第二节 常见组织器官放射损伤的影像学特征
据报道，局部或全脑照射（whole-brain irradiation，WBI）引起的认知功能障碍如痴呆症在成年患者中发生率高达50%，尤其是放疗6个月后的长期幸存者。而儿童癌症幸存者由联合放疗和化疗引起的认知后遗症具有更高的迟发性脑损伤发生率，常为永久性并发症。严重影响患者生活质量（quality of life，QOL）。
早年迟发性放射性脑损伤的研究主要局限于犬半脑单次大剂量照射后CT、组织学和神经系统的临床变化等观察与分析。后发展为用MRI对大鼠、猫、狗和猪脑的大剂量单次照射以及小鼠脑分次照射的损伤模型进行研究。迟发性放射性脑损伤在CT上常表现为脑白质密度减低，在MRI上表现为T2WI异常高信号。但常规影像仅仅反映脑损伤后的结构改变，无法研究其功能性改变，是其局限性所在。
分次全脑照射导致大鼠进行性认知功能障碍，出现脑内脱髓鞘、胶质增生和脑白质坏死。认知功能障碍也可能发生在全脑照射后一年，而不伴有少突胶质细胞和有髓轴突细胞的数量改变。这些结果往往复杂多变，这就要求更敏感的成像技术来突出显示微观结构和代谢水平。
急性期放射性脑损伤的发生主要由于血脑屏障受到破坏，血管通透性增加，内皮细胞受损，导致脑水肿、颅内高压和一过性神经功能受损所致。常规MRI可以显示早期呈“指样”的反应性脑白质水肿，表现为T1WI呈等或低信号，T2WI上呈高信号，FLAIR上呈高信号，增强后无明显强化。其中T2WI序列能显示其范围大小、部位边缘及信号异常。
放疗后双侧颞叶早期迟发性放射性脑损伤主要表现为少突胶质细胞的脱髓鞘改变伴轴索水肿，FLAIR上呈高信号，较常规T1WI、T2WI敏感。增强后可见点状或者结节状强化灶，随后实性的强化结节逐步演变成环形边缘强化，这是由于放疗导致血管纤维蛋白原沉积，使血管管腔变厚变窄，引起组织缺血及血管再生所致。
晚期迟发性放射性脑损伤主要为神经细胞凝固性坏死，伴反应性胶质细胞增生，最终形成囊变空洞，周围出现大片水肿。囊变表现为圆形或卵圆形、边界清楚的T2WI高信号灶，壁较薄。与肿瘤复发及残留肿瘤组织的强化方式颇为相似，需要通过功能MRI如扩散张量成像、MRS等进行鉴别。
常规MR仅是粗略地观察放射性脑损伤的时间进展，尽管较CT敏感，但不能反映放射性脑损伤内部多种细胞成分的相互作用，不能提供生理指标，钆（Gd）增强MRI虽然是血脑屏障破坏的敏感标志物，但并不能区分引起这种破坏的病因，如肿瘤再生和放射性脑损伤。同样，T2WI和FLAIR高信号可以代表许多异常，包括浸润性肿瘤，血管性水肿和放射性损伤。因此，常规MRI序列提供精确的解剖细节，但却是非特异性的。由于放射性损伤与肿瘤复发的治疗原则截然相反，而区分两者的可靠方法往往依赖活检病理。但因其有创性，故并不总是可行。即使手术或活检了，由于胶质瘤的异质性，受制于组织取样的位置差异，所得病理结果往往是多变的。
损商（lesion quotient）的概念是指T2WI内的低信号结节区域面积除以其对应的T1WI增强区域面积。Stockham等研究指出肿瘤复发组织的损商值>0.6，其敏感性和特异性分别为59%和41%；放射性损伤组织的损商值<0.3，其敏感性和特异性分别为8%和91%。Kano等对一组68例患者研究结果提示，T1增强与T2区域匹配时高度提示肿瘤进展，两者不匹配时提示放射性脑损伤，其敏感性和特异性分别为83.3%和91.1%。但损商的算法受主观影响较大，T1增强区域有时很难找到T2WI上相对应的低信号团。故此法敏感性波动较大，可靠性有待进一步验证。
MR扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）是临床普遍应用的、能对活体组织中水分子运动进行成像与测量的方法。可从分子水平反映人体组织的空间组成信息及病理状态下各组织内水分子的运动变化，通过DWI图及测量表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）定性定量分析与组织含水量改变相关的早期形态学及生理学变化，对放射性脑损伤的潜伏期及早期的微观损伤做出预判。King等研究发现，DWI较常规MR对放射性脑损伤的早期发现更敏感。由于损伤区域的细胞膜破裂，水分子扩散增加，DWI呈低信号，而ADC值明显升高。而肿瘤组织细胞密度增加，细胞外间隙变窄，水分子扩散受限，导致DWI信号升高，ADC值明显降低。据此，DWI可鉴别放射性脑损伤与肿瘤残留或复发。
放射治疗后脑白质损伤的特点是认知功能障碍与MRI上脑白质高信号（white matter hyperintensities，WMH）。放射治疗后脑白质损伤相关的危险因素包括放射治疗的类型、总的照射剂量、年龄的增加、发病前的智力、心血管危险因素、同步化疗和遗传倾向等等。Molad等试图检测其中一个危险因素来预示放射性脑损伤的存在。采用DWI及磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging）检测放射性损伤区域中微梗死灶及微出血灶，结果显示发生率均很低，不支持“放射治疗后脑白质损伤是小血管病变的产物”这一观点。因而不能简单地将其归为一个独立影响因素去预测放射性脑损伤的存在。值得注意的是，放射治疗会增加缺血性脑卒中的发生风险，这就引出了一系列思考：放射治疗后脑白质损伤和认知功能障碍并不是由于小血管病变本身引起，而是继发于其他可能的原因，如炎症、细胞直接毒性、血管内皮细胞和血脑屏障的破坏、少突胶质细胞的缺失、髓鞘的崩解、轴突功能障碍和神经突触的变化等等；阐明这些病变如脑微梗死、微出血、淀粉样脑血管病等的性质应成为未来临床病理研究的方向，并力求做到与分子影像学所见一一匹配。
MR扩散张量成像主要应用于评估迟发性中枢神经系统放射损伤。在儿童和成人的局部/全身放射治疗的患者中，扩散张量成像已应用于评估早期脑白质损伤。最近一项密歇根大学的扩散张量成像前瞻性研究以接受部分脑照射的高级别胶质瘤患者（n=19）、低级别胶质瘤患者（n=3）和良性肿瘤患者（n=3）为观察对象，分组测量放疗前、放疗中和放疗后扩散张量成像各项指标，分析显示放疗后胼胝体膝部（前部）和胼胝体压部（后部）出现了渐进性变化。在放疗后的前3个月内，剂量依赖性脱髓鞘（即增加幅度λ∥>λ⊥）主要发生于接受高剂量放疗的区域。但在放疗后6个月，弥漫性脱髓鞘不再局限于高剂量放疗区域。研究表明扩散张量成像指标能检测出接受部分脑照射患者常规MR表现正常的脑白质（normal appearing white matter）的潜在变化。弥漫性脱髓鞘的存在提醒临床早期进行干预以避免发生永久性迟发性放射性白质损害。
Xiong等的研究显示鼻咽癌患者放射治疗后颞叶λ∥值及FA值下降而λ⊥值增加，恢复时间分别为9个月和1年，而FA值没有恢复到放射治疗前水平，因此可以看出λ∥对轴索损伤敏感，λ⊥对脱髓鞘病变敏感，而FA值对脱髓鞘或者轴索损伤都没有特异性。放射性脑损伤常常是两者同时存在。在放射治疗停止后一段时间，FA可反弹性地回升，这可能是由于髓鞘再生引起的，但其数值并没有恢复到先前水平，这也许和观察研究的时间还不够长有关。Wang等人研究证实FA值在晚期迟发性脑损伤阶段比急性期恢复很多，ADC值在急性期及早期迟发性脑损伤阶段的下降与健康对照组相比没有统计学意义，提示ADC不如FA值敏感。研究认为星形胶质细胞增生和脱髓鞘是导致FA值下降的主要原因，而神经元萎缩是引起FA值较早出现下降的原因；晚期细胞外基质水肿，血脑屏障破坏导致自由水增加而结合水减少，ADC因此上升，但由于轴索扩散运动减弱，故FA值依然下降。ADC值在后期迟发性反应上是降低的，这可能是由于放射治疗会导致血管内皮细胞增殖，神经胶质细胞反应性增生、晚期炎症细胞浸润。同时，脱髓鞘也会导致复合水的减少和自由水的增加，所有这些变化限制了周围水分子的扩散，从而引起ADC值下降。
