MRI在直腸癌診療中的發展過程與應用

都雪朝，潘衛東，薛華丹

中國醫學科學院 北京協和醫學院 北京協和醫院放射科，北京 100730

直腸癌是胃腸道常見的惡性腫瘤之一，隨著人們飲食結構的變化，高蛋白、低纖維食物的攝入，生活方式及生活環境的改變，其發病率呈逐年上升趨勢，發病年齡也趨向年輕化，直腸癌已成為威脅人們健康和影響生活質量的主要疾病之一[1]。直腸癌的治療與預后主要取決于其分期，病變局限者通過手術切除可得到治愈，進展期病變或低位直腸癌需進行術前放、化療，以達到可完整切除腫瘤或保留肛門的目的，改善病人預后。因此直腸癌術前的準確分期，對治療方案的選擇、患者的生存預后非常重要，影像學方法在明確直腸癌診斷、確定最佳治療方案、選擇外科手術術式及監測預后等方面中，都發揮了重要的作用。根據2009年UICC/AJCC(America n Joint Committee on Cancer/International Union Against Cancer，AJCC/UICC)第7版TNM分期定義，T1期為腫瘤侵犯黏膜下層，T2期為腫瘤侵犯固有肌層，T3期為腫瘤穿透固有肌層達到漿膜下層，或侵犯無腹膜覆蓋的直腸旁組織，T4a為腫瘤穿透腹膜臟層，T4b期為腫瘤直接侵犯或粘連于其他器官或結構；N1為有1～3枚區域淋巴結轉移，N2為有4枚以上區域淋巴結轉移。

最早應用于直腸癌的影像學檢查方法是鋇劑灌腸和CT。80年代初期，MRI開始應用于直腸癌[2]，隨著其掃描技術的不斷改進，目前，MRI已憑借其無輻射、高軟組織對比度和多方位成像等優點，成為直腸癌患者術前分期的首選檢查方法。MRI不僅能清楚的顯示直腸壁的三層結構(黏膜層、黏膜下層、肌層)，還可以顯示腫瘤的浸潤深度及周圍器官的受累情況。

90年代，用于直腸癌的MRI檢查序列主要包括：軸面T1WI(顯示正常解剖結構及評價淋巴結轉移情況)、軸面T2WI(顯示腫瘤腸壁浸潤深度以及病灶與直腸系膜筋膜、腹膜反折的關系)、冠狀面T2WI和矢狀面T2WI(顯示病灶大小、距肛緣的距離及周圍肌肉受累情況)。由于早期MRI技術不夠成熟，場強偏低，軟組織分辨率較差，因此其診斷直腸癌的準確性較低，約為74%～77%[3-5]，T分期準確性為81.1%～82.3%，N分期準確性為60%～63%[6-7]。

為了提高MRI對直腸癌分期的準確性，學者們對MRI新技術進行了以下探索：(1)直腸腔內線圈；(2)局部高分辨T2WI序列；(3)增強掃描及動態增強掃描序列(DCE MRI)；(4)DWI功能成像序列。筆者就以上新技術在直腸癌中的應用展開綜述。

1 直腸腔內線圈

直腸腔內線圈較體部線圈可更清晰地顯示腸壁的多層結構。Torricelli等[8]研究表明術前腔內線圈MR分期與病理符合率可達89%，對T1、T2期腫瘤診斷的準確性達92%，T3期的準確性達94%，對淋巴結良惡性判斷的準確性為69%，敏感性和特異性為82%和55%。雖然腔內線圈能很好地顯示腸壁諸層結構，對T1、T2期腫瘤診斷準確率較高，但其視野有限，不能顯示腫瘤全貌，對直腸周圍相關結構及盆腔組織顯示欠佳，也不適于高位腫瘤、腸腔狹窄較重者和體弱不能耐受者，加之有偽影和線圈不能正確放置等缺點，限制了其在臨床上的應用[9-11]。

