J Magn Reson成像。作者手稿；PMC 2007年9月17日发布。
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PMCID公司：项目经理1978163
NIHMSID公司：美国国家卫生研究院3063
前列腺癌分子成像的磁共振成像与光谱成像联合方法
加利福尼亚大学旧金山分校放射系磁共振科学中心
*请将转载请求发送至：J.K.，磁共振科学中心，1 Irving Street，AC109，Department of Radiology，Box 1290，University of California–San Francisco，San Frankisco，CA.94143-1290。电子邮件：ude.fscu.csrm@knhoj 摘要
磁共振波谱成像（MRSI）提供了一种检测前列腺细胞质和细胞外间隙内小分子标记物（过去是代谢物胆碱和柠檬酸盐）的非侵入性方法，并与高分辨率解剖成像一起进行。最近对前列腺切除术前患者的研究表明，MRSI提供的代谢信息与MRI提供的解剖信息相结合，可以显著提高前列腺内癌症位置和程度、囊外扩散和癌症侵袭性的评估。此外，治疗前和治疗后的研究表明，MRI/MRSI有潜力直接测量治疗后前列腺癌的存在和空间范围，测量反应的时间进程，以及有关治疗反应机制的信息。除了检测疾病行为和治疗反应的代谢生物标志物外，MRI/MRSI指导还可以改善离体分析的组织选择。高分辨率魔术角旋转(1H HR-MAS）光谱学在对同一组织进行病理和免疫组织化学分析之前，对MRI/MRSI靶组织进行全面的化学分析。初步1H HR-MAS光谱研究已经确定了健康腺组织、间质组织和前列腺癌的独特光谱模式，确定了体内复合胆碱峰的组成，并将多胺精胺确定为前列腺癌的新代谢标记物。在同一检查中增加成像序列，提供其他功能信息（动态对比摄取成像和扩散加权成像），也证明了进一步提高前列腺癌检测和特征描述准确性的潜力。
关键词：前列腺癌、柠檬酸盐、胆碱、多胺、磁共振波谱成像（MRSI）、磁共振成像（MRI）、HR-MAS、前列腺特异性抗原（PSA）、激素剥夺治疗、放射治疗
美国癌症协会估计，2002年美国将有189000名男性被新诊断为前列腺癌，使其成为美国男性中最常见的非皮肤癌，其发病率与女性乳腺癌（估计为203500例）相似(1). 由于使用血清前列腺特异性抗原（PSA）和经直肠超声（TRUS）引导的活检增加了前列腺癌筛查，数千名前列腺癌患者被发现处于早期且可能治疗的阶段(2). 然而，一旦发现前列腺癌，如何处理前列腺癌的决定仍然给患者及其临床医生带来巨大的两难境地。这一困境源于前列腺癌在生物恶性肿瘤中表现出巨大的范围，治疗方法广泛，从“观察等待”和激素剥夺治疗到积极的手术、放射和冷冻手术治疗(三,4). 前列腺癌是为数不多的几种肿瘤之一，其生长速度如此之慢，从未威胁到某些患者的生命，但目前在具有当前预后标志物的个别患者中无法预测这种情况(5-8). 然而，如果癌症确实转移，目前还没有治愈方法，癌症会致命，2002年美国估计有30200人死亡(1). 临床（直肠指诊（DRE））、病理（活检组织学分级、活检阳性的数量和百分比）(9)和血清生化参数（PSA、PAP）(10-13)组织中（MIB-1、bcl-2、p53、CD34）(14-19)可以帮助评估疾病的程度和侵袭性。然而，这些通常是不准确或不充分的，尤其是单独用于个别患者时。此外，随着早期发现，人们对局部“疾病靶向”治疗也越来越感兴趣，包括间质近距离放射治疗、调强放射治疗和局部冷冻手术，这可能会降低治疗相关的发病率，并使患者保持其生活质量(20). 这些治疗需要对腺体内疾病的位置和空间范围有更好的了解。最后，前列腺癌的长期自然病史和检测时患者的年龄越来越年轻，这突出表明需要短期终点而非生存期，以缩短治疗试验的持续时间和所需的患者数量(21,22).