有实验研究结果提示，用6MV光子（照射剂量为28Gy）对大鼠脑进行右侧半脑照射1年后，扩散张量成像的FA值在海马的同侧缘较外囊显著降低，说明海马穹窿伞对放射治疗具有选择性易损性。在大鼠脑白质损伤的纵向评价成像中，进行25~30Gy半脑照射后2~48周，FA值逐步减少，这是由照射后4~40周的λ∥减少和λ⊥增加所构成，并在照射后48周λ∥值恢复到基线水平。此外，λ∥的变化与反应性神经细胞胶质增生有关，而λ⊥与神经细胞脱髓鞘相关。对中年大鼠进行分次全脑照射1年后，研究发现有大量髓鞘组织的轴突（胼胝体、扣带回、皮质深部脑白质）的扩散张量成像参数FA值并无明显变化。然而，随后由分次全脑照射引起的损伤却依然出现于顶叶皮质表层，并与该部位的FA下降呈负相关。这些研究结果表明，分次全脑照射引起的变化可能在缺乏髓鞘的轴突、细胞外基质或突触区域更加明显，而在有髓纤维束区域相对较少。
有研究报道放射性脑损伤的ADC值、λ∥值、λ⊥值的降低相对于肿瘤复发而言，差异具有统计学意义；也有报道显示放射性脑损伤的ADC值增加和FA值降低相对于肿瘤复发有意义。Chapman等人对10例患者进行海马扣带回和颞叶脑白质扩散张量成像参数测量，放疗后早期λ∥值的降低和λ⊥值的增加与晚期迟发性损伤导致认知能力下降均有统计学意义；扣带回λ⊥值在放疗后3周内的增加与放射剂量具有明显相关性；>50%的患者的λ⊥值在3~6周内接受>12Gy放疗后有显著增加。此研究表明急性期与早期放射性脑损伤改变与晚期认知功能障碍具有线性相关，因此早期影像诊断并进行临床干预意义重大。有研究显示放射性脑损伤具有比脑原位肿瘤坏死中央（呈低信号）更低FA值和更低ADC值；放射性脑损伤具有比脑原位肿瘤坏死周围区域（呈高信号）稍低ADC值。在放射性脑损伤周围区域的λ∥值比肿瘤组织周围和中心区域都低，λ⊥值比肿瘤组织中心区域要低，这表明放射性脑损伤具有降低水分子扩散的属性。λ⊥值是鉴别放射性脑损伤和肿瘤复发或残存最优参数，其次是ADC，再次是λ∥值。且选择病灶中心区域测得的参数值比周围区域更可靠。
脑动静脉畸形（arteriovenous malformation，AVM）强化方式不同于肿瘤，是一种较理想的研究放射性脑损伤的疾病模型。Flickinger等用此模型研究放射性脑损伤，发现12Gy放射治疗后额叶发生放射性脑损伤的风险最低，而脑桥、中脑发生的风险最高。超过12Gy放射剂量发生放射性脑损伤的风险进一步增加。
在儿科肿瘤研究领域，扩散张量成像可作为评估放疗相关性神经系统损害的临床工具，并对智商（intelligence quotient）进行辅助评测。一项儿童髓母细胞瘤和急性淋巴细胞白血病（acute lymphoblastic leukemia）患者放疗后扩散张量成像的横断面研究发现，随着年龄、放疗剂量和治疗时间间隔的调整，FA值的下降与智商评分的下降相关。和对照组相比，儿童髓母细胞瘤患者的额叶和顶叶白质中FA值显著减少。在相同的放射治疗剂量下，额叶的FA值下降幅度比顶叶明显，提示贯穿整个儿童期和青春发育期，由有髓白质纤维参与构成的额叶对放射治疗更加敏感。
海马区放射损伤可能与学习、记忆和执行功能的长期缺陷有关。这一区域的脱髓鞘或轴突损伤可能影响海马和其他大脑皮质之间的交流效率，从而影响学习和记忆。密歇根大学一项研究中以12例因脑转移行全脑放射治疗（总剂量30~37.5Gy）的患者为对象，观察海马旁回和边缘系统的白质纤维束放疗前、放疗结束和放疗后一个月的扩散张量成像参数演变，发现全脑放疗一个月后，FA值在海马旁回显著降低（图11-2-1），λ⊥显著增加而λ∥没有发现显著的变化，提示白质的早期脱髓鞘（图11-2-1D）。这项研究提示扩散张量成像可无创性监测全脑放疗后的海马区域功能改变，并预测放疗后患者的认知功能障碍。
笔者随访观察35例鼻咽癌患者在放疗前、放疗后0~3个月、放疗后3~6个月及放疗后6~9个月MoCA量表评分及扩散张量成像各参数，对两侧颞叶海马区的FA值、λ∥、λ⊥进行纵向比较和组间统计分析，发现鼻咽癌患者放疗后早期3个月内λ⊥值（诊断阈值为3.51~3.54）即发生改变，预示着早期放射性脑损伤脱髓鞘病变存在的可能性。一项汇集11篇文献的Meta分析显示过去10年中扩散张量成像对早期诊断放疗后脑损伤的研究结果尤其是FA值对提示急性和早期迟发性放射性脑损伤具有重要诊断意义，而λ∥下降和λ⊥增加对诊断早期放射性脑损伤的意义尚需增加样本量进一步研究。
Q采样成像是一种更加准确而又精细的MRI扩散方法，测量参数包括GFA（generalized fractional anisotrophy），QA（quantitative anistrophy），ISO（isotropic value）。Shen等对5只新西兰白兔研究指出在外囊区GFA右/左的比值首先渐行性下降，随后逐步恢复，但在其他三个部位（脑皮质、丘脑和海马）没有明显趋势规律；QA和ISO右/左的比值在四个区域都具有相似的趋势规律，即在放疗后一周快速增加，随后进入平台期，而后再渐进性下降；在丘脑区QA和ISO右/左的比值比其他三个区域显示了更为规律的斜率值。研究还表明Q采样成像参数比扩散张量成像参数更能清楚显示放射性脑损伤的演变。
目前临床研究主要评估在脑局部放疗后正常表现的脑组织的血浆量（VP）和Ktrans的变化。Ktrans和Vp均能反映放射治疗后血管内皮细胞损伤所致的血脑屏障通透性或灌注效应，这种效应与放射介导的细胞死亡和凋亡有关。高Ktrans提示受损，低Ktrans提示血脑屏障完整。Ktrans值在放疗后第六周达到高峰，并以剂量依赖性的方式降低；它在6个月返回到基线水平。但VP则以分次低剂量放疗（<20Gy）的剂量依赖效应发生变化，这种增加并没有统计学意义。高剂量方案显示，大剂量放疗后辐射诱导VP更快和更高幅度的增加，这种增加具有显著不同。虽然VP在放疗后降低；这种下降在放疗后6个月仍低于基线水平。但在放疗6个月后，血管微环境在放疗后的第三周期间变化明显，这是由于左侧大脑半球的额叶和颞叶血管微环境的改变与霍普金斯词语学习测试（HVLT）的语言学习成绩下降具有显著相关。Robbins等选取12位患者的海马和非海马作为感兴趣区进行测量，研究结果表明放疗后6周Ktrans达到最高，随后以剂量依赖的方式逐渐下降，至放疗后6个月恢复到基线水平。而Vp在<20Gy时轻微上升，随着放疗剂量的加大，Vp明显升高，到6个月时下降，呈剂量依赖性。并且放疗后三周的VP在两个ROI区均与放疗后6个月的HVLT学习成绩有关。这些数值的初始测量验证正在临床研究中，这些功能特征性参数能够反映放射性脑损伤早期血管微环境的改变，可以作为放射性脑损伤的生物学标志物，且与晚期认知功能障碍密切相关。
