述评 Open Access
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世界华人消化杂志. 2017-12-18; 25(35): 3104-3108
在线出版日期: 2017-12-18. doi: 10.11569/wcjd.v25.i35.3104
直肠癌MRI研究进展
蔡嵘, 任刚
蔡嵘, 上海交通大学医学院附属瑞金医院放疗科 上海市 200025
任刚, 上海交通大学医院附属新华医院放射科 上海市 200092
任刚, 主任医师, 主要从事胃肠道肿瘤与儿童腹部肿瘤影像学及相关基础研究.
作者贡献分布: 本文由蔡嵘与任刚共同完成.
通讯作者: 任刚, 主任医师, 200092, 上海市杨浦区控江路1665号, 上海交通大学医院附属新华医院放射科. rengang@xinhuamed.com.cn
电话: 021-20577033
收稿日期: 2017-07-27
修回日期: 2017-11-15
接受日期: 2017-11-18
在线出版日期: 2017-12-18

核磁共振成像(nuclear magnetic resonance imaging, MRI)仍然是目前直肠癌推荐度最高、准确性相对最高、最常用的影像诊断技术, 也是美国国立综合癌症网络、欧洲肿瘤内科会议与中国大肠癌诊治规范所推荐的. 扩散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)序列的应用及表观扩散系数值的测定、背景信号抑制DWI、体素内不相干运动、灌注成像、磁共振波谱、分子影像在诸如提高直肠癌病灶的检出率及术前分期的准确率、直肠良恶性病变的鉴别诊断、治疗后随访、复发监测及预判化疗、放疗敏感性等方面为临床实践提供了更加开放的思路. 相信随着相关基础理论及技术的进步, MRI对于直肠癌的评估会更加完善与高效.

关键词: 直肠癌; 核磁共振成像; 肿瘤分期; 淋巴结转移

核心提要: 扩散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)序列的应用及表观扩散系数值的测定、背景信号抑制DWI、体素内不相干运动、灌注成像、磁共振波谱、分子影像对于提高病灶的检出率及术前分期的准确率, 帮助良恶性病变的鉴别诊断, 治疗后随访、监测复发及预判化疗、放疗敏感性提供了更广的思路.
引文著录: 蔡嵘, 任刚. 直肠癌MRI研究进展. 世界华人消化杂志 2017; 25(35): 3104-3108
Magnetic resonance imaging of rectal cancer
Rong Cai, Gang Ren
Rong Cai, Department of Radiotherapy, Ruijin Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong University School of Medicine, Shanghai 200025, China
Gang Ren, Department of Radiology, Xinhua Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong University School of Medicine, Shanghai 200092, China
Correspondence to: Gang Ren, Chief Physician, Department of Radiology, Xinhua Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong University School of Medicine, 1665 Kongjiang Road, Yangpu District, Shanghai 200092, China. rengang@xinhuamed.com.cn
Received: July 27, 2017
Revised: November 15, 2017
Accepted: November 18, 2017
Published online: December 18, 2017

Magnetic resonance imaging (MRI) is still the most commonly used imaging technique for the diagnosis of rectal cancer with the highest degree of accuracy, and it is also recommended by the National Comprehensive Cancer Network, European Society for Medical Oncology, and Chinese guidelines for diagnosis and treatment of colorectal cancer. The application of diffusion weighted imaging, apparent diffusion coefficient, diffusion weighted imaging with background signal suppression, intravoxel incoherent motion, perfusion imaging, magnetic resonance spectroscopy, and molecular imaging has provided many choices for tumor detection and preoperative staging, differential diagnosis of benign and malignant rectum lesions, postoperative follow-up, recurrence monitoring, and efficacy evaluation. We believe that with the development of basic theory and related technology, MRI for rectal cancer assessment will become more efficient.

Key Words: Rectal cancer; Magnetic resonance imaging; Tumor staging; Lymphatic metastasis
0 引言

核磁共振成像(nuclear magnetic resonance imaging, MRI)仍然是目前直肠癌推荐度最高、准确性相对最高、最常用的影像诊断技术, 也是美国国立综合癌症网络、欧洲肿瘤内科会议与中国大肠癌诊治规范所推荐的.

