CT及MR评价肿瘤血管生成的研究进展
【关键词】 血管生成 肿瘤 影像学 综述
血管生成（angiogenesis）即新生血管的形成，是机体生长、发育、生殖和创伤修复所需的基本生理过程，也是对局部组织缺血的反应[1]。肿瘤血管生成就是新生血管在肿瘤现有血管上形成的过程[2]。这些新生血管不仅能促进肿瘤的生长和转移，还会引起血容积、灌注量及毛细血管通透性等变化，因此，要想实现对肿瘤早期诊断及准确疗效评价，不仅要求对肿瘤可视的表观特征进行监测，而且更需要深入到肿瘤的微循环及代谢情况进行探究。随着细胞生物学、分子生物学及基因学的迅速，对血管生成的研究现已成为一个独特的新领域，从多方面探究血管的生长，如20多种促血管生成因子的鉴定、测序和克隆，受体及其信号传导通路的研究，内源性血管生成抑制剂的发现，人类恶性肿瘤血管生成表现型的细胞学和分子生物学特征等。其中多种影像学成像方法（CT、MRI、PET、US），尤其是CT、MR功能成像作为一种无创的、方便的影像学技术，拥有定量反映肿瘤微血管特征及与肿瘤血管生成相关的功能性变化，目前已成为实验及临床研究热点，并已初步应用于临床。新的靶向的分子影像学出现，有助于探测调控血管生长、增殖的生化因素和途径[3]，这为分子水平上研究肿瘤血管开创了新的前景。作者在本文中对CT、MR在评价肿瘤血管生成的研究现状逐一进行综述。
1 CT在评价肿瘤血管生成的应用
CT增强扫描的基础在于静脉注射对比剂后小分子碘对比剂在血管内、外之间扩散，随时间变化可以观察到组织和血管增强的程度，肿瘤血管的出现又会改变增强扫描时肿瘤的强化程度。CT灌注成像及CT动态增强就是利用这一基础实现了对肿瘤血管生成的定量性分析。
CT灌注成像(CT perfusion imaging)是在静脉快速注射对比剂后，对选定的层面进行连续多次扫描，以获得该层面内感兴趣区的时间?密度曲线，曲线中CT值的变化反映了组织碘聚集量随时间的变化，这样，所用对比剂作为一种生理性示踪剂，可有效地反映局部血流灌注量的改变，从而获得组织功能方面的信息变化。利用不同的数字模型可出组织的血流量(blood flow,BF)、血容量(blood volum,BV)、平均通过时间(mean transit time,MTT)、峰值时间(time to peak,TTP) 、毛细血管通透分数（capillary permeability fraction,CPE）等参数，以此来评价组织器官的灌注状态。同时根据感兴趣区的时间?密度曲线也可获得一些半定量参数，如增强率（percentage of density increase,Enh%）、最大增强值（maximum attenuation value,MAV）等。定量性CT技术能够更精确地定量反映与肿瘤血管生成相关的生理参数，特别是灌注量、BV、MTT以及毛细血管通透性。
目前，许多学者对CT动态增强和灌注成像的影像学参数，与肿瘤血管生成的生理参数之间相关性进行了大量的研究，得出CT影像参数与大部分肿瘤的生理参数有相关性，CT影像参数能反映肿瘤新生血管的状况[4?9]。在肿瘤性病变的应用中，对脑、肝脏和肺等器官肿瘤的研究较多，如Cenic等[10]通过动物实验对一组脑肿瘤的灌注成像研究显示，肿瘤的CBF、CBV和血管表面渗透面积（permeability surface area product,PS）明显高于正常组织。Swensen等[11]报道根据肺内孤立结节增强值(为15 HU)诊断恶性结节的敏感性为98%，特异性为58%，准确性为77%。国内周华等[12?13]对肺癌CT影像参数与肿瘤血管生成相关性也进行了研究，得出了影像学参数能反映肺癌微血管状况。