前列腺癌分子和细胞生物学的新发现为非侵入性成像技术的发展提供了机遇，这种成像技术可以改善个体患者治疗前后前列腺癌的特征。磁共振成像（MRI）和磁共振波谱成像（MRSI）的结合使用是目前正在研究的一种令人兴奋的新方法。前列腺的常规MRI依靠前列腺内形态变化引起的异常信号强度来确定癌症的存在和范围(23). 不幸的是，MRI观察到的形态学变化往往不能准确反映活动性肿瘤的存在和空间范围(23). MRSI提供的代谢信息补充了高分辨率MRI提供的形态学信息，提高了癌与周围健康组织和坏死的区分能力(24). 使用标准的临床1.5特斯拉MR扫描仪和用于MRI的相同线圈，可以在不到1小时的时间内完成MRI/MRSI联合检查。最近发布了一个商业软件包，将在即将进行的多中心临床试验中进行临床测试。由于这种分子成像技术很快将在全球范围内为临床医生所用，因此，及时回顾关于MRI/MRSI联合应用的已知信息，并描述未来如何改进和使用它。
前列腺癌的形态学鉴定-MRI
高空间分辨率的直肠内线圈T2加权图像能够很好地描述未经治疗患者的前列腺带状解剖结构、前列腺癌和周围软组织() (25,26). 在T2加权MRI上，前列腺癌区域相对于正常外周带组织的信号强度降低，这是由于细胞密度增加和前列腺导管丢失所致() (23,26). 目前，前列腺的最佳成像方法是使用直肠内线圈和四个外部线圈（盆腔相控阵）(26). 使用体线圈进行激发，使用直肠内线圈/盆腔相控阵线圈系统进行信号接收，可以获得高空间分辨率的前列腺图像，并覆盖分叉，以在同一检查中评估盆腔淋巴结和骨转移。与盆腔相控线圈相比，直肠内线圈的信噪比（SNR）增加了约10倍，因此可以从前列腺获取高分辨率图像和光谱数据。然而，在解释数据时，必须考虑所用表面线圈的非均匀接收剖面。如果未经校正，图像在靠近线圈的地方显示出很高的强度，而在前列腺深处则显示出较低的强度(). 即使使用窗口和调平，也很难解释这样的图像。解决这个问题的一种方法是对直肠内线圈接收剖面的图像进行分析校正，从而消除近场高信号强度伪影，并生成更容易可视化前列腺分区解剖和病理的图像() (24).
轴向直肠内线圈/盆腔相控阵FSE前列腺图像（a）在直肠内和盆腔相控阵线圈接收曲线的分析校正之前和（b）之后的比较。在校正后的图像中，去除了靠近直肠内线圈的高信号强度，与相邻的健康前列腺外围区（高T2信号强度）相比，可以更好地显示前列腺癌（低T2信号密度，白色箭头）。此外，重要的解剖特征，如前列腺囊和图像左侧前列腺囊中的阶梯角（b）可以更清晰地显示囊外扩散（黑色箭头）。
了解癌症在前列腺外的扩散对于确定是否需要局部治疗、全身治疗或两者联合治疗至关重要。T2加权快速自旋回波成像的应用(27)盆腔相控阵列结合直肠内线圈可以显著改善囊外扩张（ECE：准确度=81%；敏感性=84%；特异性=80%）和精囊浸润（SVI：准确度=96%；敏感性=83%；特异度=98%）的评估，从而改善前列腺癌的分期(26). 然而，由于男性在疾病早期就被诊断出来，而且在核磁共振图像上无法直接看到癌症通过前列腺包膜的微观扩散，因此通过核磁共振检测前列腺包膜外扩张变得越来越困难(23). 此外，直肠内/相控阵MRI的分期准确性在不同读者之间仍存在很大差异。最近的一项研究报告，在同一研究中，两个不同读者的总体分期准确率分别为93%和56%(28). 尽管读者之间的差异可能是由于读者经验和主观性的差异造成的，但MRSI提供的客观代谢标准的增加已被证明可以减少这种读者之间的变化(29).