血流动力学参数指标有相对脑血容量（relative cerebral blood volume，rCBV）、相对脑血流量（relative cerebral blood flow，rCBF）和平均通过时间（mean transit time）等。放射性脑损伤导致局部微循环血管内皮细胞肿胀、内皮细胞增殖、内膜增厚，引起血管通透性增加、微血管灌注不足等病理改变。放射性损伤病灶内缺乏新生血管，相对脑血容量rCBV明显降低，并且局部相对脑血流量也降低。造影剂平均通过时间延长的程度与放疗剂量及放射性脑损伤的严重程度呈正相关。Sugahara等测量脑肿瘤放疗后造影剂强化区域的相对血容量比值（rCBV病灶/rCBV对侧正常组织），发现放射性脑损伤强化病灶的相对血容量比值低于0.6，而肿瘤复发强化灶高于2.6，当比值介于0.6~2.6之间时需进一步行PET检查。
rCBV在肿瘤中增加，放射性损伤中则减少。有研究对脑转移瘤的放疗术后进行评价，发现复发患者的rCBV值范围从2.1到10，而放射性脑损伤的rCBV值范围从0.39到2.57。最佳的rCBV阈值确定为2.1，使用该阈值结果的敏感性为100%，特异性为95.2%。基于这些有限的数据，rCBV可能是区分放射性损伤与肿瘤复发的一个工具（图11-2-2）。
3D-ASL利用射频和脉冲序列将供血动脉内自然存在的质子进行翻转，从而获得脑部灌注信息；并且由于采用脉冲-连续式标记技术及将水作为自由扩散的内在示踪剂，而无外源性造影剂的注入，所以对于病灶的灌注信息评估理论上应该更准确。将放疗前后一定脑区域作为标记，经过一个从标记区到成像层的通过时间后，血中已标记的自旋在成像层毛细血管区与组织水自旋交换，将所得T1图像经过剪影处理，产生灌注加权CBF的图像。血流量的减少可以反映特定脑区的活动功能减弱，故放射性脑损伤时ASL的CBF值降低。通过应用一定的动力学模式，CBF可以被定量测定，从而评估放射性脑损伤的程度。此种方法有可能成为一种无创性的预测放疗引起的认知功能障碍的发生发展的技术。由于3D-ASL空间分辨率略低，对于较小病灶的定量分析欠准确；并且3D-ASL图像对于病灶边界的勾勒较灌注成像略显不足。ASL由于用快速成像序列的缘故在颅底等处颞叶损伤时会产生较大的磁敏感伪影、信噪比不够高、分辨率有限。
MRS主要测定①NAA，是主要的神经元标记物，它的降低与受照后神经元损伤和功能障碍具有相关性。②Cho，与细胞膜的合成和（或）代谢的增加有关，它在肿瘤和炎症过程中都升高，在放射性损伤区域Cho变化也具有波动性。③Cr，是一种能量代谢的标志物，在大脑中浓度相对恒定。尽管有研究质疑Cr在肿瘤细胞缺氧等复杂条件中的稳定性，但Cr还是被用作分母来计算代谢率，如Cho/Cr和NAA/Cr比值。④mI，是一种胶质细胞标记物，并用来作为髓鞘破坏的指标。⑤Lip-Lac峰，反映无氧代谢，大部分放射性损伤的乳酸/（<总的Cr+磷酸肌酸>即tCr）明显升高，可见明显的Lip-Lac峰，而完全囊变的坏死液化区，波峰均消失。Li等对27只小白鼠的观察证实Lac和Lip峰有27%（4/15）位于放疗后四周，58%（7/12）位于放疗后五周，56%（5/9）位于放疗后六周，67%（4/6）位于放疗后七周，67%（2/3）位于放疗后八周。
在急性期和早期迟发性放射性脑损伤中，NAA/Cho明显降低（NAA较Cho下降幅度要大），Wang等的研究结果表明鼻咽癌患者在放疗后6~12个月，颞叶的NAA/Cho比值有所恢复，NAA/Cho在放疗后超过12个月高于急性期和早期迟发性反应期，但低于正常对照组的脑白质代谢水平，这也表明放射性脑损伤患者的NAA/Cho水平在经历了急性和早期迟发性反应阶段可以部分但不完全地恢复到基线水平，NAA/Cr与NAA/Cho水平类似，但由于Cr值在6~12个月与NAA有同步改变，统计学没有显著性差异，故此期间敏感性不如NAA/Cho（图11-2-3）。
有研究显示Cho/Cr比值在放疗后无明显统计学意义，这可能有两方面的原因：①在急性和早期迟发性放射性脑损伤阶段，脑胶质细胞增殖使Cho含量增加，损伤细胞的修复与代偿加速了代谢，使Cr含量也升高；②随着放射性脑损伤的发展，细胞膜结构的破坏导致代谢降低，Cho和Cr暂时性降低，使Cho/Cr没有显著变化。因此常用NAA/Cho和NAA/Cr作为监测指标。
MRS也可用于评估放疗后脑白质的代谢物变化。在急性淋巴细胞白血病患者放疗后的横断面研究中发现，经过鞘内注射甲氨蝶呤和预防性头颅照射后，MRS可检测出NAA/Cr、Cho/Cr比值随着放疗时间（5.6~19年）的延长而降低，提示晚期放射性脑损伤继发于NAA、Cho的下降。在11例成人低级别胶质瘤或初发良性肿瘤的前瞻性研究中，如垂体瘤和脑膜瘤接受部分脑放射治疗后，在放疗期间和放疗后6个月内，脑白质中的脑代谢物发生显著改变。同先前的研究类似，从放疗后3周开始持续到长达6个月的时间内NAA/Cr和Cho/Cr比值均减少。在一项成人神经胶质瘤的横截面研究中，放射性损伤的高信号区（radiation-induced hyperintensity areas，RIHA）较脑白质区的代谢产物变化更加明显。在RIHA区，NAA和Cho均下降，提示髓鞘损伤和轴突坏死；在脑白质区，Cho的减少，提示由于内皮细胞辐射效应导致组织灌注受损，使得形成髓鞘的少突胶质细胞发生膜损伤。
很少有大样本的临床前期数据研究用于MRS检测脑照射后正常组织代谢物的变化。Herynek等对成年雄性大鼠的海马进行双侧γ刀照射35Gy，发现此辐射剂量导致严重的功能和结构损害，8~12个月后使用4.7T MRS检测，选取ROI体素大小约30mm3，可观察到Cr和NAA减少。Chan等对年轻雄性大鼠进行单剂量6MV光子相当于28Gy照射剂量行右侧大脑半球照射后12个月，用7T MRS检测，选取ROI体素大小约64mm3，发现Cho、谷氨酸、乳酸和牛磺酸的水平均显著增加。这些神经白质的改变在组织学上已经得到证实。Atwood等使用7T MR检测，选取更大的ROI（体素约为125mm3），发现分次全脑照射后52周的大鼠脑代谢物变化与认知功能障碍的改变存在潜在的相关性。MRS显示分次全脑照射40Gy剂量12周后，在分次全脑照射组和未照射组大鼠间的脑代谢产物或认知功能障碍并没有表现出任何显著的差异。相反，与年龄相匹配的未照射组相比，照射组52周后MRS分析显示其NAA/（tCr）比值和（谷氨酸+谷氨酰胺）/tCr比值显著增加，以及mI/tCr比值减少。这些大鼠照射后54周的神经认知功能在受照动物组中显著降低，表明MRS能敏感检测放射性脑代谢物变化，这些变化可能与辐射引起的认知功能损害有关。然而，最近的研究表明，采用这种分次全脑照射大鼠模型，脑组织中的代谢产物变化发生于放射性认知功能障碍的表达之后，且这种变化并不能引起或预测放射性认知功能障碍。
MRS在放射性脑损伤鉴别诊断方面的应用研究进展如下：
Smith等人的研究还指出MRS不仅可以分析肿瘤和放射性脑损伤之间的代谢变化，还能指导患者的进一步临床检查，如患者的脑损伤区域Cho/NAA比值小于1.1，可以建议影像学检查随访，来监测此时代谢水平以判断脑损伤的进展，若比值超过2.3则建议活检除外肿瘤复发或残留发生的可能。高Cho水平与肿瘤病情的进展有关，而低Cr水平则与放射性脑损伤关系更为密切。Ando等人的研究证明Cho/Cr的阈值为1.5时，诊断肿瘤复发的敏感性和特异性分别为64%和83%，当阈值上升到2时，其敏感性和特异性进一步上升为87%和89%，当诊断肿瘤复发的敏感性和特异性为89%和83%时，Cho/NAA阈值为1.17，Cho/Cr的阈值为1.11，当然这些研究缺乏病理学证实。MRS的缺点就是缺乏精确区分肿瘤组织和放射性坏死组织的分界，若两种情况同时存在，MRS就很难定性。目前还没有确切研究出Cho/NAA的阈值以更好地区分肿瘤组织与放射性脑损伤。