1 扩散加权成像

扩散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)是通过不同组织间水分子的扩散差异来反映组织的结构特性, 是目前唯一观察活体水分子微观运动的功能性磁共振成像方法. 通过对表观扩散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)值的测定, 可以较客观地量化病变组织中水分子扩散运动的程度, 从而在一定程度上反映肿瘤组织肿瘤细胞构成、病理分级及预后, 已在多种肿瘤性病变研究中广泛使用[1-3]. 在恶性肿瘤中, 肿瘤增殖活跃, 细胞密度高、EES减少, 使得水分子的运动减弱, 扩散受限, ADC值减低, 因此通过ADC值能够定量反映直肠癌的扩散受限程度, 从而判断ADC值与临床病理学特征之间的关系. 在一定范围内随着b值的提高, 直肠癌组织与其周围组织信号差异更加明显, 病变检出的敏感度和特异度得到提高[4,5]. 目前直肠癌的DWI研究主要集中在以下方面: (1)提高直肠癌病灶的检出率及术前分期的准确率; (2)直肠良恶性病变的鉴别诊断; (3)治疗后随访、复发监测及预判化疗、放疗敏感性[6,7].

1.1 肿瘤分化程度

随着肿瘤分化程度的减低及Dukes分期的升高, ADC值逐渐减低. 分析其原因可能是直肠癌细胞分化程度的减低, 其细胞核异型性显著, 肿瘤细胞增加且排列紧密, 局部微血管密度增高, 导致细胞外间隙减小, 从而使得细胞内和细胞外水分子扩散受限, 因而ADC值减低[4,5,8,9].

1.2 淋巴结检测

DWI判断淋巴结转移的敏感度及特异度甚高. Yasui等[10]研究表明直肠癌转移阳性淋巴结的平均ADC值明显低于阴性淋巴结. Cho等[11]研究也得出了相类似的结果. MRI灌注参数在直肠癌淋巴结转移鉴别上同样具有价值. Attenberger等[9]研究显示N1与N2分期淋巴结短轴径与生理机能值之间有明显的相关性. Lambregts等[12]用钆磷维塞三钠行MRI增强成像, 结果发现化学位移伪影与淋巴结的状态显著相关. Tse等[13]运用计算机算法提取及定量直肠癌病灶旁淋巴结的大小、信号强度、信号异质性及化学位移伪影等特征, 发现联合多个定量特征比单个特征评估淋巴结状态更为精确. 随b值增加(0-1000 s/mm2), 淋巴结检出率递减; DWI图像淋巴结信噪比递增. 高场强多b值弥散加权成像鉴别直肠癌淋巴结性质, 具有中等敏感性、高度特异性[14].

1.3 放化疗评估

随着近年来影像学检查手段的逐步完善与推广, ADC值在评估直肠癌患者放化疗敏感性方面表现出潜在价值[4,14,15]. ADC值由于与细胞密度密切相关, 细胞密度越高, ADC值越低, 所以当直肠癌接受放化疗治疗时, 肿瘤细胞会出现肿胀或坏死, 导致ADC值的改变. 进一步的研究[16]发现, 对放化疗敏感的T-降期组在放化疗后第7天的ADC值较放化疗前显著增高, 而T-降期组则没有出现明显的升高, 提示可以利用放化疗后第7天的ADC值来评估直肠癌患者对放化疗的敏感度.

2 背景信号抑制扩散加权成像

背景信号抑制扩散加权成像(diffusion-weighted imaging with background suppression, DWIBS)是在传统DWI基础上衍生出的一种新型的弥散成像方法. DWIBS克服了传统DWI必须屏气、扫描范围有限、图像信噪比(signal-noise ratio, SNR)和分辨率较低的局限性, 可以在患者自由呼吸情况下完成体部大范围、薄层及无间断扫描, 并得到高SNR、高分辨率和高对比度的图像. 体部DWI扫描时, 多采用较长回波链, 容易导致图像畸变和平面回波成像伪影. 为克服此局限性, 必须使用并行采集技术-SENSE技术. 此外, DWIBS采用反转恢复序列较频率预饱和反转恢复序列背景脂肪信号抑制更为彻底. 由于DWIBS秉承DWI从分子水平分析组织内水分子弥散状况的特性, 因而对目标病灶的检出敏感性更高. 直肠癌患者中转移性淋巴结在DWIBS序列上呈明显高信号, ADC图上表现为低信号. 转移性淋巴结和非转移性淋巴结在DWI上均为高信号, 但转移性淋巴结ADC值明显低于非转移性淋巴结ADC值[17].

