3.0 T脑肿瘤酰胺质子转移加权成像临床应用及检查技术规范专家共识解读.docx

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1、3.OT脑肿瘤酰胺质子转移加权成像临床应用及检查技术规范专家共识解读摘要酰胺质子转移加权(APTw)成像是通过检测距离水共振频率3.5ppm处的酰胺基中可移动质子与水之间的交换速率，来反映组织中酰胺基浓度的技术。基于此，APTw成像可以根据组织中的内源性移动蛋白和肽生成图像对比度，从而在肿瘤性疾病中得到应用。2022年，国际化学交换饱和转移成像工作组APTw成像小组首次发布了3.0T脑肿瘤APTw成像临床应用的专家共识，旨在推动APTw成像在脑肿瘤中的进一步普及规范应用。本文将结合现有文献，就APTW成像目前在脑肿瘤临床应用中的现状及所面临的问题进行综述，并对共识中推荐的检查技术规范进行解读。

2、酰胺质子转移加权(amideprotontransfer-weighted,APTw)成像是化学交换饱和转移(ChemiCaIexchangesaturationtransfer,CEST)成像的一种，由ZhoU等于2003年首次提出，最初应用于缺血及脑肿瘤的检测中口。近年来，随着APTW成像序列、采集协议及后处理方法的不断改进，多项研究显示其在脑肿瘤的诊断、鉴别诊断，以及分级、治疗反应乃至预后评估中起到了巨大作用45,6,71o但同时，APTw信号来源较为复杂，除了病灶及序列本身的内在因素外，场强、仪器厂家、成像参数及序列设置等多方面因素均会影响结果的解释，从而影响其在不同中心间的临床实践应

3、用。国际CEST成像工作组APTw成像小组于2022年发布了3.0T场强下进行脑肿瘤APTw成像的临床应用和检查技术规范的共识和建议，旨在为3.0T场强下的脑肿瘤APTw成像提供一个统一的应用框架o本文总结了目前3.0T场强下脑肿瘤的APTw成像临床应用及进展，并对上述共识进行凝练和解读，以期推动APTW成像技术在3.0T脑肿瘤的临床实践中更规范地应用。一、APTW成像理论及机制演变共识建议首先对APTw成像的理论及机制演变进行了梳理，并对APTw成像常用的关键缩写和命名进行了总结及必要阐释。APTw技术的成像原理是通过特定的射频脉冲对蛋白质和多肽肽链上的酰胺质子库进行选择性饱和标记，饱和的酰

4、胺质子通过化学交换转移到自由水上,从而导致自由水质子饱和,磁化强度降低，水的信号发生衰减，并与酰胺质子的局部浓度成正比，图像的对比由此产生。在人体内，由于自由水的含量高而酰胺质子的浓度较低，只要具有足够长的饱和时间和足够快的酰胺质子-自由水质子交换速率，饱和交换的过程就会不断发生，使磁化转移的过程在自由水中不断累积，从而对酰胺质子的信号产生放大效应。基于这一理论，酰胺质子的CEST效应最初用酰胺质子转移率(amideprotontransferratio,APTR)来表示。组织中检测敏感的酰胺质子浓度为5(n00mmolL,经过APTR效应放大后，由此导致的自由水信号衰减可占自由水总信号的百分

5、之几口3,从而大大提高了对酰胺质子的检测灵敏度。然而，计算公式是基于具有连续波射频脉冲饱和的双池(酰胺质子池及自由水池)慢交换模型建立的，在实际应用中，由于酰胺质子的共振频率离水很近，因此受到直接水饱和(directwatersaturation,DS)效应的严重影响。而该公式并没有考虑到DS效应，且需要基于多种假设才能成立5,。为了更准确地反映酰胺质子的CEST效应，一些新的方法陆续被提出。组织中的大多数蛋白质和多肽以UnlOI/L级别的浓度存在，且具有多个包含酰胺基团的肽链o这些酰胺基团由于不同侧链以及周围不同溶质成分的影响，以不同的交换速率(一般为数十至数百HZ)在氢质子光谱8.3PPn

6、I处，也就是距离水共振频率+3.5PPnI频偏(A)处形成复合共振。我们将水的共振频率设置为参考并定义为0,使用磁化转移率(magnetizationtransferratio,MTR)来表示特定A下所有饱和效应的总和，公式为：MTR()=l-Z()=l-Ssat()s。其中SSat和S。分别是经过射频饱和及没有经过射频饱和的自由水的信号强度，是以水共振频率为参考0点的频偏(在APTW成像中，为+3.5PPn1),Z指的是Z谱，也就是水饱和光谱，Z()=Ssat()S0,通过将水的饱和信号归一化来反映特定A下溶质在Z谱中的信号强度。由于Z谱上DS和常规磁化转移对比(magnetizationt

