動態增強磁共振成像在直腸癌臨床應用中的研究進展

余雪瑩，陳愛華

（三峽大學人民醫院·宜昌市第一人民醫院放射科，湖北 宜昌443000）

0 引言

結直腸癌（CRC）是臨床上較為高發的癌癥之一，屬于胃腸道惡性腫瘤，對人類生命健康產生的威脅不容忽視，據權威數據統計，2020年結直腸癌新增病例達到了193.16萬，死亡病例93.52萬，在惡性腫瘤中新增發病數量和致死數量處于第三位和第二位[1]。而在中國，由于人口基數大，結直腸癌的發病率和死亡率更是占到了世界總數的28.2%和28.1%，居世界首位，且隨著人們生活方式的改變以及老齡化的加快，中國結直腸癌的發病率和死亡率均呈上升趨勢，不僅危及居民健康，也給經濟帶來了沉重負擔[2]。因此，早診斷早治療以及合理的預后及遠期評估對提高結直腸癌患者的遠期生存率及生存質量至關重要。結腸癌通常比直腸癌更容易診斷和治療，而直腸癌則涉及到更復雜的決策樹，影像學作為必不可少的臨床輔助工具，在評估直腸癌的分期、計劃治療策略、評估治療反應、手術計劃和隨訪中起著至關重要的作用。影像學作為一種重要的臨床輔助診斷工具，可以通過對腫瘤病灶影像學的不同表現，運用不同的分析手段，來展示病灶的形態學特征，并初步判斷腫瘤可能的受體表達，進而指導直腸癌的臨床診斷、治療及預后評估[3-4]。常規的影像學檢查方法如X線、CT、超聲等均可以作為直腸癌診斷的輔助工具，但以MRI診斷的敏感度最高，其中DCE-MRI作為一種最新的無創灌注功能性成像的檢查手段，可用于評估活體腫瘤的血管構成，包括血流量、通透性和微血管的可滲透性表面,間接反映組織生物學行為[5]，從而可以為直腸癌的定性、診斷分期及治療方案的制定提供合理的依據。動態增強磁共振成像現已在反映腫瘤生長、轉移及預后評價等方面展現出了積極的臨床價值和意義，而其在直腸癌的臨床應用中更展現出了較好的優勢和前景。

1 動態增強磁共振成像（DCE-MRI）

1.1 DCE-MRI的基本原理

DCE-MRI成像檢查區別于傳統的磁共振檢查手段，其作為一種新興的檢查技術，能夠根據多種病理特征進行準確診斷，該技術的診斷依據在于病變、組織的微循環變化特征，首先通過連續快速的成像序列，獲得能夠反映在注入對比劑前、中、后三個時期病灶組織強化情況的一系列連續動態增強過程的圖像，再通過相應的后處理工作站獲得圖像信息，從圖像信息中提取得到相應的動態增強參數[6]，根據獲取的參數能夠評估組織微循環功能，此外，對參數進行分析能夠推斷出對比劑在病變或組織中流入、擴布以及廓清的情況，以更精確地對比病變部位和正常組織之間的強化差異，除了可以對病變形態學變化情況進行深入分析，還能夠利用血流動力學來對病變部位生理變化情況進行定量分析[6-7]。在發生炎癥、腫瘤的部位，病變部位對應的血流灌注、血管通透性會出現顯著變化，使病變組織在物質分布、組織代謝等方面不同于正常組織。DCE-MRI正是基于對微觀差異的捕捉而達到定量分析的目標[7-8]。DCE-MRI基本成像的原理為：將對比劑以靜脈注射方式輸入，之后采用快速T1WI序列快速掃描興趣區（ROI），應當保持整個過程的連續性，從而能夠得到ROI內所有像素點的時間-信號強度曲線（TIC），再對其進行分析或者運用藥代動力學模型予以分析，便可對其予以定性或者獲取定量參數[9-10]。

1.2 DCE-MRI的常用參數

DCE-MRI分析參數主要分為半定量參數和定量參數兩種，半定量分析是根據DCE-MRI 獲得時間信號曲線（TIC），并計算出感興趣區峰值、最大信號差值、達峰時間、信號強化率、早期最大信號強化率、流入斜率、流出斜率等參數值[11]，半定量參數無需匹配組織相對應的藥代動力學模型，僅根據快速掃描獲取的TIC曲線的形狀和結構便能夠得到。其雖然具備掃描時間短、簡單易行等優點，但也存在一定的局限性，其分析對信號強度具有較高的依賴性，因此對比劑劑量、掃描技術的差異等能夠對最終參數產生較大影響，使半定量參數分析不具有良好的可重復性[6,12]。