3 体素内不相干运动

1986年, Le Bihan等[18]首次提出了体素内不相干运动(intra voxel incoherent motion, IVIM)的概念. IVIM双指数模型能够无创地分离出组织内纯水分子的扩散运动和毛细血管微循环灌注的影响. 轴位IVIM-DWI采用单次激发自旋回波扩散加权平面回波成像序列. 该技术广泛应用于判断肿瘤的恶性程度、区别原发恶性肿瘤和炎性增生、鉴别肿瘤良恶性等. IVIM-DWI采用多个b值进行扫描成像, 运用双指数模型拟合数据, 可得到D、D∗和f 3个定量参数, 其中D代表单纯水分子的扩散, 又称缓慢的扩散运动成分; D∗则与毛细血管微循环灌注相关, 又称快速地扩散运动成分; f表示在感兴趣体素内与微循环灌注相关的扩散占总扩散的比例, 与毛细血管血容量相关; D∗和f值反映的是组织的灌注信息. IVIM-DWI最早应用于脑部, 随后逐渐应用于腹部, 但相关空腔脏器的研究较少. 有学者发现直肠癌中不同T分期肿瘤的D和D∗值的差异有统计学意义, 两两比较显示T1期与T4期、T3期与T4期肿瘤的D∗值差异有统计学意义, T2期与T3期肿瘤的D值差异有统计学意义, 且均是前者大于后者[19].

4 灌注成像

MRI灌注成像是指通过体外注射造影剂(以钆剂最为常用)或采用体内动脉自旋标记来获得组织增强影像或相关灌注信息, 进而了解并评价兴趣区的灌注情况, 并获得多个血流动力学参数[20]. 根据对比增强方式及加权方式的不同, MRI灌注成像可分为3种类型: (1)动态磁敏感对比增强MRI成像; (2)动态对比增强MRI成像; (3)动脉自旋标记MRI成像.

早期的结直肠癌MRI灌注成像多应用于病变诊断与术前分期, 目前的研究得出了一些有意义的结果[21-23]: (1)直肠癌和正常组织的PI及Tpeak有差异, 可用于肿瘤性与非肿瘤性病变的鉴别; (2)肿瘤的TNM分期和灌注参数之间显著地相关性; (3)由于MRI灌注成像多采用定性及半定量参数, 目前尚无可用于鉴别诊断的界值. 此外, 由于不同组织学类型的结直肠癌(黏液腺癌与非黏液腺癌)对放化疗的反应迥异, 还有研究[24]发现两者灌注参数有显著性差异, 因此提示MRI灌注成像可用于肿瘤的组织学分型.

动态增强磁共振成像是将组织毛细血管水平的血流灌注情况通过磁共振成像方式显示出来, 对肿瘤微循环灌注进行在体评价, 可对肿瘤良恶性及分期进行定量评估[25]. 在采集DCE-MRI数据后, 运用Tofts药代动力学双室模型分析, 可获得动态灌注的时间-信号强度曲线, 同时还可得到灌注量化参数值(Ktrans、Kep、Ve和iAUC), 可以评价感兴趣区的血流灌注和血管通透性[26]. 磁共振动态增强成像能反映直肠癌的微循环差异, 对直肠癌的术前分期及分化程度的评估具有一定的价值[21].

近年来国内外的结直肠癌MRI灌注成像研究主要集中于术前新辅助放化疗的疗效预测与评价[27]. 研究[28-30]表明DCE-MRI可通过Ktrans值及灌注指数等参数预测及评估直肠癌新辅助治疗的疗效, Tong等[30]研究显示, 治疗前病理完全缓解组(pCR)的Ktrans值显著高于非pCR组, 若以0.66为Ktrans界值时可达到最佳诊断效果; Intven等[29]研究表明, 治疗后T分期降期者Ktrans值下降尤为显著.

5 MRI波谱法

核磁共振波谱法是一种表征分子结构、组成变化的有效方法, 能够获得组织中核酸、蛋白质、脂类和糖类等生物大分子的含量以及分子的空间排列和结构特征等信息, 进而从分子水平研究肿瘤组织与对照组织间的差别, 能更深入地揭示肿瘤的发生、发展中所产生的各种分子水平的变化. 直肠正常组织和癌变组织的核磁共振氢谱存在明显差异, 可通过对谱图特征峰区域积分面积相对比值的差异显示出来. 核磁共振氢谱技术有可能发展成为直肠癌早期诊断的一种方法[31].