Chuang等人通过一系列的Meta分析，得出NAA在鉴别肿瘤复发和放射性脑损伤中的作用比rCBV更具有争议性。Meta分析研究显示两组之间Cho/NAA比值有显著差异。然而，当分析可疑病变的MRS时，Krouwer等人发现Cho/NAA比值不仅在肿瘤中而且在非肿瘤脑损伤中也会增高，这些非肿瘤脑损伤组织学显示为炎症和反应性星形胶质细胞增生。基于Cho/NAA比值的结果差异也可能与放射治疗后的时间有关，特别是在肿瘤坏死的情况下。例如，Cho在放射治疗后的开始几个月内增加，然后随着放疗后放射性损伤开始出现而减少。Estève等人观察到放疗后4个月正常脑组织中的NAA/Cho显著降低。因此，Cho/NAA比值增高可能是由于早期辐射引起的炎症、脱髓鞘或者神经胶质增生，这些变化会随着时间推移而下降。
Chernov等人发现在对9例患者使用FDG-PET、单体素MRS、多体素MRS进行的一项小型研究中，在任何体素中将Lip/Cho>3定义为放射性损伤，NAA/Cho<1及Lip/Cho<3定义为肿瘤复发。FDG-PET在预测放射性损伤方面具有50%的敏感性和80%特异性；单体素MRS具有50%的敏感性和100%的特异性，多体素MRS具有100%的敏感性和特异性。尽管得出这些结果的样本量比较小，但MRS仍然是区分肿瘤复发和放射性损伤的一种很有前途的技术，并在不断研究中。
总之，MRS是一项监测辐射引起的脑组织代谢物变化的无创成像技术。由于在接近脑室、头皮和手术夹的ROI区域可能存在信号污染，邻近肿瘤周围的正常组织也可能影响局部磁场的均匀性和数据的质量，故临床重复测量脑肿瘤区域的化学代谢物，面临重大的技术挑战。
1H-MRS研究正常大脑照射后发生放射性损伤的代谢物变化局限于采用单体素或单层二维化学位移成像方法，来进行大脑局部有限体积覆盖的代谢物测定。有研究使用3D 1H-MRS的方法对脑胶质瘤患者放射治疗后进行代谢测定，发现正常脑区的平均Cho增加，但是在这项研究中没有说明Cho水平的全脑区域差异，这种方法不提供空间信息，因此不适合评估组织区域的放射性损伤。Sanjeev等人运用三维全脑回波平面波谱成像（3D whole brain echo planar spectroscopic imaging，3D-EPSI）的方法进行放射性脑损伤的研究。据悉，3D-EPSI主要用于弥漫性神经系统疾病中神经元损伤的研究，可以形成高空间分辨率的全脑代谢图，而尚未应用于评估正常脑的放射性损伤。在这个研究中利用高空间分辨率3D-EPSI数据可以确定正常脑区放射治疗后发生急性和早期放射性损伤的可行性（图11-2-4）。
之前的MRS研究采用单体素或单层多体素的方法，因此是大脑中有限的一个小区域。相比之下3D-EPSI方法可以测量整个大脑在一个相对较短的时期内代谢产物的全局改变，且具有优良的空间分辨率和信噪比。3D-EPSI技术主要能够显示同一时期大脑不同区域（无论是幕上还和幕下）发生放射性损伤的不同层次对比的高质量波谱概念图。NAA和Cho水平是由神经元的完整性和细胞密度/细胞膜改变决定的，受以下几个因素的影响，如递质的黏度、细胞密度、细胞核质比，膜结合细胞器的扩散屏障，分子致密性和主动运输的存在。且由于这项研究只是初步尝试，故样本量小，缺乏相应的EPSI参数间的相关性数据。由于EPSI代表代谢数据的绝对浓度，有助于更广泛的评估放射性损伤的严重程度。
许多类型的肿瘤细胞增殖迅速，并且具有比正常细胞更高的蛋白质和肽的细胞含量。最近的MRI-蛋白质组学相关性实验显示人类多形性胶质母细胞瘤中的蛋白质表达与Gd增强相关。在Gd增强区域中观察到的蛋白质种类和蛋白质表达水平均高于非强化区域。单体素MRS结果也显示，MRS可检测人脑肿瘤中的移动大分子质子浓度高于正常白质，并且随着肿瘤等级的增加而增加。APT-MRI通过允许间接检测内源性蛋白质和肽主链中的酰胺质子信号来扩大分子MRI技术领域。根据目前的理论，组织中的APT成像信号主要涉及两个因素：移动酰胺质子含量和酰胺质子交换率，这取决于组织pH。幸运的是，尽管细胞外pH较低，但肿瘤组织中的细胞内pH变化常常较小（增加<0.1单位），这使得肿瘤中APT信号增加主要是由于细胞质内蛋白和肽含量增加。
在放射性损伤和活体肿瘤模型中，Zhou等人研究比较了APT图像、钆增强T1加权图像（Gd-T1WI）和组织学的表现。使用Gd-T1WI图像来识别病变。这些增强图像在所有三种病理（放射性损伤组织、肿瘤组织和正常组织）中表现相似，可以识别高信号区域但不区分病变。在所有放射性损伤病例中，APT信号在损伤区域（通过Gd-T1WI图像识别）相对于对侧未受损伤的大脑区域为低或等信号。在这些受损伤区域的APT低信号中有“暗”坏死核心。坏死核心对应于Gd-T1WI图像上的中心增强区域。Gd-T1WI增强区域延伸到坏死核心外部，而APT相对于对侧脑组织是等信号。这种损伤变化通常发生在同侧半球，特别是在穹窿、外囊、内囊和脑梗的白质中。相比之下，Gd-T1WI图像有强化的SF188/V+和9L标记的胶质瘤的APT成像在积极生长的肿瘤区域中显示为高信号，与Gd-T1WI图像中的肿瘤轮廓相匹配。此外，与先前对动物和人类的APT研究一致，APT信号在Gd-T1WI不强化的肿瘤周围区域一直较低，例如在肿瘤周围水肿和脑室中。因此，APT高信号是脑肿瘤的独有特征。上述结果表明，虽然放射性损伤和活体胶质瘤显示出类似的T2高信号和Gd-T1WI增强的MRI特征，但是它们具有明显不同的APT图像，即放射性损伤的低或等信号和肿瘤的高信号。这种明显的差异清楚地表明，内源性细胞蛋白和肽的APT信号可用于区分活性肿瘤与放射性损伤。
临床前期动物模型和病例研究也能证实APT成像可鉴别肿瘤复发或残存组织和放射性脑损伤。在肿瘤组织中由于内源性移动性蛋白质和肽的过度表达，APT呈高信号；在放射性脑损伤内，脑实质的凝固性坏死导致细胞内移动性蛋白和肽减少，APT表现为低信号。
Wang等人对白鼠脑内损伤坏死核心、坏死周围及对侧正常组织的ADC、CBF和APTw（由磁化转换率MTR换算而得）的定量研究中，表明损伤周围ADC值较正常脑组织高，而坏死核心趋势是降低的；在CBF图中，与正常脑组织相比，坏死核心和坏死周围MRI信号强度降低；而APTw在坏死核心的信号强度较对侧正常脑组织低。因而在缺血缺氧导致的低灌注区域（pH下降），APT成像可用来确定缺血半暗带。ASL与1%~2%的自由水信号改变有关，而APT则拥有更高的3%~5%，因此APT的信噪比要比ASL高。放射性损伤病变中的低APT信号可能与由于细胞质丧失导致的移动胞质蛋白和肽的缺失有关。相反，肿瘤高度细胞化，在APT图像上表现为高信号。因此，APT信号是对放射性损伤不敏感，却对活性肿瘤非常敏感，是其成像生物学标志物。APT成像在活体分子蛋白水平作为内源性对比剂，用来探索肿瘤组织或放射性脑损伤的分子属性。