DCE-MRI 定量分析在選定病灶感興趣區（ROI），對腫瘤主要供血血管腔內信號強度-時間曲線進行測量，可以得到相應的動脈輸入函數（AIF）[13]，將其與藥代動力學模型相結合，能夠降低對比劑量、注入速率和掃描條件等因素對參數的影響[7]，進而能夠對定量增強參數進行計算。定量分析的常用定量參數有容量轉移常數(Ktrans)、速率常數(Kep)、血管外、細胞外間隙容積分數 (Ve)等,Ktrans表示對比劑從血管進入組織間隙的過程，其被認為是最重要的參數之一[6]，通過對這些定量參數進行分析,可以間接地推斷對比劑在病變組織中的血流動力學情況,從而更為客觀地分析病變與正常組織間的強化差異,不僅能夠分析病變的形態學改變,更可以從定量的角度來解釋病變在生理功能上的變化[7,14]。能精準、客觀地評價靶組織內對比劑的濃度變化和腫瘤的血管結構及功能性特征[13]。有學者研究表明直腸癌DCEMRI研究的差異性雖然很大，但DCE-MRI在直腸癌的分期和再分期中具有一定的價值[15]。此外，還有部分學者研究表明，DCE-MRI定量參數可作為直腸癌患者同步遠處轉移的預后指標[16]。

2 DCE-MRI在直腸癌分期中的應用

直腸癌的分期是診斷時的必要環節，合理的分期不僅是為臨床治療提供依據，更為患者預后護理提供了依據，故而，在治療直腸癌的過程中，疾病分期評估是不可缺少的必要環節，具有重要的價值[17]。ASCRS實踐參數和NCCN指南都建議采用直腸內超聲(EUS)或高分辨率盆腔MRI進行常規術前分期[18]。EUS對評估腫瘤浸潤深度(T期)有較高的準確率(80%-95%)，特別是在早期階段[19]。然而，EUS在評估淋巴結方面表現不佳，總體敏感性(55%)和特異性(78%)都很低[20]。與EUS相比，MRI不僅可對直腸癌的病灶提供更好的成像，更直觀的影像學解釋，還在識別陽性淋巴結、直腸系膜筋膜和血管外侵犯等方面發揮出了更大的優勢。因此，國家綜合癌癥網絡、歐洲醫學腫瘤學會和《中國結直腸癌臨床診療指南(2017年版)》均推薦磁共振成像作為直腸癌術前診斷和分期的最佳影像方法[21]。而與傳統的MRI檢查方式相比，高分辨率 MRI 動態增強掃描能更準確地反映腫瘤的血流動力學改變，對評估腫瘤侵犯鄰近直腸肌層、周圍血管及組織器官的程度有較高的價值，從而可以提高T分期的準確性[22]。DCE-MRI的定量分析中Ktrans是研究最深入的參數，其與腫瘤的血管生成活性和腫瘤的侵襲性相關[23]，有研究[24-25]發現Ktrans和TNM分期與分化程度顯著相關：Ktrans值越高，N分期越高，Dukes/TNM分期越高，腫瘤分化程度越低；Lollert等人還發現有遠處轉移的患者Kep顯著升高[26]；歐明瑞等經研究也提示術前通過測定Ktrans及Kep值可一定程度的預測腫瘤細胞的增殖能力[17]，同時有望為無法行手術切除的直腸癌患者術后化療等治療手段療效預測提供參考。除此之外，還有部分研究表明同步遠處轉移的腫瘤有較高的Ktrans值和Kep值，這可能與血管通透性較高的腫瘤更容易發生遠處轉移有關[16]，由于Ktrans與血管通透性相關，因此可以認為腫瘤組織內的血管生成與Ktrans關系密切。同樣，較高的Kep值代表更多的血液回流到血管系統，此外，由于KEP僅受腫瘤血管外-細胞外間隙（EES）中對比劑濃度以及體積分數的影響，因此可能更準確地反映腫瘤毛細血管的生成情況。總而言之，盡管直腸癌DCE-MRI研究具有一定的差異性，但已有大量研究表明DCE-MRI在直腸癌的分期和再分期中仍具有一定的價值，未來還需要更多的研究進一步證實。