6 分子影像

MRI分子影像是利用MRI技术并借助对比剂生化特征, 直接或间接反映活体细胞内正常或病理状态下的分子变化过程. MRI分子成像的先决条件和核心内容是制备特异性分子探针. 目前常用的分子探针分为两类: (1)顺磁性物质钆(Gd)的有机金属配合物(如Gd-DTPA); (2)超小型超顺磁性氧化铁颗粒(ultra small superparamagnetic particles of iron oxide, USPIO). 由于Gd-DTPA离子较大, 抗体结合数量有限且信号强度较弱, 且Gd类对比剂可能导致肾源性纤维化, 故USPIO更为常用[32]. 目前磁共振多模态分子影像技术主要以荧光分子探针为基础合成多功能靶向探针, 同时结合MRI和光学成像等技术进行肿瘤轮廓的判定、三维立体成像及组织学成像分析等, 进而达到肿瘤及及其癌前病变早期诊断的目的. 当前肿瘤多模态分子成像仍处于起步阶段. 目前MRI分子影像学主要存在两个问题: (1)对淋巴结转移的评估效能不高; (2)ADC中不同的研究结果差异较大且缺乏统一标准.

USPIO是一种新型MRI成像对比剂, 在人体内停留时间较长, 易被巨噬细胞吞噬. 研究[33]显示将USPIO作为对比剂可提高MRI对转移性淋巴结诊断的特异性和敏感性. 另有研究[34]显示将USPIO作为对比剂后绝大多数的非转移性淋巴结T2WI信号为均匀性或中心低信号, 而均匀性及偏心性高信号更常见于直径大于1 mm的转移性淋巴结. 目前多数学者认为USPIO-MRI是评估直肠癌分期准确性最高的影像学方法, 但短期内难以广泛应用于临床.

7 相关进展
7.1 扫描序列

水脂分离技术是常用的一种脂肪抑制及获取水脂图像的技术[35]. 其原理是通过水、脂之间的频率差异形成的化学位移, 通过特定回波时间的选择将两者从某一体素中分离. 水脂分离序列可同时获得纯水相、纯脂相、In Phase相和Out Phase相. 水脂分离序列可提高图像信噪比, 脂相有助于提高N分期, 此序列在直肠癌术前分期中具有一定的临床应用价值[36].

7.2 联合影像

MSCT、MRI均是直肠癌T分期的重要检查方法, 但二者单独使用时在直肠癌患者T分期中都存在一定的局限性, 若联合使用这两种方法对直肠癌进行T分期, 较MSCT及MRI对直肠癌患者的T分期的准确率均有明显提高[37].

7.3 MRI双重造影

肠腔内注入适量等渗生理盐水, 可扩张肠腔, 展开肠皱褶, 增加肠腔与肠壁的信号对比, 病灶在肠腔内盐水高信号的衬托下显示的更为清楚. 平扫后经静脉注入对比剂GD-DTPA行增强扫描, 选用LAVA压脂序列, 使肿瘤与肌层对比更加显著. 直肠腔内水囊置入后MRI检查对肿瘤T分期的诊断具有较大价值, 并能准确预测环周切缘受累情况, 而对淋巴结转移N分期只能作一般性预测[38].

7.4 MR仿真结肠镜

MR仿真结肠镜(magnetic resonance virtual colonoscopy, MRVC)是利用计算机将MRI扫描所得到的容积数据进行处理, 获得三维或动态内窥镜效果的成像技术. 有文献[39,40]报道MRVC能检出长径>6 mm的结直肠肿块, 但对扁平性病变(隆起<2 mm)及长径<8 mm病变的敏感性较差[40]. 相信随着MRI和图像后处理技术的进展, 今后MRVC可作为结直肠病变普查的有效手段.

对于个体化及分层治疗需求的日益增加, 术前及治疗前后对直肠癌的评价是必需的, 而高分辨率MRI与功能MRI成像检查是这一过程的核心. 但实际使用中然而仍然存在一些棘手的问题, 诸如T2及早期T3的影像鉴别、转移性淋巴结评估及ADC值的测定等. 另外, 部分直肠癌患者在治疗后出现明显神经受损或肛门括约肌功能受损表现, 若能运用MRI弥散张量成像技术显示出支配直肠排便功能的相关神经或肛门括约肌、提肛肌治疗前后的变化, 进而指导临床实践, 将会极大改善患者预后.

手稿来源: 邀请约稿

学科分类: 胃肠病学和肝病学

手稿来源地: 上海市

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编辑:马亚娟 电编:杜冉冉

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