除了分期外，前列腺癌位置和范围的评估也变得越来越重要，因为出现了针对疾病的治疗方法，如间质近距离放射治疗、调强放射治疗和冷冻手术。迄今为止，评估临床数据（DRE、PSA和PSA密度）、系统活检、TRUS和MRI的研究表明，前列腺内肿瘤定位的结果令人失望(30-33). 高分辨率直肠/盆腔相控阵MRI显示出良好的敏感性（78%），但由于大量假阳性，肿瘤定位的特异性（55%）较低(26). 这些假阳性可归因于癌症以外的因素，包括活检后出血、前列腺炎和治疗效果，这些因素导致T2加权图像上的低信号强度类似于前列腺癌(33,34). 将高度癌症特异性的代谢信息添加到MRI的敏感性中，显著提高了前列腺六分仪癌症定位的总体准确性(35).
前列腺癌的代谢鉴定-MRSI
与MRI一样，MRSI利用强磁场和无线电波，根据细胞胞浆和细胞外导管中存在的内源性化学物质（代谢物）的相对浓度，非侵入性地获取代谢信息（光谱）。在前列腺MRSI中，必须抑制大组织的水和脂质信号，才能检测到前列腺代谢物柠檬酸盐、胆碱、肌酸和多胺，这些代谢物的浓度要低得多(36-39). 从前列腺稳健采集MRSI数据所需的技术刚刚问世，需要非常准确的体积选择(36,37)和有效的外部体积抑制(38). 柠檬酸盐、胆碱、肌酸和多胺的共振发生在光谱中不同的频率或位置，尽管胆碱、肌酐和多胺峰值在1.5T处重叠(和E）。这些共振下的区域与各自代谢物的浓度有关，这些浓度的变化可用于高特异性地识别癌症(39). 具体来说，在前列腺癌区域的光谱中()柠檬酸盐和多胺显著减少或缺失，而胆碱相对于周围健康周围区域组织的光谱升高().
a： 代表性的接收轮廓校正的T2加权FSE轴向图像取自体积数据集，显示右中央区至基底的大肿瘤（与). 所选光谱体积（粗体白框）和八个轴向光谱切片之一的16×8×8光谱相位编码网格的一部分显示在（b）T2加权图像上，（c）对应的0.3 cm三质子光谱阵列。癌症（d，红盒）区域的光谱显示，相对于健康外围区组织（e，绿盒）区域，胆碱显著升高，柠檬酸盐和多胺减少或缺失。以这种方式，代谢异常可以与整个前列腺的解剖异常相关联。当所有三种代谢标记物（胆碱、多胺和柠檬酸盐）的变化与癌症的影像学表现一致时，MRI/MRSI联合检查的强度得到了证明。未来研究的重点将是增加代谢标记物的数量，并通过与早期蛋白质和遗传变化的相关性更好地了解这些变化的原因。
MRSI产生的连续体积阵列（0.24–0.34 cc体素）可以绘制整个前列腺，由于MRSI和MRI是在同一检查中采集的，因此数据集已经对齐，可以直接叠加（图。-) (39). 这样，解剖异常区域（T2加权图像上信号强度降低）可以与相应的代谢异常区域（胆碱增加，柠檬酸盐和多胺减少）相关联。正是核磁共振成像和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌观察到的多种代谢变化的一致性，导致了对癌症最有信心的识别(35,40). 此外，由于收集了三维、容积MRI和MRSI数据，因此可以在任何平面（轴向、冠状或矢状）查看数据()，并且可以回顾性地改变光谱体素的位置，以便在获取数据后更好地检查MRI上的异常区域(). 这种交互分析方法将是未来使用MRI/MRSI数据的方式，并应减少与正常组织和癌组织重叠相关的解释错误。