Zou等人研究显示16例儿童肿瘤患者视觉皮层刺激信号BOLD信号在接受放疗后的脑实质信号有所减低。然而，基于体素的BOLD信号在放射性脑损伤和正常脑组织间的改变有没有统计学意义，尚未有其他相关性研究来证实这一观点。这种功能性MR研究会成为一种无创性检测放射性脑损伤所致认知功能障碍的可靠方法。以往对放射性脑损伤的研究主要探讨白质损伤为主，郑小丽等人研究发现，与放疗前组比较，放疗后0~6个月组及6~12个月组均出现多个灰质容积异常的脑区。这就是基于体素的形态学分析（voxel-based morphometry）技术，通过静息态BOLD的matlab spm后处理，对鼻咽癌放疗后脑灰质体积的减少进行研究，可以探讨放射性脑损伤另一方面的微观结构改变。当然，VBM法本身存在一定局限性，包括空间标准化、时间分割等过程会对结果带来难以避免的误差。且此类研究尚处于探索阶段。
FDG-PET的应用是根据肿瘤代谢时FDG摄取增加和放射性损伤时FDG摄取减少的原理。因为病灶的摄取必须要与正常组织相比，但它是否邻近皮层活动、邻近灰白质交界处、邻近白质或灰质却不得而知。而不同的研究有不同的敏感性和特异性，且这些研究很少有病理证实。
一项研究显示47例在立体定向放射治疗后发生放射性脑损伤和肿瘤复发的患者，运用FDG-PET与相邻的灰白质交界处进行比较。但是并不常用与MRI区域结构配准的方法，而这些患者中已知有14人采用了这种方法比较，发现FDG-PET的敏感性是75%、特异性是80%。那些没有和MRI区域结构配准而明确有脑转移的患者，FDG-PET的敏感性是65%、特异性是80%。即在相同特异性的情况下，MRI配准增加了FDG-PET的敏感性，使其增长了86%。虽然这种方法并不是完全正确，但这对于建立有效的诊断非常有帮助。其他研究发现这一方法结合FDG-PET的运用统计结果不尽相同。Ricci等人发现这种技术不明确，而Thompson等人证明了这种技术不敏感。不管怎样，总体来说FDG-PET并不是一项比较完美的诊断放射性脑损伤的技术。
最近，通过对受分次全脑照射影响的非人灵长类动物（NHPs）的迟发性匹配样本认知功能任务区的研究中，发现使用FDG-PET成像可以测定局部葡萄糖代谢/吸收率（CMRglc）。大脑区域CMRglc是在该区域神经突触活动的一个指标，已成为研究老年痴呆症的标准技术。在全脑照射前一周进行PET扫描，显示在进行迟发性匹配样本任务时脑区激活的区域为前额叶背侧皮质区、内侧颞叶（MTL）、顶叶皮层（楔前叶）和背侧纹状体（DStr）；这些区域在人和灵长类动物均与认知功能密切相关。正如预期的那样，分次全脑照射后9个月再次进行PET扫描发现认知功能明显受损，提示与分次全脑照射前相比楔叶和前额叶背侧皮质区的葡萄糖代谢降低。相反，在分次全脑照射前不参与迟发性匹配样本任务的小脑和丘脑区域，葡萄糖代谢增加，提示额叶皮层下电路的潜在不平衡。事实上，癌症患者接受分次全脑照射后，包括前额叶背侧皮质区、海马、楔叶和运动回这些区域执行高阶执行功能的能力均出现下降。
由于FDG-PET的局限性，研究中使用了其他PET示踪剂，包括11C-甲基-蛋氨酸、O-（2-［18F］fluorothyl）-L-酪氨酸、3，4-二羟基-6［18F］fluoro-苯基-丙氨酸（FDOPA）和3-O-甲基-6-［18F］fluoro-L-DOPA等。例如，Chen等人通过FDOPA（即苯丙氨酸的氨基酸类似物）对81例患者进行的一项小型研究证实，基于肿瘤比正常纹状体的阈值>1.0的标准，在肿瘤和放射性损伤摄取水平的差异具有统计学意义，其敏感性为96%而特异性可能达到100%。与通过对图像目测进行诊断的FDG-PET相比，FDOPA-PET的敏感性为96%而FDG-PET仅为61%。我们也运用其他核医学的方法即铊-201（Tl）-SPECT来区分放射性损伤与肿瘤复发，放射性坏死的指数<3.0，肿瘤复发的指数>5.0。在这2个值之间的患者，每月扫描一次，持续2个月，直到结果落在其中一个数值范围中。这些指数如果仍然在2个值内的认为是放射性损伤。使用这种方法和阈值，其敏感性为90%、特异性为90.5%。然而，就像PET研究具有矛盾性一样，其他部分研究也表明Tl-SPECT和FDG-PET没有统计学差异。
近来基于超顺磁性氧化铁颗粒（ultrasmall superparamagnetic iron oxide，USPIO）和钆螯合物分子探针为策略的分子影像手段，研究放射性脑损伤已成热点。Emmert等人在研究中用常规MRI（1.5T）对MPIO标记的干细胞进行在体MR成像，发现颞叶放射性脑损伤内的靶向MPIO所引起的T2信号强度与值均降低。Jefferson等人通过一系列分子生物学实验发现靶向MPIO与内皮细胞靶点分子结合后并未引起细胞表型的改变及结构的重组，也未引起类似淋巴细胞与内皮细胞结合后的炎症反应，故无明显细胞毒性作用。朱叶青等人利用细胞间黏附分子链接微米级氧化铁颗粒（ICAM-MPIO）建立放射性脑损伤动物模型并分组（靶向组、非靶向组、对照组及钆增强组，每组6只），实验结果显示ICAM-MPIO靶向识别激活内皮细胞，其结合效率约为非靶向组的5倍，临床3.0T MR能清晰显示病灶区域ICAM-MPIO所引起的T2低信号；且靶向组注射前后T2信号减低幅度约为非靶向组的7倍。Kiani等人用ICAM-1抗体链接荧光素微球利用光学成像技术来早期发现放射性脑损伤，但是由于MPIO表面所使用的惰性材料在人体内不能被降解，尚未批准用于人类研究。
放射性肺损伤（radiation-induced lung injury，RILI）是胸部放射治疗后患者最常见的副反应之一。放射治疗是肺癌的主要治疗方法，但由于肺的高放射敏感性产生副反应而应用受到限制。放射性肺损伤的发生和表现取决于许多因素：①受照射肺组织体积；②照射野形状；③照射剂量；④分次照射的次数；⑤照射时间；⑥有放射治疗史；⑦化疗的进行与否；⑧皮质类固醇激素的应用；⑨有肺基础疾病；⑩个体易感性等。
放射性肺损伤通常分为早期（或急性）期损伤和晚期损伤。胸部放射治疗的主要副作用是放射性肺炎（radiation pneumonitis）和后期发生的不可逆性肺纤维化。无创性放射影像技术可以用来评估局部损伤、功能降低，并预测临床相关结果。早期检出放射性肺炎，可通过适当修改放射治疗方案、化疗剂量的减少和（或）皮质类固醇的应用而减少炎症的发生，以改善患者的预后。然而，肺损伤的影像学表现并不总是伴随有临床症状。例如，接受放射治疗的肺癌患者中，50%~100%会发展成为影像学可见的肺损伤，而只有5%至35%的患者出现临床症状。同样，接受放射治疗的乳腺癌患者，多达63%的人发展为影像学可见的肺损伤，而只有34%或更少的患者出现临床症状。
放射性肺炎的影像学表现可随炎症（急性）的加重而密度增高，或伴有肺体积缩小和胸膜增厚（晚期）而呈高密度。胸部X线平片和CT是临床上最常用的检测放射性肺损伤的方法。CT比胸部X线平片更为敏感，因为它提供了肺部的三维可视化信息。目前可通过三维（3D）CT提供肺剂量体积直方图（dose-volume histogram，DVH）参数来预测放射性肺炎的发展。通过检测肺密度的变化，评估与晚期损伤有关的纤维化。
MRI也可用于检测放射性肺炎，包括DCE-MRI和T1WI/T2WI增强MRI。近来，超极化3He-MRI已用于检测肺癌患者照射后放射性肺炎。这些技术都是基于形态和功能的变化，这些变化可能已发生在损伤的后期阶段。对于在细胞水平上与放射性肺炎相关的早期代谢变化的生物学标志物敏感成像，可为早期检测RILI提供一种方法。