7、ransfercontrast,MTO效应以水的共振频率为中心呈现出对称趋势，假定在-3.5ppm处不存在酰胺质子的化学交换，即可以通过不对称性磁化转移率(MTRasymmetry,MTRasyra)来尽可能减少DS和常规MTC效应的影响,并反映酰胺质子的CEST效应，公式为：MTRagym(3.5ppm)=MTR(+3.5ppm)MTR(3.5ppm)=Z(-3.5ppm)Z(+3.5ppm)S三t(-3.5ppm)S141t(+3.5ppm)二=APTR+MTRasyn(3.5ppm)其中MIR，asym包含了可移动大分子脂肪族质子的交换中继奥弗豪塞尔核效应(exchange-relaye

8、dnuclearOverhausereffect,rNOE)和常规MTC效应的固有不对称性(inherentasymmetryoftheconventionalMTCeffect,MTCasym)o以上这些因素，包括溢出效应和MTC稀释效应、TI纵向弛豫的污染、附近其他可交换质子以及血液导致的CEST效应，都对APTW效应产生了贡献3。因此在共识建议中，统一将获得的MTRasym称为APTW图像。这些因素中，APTR、rNOE以及MTC及在APTw图像中的贡献占比均取决于使用射频脉冲的参数，因此有必要确定一个大致的框架对参数进行规范，从而提高结果的可重复性及可解释性。二、APTW成像在脑肿瘤中

9、的临床应用、进展及不足APTw成像对脑肿瘤的诊断及鉴别具有一定的应用价值。APTw成像可直接显示脑肿瘤，这是由于脑肿瘤的细胞密度较高，其内可移动胞质蛋白和肽浓度增加，使酰胺质子浓度增加，同时使肿瘤细胞内PH值略升高16oAPTw成像还被广泛应用于脑肿瘤的组织学分级中，尤其是在胶质瘤中，这是由于不同组织学分级的脑肿瘤之间存在细胞密度、核质比及核分裂象等方面的不同，每单位组织体积的移动蛋白和多肽浓度会存在细微差异，导致最终APTw的成像信号存在差异W坳刈。一般认为，脑肿瘤的组织学分级越高，其APTW信号越高。APTw成像还有助于对脑肿瘤的分子分型进行预测。APTw成像有助于预测胶质瘤的异柠檬酸脱氢

10、酶(isocitratedehydrogenase,IDH)突变状态出2L223,且预测能力优于扩散峰度成像以及神经突离散度和密度成像技术出2口。止匕外，APTW成像可被应用于脑肿瘤治疗反应及预后评估中。大量研究显示APTw成像可区分脑肿瘤的假性进展、真实进展以及放射性坏死和复发24心26,27,。其可能的病理学基础在于，脑肿瘤的真实进展或复发会导致局部游离蛋白及多肽的增多，从而表现为较高的APTw信号，而假性进展及放射性坏死的APTw信号则相对较低加。需要指出的是，APTw成像在脑肿瘤中的应用是基于肿瘤实性成分相对均质的情况下，在实际成像过程中，肿瘤中存在的大面积液化坏死、出血或大血管均呈高

11、APTW信号，从而影响对病变的解释。目前的解决办法之一是结合其他常规成像序列对肿瘤实体成分与液化、出血等成分进行区分，但对于成分混杂(如微小囊变、微坏死)的病变并不适用；其次是通过对APTw序列的优化来降低液化及出血等成分的干扰，但同样缺乏统一可行的方案；部分研究中通过APTw全肿瘤直方图来排除肿瘤本身异质性的干扰，或通过仅针对肿瘤中强化的实性成分进行分析来最小化异质性的干扰，但无法确定成分的指向性，也不利于对无明显强化的实性肿瘤进行分析叫江口。因此，在实际应用中，需要结合多种手段，最大限度排除肿瘤异质性的干扰，从而保证各项研究之间的稳健性。三、对3.OT场强下进行脑肿瘤APTW成像的建议AP

12、Tw成像信号的主要来源是可移动蛋白和多肽中的酰胺质子,但同时也受到T1纵向弛豫时间、pH、DS、MTCasym及rNOE等多种因素的影响。止匕外，扫描仪射频放大器限制、比吸收率限制、低信噪比、扫描时间长、B。及BI不均匀性，以及由于运动和脂质而产生的伪影，都会对APTW的图像质量进行干扰。尽管成像信号来源复杂且受到多项因素干扰，现有成像方式多种多样，不同厂家对于相同指标的参考值也各不相同，目前APTw成像技术的发展已经足够达成一个相对的共识，为3.0T场强下进行脑肿瘤的APTW成像提供统一的标准，为今后的研究提供参考从而促进该技术的规范化应用。本共识从多个方面对APTw成像过程中的影响因素进行