a： 同一前列腺癌患者的冠状位T2加权FSE图像.b：从三维光谱阵列的一部分获取的日冕图像，其上覆盖光谱选择体积（粗体白框）和相位编码网格（细白线），以及（c）对应的0.3-cm三质子光谱。冠状切片是在外周带水平上进行的，MRI/MRSI（红色箭头和轮廓网格）对大体积肿瘤是一致的，肿瘤从顶点到底部累及所有右外周带，并延伸到右侧精囊（黑色箭头）。癌症区域的代谢模式具有高Gleason评分的特点。
a： 一位PSA升高（6.0 ng/ml）但活检前阴性的患者的T2加权轴位图像和相应的光谱阵列。左外周区T2信号强度低的小病灶提示癌。MRSI光谱阵列没有与周围区域最佳对齐，MRI异常在两个体素之间分裂，导致临界代谢异常。b： 在后处理过程中，向下移动光谱阵列，使MRI异常集中在光谱体素（红框）中，产生明显的代谢异常（胆碱+肌酸）/柠檬酸峰面积比大于正常值3个标准偏差。随后的TRUS引导活检证实了癌症的存在。
a T2加权MRI图像和b：体内MRSI光谱与右侧基底（图像左侧）前列腺癌的存在一致。c体外1H HR-MAS光谱。从该区域切除的单片前列腺癌组织（Gleason 3+3）的d H&E染色和E MIB-1免疫组织化学染色。
前列腺光谱学的优势之一是，导致观察到的代谢变化的许多生化机制现已为人所知，并与致癌阶段和治疗反应相关。健康的前列腺上皮细胞具有合成和分泌大量柠檬酸盐的独特能力(41). 前列腺癌患者柠檬酸盐的减少是由于两种细胞功能的改变(41,42)以及组织的组织，导致其特征性导管形态的丧失(43,44). 从生化角度来看，前列腺癌中柠檬酸盐的丢失与健康前列腺上皮细胞中锌含量异常高的变化密切相关(45,46). 在健康前列腺上皮细胞中，高水平锌的存在抑制了乌头酸酶，从而阻止了柠檬酸盐在克雷布斯循环中的氧化。因此，在健康腺前列腺组织的MRSI光谱中观察到高水平的柠檬酸盐。前列腺癌患者锌水平显著降低，恶性上皮细胞净柠檬酸盐生成和分泌能力下降(45,46). 有强有力的证据表明，失去保留高水平锌的能力是前列腺癌细胞发生和发展的重要因素(45,46). 人们还认为，前列腺上皮细胞转化为柠檬酸氧化细胞，可以提高能量生产能力，对恶性肿瘤和转移过程至关重要(47).
与其他人类癌症一样，前列腺癌中胆碱峰值的升高与细胞膜合成和降解的变化有关，这些变化伴随着癌症的演变和进展而发生(48,49). 磷脂酰胆碱是生物膜中含量最丰富的磷脂，它与其他磷脂，如磷脂酰乙醇胺和中性脂质一起，形成细胞特有的双层结构，调节膜的完整性和功能(50,51). 高分辨率31P和1手术前列腺癌组织提取物的核磁共振氢谱研究表明，许多参与磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺合成和水解的化合物（胆碱、磷酸胆碱、甘油磷酸胆碱、乙醇胺、磷酸乙醇胺和甘油磷酸乙醇胺）有助于体内“胆碱”共振的强度(52-56). 也有证据表明，这些磷脂代谢物的细胞溶质水平的变化与细胞增殖有关(57-60)和细胞分化(61-63). 此外，上皮细胞密度的变化也有助于观察到前列腺癌中“体内”胆碱共振的增加，因为密集的恶性上皮细胞取代了正常的导管形态，形成前列腺癌结节，直肠指诊常常可以触及这些结节(44). 在最近对人类前列腺细胞提取物进行的高分辨率核磁共振研究中，有力的证据表明前列腺癌中磷酸胆碱和甘油磷酸胆碱升高与磷脂代谢改变有关，而不仅仅是与细胞密度增加、倍增时间或其他非特异性效应有关(64).