在检出和评估放射性肺损伤方面，高分辨率CT（high resolution computed tomogram，HRCT）明显优于常规CT。放射性肺炎在HRCT上主要有三种影像学表现：①均匀的磨玻璃影，均匀累及肺的照射部位；②斑片状实变，包含在照射野内的肺组织，但并不一定符合照射野的形状；③散在性实变，符合照射野形状，但不均匀累及肺的照射部位。前两种表现代表弥漫性或斑片状放射性肺炎；而第三种表现则说明有进行性机化和早期纤维化的发生。虽然放射性肺炎的特征性表现局限于照射的肺区域，但多达20%的病例在照射野之外也能看到较轻度的放射性损伤。Mah等人对54例放疗后患者进行的一项前瞻性研究显示有2例轻度放射性肺损伤超出于照射野边缘，表现为小范围的磨玻璃样、斑片状或均匀分布的实变。放射治疗后肺部病变的HRCT表现见表11-2-1。左乳癌切除术患者切线野放射治疗后的放射性肺炎见图11-2-5。
HRCT异常表现持续超过放射治疗后9个月则说明可能发生了肺部纤维化。在CT上表现为索条状影、进行性肺体积丧失、进行性致密实变、牵引性细支气管扩张或在辐射野内的胸膜增厚等。与放射性肺炎相比，纤维化和体积丧失导致正常肺组织和受照射肺组织间的边界变锐利，使得异常肺区域呈特征性的清晰锐利且具有笔直的边缘。相邻的肺组织常过度充气，呈广泛的大疱性改变。放疗引起的胸腔积液不多见，而胸膜增厚是放疗后的常见表现。需注意，在照射野内发生肿块或密度增加影，尤其是不含有空气支气管征者，常提示肿瘤复发。
最近研究的热点在于立体定向放射治疗后放射性肺损伤。Aoki等人在31例原发性或转移性肺部病变接受立体定向放射治疗的研究中，发现放射治疗后2~6个月CT肺组织密度无症状性增加，放射治疗后6个月和15个月后发生晚期纤维化反应。虽然所有31例患者都出现了影像学改变，但没有患者出现严重症状（如需要类固醇治疗）。研究发现，当随访的CT检查结果与治疗计划CT的剂量分布进行比较时，CT定义的放射性肺损伤的肺组织密度变化的最小剂量范围为16~36Gy。
SPECT显像是评估局部肺功能如灌注和通气的敏感方法。荷兰癌症研究所（NKI）的研究人员通过研究证明放疗可影响肺部通气和灌注，灌注在测量正常肺组织损伤方面比通气更敏感。从生理学角度看，肺能够选择性地减少局部血流到不通气区（通过毛细血管收缩），而不是通过减少通气到达无灌注区（支气管较少能够收缩）。因而通气量的减少通常会导致灌注减少。因此，灌注是一个用来评估放射治疗所致放射性肺损伤更敏感的指标。一项放射性核素灌注研究以半胸照射（单剂量25Gy或28Gy照射4~6周后）的大鼠为研究对象，使用示踪剂锝（99mTc）大颗粒白蛋白对肺组织灌注进行评估，结果显示照射导致肺动脉灌注明显下降。
放疗前后的SPECT图像可以根据三维剂量分布不同，形成放射治疗所致局部肺损伤的剂量依赖性的特征图，并进行对比分析。灌注缺损比通气缺陷更常见，且两者都比在CT图像上的变化更为常见。
研究者利用三维图像融合技术，将放射治疗前后CT密度、SPECT通气和SPECT灌注显像的变化与3D区域剂量分布相关联，分析放疗所致放射性肺损伤的剂量依赖性。一些研究者通过确立肺损伤放射学表现的范围和临床相关症状之间的联系，来显示肺功能试验（pulmonary function tests）下降和区域灌注的综合变化之间的相关性。虽然具有统计学意义，但是肺功能试验减少的性能和综合反应之间的相关性相对较弱，表明肺功能试验的放疗后改变还有其他因素的存在。Gopal等人研究显示，肺的临床症状和区域功能变化的估计总值之间具有强相关性。
FDG-PET成像可通过反映区域功能信息，用于评估放疗所致放射性肺损伤。Hart等最近一项研究指出，在101例食管癌患者放疗后3至12周，FDG-PET区域活动呈剂量依赖性增加。此外，局部炎症变化的严重程度与症状发生率显著相关。局部成像变化的范围/程度与全区功能的变化关系尚需深入研究。
Shioya等评价大鼠20Gy单次照射半胸后2周内辐射诱导的肺组织损伤程度，发现MRI能敏感地检测正常肺组织受照射后的早期改变。动物实验及临床研究均证实用DCE-MRI可鉴别急性放射性肺炎和晚期纤维化。Muryama等最近的一项研究表明，速度编码流（velocity-encoded cine，VEC）MRI检测肺动脉高压，可作为放射性肺炎的预测指标。MRI也有可能检测治疗过程中肿瘤反应的差异，指导肿瘤治疗计划的适应性改变。
动态核极化（dynamic nuclear polarization）技术的进步已经成为13C-活体MRI技术的基础，在C-1位富含13C的丙酮酸分子由于可被高度极化，并将13C-丙酮酸转化为代谢产物如13C-乳酸、13C-碳酸氢盐和13C-丙氨酸。13C-乳酸到13C-丙酮酸的变化信号比（用lac/pyr表示）可反映肺组织缺血情况。
超极化13C MR波谱成像（13C magnetic resonance spectroscopic imaging）就是在此研究基础上发展出来的检测肺组织缺血情况的成像技术。有研究通过在肺的适形放射治疗（照射后5、10、15和25天）大鼠放射性肺炎模型中量化区域性lac/pyr的比值，对每个时间点的MRS和组织学数据进行成像和切片处理，并根据巨噬细胞数量的增加，与定量（即细胞计数）的肺组织学分析相结合，并与健康年龄相匹配的大鼠相比，讨论放射性肺炎中lac/pyr变化的潜在起因。而MRS成像方法如下：体素大小约3.75mm×3.75mm×8mm，覆盖在轴位1H T1WI图像上，分别从左肺、右肺和心脏区域对13C进行测量，每个部分4个体素，总共12个体素，所有动物的体素位置相对于1H-MR图像应保持一致。
Kundan等人使用右肺适形照射后的大鼠放射性肺炎模型，发现在照射后的所有时间点，照射组和非照射组肺中lac/pyr的测量均显示升高。研究结果显示照射后5~15天细胞因子发生改变，以及照射后3天~4周DNA发生损伤。与照射后第10天相比，在第25天观察到受照右肺中的lac/pyr显著减少，在稍后时间点测量出来的巨噬细胞活性也减少，这是放射性肺炎初始阶段炎症消退的证据。此外，lac/pyr的增加证实了整个肺部对适形放射治疗的损伤反应，既包括照射放疗部位（右肺内侧）也包括对侧未照射部位（左肺）。在任何照射时间点的心脏代谢lac/pyr比值均未发生改变，这就说明与健康人群相比，照射人群中心脏区域缺乏lac/pyr增加、血液乳酸水平升高和PaO2减少，恰恰表明损伤反应局限于肺部，而不受其他系统性的影响。这也证实了适形放疗符合肺照射的临床标准，也保护了其他周围组织包括心脏组织免受照射的影响，且适形照射具有较低的辐射剂量，也可能本身降低了组织损伤水平。
有研究表明lac/pyr的变化可能与放射性肺炎相关的巨噬细胞活性增加有关，这由照射后肺组织的lac/pyr和巨噬细胞计数之间的强相关系数所验证。照射组的巨噬细胞计数均高于健康组，表明巨噬细胞来源于肺外，并且这些渗出的巨噬细胞来源于与早期放射性肺炎发生发展相关的细胞因子。因此，巨噬细胞的定量测量是早期放射性肺炎炎症发生的可靠指标。因此，在涉及适形放疗的放射性肺炎大鼠模型中，可以使用超极化13C-丙酮酸MR波谱成像来绘制早期代谢变化。
在未来，笔者希望有较大样本量的13C-丙酮酸MR波谱成像研究也可以通过测量不同适形放疗（剂量、剂量率、分割方案等）引起的放射性肺炎的局部反应，对放射性肺炎消退过程中的放射性肺损伤进行及早干预。
胸部的放射治疗野包含心脏部分时，则可引起心脏放射性损伤。乳腺癌和霍奇金病患者由于其生存期长，若频繁使用蒽环类药物化疗，则容易发生晚期心肌损伤。一般来说，这些副反应至少要等到治疗后10年才能显现出来，借助放射影像学方法可及早发现并干预。