2 局部高分辨T2WI序列

有關直腸癌高分辨率MRI(HR-MRI)T2WI參數的設置尚未有明確標準,其主要的要求是高矩陣、小FOV(18 cm×18 cm～22 cm×22 cm)、薄層厚(3～4 mm)、掃描方向垂直于病灶[12]。與直腸腔內超聲、CT、PET相比，HR-MRI最突出的優勢在于可清晰的顯示腫瘤晚期病灶與直腸系膜筋膜、腹膜反折的關系，進而指導手術及術后治療、預測預后。1999年Brown等[13]首次報道了對28例直腸癌進行高分辨MRI檢查，確定了直腸系膜筋膜能在MRI上顯示。病理學研究表明，當腫瘤距環周切緣(即直腸系膜筋膜)大于1 mm時，腫瘤切緣陽性率及復發率明顯降低[14]；而位于直腸上段前壁的腫物很有可能會侵及腹膜反折引起腹腔轉移，如漏診這一現象，將會導致臨床治療不徹底，進而大大增加腫瘤復發率。文獻報道，98%的患者在HR-MR圖像上可觀察到直腸系膜筋膜，對判斷直腸系膜筋膜受累與否的準確率為95%～96%[15-16]，對腹膜反折的可見率可達82%～90%[17]。

此外，HR-MRI對直腸癌向外浸潤深度測量的準確度較高，可達為95%[18]。 T3期腫瘤患者的預后與其向外浸潤深度有關，研究表明，腫瘤向腸壁外浸潤深度超過5 mm者5年生存率僅為54%，而小于等于5 mm者5年生存率可達85%[18]。盡管局部高分辨序列的出現顯著地提高了直腸癌T分期的準確性，但T2期和早期T3期之間的鑒別診斷仍是其面臨的一大問題。高分辨MRI對N分期也有很大幫助，其較高的軟組織分辨率和較薄的層厚，使得原本可能會漏診的小淋巴結得以顯示[19]，通過觀察小淋巴結的邊緣及信號的特征來提高診斷的準確性，Akasu等[15]的研究結果表明，HR-MRI對區域淋巴結良惡性的診斷準確率為74%，對判斷盆壁內側淋巴結良惡性的準確率為87%。

3 增強掃描及動態增強掃描(DCE MRI)序列

90年代末期，Wallengren等[20]開始使用MRI增強掃描。增強掃描可以根據直腸腫物的強化方式了解其血供情況及該病變的良惡性，但是其對于直腸癌的T分期是否有幫助，目前尚存在爭議，各文獻結論不一，Vliegen等[21]和Jao等[22]認為由于增強掃描不能分辨腸壁各層，而且部分腫瘤周圍炎性反應性增生或血管病變 等也可強化，因此增強掃描并不能顯著性提高直腸癌診斷的準確性，而Wallengren等[23]和歐陽漢等[24]認為增強掃描使T分期更加準確，尤其是對腸周脂肪較少者T2及T3期鑒別診斷；引起上述研究結論相反的原因可能是其他掃描條件的差異：得出前者結論的研究[21-22]多使用體部相控陣線圈，且多沒有充盈腸道；而得出后者結論的[20，24-25]多使用直腸腔內線圈，且多經肛門注入適量氣體或液體以充盈腸道。

近幾年，不少研究將動態增強掃描序列(DCE MRI)應用于直腸癌。DCE MRI是通過對指定區域或特定解剖部位進行重復掃描，在注射低分子MR對比劑前、中、后連續獲得一系列高時間分辨率MR圖像，以全面描述對比劑進出腫瘤血液動力學過程、提供腫瘤組織血管屬性的技術，是一種結合形態學和血流動力學改變的檢查方法。研究表明DCE MRI 可通過Ktrans值、灌注指數(perfusion index，PI)等參數預測及判斷直腸癌新輔助治療的療效[26-28]，Tong等[28]研究表明，治療前病理完全緩解組(pCR)的Ktrans值明顯高于非pCR組，當以0.66為Ktrans界值時可達到最佳診斷效果；Intven等[27]研究表明，治療后T分期降期者Ktrans值下降更加明顯。

