此,很难比较在不同的研究所获得的结果。相反,使药代动力学分析的量化对比剂血管内和间质空间之间的交换(8- - - - - -11]。基于两室模型药代动力学分析,可以提供关于微脉管渗透率和细胞外空间的信息,已被广泛应用。对比剂可以泄漏的脉管系统在可变利率;因此,低分子量不同媒体的时间分辨率需要的5 - 20秒。

有另一种方法,叫做或敏感性对比增强磁共振(DSC)。对比剂用于这项技术被认为是主要局限于血管空间,从而对灌注提供了有价值的信息,如血容量(BV)、血流量(BF)、和运输时间;因此,所需的时间分辨率是1 - 2秒。三序列是用于监控的通过对比媒体,因为瞬时黯淡的组织在第一次通过对比媒体。然而,有一些影像报告以外的使用大脑。特别是图像的质量三差图像在头部和颈部区域,由于气动空间和口腔假体的存在。因此,本研究关注DCE-MRI。

2。抽搐的主观和半定量的分析

DCE-MRI的有效性已经建立的诊断分析唾液腺肿瘤(1- - - - - -3]。迄今为止,许多研究评估了抽搐,在肿瘤和比较一个ROI和弯角。的多形性腺瘤是超过对恶性肿瘤和Warthin的肿瘤。此外,WR Warthin的肿瘤是这三个中最高的病变。快速increase-rapid冲刷模式建议Warthin的肿瘤的可能性非常高。持续增长模式表明,良性肿瘤的本质,表明多形性腺瘤的可能性非常高。高原模式与缓慢的冲刷是恶性肿瘤和多形性腺瘤的特征。DCE-MRI Yabuuchi等人成功地展示了验证(22良性肿瘤,恶性肿瘤11日)和评估之间的相关性微血管计数和车手之间cellularity-stromal品位。微血管计数被认为代表多血管肿瘤,和是短暂的,如果微脉管数高。或者说是取决于数量的差异之间的对比剂在肿瘤血管内和血管外的阶段。因此,cellularity-stromal等级高的肿瘤保留减少对比剂和WR(高1]。随后的研究结合DCE-MRI diffusion-weighted形象和提高肿瘤的诊断能力与高原模式(2]。

许多唾液腺肿瘤是由独特的组织,包括肿瘤细胞增殖、粘液瘤的组织、坏死组织和囊肿。因此,分析大型投资回报率可能会导致虚假的结果。pixel-to-pixel评估抽搐可能使有效和组织学特性的详细描述。Eida等人进行了pixel-to-pixel评价,每个获得抽搐的自动划分为四种类型的基础上和WR分为四个类型;A型(渐进增强),B型(快速增强和低冲刷),C型(快速增强和高冲刷)和D型(平)。多形性腺瘤显示主要地区a . Warthin型的肿瘤显示主要是C型;然而,它还包括D型、与小囊太小不会。恶性肿瘤显示区域与A型和B型因此,分散B型区域表明恶性肿瘤的高可能性(12,13]。同事先后这种方法适用于其他类型的头部和颈部肿瘤(14,15]。

DCE-MRI能够成功展示淋巴瘤的本质,是对另一种类型的病变的鉴别诊断。一些研究者应用DCE-MRI评估在颌骨病变(5- - - - - -7]。Asaumi等人证明DCE-MRI牙原性粘液瘤的特点不同于造釉细胞瘤,一种非常缓慢的逐渐增加的信号强度(SI)的特点是牙原性的粘液瘤(5]。然而,成釉细胞瘤显示,抽搐模式组织病理学类型之间没有区别(丛状,滤泡,混合多见,unicystic类型)(6]。

尽管已经广泛应用半定量的评估,他们不能提供足够的信息使一个潜在的药代动力学分析的组织。的量化DCE-MRI比预测肿瘤反应抗癌治疗和监测肿瘤反应治疗。因此,本研究也将介绍药代动力学的方法分析和描述该技术的临床应用。

3所示。DCE-MRI的药代动力学分析

有许多动力学模型;然而,小丘和克莫德(TK)模型通常用于临床研究(8- - - - - -10]。这个模型提供的信息涌入向前体积常数从等离子体转移到extravascular-extracellular空间(ee)和体积分数的ee单位体积的组织。,曾有人提出了一个更复杂的药代动力学模型来估计附加特征参数BF, BV,等等。例如,一个组织的绝热近似同质性模型提供了额外的信息。因此,它使渗透表面积的产品分开来衡量组织灌注(16- - - - - -18]。然而,阐述了模型还没有足够的证据,很难在许多机构执行。因此,以下部分介绍了两个简单的理论模型,即,TK模型(8- - - - - -10)和白利模型(19,20.]。