前列腺光谱学的另一个优势是，在同一个体素中发生多种代谢变化，这表明存在癌症。历史上，前列腺癌的代谢检测依赖于两种代谢标记物（胆碱和柠檬酸盐）(65). 然而，体外前列腺组织的高分辨率核磁共振研究已经确定了几种前列腺癌的新代谢标记物，包括多胺、肌醇、青霉素肌醇和牛磺酸(53,55,56,66-70). 其中最有希望的是多胺，在健康前列腺周围区组织和主要是腺性良性前列腺增生（BPH）的光谱中，多胺的含量非常高，在前列腺癌中含量显著降低(67,70). 与含胆碱化合物的变化类似，细胞多胺水平的变化与细胞分化和增殖有关(71,72). 此外，最近已经证明，MRSI可以检测到癌症区域多胺的丢失，从而提高胆碱和肌酸峰的分辨率() (73). 目前正在进行研究，以确定这种代谢变化如何进一步改善前列腺癌的检测和特征。
当前临床发现
在过去十年中，数千名前列腺癌患者接受了MRI/MRSI联合检查。其中许多患者随后接受了根治性前列腺切除术，从而为确定MRI/MRSI联合评估前列腺癌的实用性和准确性提供了“金标准”（即切除腺体的逐步切片组织病理学）。以下对前列腺切除术前患者的研究提供了令人信服的证据，证明了MRI/MRSI联合应用在改善个体患者前列腺癌特征方面的临床潜力。
MRI/MRSI联合应用改善前列腺癌分期
MRI单独检测精囊侵犯具有良好的准确性（96%；) (26). 然而，评估癌症通过前列腺包膜的扩散更为困难（准确率为81%）(26)由于早期癌症检测，显示癌症严重扩散（在MRI上直接可见）的男性越来越少，因此评估变得更加困难。在最近对53例早期前列腺癌患者的研究中，基于MRSI结果的肿瘤体积估计与高特异性MRI标准相结合(74)为了评估MRI/MRSI联合预测囊外癌扩散的能力。本研究基于先前的组织病理学研究，该研究证明肿瘤体积是前列腺癌囊外浸润（ECE）的重要预测因子(75,76). 结果发现，MRSI估计的每叶肿瘤体积显著(P（P）<0.01）ECE患者较高（2.14±2.3 cm三)与没有ECE的患者相比（0.98±1.1厘米三) (29). 此外，在ECE的高特异性MRI结果中增加了肿瘤体积的MRSI估计值(74)提高前列腺癌囊外浸润MRI诊断准确性并降低观察者间变异性() (29). 在前列腺癌根治术前对37名患者进行的一项最新研究中，发现MRI中加入MRSI可以提高前列腺癌肿瘤体积测量的总体准确性，尽管测量的可变性仍然限制了肿瘤体积的一致定量估计，尤其是小肿瘤（小于0.5 cm）三) (77).
联合MRI/MRSI改进腺内癌定位
已经证明，MRSI在代谢识别癌症方面的高度特异性也可以用于提高MRI识别前列腺内癌症位置和范围的能力(35). 在前列腺癌根治术和分步病理检查之前，对53名经生物检证实的前列腺癌患者进行了一项研究，结果表明，使用MRI/MRSI与仅使用MRI相比，前列腺六分仪（左侧和右侧基底部、中间腺和心尖部）的癌定位显著改善(35). MRI和MRSI的联合阳性结果表明肿瘤的存在具有较高的特异性（91%），而当任何一项测试单独表明肿瘤存在时，则具有较高的敏感性（95%）（图。-) (35). 在最近的另一项研究中，发现将六分仪活检阳性结果添加到一致的MRI/3D MRSI结果中，进一步提高了前列腺六分仪对癌症定位的特异性（98%），而当任何单独检测对癌症呈阳性时，再次获得高灵敏度（94%）。这两项研究仅使用（胆碱+肌酸）/柠檬酸盐比率来检测前列腺癌的代谢。添加其他代谢比率（胆碱/肌酸、柠檬酸盐/正常柠檬酸盐）以及添加新的代谢标记物，如多胺，有可能进一步提高前列腺癌代谢评估的准确性。
a： 一名55岁前列腺癌患者于2000年6月接受调强放射治疗，其当前PSA为0.6 ng/ml，其中腺的典型接收曲线校正了T2加权MR图像。八个轴向切片之一的16×8×8光谱相位编码网格的一部分显示在（A）T2加权图像上，（b）对应的0.3 cm三质子光谱阵列。随后通过超声引导活检证实前列腺左侧（图像右侧）存在癌症。
前列腺癌侵袭性评估
MRSI信息也可能为肿瘤侵袭性提供新的见解，从而改进前列腺癌患者的风险评估(24). 在根治性前列腺切除术前对26例经生物病理证实的前列腺癌患者进行的初步MRI/MRSI研究中，光谱体素在后处理过程中发生变化，位于分级病理学和T2加权MRI定义的癌症区域内。从这些体素获得的光谱表明，柠檬酸盐减少的幅度和胆碱升高与病理性Gleason评分之间存在线性相关性。胆碱升高的幅度是Gleason评分最显著的预测因素，胆碱显著(P（P）<0.0001）在高级别（Gleason 7+8）癌症中高于中等级别（Gleason 5+6）癌症(78).