文利等[14]分析了肝细胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)的CT灌注参数包括肝动脉灌流(hepatic arterial perfusion,HAP)、门静脉灌流量(portal vein perfusion,PVP)、肝总灌流量(total liver perfusion,TLP)、肝动脉灌流指数(hepatic arterial perfusionindex,HAI)、门静脉灌流指数(portal vein perfusion index,PVI)与肿瘤恶性程度及微血管密度(microvessel density,MVD）之间的相关性，得出高分化HCC的MVD、PVP、TLP、HAI最低,PVI最高；中分化HCC的PVP、TLP最高；低分化HCC的MVD、HAI最高，PVI最低。这些研究都体现了CT动态增强与灌注成像能鉴别良恶性肿瘤、评估肿瘤的恶性程度以及具有评价疗效的潜力。
但是，目前反映抗血管生成引起的CT参数变化的资料不多，在抗肿瘤血管生成治疗中，CT影像学参数与病理的MVD之间相关性的研究还需要进一步深入。Kan等[15]对兔肿瘤经SU5416（一种血管内皮生长因子受体的酪氨酸激酶抑制剂）治疗后，分析了CT灌注参数BF、BV、MTT等与MVD之间的相关性，得出在抗肿瘤血管治疗中，CT灌注参数能够量化成熟血管的灌注量，但不能反映治疗前后MVD的变化。
随着多层螺旋CT（multi?slice CT，MSCT）的应用以及新的CT对比剂的研制，CT灌注成像及动态增强将更能发挥其在评价肿瘤血管生成中的巨大应用潜力。
2 MRI在评价肿瘤血管生成的应用
MRI对血管床(水和红细胞)和对比剂敏感，更能反映血管的结构、生理及功能的改变，因而无论在实验研究还是临床上，MRI均已用于评价肿瘤的血管生成状态，能敏感地检测肿瘤血供及血管生成的变化，提高对肿瘤生成、发展及治疗反应的监测。MRI评价肿瘤血管生成的方法多而复杂，主要可分为内源性对比剂法和对比剂增强法两种。后者又可进一步分为快速弥散到细胞外间隙的小分子对比剂(small molecular contrast media,SMCM),可长停留在血管内的大分子对比剂(macromolecular contrast media,MMCM)，以及只浓聚在血管生成位置的靶对比剂。增强MRI按扫描方式可分为静态增强(static contrast enhanced,SCE)扫描和动态增强(dynamic contrast enhanced,DCE)扫描。
2.1 非增强MRI（内源性对比剂法）
血管床可通过脉冲序列显示，这种脉冲序列既对血管床内的小分子敏感，同时又对去氧血红蛋白引起的磁场均匀性改变敏感。因此，MR即使不使用外源性对比剂也能评价血管床的变化。通过脉冲梯度场中相位标记法，或通过脉冲磁自旋标记法可检测出分子运动情况。相位标记能发现微循环内血流的不连贯性，横断位的自旋标记可观察和计算血流，而研究磁化转移的目的是显示组织灌注的情况。血氧水平依赖性(blood oxygen level dependant,BOLD)的对比是由去氧血红蛋白的顺磁性特性提供的。T2WI脉冲序列对去氧血红蛋白的含量敏感，因而也对BV及血氧含量的变化敏感。目前BOLD对比用于显示与血管生成有关的BV积分及血管功能的变化。高血氧含量及高血碳酸含量均可引起肿瘤信号增强，但CO2导致血管扩张在信号增强中起突出的作用。因此，可通过对高血氧及高血碳酸含量的不同反应来显示血管的成熟程度[16]。
2.2 对比剂增强MRI
动态增强磁共振(dynamic contrast?enhanced magnetic resonance imaging,DCE?MRI)是在注射磁共振对比剂前、中和后连续获得一系列磁共振图像，可以全面描述对比剂进入和排出肿瘤的动力学过程，因而提供了观察肿瘤组织内血管属性的可能。其分析方法有两种，即通过分析信号强度变化的半定量方法和通过药代动力学模型计算对比剂浓度变化的定量法。半定量分析参数包括起始强化时间、强化梯度(最大斜率)和最大信号强度，还有学者使用最大强化时间比(maxi?mum intensity time ratio,MITR)、1 min最大强化程度和时间信号曲线形态等参数[17]。定量分析常用的参数有对比剂体积交换常数(Ktrans)、单位体积组织漏出百分比(ve)和率常数(kep或K21)，三者之间的关系为kep=Ktrans/ve。定量分析能准确反映组织中对比剂的浓度，但计算较复杂。