4所示。理论1:小丘和克莫德模型(TK模型)(8- - - - - -10]

TK模型是一个流行的室模型,它假定等离子体之间的平衡与媒体和ee isodirectional渗透率(图1),因此,描述的平衡 在哪里是时间,的浓度对比媒体(CM)组织,在等离子体的浓度厘米,是涌入向前卷传输常数从等离子体(ee),然后呢ee的体积分数是单位体积的组织(图1)。

最初的TK模型(某个部位,两个参数模型)假定的浓度厘米来源于ee组件和等离子体组件是可以忽略的: 修改后的TK模型(两舱制,参数模型)假定CM来源于ee的浓度和血浆 在哪里是等离子体的体积分数单位体积的组织。

替换和分为(2)或(3)允许变量(,,估计)。药代动力学分析要求;然而,信号强度之间的关系(SI)和CM不是线性的浓度;因此,如果转换为厘米的浓度是必要的。

关键概念是松弛率的增加线性相关组织的浓度: 在哪里是弛豫时间注入厘米,是放松次动态序列(CM)注射期间及之后,是一个常数(弛豫率)决定每厘米,然后呢是厘米的浓度在动态序列。

评估的第一步是使一个准确吗地图。大多数临床研究使用DCE-MRI包括precontrast三幅图像(3 d-transverse-spoiled梯度回波序列)与不同的翻转角度获得地图(21,22]。这是紧随其后的是动态对比度增强系列使用相同的序列,但英足总,通常等于价值最高的造影图像。的信号强度是由transverse-spoiled梯度回波序列 在哪里质子密度,翻转角度,重复一次。造影数据得到不同的翻转角度代入(5)产量地图。

然而,脉冲序列使用火车读出脉冲(如变量翻转角度)尤其容易翻转角度的错误。另外,磁化准备序列反转恢复和饱和恢复由B的影响较小₁不均匀性。Look-Locker (LL)序列中使用多个射频脉冲磁化复苏样品几个时间点,从而跟踪磁化的复苏,迅速申请映射(23,24]。这种技术也被成功地应用于orofacial地区(25]。

的地图获得第一,然后地图可以被定义为在动态对比度增强系列 厘米的浓度估计的替换和(获得的5)和(6)(4)(图2)。

的估计(厘米组织浓度)。厘米总血液的浓度同样可以估计的理论,如果感兴趣的区域(ROI)放在一个动脉;然而,这估计是相当不准确的因为动脉高厘米浓度和流入的影响。高速的主要动脉和船舶定位,这几乎是垂直轴向DCE-MRI,很难估计准确,特别是在头部和颈部区域。另外,实证或population-derived输入函数描述biexponential形式是常用的在这一领域26- - - - - -28]。

替换和分为(2)或(3)允许参数映射(,,地图)估计(图3)。

5。理论2:白利模型(19,20.]

白利模型是一个线性两舱制开放模式,在外围隔间只有微不足道的对中央室(图的影响4)。模型第一次被应用于DCE-MRI缓慢注入。的数据拟合白利药代动力学模型所示以下方程: 在哪里是厘米的到来的时候,是消除常数CM的中央室,ee的交换速率常数是等离子体,然后呢是振幅比例常数。主要是受ee的比例,尽管各种指标的属性组织(,,,ee的比例,等等),扫描参数(),注入率(19,20.]。

原白利模型假定讯号数据(SI)是第一个规范化(SI₀),然后转换成浓度时间数据(基于以下关系: 在哪里基线信号强度对比剂注射前和是一个比例常数。可以近似(8)在低浓度的厘米,短TR / TE,尽管(8)不是完全正确的。它不需要映射或动脉输入函数的测量,因此,它已被应用于临床研究为一个简单的量化方法。然而,涌入向前体积不断转移到ee从等离子体(),这是一个重要的参数在灌注研究中,无法获得的,这被认为是一个主要的缺点的分析。

6。药代动力学分析的临床应用

药代动力学分析的研究已经证明了效用在头部和颈部病变的鉴别诊断。李等人药代动力学分析应用于63例未分化癌(UD), 26日28鳞状细胞癌(SCC)和8个淋巴瘤。他们表现出显著差异UD和鳞状细胞癌之间UD和淋巴瘤。他们建议结果似乎与血管内皮生长因子(VEGF)的表达。的淋巴瘤是最小的三种类型的肿瘤;然而,差异不显著(29日]。