当前临床应用
在未经治疗的患者中，MRI/MRSI联合提供的改进的腺内癌定位、分期和癌症侵袭性评估目前主要用于两种方式。患者转诊进行MRI/MRSI的主要原因是为了改善治疗选择。一位考虑“谨慎等待”的患者提供了MRI/MRSI对治疗选择产生影响的典型例子。该患者的PSA为4.7 ng/ml（7.5%游离PSA），右叶Gleason（3+3）和（3+4）前列腺癌的六个活检核心中有两个呈阳性（图。-). 根据这些临床和病理结果，谨慎等待似乎是一个可行的选择。然而，MRI/MRSI的发现与从心尖到基底的几乎整个右外周区（图像左侧）的大量异常一致(). 代谢异常包括柠檬酸盐和多胺几乎完全丢失，胆碱/肌酸比值（Cho:Cr=5-10）非常高，对应于T2加权MRI上的低信号强度区域。基于MRSI上大量恶性肿瘤和MRI上囊膜不规则，预测了肿瘤的囊外扩散(). MRI也有精囊侵犯的证据(). 根据这些发现，决定患者应尽快接受激素剥夺和外照射联合治疗。
治疗前转诊进行MRI/MRSI检查的另一组重要患者包括PSA水平升高或升高但TRUS引导活检阴性的男性。由于前列腺增生，这些患者的中央腺体往往非常大，这给TRUS引导的活检带来了采样问题，或者他们的癌症位于难以活检的部位，例如前列腺尖部(79). 在一项初步研究中，发现针对这些患者的癌症的MRI/MRSI可显著提高随后TRUS引导活检的阳性率(80). 此类患者的示例如所示患者在扫描时PSA为6.0 ng/ml，高于扫描前1年的3.8 ng/ml PSA，之前活检呈阴性。在靠近前列腺囊的心尖左侧观察到一个非常小的代谢异常区域，对应于一个低T2加权MRI信号的小病灶。随后的TRUS引导活检证实了该区域的前列腺癌（Gleason评分=3+3，核心的10%）。目前正在进行一项研究，以确定MRI/MRSI靶向癌症的价值，并将其与无MRI/MRSI靶点的第二次系统TRUS引导活检进行比较，这是在一个之前活检阴性的大队列患者中进行的。
越来越多接受MRI/MRSI检查的患者在接受各种治疗（激素剥夺治疗、放射治疗、冷冻手术和根治性前列腺切除术）后怀疑局部癌症复发。由于PSA可检测或升高，这些患者通常被怀疑患有复发性癌症。然而，使用PSA检测来监测治疗效果并不理想，因为PSA对前列腺癌没有特异性。此外，放射治疗（外照射和近距离放射治疗）后，PSA水平可能需要1-2年或更长时间才能达到最低点(81,82). 此外，对于接受激素剥夺治疗等直接影响PSA生成的治疗的患者来说，PSA数据的解释更为复杂。传统的成像方法，包括TRUS、CT和MRI，由于治疗引起的组织结构变化，在治疗后往往无法区分健康组织和恶性组织(83,84). 确定残留组织或复发组织是否为恶性的唯一明确方法是对随机活检进行组织学分析，这些活检容易出现抽样错误，并且在治疗后更难进行病理学解释。
研究表明，MRI/MRSI可以区分冷冻手术后残留或复发的前列腺癌与正常组织和坏死组织(39,85,86). 在一项对25名冷冻手术前后患者的研究中，组织学证实坏死组织(N个=432个体素）显示出所有可观察到的前列腺代谢物的丢失，而组织学证实的良性前列腺增生区域的（胆碱+肌酸）/柠檬酸盐比率（0.61±0.21，N个=52个体素）和癌症（2.4±1.0，N个=65个体素）。这些初步研究表明，MRSI可以区分成功的治疗（前列腺代谢产物的完全丧失）和残留疾病。随后的研究表明，MRSI也可以检测到激素剥夺治疗失败后的残留疾病(87,88)和放射治疗(89).图中显示了一例左叶生物病理性癌患者，在进行MRI/MRSI检查时，PSA为0.6 ng/ml，这是实施调强放射治疗近3年后的结果。与有效的放射治疗相一致，许多光谱体素（图像左侧）显示所有前列腺代谢物完全丧失（代谢性萎缩）。然而，在图像的右侧，一些光谱体素显示前列腺代谢异常（（胆碱+肌酸）/柠檬酸盐>正常值以上3 SD）。这一代谢异常区域后来经活检证实为残留癌。