SMCM的DCE?MRI与MRI灌注成像也主要用于对肿瘤良恶性的诊断及鉴别、肿瘤的分级及恶性程度评估、肿瘤治疗后的疗效评估，这已广泛被用于对乳腺、肺、肝脏、脑、膀胱、骨和前列腺等许多部位肿瘤的评价[18?22]。
近年来，随着对MMCM研究的深入，使得能更准确地评价血管通透性，从而实现在活体水平研究血管生成的早期过程。MMCM动态增强图能量化评价微血管通透性，但MMCM仍处于临床试验中。Tristan等[23]对白蛋白?GD?DTPA复合物、MS?325、右旋糖苷?GD?DTPA、病毒颗粒、脂质体、树形大分子、铁氧化物7种大分子对比剂MRI增强的应用进行了研究对比，发现并不是所有大分子对比剂都能用于反映血管生成过程，其中铁氧化物、树形大分子拥有能更好反映血管生成过程的潜力。许多学者对多种大分子对比剂增强MRI参数与肿瘤血管生成相关性进行研究探讨，如Daldrup等[24]在啮齿动物乳腺肿瘤模型中发现，铝?(Gd?DTPA)30的MRI成像动力学参数在良恶性肿瘤的鉴别上有很高特异性，KPS（微血管通透性）与组织病理分级有很强的相关性，同时，铝?(Gd?DTPA)30也用于抗肿瘤血管生成治疗的疗效监测[25]。MMCM在分子影像领域中也起着重要作用，随着肿瘤细胞标记的发展，脂质体、树形大分子和病毒颗粒等将有可能用以作为靶对比剂而成为治疗性药物的载体。
靶对比剂现正处在临床前期研发阶段，分子影像学的兴起及发展使得靶对比剂成为研究热点之一。应用靶对比剂的价值优势在于：可以发现更微小肿瘤病灶，能更为直观地、精确地反映肿瘤微血管状况及评价抗血管生成治疗效果，实现肿瘤成像与抗血管生成治疗相结合。目前应用较多的该类对比剂有Gd标记的多聚酯微粒、整合素α(v)β(3)的特异性抗体LM609与顺磁性多聚酯微粒 ( antibody?conjungated paramagnetic polymerized liposomes,ACPLs）、α(v)β(3)和VEGF的单克隆分子探针等[26]。Winter等[27]用α(nu)β(3)靶向的毫微粒对VX2兔肿瘤进行1.5 T的MRI动态成像研究，证实了靶对比剂能反映活体微小实体瘤早期血管生成的生化和形态学特征。Schmieder等[28]应用种植有人类黑色素瘤的裸鼠模型，对α(v)β(3)靶向的顺磁性毫微粒的MRI强化信号及组织学进行研究，发现靶向性的α(v)β(3)的顺磁性毫微粒能准确、特异地反映肿瘤的微血管密度。Sipkins等[29]用α(v)β(3)的单克隆抗体LM609作为配体，合成抗体耦联的顺磁性多聚酯质体(ACPLs)，在建立的兔肿瘤模型中,ACPLs可直接靶向α(v)β(3)阳性的血管内皮，不但可以得到常规MRI无法显示的肿瘤新生血管的“热点”( hot spot)影像，而且可以通过测量MR弛豫率变化评价肿瘤不同区域ACPLs的浓度，由于这种浓度反映了α(v)β(3)阳性血管的密度，因此该方法可以对肿瘤新生血管密度进行定量评估。对α(nu)β(3)靶向对比剂的其它研究也得出同样的结论[30?31]。这些靶对比剂还可作为抗血管生成药物的载体，从而特异性治疗肿瘤。
总之，随着对肿瘤血管影像学成像参数与肿瘤生化及病理指标之间相关性研究的深入，CT、MRI影像参数将有可能替代有创的MVD测量法而精确地、无创地反映血管生成。肿瘤血管生成认识的迅速积累及影像学成像技术的不断发展，使得CT、MRI在未来将可能从本质上探查新生血管生长的分子特征，为肿瘤抗血管生成治疗提供新的思路及监测标准。
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