3 DCE-MRI在直腸癌壁外靜脈侵犯（EMVI）中的應用

肌壁外靜脈侵犯(EMVI)，定義為“固有肌外血管內腫瘤細胞的存在”[27]，在31%的直腸癌患者中出現，是影響復發風險的主要因素之一，也是預后不良的獨立指標[28]。因此，除了對直腸癌進行常規分期之外，EMVI的識別對于準確的術前風險分層也至關重要，并進一步影響臨床決策。雖然腫瘤細胞擴散到小血管(直徑＜3mm)可以在組織學上得到證實，但這種鑒定在臨床上意義不大[29]。此外，當涉及的血管被廣泛破壞得面目全非時，病理學家也會漏報。MRI作為直腸癌術前分期的影像學常規方法，在識別EMVI方面表現出了準確性，特別是在直徑大于3mm的血管中[30]。一些研究也表明MRI檢測的EMVI(mrEMVI)對預后不良有很強的預測作用[31]。因此，基于高分辨率MRI的EMVI鑒別比組織學鑒別更具有臨床意義。動態增強磁共振成像(DCE-MRI)是一種非侵入性的功能成像技術，用于反映腫瘤微循環，其綜合了形態學和血流動力學的變化，能夠量化與腫瘤微血管生成、灌注和通透性相關的參數[13]，有研究表明直腸癌EMVI陽性組的Ktrans值和Ve值明顯高于EMVI陰性組，且與EMVI呈正相關，提示這兩個參數可能與腫瘤的血管侵犯密切相關[32,33]，使DCE-MRI參數能夠作為潛在的預測EMVI的額外工具，這與另一些學者的研究結果相一致，此外，在mrEMVI陽性患者中，較大的腫瘤大小、較高的病理腫瘤分期和轉移的區域淋巴結更常見[34]，這也影響到了患者進一步的臨床治療方案，因此，在診斷初期通過DCE-MRI對病灶的EMVI進行評估是非常有必要的，而DCE-MRI的定量參數與直腸癌壁外血管侵犯狀態之間的相關性還需要更多的研究進一步明確和證實。

4 DCE-MRI在評估直腸癌新輔助放化療（nCRT）療效中的應用

直腸癌早期臨床癥狀不明顯，絕大部分直腸癌患者在發現時已經是局部晚期直腸癌，這也使得除了早期診斷之外，正確的臨床治療方案對患者的遠期生存率及生存質量至關重要。目前，新輔助放化療(nCRT)與全直腸系膜切除術(TME)的聯合療法是治療局部晚期直腸癌的主要手段[35]。而隨著個體化治療方案的多樣化，對放化療反應的準確評估變得越來越重要，對于一些被認為腫瘤完全消退的患者，甚至可以考慮采用有爭議的非手術方法[36]。常規的MRI成像檢查雖然也可以用于評估腫瘤反應，但其不易鑒別新輔助治療導致的纖維化、細胞水腫及壞死與腫瘤殘余灶，因此DCE-MRI作為一種無創的功能成像技術被認為是一種很有前途的評估工具[37]。DCE-MRI不僅能評估腫瘤的血管性，還可在分期和再分期中提供有關腫瘤侵襲性和血管生成程度的有價值的信息。由于血管生成是結直腸癌生長和擴散的關鍵因素，腫瘤血管生成狀態的特征可以使臨床采用更有針對性的治療方法[14]。此前的一項研究發現，滲透性更強的直腸腫瘤對CRT的反應更好[38]，因此，DCE-MRI可用于評估腫瘤對新輔助CRT的反應。相關研究表明CRT治療前Ktrans顯著升高[39]，CRT治療后Ktrans降低約32%-36%與良好（良好或完全）反應有關[40]，CRT 后Ktrans在具有良好反應和完全反應的患者中顯著降低[41]。總而言之，多項研究表明，CRT前高的Ktrans值和CRT后Ktrans值的大幅下降可能是良好反應的預測指標，但還需要進一步的前瞻性研究，研究重點應該放在更大的樣本量、DCE-MRI技術的一致性、定量和半定量分析的診斷性能以及患者內部和患者之間結果的重復性上[15]。

5 小結

相較于傳統的影像學檢查方式，DCE-MRI能夠基于對直腸癌形態學特征的分析結果，再采用定量分析來推斷出血供、病灶微血管分布情況，能夠從分子水平準確評估腫瘤狀況，從而在直腸癌的診斷、治療、預后及療效評估等方面對臨床提供較高的參考價值，進而對臨床采用個性化的治療方案進行一定的指導。但DCE-MRI定量參數的準確性一定程度上受到腸道蠕動、腸內容物以及腫瘤壞死物質等因素的影響，使目前直腸癌的DCE-MRI研究受到一定的限制，但其在直腸癌中的應用前景仍然值得期待，未來還需要大量的研究及技術手段的創新。