罗伯茨相比腮腺微血管特征干燥综合征患者()与健康志愿者()。他们证明了干燥综合征患者有高度显著差异的和。腺异质性明显大于干燥综合征患者(30.]。

李等人还评价了辐射损伤的腮腺头部和颈部癌症治疗期间()。DCE-MRI执行之前和放射治疗后3个月。意思是辐射剂量Gy患者接受化疗并发。三个参数(,,)与交付给腮腺的放射剂量和辐射诱导腮腺萎缩的程度31日]。

药代动力学分析已广泛应用于治疗效果的预处理预测和监控抗癌治疗的肿瘤反应。几项研究表明,化疗对肿瘤(CRT)更有效与更高的预处理比那些更低表明,升高血液流动和渗透脉管系统有更高的氧化水平,从而导致更好的化疗药物和辐射敏感度。Agrawal等人执行DCE-MRI 21晚期NHC患者,治疗并发CRT。所有患者接受一个激进的剂量的剂量70 Gy的常规分次放疗(RT)随着并发每周顺铂。他们发现的值BV和男朋友都高于完全反应相比,部分反应(32]。金等人录取33 HNSCC患者新辅助阴极射线管。治疗包括加速RT 220 cgy每一部分的总剂量70.4 Gy。他们表明,平均预处理华润集团的公关组显著高于[33]。

研究表明,这种染色,缺氧的外源标记,是显著相关的和。许多HNSCC研究表明高渗透预处理()与良好的治疗效果34,35]。

许多研究人员证明了DCE-MRI的效用监测抗癌治疗的肿瘤反应各种组织(乳腺癌、膀胱、骨等)。减少的建议对化疗的反应好;然而,增加或没有变化表明化疗反应差。

一些HNSCC研究发现的渗透率大幅减少(CRT)也与更好的响应(36,37]。然而,其他研究证明了相互矛盾的结果,增加通透性()或血容量(BV) CRT显示良好的结果。曹等人进行了量化的血容量和血流量基于DCE-MRI之前进行治疗和CRT的起始(2周后)。他们评估了当地和区域控制和得出结论,增加BV和男朋友建议良好的结果38]。

Chikui et al。39)执行DCE-MRI术前CRT(之前和之后)。CRT的影响的组织学评估是根据Ohboshi和执行Shimosato的分类40在手术后切除标本)。这些标准等级的肿瘤反应我第四(最小变化)(完整的肿瘤细胞消失)。成绩IIb,患者III, IV被认为是反应(),而那些成绩活动花絮,我被认为是nonresponders ()。的变化的反应明显大于从nonresponders ()[39)(图5和6)。

这些相互矛盾的结果可能是由于治疗的类型,端点定义、评估的时间,等等。低辐射剂量在这项研究引起早期血管反应,通常涉及到一个阶段的血管舒张,血液供应的增加,期间观察到的类似于急性炎症,尽管它是紧随其后的是总剂量增加毛细血管的收缩。迈耶等人报道的结果宫颈癌患者,接受DCE-MRIs基线和星期2和5的体外RT,他们证明了增加渗透率在星期2的RT与更高的局部控制和总体生存率。伴随增加的肿瘤复氧灌注/渗透率是归功于良好的肿瘤反应(41]。

ee CRT导致显著增加,此外,肿瘤反应的程度与ee的增加。这是先前的报道,白利模型用于患者口服(42和食管43]癌比较CRT前后之间的参数。啊是一个重要的参数监测肿瘤反应,大量增加啊CRT显示了良好的肿瘤反应。TK分析在口腔鳞状细胞癌患者中也表明,一个更大的提高暗示了一种好的应对CRT(数字5和6)。

表观扩散系数(ADC)的增加反应者可以解释为降低细胞密度和扩大ee (44,45]。Vandecaveye等人报道了醉酒驾车的使用CRT治疗和早期反应的检测表明,在治疗后增加了ADC是指示性的局部控制的可能性非常高44]。的结果通过DCE-MRI符合ADC diffusion-weighted获得的核磁共振的结果。

7所示。结论

图像评估DCE-MRI和药代动力学分析揭示出其潜在的组织和肿瘤生物学,从而提供额外的信息。TK模型分析建立了预测的有效性治疗和监测肿瘤的肿瘤反应的反应。然而,在文献中报告的参数相差很大;因此,很难比较研究小组之间的参数。因此,这种分析需要进一步标准化。一个精确的地图和动脉输入函数精确测量的进一步发展是至关重要的一个模型分析在头部和颈部区域。

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