3 DWI功能成像序列

DWI是目前惟一能夠無創檢測活體組織內水分子擴散運動的MR功能成像方法，通過其可反映出組織或病灶形態學及生理學的早期變化情況，進而對腫瘤在顯示定位、定性及腫瘤的療效的預測或監測復發等方面優于常規MRI。DWI還可通過測量表觀彌散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)值而進行量化研究。孫應實等[29]通過對直腸癌進行多b值研究，確定了判斷直腸癌良惡性的最佳b值為1000 s/mm2。除了有助于T、N分期及與其他良性病灶的鑒別之外，DWI在直腸癌診療中最重要的作用是：(1)預測病灶對術前放、化療的療效，研究表明，直腸癌病灶在第一周治療結束后ADC值的變化可預測其治療結束后的降期情況及術后5年復發率[30]，而且治療前較低ADC值(0.94×10-3mm2/s～1.07×10-3mm2/s)的腫瘤相對于較高ADC值(1.19×10-3mm2/s)的腫瘤治療后降期更加明顯，達到病理完全緩解的幾率更高[30-32]，原因可能是高ADC值的病灶往往有壞死，引起組織灌注差、微環境偏酸性、低氧濃度，導致腫瘤組織對放化療較為耐受[33]。(2)判斷新輔助治療療效、指導手術方式的選擇，有研究表明，直腸癌患者應用規范化術前放、化療后，24%～25%可達到臨床完全緩解(cCR)[34-35]，目前，為了降低局部復發率，多數醫療單位對這部分患者仍進行TME手術，而Habr-Gama等[36]和Maas等[37]認為，對于臨床完全緩解的患者，可以采用“Watch-and-Wait”方案，即暫不手術、密切隨訪，然而，目前尚沒有提出公認的隨訪方案。此外，在術后隨訪中DWI還可以區分復發灶與手術瘢痕，這是增強掃描和常規MRI很難突破的地方。

目前較多學者認為DWI對直腸癌的診斷具有較高的靈敏度，但在特異度方面有一定的分歧[38]。有研究表明，ADC值與腫瘤的病理類型及分化程度相關[19]，腫瘤惡性程度越高，ADC值越低[19]，當ADC值閾值定位1.21×10-3mm2/s時，診斷惡性病變的敏感性為100%，特異性為87.3%[39]。但各研究的界值差異較大，造成這種情況的原因可能是ADC值的測定受外界因素干擾很大，如操作者的熟練程度、感興趣區(region of Interest，ROI)的畫法(大小、數目、位置等)[34]以及儀器型號差異等。也有研究表明，ADC值對腫瘤的惡性程度無鑒別價值[40]。因此，ADC值對評估病灶良惡性以及惡性病灶的惡性程度有意義與否以及其界值的選擇仍有待進一步研究證實，而ADC值的測量也需要一項多中心研究加以規范。

雖然DWI在直腸癌的診療中有以上諸多優點，但由于其空間分辨率較低，只能顯示直腸的大致輪廓，不能較清楚顯示腸壁的分層，因此，在臨床中需與高分辨T2WI聯合應用，局部高分辨T2WI+DWI是目前直腸癌MRI中最重要的序列組合。

雖然MRI在直腸癌中的應用已經得到了廣泛共識，然而仍然存在一些焦點問題，如T2及早期T3的鑒別、轉移淋巴結評估以及ADC值的測定等。此外，部分直腸癌患者在術后或放療后存在嚴重的神經受損表現，或是肛門括約肌功能受損，如能將MR彌散張量成像技術應用于盆腔，顯示出支配直腸排便功能的神經或肛門括約肌、提肛肌治療前后的變化，進而指導臨床，將會很大程度上改善患者預后。

綜上所述，MRI在直腸癌的診療中具有十分重要的意義，其中使用體表相控陣線圈的局部高分辨T2WI和DWI序列在直腸癌診療中尤為關鍵；而直腸腔內線圈由于其諸多弊端，不適用于在臨床廣泛推廣，增強掃描對直腸癌T、N分期的準確性也有待進一步研究。

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