核医学成像提供了关于心功能的定性和定量信息，并且是评估冠心病患者心肌损伤的敏感手段。心肌SPECT显像技术能够产生三维图像，是目前应用较多的平面核素显像技术；心肌SPECT提供左室心肌灌注和功能的无创性评估，如心室壁运动的变化和左室射血分数。放疗后早期扫描可能有助于评估放射性心肌损伤。灌注缺损的发生率与左室照射量有关，并可在乳腺癌患者放疗术后持续6年以上。
Gyenes等进行了一项前瞻性研究，对12例乳腺/胸壁放疗前及放疗后1年的患者进行Tc-99m甲氧基异丁基异腈显像研究。其中6例（50%）在照射野内的左心室某些部分出现新的灌注缺损，而且缺损的位置与左心室的照射体积相对应，但超声心动图没有发现左室壁的节段性运动异常，心电图也没有发现异常改变。Seddon等对24例左乳腺肿瘤患者和12例右乳腺肿瘤患者对照组进行了SPECT心肌灌注显像，这些患者至少5年前均进行了放射治疗。发现左侧乳腺癌患者中17/24例（70.8%）出现了心肌灌注缺损，而右侧乳腺癌中仅2/12例（16.7%）出现了心肌灌注缺损。几乎所有左侧乳腺癌患者的心肌缺损位于心尖部，也就是包含在放疗照射野中的心脏部分，因此这一结果由放疗照射所致部位决定。在杜克大学的一项前瞻性研究中，16/55例（29%）乳腺癌患者在放疗后6~12个月检测到新的放疗相关灌注缺损。灌注缺损的发生率与左心室的照射量有关，若左心室包含的放疗照射野<5%，则新灌注缺损发生在大约10%~20%的患者中；若左心室包含的放疗照射野>5%，则新灌注缺损发生在大约50%~60%的患者中。这些研究使用的SPECT成像均是基于患者心脏结构生成的无衰减校正。然而，使用相同的技术来生成放疗前后的图像，并将这些图像进行相互比较，所有的数据必须都基于放疗前后对比剪影的图像，故衰减校正的存在与否并不能独立解释这些研究结果，也就是说对于在放疗前后图像中没有经历显著解剖学改变的患者，衰减校正不会影响结果的有效性。这些研究的准确性是建立在放疗前后扫描患者的解剖结构没有实质性变化这一假设的前提下。
灌注缺损与胸痛和室壁运动异常有关，但其临床意义尚不清楚。此外，相对较大的灌注缺损似乎会导致射血分数减少，尽管证明这一点的数据相当有限。SPECT检测到的异常可能是由乳房或胸壁放疗后诱发的心包瘢痕相关的衰减伪影所致，这些伪影可能被误解为放疗前心肌的灌注缺损。最近的分析表明，这是不可能的，放疗后所见的灌注变化是“真实”的，与乳腺癌和霍奇金病患者心脏SPECT变化相关的研究资料如表11-2-2所示。
越来越多的人使用PET成像进行区域性心肌灌注图的分析，因为PET与SPECT相比提高了分辨率和准确性，且具有比SPECT更短的检查时间，但同样仅限于左心室成像。
MRI可测量心肌壁厚度，利用高清增强延迟扫描可直观显示心肌损伤或纤维化，比SPECT评估内膜损伤更为敏感。MRI和SPECT都提供了有关室壁运动和射血分数的信息，但MRI具有更好的空间分辨率，因此可能更加准确。虽然MRI可全面评价心脏的功能，但目前仅用于少数肺癌患者放疗后所致的心脏病研究。
骨髓对辐射高度敏感，肿瘤附近的骨组织及骨髓受到的辐射剂量超过阈值时将产生不同程度的骨损伤和骨髓抑制。放射性骨损伤的主要病理特征是放射治疗早期出现骨髓的水肿、充血以及微血管损伤所致的出血、造血细胞死亡后早期脂肪细胞浸润；放疗晚期出现骨髓内造血细胞衰竭，小血管闭塞消失，大量脂肪细胞浸润，骨髓逐渐完全脂肪化。其间隔时间相当长，可在几年以后慢慢恢复骨髓的造血功能。这些均导致了骨髓内水和脂肪含量的比例变化，故在CT和MRI上出现异常改变。早期诊断及动态监测是预防或干预放射性骨损伤的关键。
常规CT对早期骨组织与骨髓的放射性损伤改变的敏感性较低，只能检测慢性放射性骨损伤，如骨质疏松、骨髓炎、病理性骨折及骨坏死等。但CT出现明显放射性骨损伤征象时，照射总剂量、剂量分割、照射野等放疗方案已经无法改变，骨组织及骨髓的后期改变也难以逆转。CT能谱成像（gemstone spectral imaging，GSI）及MRI对于照射后早期骨髓改变显示较敏感，有较大的应用前景。
照射后1周骨髓组织增生减低、造血细胞减少、脂肪细胞增多，并有轻度水肿，即脂肪细胞的增多比水肿更明显，故在能谱CT脂基图上表现为脂肪含量上升，而在水基图上表现为水含量下降。照射后第2周，脂肪含量明显下降，水含量明显增高。在照射后2~18周能谱CT上脂基含量和水基含量的变化逐渐趋于平缓，这可能与机体骨髓造血损伤与修复机制发挥作用有关。18周后脂基图上可见脂肪含量显著增高，水基图上水含量显著减少，此期病理显示骨髓增生极度减低，骨髓内造血细胞衰竭，小血管闭塞消失，大量脂肪细胞浸润，骨髓逐渐完全脂肪化。能谱CT成像中脂基和水基的动态变化与病理组织学上照射后骨髓的病理生理演变过程基本一致。因此，通过CT能谱成像对放疗后骨组织进行物质分离与定量测定技术，可动态评估放射性骨损伤骨髓的改变。
由于骨髓内富含脂肪、蛋白质和细胞水，故MRI能够在一定程度上直接反映脂肪和造血细胞成分的定量变化，这也是MRI能够无创检测骨髓成分的基础。在T1WI上，红骨髓呈中等信号，黄骨髓因脂肪含量较多呈高信号；在T2WI上，红黄骨髓信号强度相差不大。在抑脂序列上MR可敏感地区分红黄骨髓中的脂肪成分，红骨髓表现为与肌肉相等的等高信号，而黄骨髓因其内脂肪信号被抑制而呈低信号。Blomlie等研究了放疗引起的骨髓急、慢性变化在组织病理学和MRI上的表现。放疗后几天或几小时内即可出现细胞凋亡、骨髓水肿、循环瘀滞、髓内出血。在放疗后的第8天，MRI上即可出现明显的信号改变，T1WI信号增高，T2WI信号逐步增高，抑脂序列可见高信号的水肿带，说明此期骨髓主要发生水肿和出血，而富含大量脂肪的骨髓尚未出现；大约放疗后3~8周，骨髓变化进入慢性期，随后骨髓明显脂肪化，T1WI和T2WI均呈明显弥漫高信号，抑脂序列呈明显低信号。而在1H MRS上可见到脂峰明显耸起、峰下面积增大，而水峰下降，峰下面积减小。
MR对放射性骨损伤骨髓早期的形态学变化较CT敏感，抑脂序列能够早期发现骨髓水肿，而CT能谱成像形态学的变化落后于基物质定量测定含量的变化，尤其对于早期水含量的变化不太明显。但CT能谱成像能反映骨质改变如骨小梁有无稀疏，这一点优于MRI。CT能谱成像与MRI联合应用，有望早期诊断放射性骨损伤。
肝脏对射线有较高的敏感性，其放射敏感性仅次于骨髓、淋巴组织、小肠、性腺、胚胎和肾脏。放射性肝损伤的病理学诊断分期目前尚未有统一的标准，但其公认的特征性改变是静脉的非特异性闭塞性损伤，即肝静脉闭塞症（venous occlusive disease），在此基础上最终可发展为肝纤维化。研究发现，放射性肝损伤可在放疗后2个月内恢复，也有学者认为至少需要42个月，不能恢复者将向纤维修复方向发展为肝纤维化、肝硬化。因此，运用影像学方法早期诊断放射性肝损伤是必要的，发现损伤后及早干预治疗。目前放射性核素扫描、超声、CT及MRI等可很好地评价肝脏照射区域水肿、肝窦充血及肝脏纤维化等一系列病理特性。
核素显像为最早用于评价放射性肝损伤的影像手段，该方法简便易行、敏感性高，但存在空间分辨力不佳的固有缺陷。
SPECT通过99mTc-Phytate形成的图像表现差异检测放射性肝损伤。99mTc-Phytate入血后形成的胶体颗粒能大部分被肝脏网状内皮系统摄取，肝脏发生放射性损伤后对其吞噬能力下降，从而造成其在肝脏照射和未照射区的差异性分布。