除了MRI/MRSI有可能提供治疗后前列腺癌存在和空间范围的直接测量外，有证据表明，MRI/MRSI可以提供反应时间过程的测量和有关治疗反应机制的信息(88). 例如，前列腺柠檬酸盐的产生和分泌被证明受睾酮和催乳素的调节(42)MRSI观察到在完全阻断激素后柠檬酸盐的早期显著减少(88). 此外，在开始激素剥夺治疗后，癌症和健康组织中的所有前列腺代谢物都会随着时间而丢失(88). 这一发现与随着激素剥夺治疗持续时间的延长而出现的组织萎缩频率增加相一致，并被认为是有效治疗的指标(90). 前列腺癌患者长期（12个月）完全激素剥夺治疗（Lupron和Casodex）的形态学和代谢后果示例如所示在MRI上，整个周围区域显示弥漫的低信号强度，这使得区域解剖和病理很难识别。MRSI显示，所有前列腺代谢物的信号完全丢失（代谢性萎缩）。
a： T2加权图像和对应的0.3-cm三一位77岁双侧Gleason 3+4癌症患者在联合（Lupron和Casodex）激素剥夺治疗1年后的光谱阵列。MRI/MRSI扫描时PSA为0.4 ng/ml。b： 停止激素剥夺治疗1年后同一患者的相应T2加权图像和光谱阵列。代谢和PSA（4.5纳克/毫升）已明显恢复，MRSI证实双侧复发癌。
此外，最近对间歇性激素剥夺治疗患者的研究表明，停止治疗后代谢恢复的时间过程也可以通过MRI/MRSI进行监测，与中所示的患者相同停止激素剥夺治疗1年后，MRI显示前列腺带状解剖结构明显恢复，MRSI显示代谢恢复。此外，观察到双侧代谢异常的恢复与治疗前的活检结果一致。目前正在研究MRI/MRSI在评估前列腺癌治疗后的存在和空间范围方面的准确性(87); 时间进程对代谢性萎缩的预测价值；无法检测的新陈代谢持续时间；代谢恢复率，尤其是癌症。在治疗后的早期检测残留癌症，以及监测治疗反应的时间进程的能力，将允许通过附加治疗进行早期干预，并对治疗效果进行更定量的评估。
未来发展方向
上述研究提供了令人信服的证据，证明将MRI/MRSI数据添加到PSA和活检数据中可以改善治疗前单个患者前列腺癌的特征，并提供有关其治疗反应的信息。然而，尽管这看起来很有希望，但目前世界上只有少数几个学术医疗中心拥有这项新技术的经验。在下一阶段，必须在多个机构实施和验证MRI/MRSI，并且必须进行大规模的患者研究，以确定MRI/MRSI对改善前列腺癌患者管理的真正临床价值。临床上还需要进一步提高前列腺癌检测和定性的敏感性和特异性，特别是对于小肿瘤和早期疾病。
目前正在研究MRI/MRSI的几种新应用。一个很有潜力的领域是使用MRI/MRSI改进放射治疗计划。MRI/MRSI治疗计划的动机是，与MRI相比，非断层CT高估了前列腺的体积，并且不足以确定前列腺的复杂解剖结构(91). 使用盆腔相控阵和直肠内线圈获得的MR图像改善了前列腺的清晰度、复杂的带状解剖结构和重要的周围结构。将这些信息整合到治疗计划中有可能减少输送到靠近前列腺的解剖结构（即直肠、膀胱和神经血管束）的剂量，从而降低对正常组织的损伤发生率。MRI、MRSI和活检结果也可用于确定前列腺内主要前列腺内病变（DIL）的分布(79). 最近的两项研究表明，MRI/MRSI数据结合CT有潜力通过调强放射治疗（IMRT）选择性优化前列腺癌区域的放射剂量(92)或近距离放射治疗(93).