13、了分析，并总结出涵盖图像采集及后处理的规范化成像建议（表1）。由于札对比剂会对APTw成像产生影响，图像采集应该在注射对比剂之前进行。需要说明的是，对于任意射频脉冲饱和方法，共识建议推荐B1场强为2T,总射频饱和时间为0.82s,饱和占空比250%。表1中射频饱和方法1和方法2为首选的射频脉冲饱和方法，其中方法1是理想的成像方法，但对接受线圈及射频放大器存在要求，同时只适用于单层APTW成像协议,而方法2可以接受多种类型的射频放大器；方法3和方法4并非最佳成像方法，但在前期3.0T脑肿瘤APTw成像的研究中被广泛使用，因此，如果出于硬件设施限制无法使用方法1和方法2,可以使用方法3和方法4作为

14、替代。表13.0T场强下脑肿瘤APTW成像建议成像模块脉冲序列成像建议射频饱和方法和参数脂肪抑制序列读出序列采集协议数据处理方法1 .连续波射频脉冲饱和:T句为2s.B为2T（理想借选）2 .脉冲串:Tw为25“皿为2眼1%为90%100%（首选）3 .脉冲串：Tiil为8001000ms,BEIu2T,DCm1为90%100%4 .脉冲串:T：为2s,BI11m为29,SJ为50%有效的脂肪抑制方法,如SPIRL快速三维采集,平面内分辨率L82.2mm,平面间分辨率36mm5 .Twr2Tlw（3.0T场强时,肿瘤Th为1.51.6s）1.Bo应进行匀场,最好是二阶匀场2 .至少6个频偏/7

15、个频率点（So、3、3.5、4ppm或S0、3.1、3.5、3.9PPm）;在35ppm处需要进行更多采集，以提高APTW成像的信噪比;应采集离水3PPm或更远的饱和图像作为S。,需要进行空扫3 .必须获取准确的水频率图1 .使用MTRE（3.5PPm）作为矩阵2 .使用彩虹色标（5%）.背景为绿色,高信号为黄色/橙色/红色,低信号为蓝色，存储伪彩图和灰度图像注:APTW为酰胺质子转移加权;La为总射频饱和时间；Bl为射频场;Biw为脉冲串强度的均方根;Dj为饱和占空比;SPlR为反转恢复频率预饱和;Tm为磁化恢复/弛豫延迟时间;Tk为自由水的纵向弛像时间；Bo为静磁场;So为未经过射频饱和的

16、自由水的信号强度；MTRi为不对称性磁化转移率四、总结和展望通过对组织中可移动酰胺质子进行成像，APTw技术无需引入外源性对比剂，就可以实现对体内游离蛋白质及多肽的无创量化分析，从而在脑肿瘤中得到大量的应用。APTw成像可以实现脑肿瘤间以及脑肿瘤与肿瘤样病变之间的鉴别，尽管尚不足以支持临床实践。APTw成像可以实现脑肿瘤的组织学分级，并有望预测胶质瘤的IDH突变以MGMT的甲基化状态，可以作为灌注成像及DWI的替代及补充。另外，该技术可以鉴别脑肿瘤的假性进展与真性进展，以及放射性坏死及复发，从而提供了常规影像学技术无法提供的额外信息。尽管研究有限，APTW技术也显示了其作为脑肿瘤预后预测影像标

17、志物的潜能。现有的研究成果显示了APTw成像在脑肿瘤成像中的巨大应用前景及应用潜能，但距离将其推向临床，供应商、科研工作者和临床医师都还有很长一段路需要走。本共识是推动APTw成像实现临床转化的第一步尝试，旨在为APTw技术在脑肿瘤中的研究与应用建立框架,提出规范，指明方向，使后续研究人员可以吸取前期研究者的经验教训I,更加高效地将这一技术向临床应用转化。尽管在APTw技术应用的一些方面仍存在争议，笔者相信在供应商、科研工作者和临床医师的努力和技术的进步下，这些争议将会一一得以解决。相信随着本共识及APTW技术的进一步推广应用，今后APTw成像的研究将更加规范，从而助力更多高质量的研究成果不断涌现，并将之拓展到体部肿瘤乃至其他病种等更多的应用领域与场景,使之真正实现临床落地。