PET-CT弥补了SPECT空间分辨率不高的缺陷。Antoch等在动物实验中发现，放疗后2~4周即可观察到肝脏的异常FDG低摄取区，8周后恢复正常。Iyer等在对下段食管癌放疗后6周发生的放射性肝损伤进行PET-CT研究发现，5例患者表现为肝脏FDG摄取异常，3例患者表现为受照射区的局限性摄取增加或减少，另外还观察到非照射区的摄取减低；该研究还发现PET-CT可能会更早发现放射性肝损伤。
局限性放射性肝损伤临床CT诊断要点为：①有明确的肝脏放疗史；②放疗后1~2个月，复查CT可见肝脏密度减低区域与照射野范围一致，与放疗前相比强化特点发生改变，肝内静脉显影降低；③没有明显的肝功能改变或肝功能改变不超过正常值的2.5倍，CT表现与肝功能变化一致；④部分病例可出现少量肝包膜下积液或腹水。
肝脏CT增强表现可反映肝脏血液循环的情况，有文献报道将放射性肝损伤的动态增强扫描分为三种表现类型：Ⅰ型——动脉期、门脉期及延迟期不出现强化，既肝损伤区较周围肝组织呈现低密度、等密度改变；Ⅱ型——肝损伤区动脉期呈低密度改变，门脉期或延迟期出现强化：Ⅲ型——肝损伤区动脉期即出现强化，门脉期及延迟期持续强化。即简单可归纳为低密度、等密度、高密度三种类型的改变。
放疗后早期，肝细胞破坏水肿，细胞外间隙减少导致动脉期无强化，同时又由于肝小叶中央静脉及小肝静脉狭窄导致了造影剂廓清延迟，延迟期出现强化，Willemart等研究证实了此点。随着肝损伤向肝纤维化发展，小叶中央静脉及小肝静脉形成特征性的静脉闭塞症的病理改变时，肝动脉血流代偿增加，出现动脉早期即强化，加之肝细胞坏死、萎缩，细胞外间隙增大，又使得强化持续至延迟期。
正常肝脏放射性损伤的CT表现为：平扫区域与照射野一致的低密度影，增强后动脉期强化不明显，直至延迟期明显强化；发生肝硬化的放射性肝损伤的CT表现为：界限清晰的低密度影，增强扫描动脉早期即出现强化，静脉期、延迟期仍然强化明显，这可能与肝硬化肝动脉血流量代偿性增加，门静脉血流量降低有关；发生脂肪肝的放射性肝损伤的CT表现为：与照射区一致的高密度影，增强后高密度影与平扫一致，可能由于照射区水含量提高或脂肪丢失所致。放射性肝损伤的CT表现类型可随着时间发生改变。放射性肝损伤的诊断金标准为肝脏穿刺活检，但因属于有创性检查，故难以普及。
正常肝脏的MR图像在T1WI上表现为肝实质信号强度均匀，呈中等信号，T2WI上呈较低信号，内部信号均匀，Gd-DTPA增强表现为动脉早期不强化或仅轻度强化，门脉期明显强化到峰值。
Yankelevitz等研究显示放疗后4周常规MR即可发现放射性肝损伤。急性期放射性肝损伤表现为与受照射区肝组织信号异常，T1WI上呈低信号，T2WI上呈高信号，Gd-DTPA增强动脉期、静脉期强化均不明显，延迟期在损伤区域周边可出现带状或小片状强化，前者是因为损伤区的缓慢强化与肝组织强化的消退，后者是由肝静脉损伤后部分肝组织对比剂回流较慢所致；慢性期放射性肝损伤表现为T1WI稍低信号和T2WI稍高信号，Gd-DTPA增强扫描显示动脉期仍无强化，但门脉期及延迟期明显强化。无论MR平扫的信号特点还是动态增强扫描的强化方式，都与放射性损伤区域肝组织充血、水肿、纤维化、肝动静脉灌注异常等病理生理学改变密不可分，如急性放射性肝损伤后、肝动脉血供代偿性增加、门静脉灌注量降低、肝静脉闭塞，这一系列的肝脏血流动力学变化导致造影剂的淤积及廓清减慢，即延迟期损伤区域呈现高信号的病理基础。
国内外学者已在动物研究中应用肝脏特异性MR对比剂即超顺磁性氧化铁颗粒（super-paramagnetic iron oxide，SPIO）诊断急性放射性肝损伤。当SPIO颗粒进入体内后，主要由正常肝脏巨噬细胞和脾脏红髓的巨噬细胞所摄取，同时SPIO颗粒具有缩短质子的T2弛豫时间的作用，亦即组织内SPIO含量越多，其在T2WI上的信号强度越低，当发生放射性肝损伤时，巨噬细胞吞噬SPIO颗粒的能力下降，导致损伤区与非损伤区肝组织内SPIO颗粒含量差异，继而产生T2WI上信号的差异。国内外研究均采用对鼠或兔进行半肝照射的方法制作放射性肝损伤模型，发现T2WI SPIO增强扫描在受照射后第3天即可检测出动物肝脏的影像学改变，表现为受照区与非受照区信号强度均较平扫降低，同时两者间分界明确，前者信号强度明显高于后者，且范围与照射野相一致。而且受照射区肝组织的信号强度与受照射剂量存在明显相关性，这说明SPIO的应用不但能发现放射性肝损伤的存在，而且能有效评估损伤的程度。因安全性未得到广泛认同，SPIO尚未在临床应用。
MRS、DWI和灌注成像等MR功能成像技术在早期发现和诊断放射性肝损伤中发挥重要的作用。Yu等对30只新西兰大白兔进行随机分组，各组进行不同剂量的照射，照射后24h行31P MRS检查，对磷酸单酯、磷酸二酯、无机磷酸盐及ATP等当量进行定，并行血液生化和病理学检查，结果提示ATP可以反映急性放射性肝损伤的程度及肝功能情况。陈宪等类似研究也表明31P MRS对放射性肝损伤的肝能量代谢测定是准确和有价值的。DWI能在分子水平早期探测肝脏疾病的病理变化。灌注成像可以反映组织不成熟血管，评价微血管表面通透性的高低。虽然上述两种成像方法均有评价放射性肝损伤的技术基础，但至今相关研究很少。
肿瘤复发时AFP异常升高，放射性肝损伤时AFP下降至正常范围或进行性下降。动态增强MRI可通过绘制时间-信号曲线测量并比较肝癌复发灶、放射性肝损伤区域及正常肝实质的强化达峰时间和相对强化峰值进行鉴别。放射性肝损伤区域的强化达峰时间长于肝癌复发灶，即放射性肝损伤具有延迟强化的特点。两者的鉴别要点如下：①肿瘤复发会出现范围进展的表现，而损伤在随访中范围不会扩展，甚至缩小；②CT平扫或动脉增强，肿瘤区较损伤区往往密度更低（至少低10HU）；③肝癌患者多由肝动脉供血，强化方式呈速升速降型，而放射性损伤因静脉闭塞症导致造影剂缓慢退出；④肿瘤复发与放射性损伤在T1WI、T2WI上信号表现相似，但增强扫描时放射性肝损伤延迟强化，静脉及门脉期仍呈高信号；⑤肿瘤复发时会出现血管、肝管的移位，放射性损伤时无此征象。
目前临床研究主要集中于放射性肝损伤的中晚期效应，此时肝脏损伤程度已严重且大多不可逆转，故及早发现并诊断放射性肝损伤，对于临床及时采取干预性治疗，阻断病情恶化具有重大意义。临床上对于放射性肝损伤缺乏可靠的影像学指标，影像学能发现放射性肝损伤的最短时间和最小辐射剂量等问题尚有待解决，如放射性肝损伤强化方式多样性的原因、影像学表现与病理学改变的联系等等。
肾是放射敏感的晚反应器官之一，损伤发展较慢，可以在照射数年后才表现出来。急性放射性肾损伤出现在照射后6~12个月内，肾动脉硬化造成血管堵塞缺血，造成肾小管的变性，发生放射性肾炎。慢性放射性肾损伤由急性演变而来，通常在照射后1年或数年后表现出来，肾小管基膜不规则增厚，肾小管逐渐萎缩，小管基膜裸露，发生肾间质纤维化和炎细胞浸润，导致肾衰，严重者危及生命。影像学检查对于放射性肾损伤的诊断和随访具有一定临床价值。
放射性肾损伤病理组织学改变为非特异性，CT及MRI上的表现亦为非特异性。急性放射性肾损伤的CT表现可正常，也可表现为皮髓质分界模糊或消失，增强可表现为放射区域造影剂密度减低。病变中后期造成肾萎缩及纤维化改变。未照射肾可出现代偿性体积增大。由于增强检查所用碘对比剂本身会加重肾脏功能的损害，所以应慎重选择。MR无辐射，软组织分辨率高，对皮髓质的显示优于CT，其诊断价值优于CT。放射性肾损伤使水分子的运动受限，可导致损伤区ADC值降低。因此DWI能活体动态反映肾脏功能的损害。