最近工作的另一个领域是使用MRI/MRSI改进组织选择，以进行体外光谱分析。以前对人类前列腺组织的体外高分辨率核磁共振（NMR）研究涉及到相对盲目的组织取样，并且需要费力的组织提取程序。在一项初步研究中，使用术前MRI/MRSI数据在25个靶向样本中的25个样本中发现前列腺癌(69). 这项研究表明，MRI/MRSI指导可以显著提高用于生物标志物发现的组织样本的质量。组织提取之前是必要的，因为在正常旋转条件下，完整组织中分子的运动限制导致光谱极宽。组织提取的两个主要缺点是：1）组织被完全破坏，无法进行随后的组织病理学分析；提取过程中可能会丢失不稳定的代谢物。固体“魔角旋转”（MAS）核磁共振技术已经存在了几十年；然而，它们只是最近才应用于完整组织(94,95). 通过快速旋转样品（≥2 kHz）和特定角度（θ=54.7°），MAS显著降低了化学位移各向异性和偶极-偶极相互作用，从而可以获得具有窄线宽的类溶液光谱。由于HR-MAS光谱是非破坏性的，因此样品随后可以进行组织病理学、免疫组织化学、遗传学或其他分析，从而提供前列腺癌病理、生化和代谢评估之间先前缺失的联系。如所示复合体内胆碱共振的升高是由于磷酸胆碱、甘油磷酸胆碱和胆碱的显著增加。此外，与正常外周区组织相比，癌症中柠檬酸盐和多胺的含量显著降低。正在进行的研究旨在确定前列腺癌的新代谢标记物，并将代谢模式与特定组织类型以及细胞增殖（MIB-1）、凋亡（p53）和血管生成标记物相关联(53,55,56,66-70). 未来的研究需要确定代谢变化是否与特定蛋白质或基因变化相关。此外，MR技术的不断改进，例如更高磁场的临床扫描仪（3-7特斯拉），将允许在患者中开发新的代谢标记，也将允许获得更高空间分辨率的MRI/MRSI，以及更精细的解剖和代谢细节的可视化。
在同一检查中添加其他类型的成像序列可以提供额外的功能信息，这将进一步提高前列腺癌检测和定性的信心。快速动态成像首次对比增强前列腺癌可以提供有关前列腺癌微血管和血管生成的有价值信息(96-101). 前列腺癌区域，尤其是高级别肿瘤，其特征是早期快速增强，与周围组织相比，洗脱速度更快。
此外，最近的几项研究(102,103)已证明对前列腺进行基于单次激发回波平面成像（EPI）的扩散加权成像的可行性，以及该技术在显著降低表观扩散系数（ADC）的基础上识别周围区域癌症的潜力。最近的另一项研究(104)已经证明，单次激发快速自旋回波/快速采集加松弛增强（FSE/RARE）扩散张量成像序列可以产生质量优于EPI序列的图像，并且观察到活检证实的癌症的ADC和各向异性与正常外周区相比显著不同(104). 未来的研究需要解决这些新功能参数在添加到MRI/MRSI患者检查中时的增量值。
致谢
合同授予赞助商：NIH；合同授予编号：R33-CA32610；R01-CA79980；R01-CA59897；R29-CA64667；F32-CA84774；合同授予赞助商：美国癌症协会；合同授予编号：RPG96-146-03-CCE；合同授予赞助商：CaPCURE基金会。
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