MRI功能成像在直腸癌診斷中的研究進展

【摘要】直腸癌屬于臨床較為多見的消化道惡性腫瘤之一，其具體病因尚未明確，但通常認為其可能與遺傳、環境、生活習慣等因素息息相關。如何早期發現與診斷直腸癌，并確定其臨床分期，是影響臨床治療方式的選擇及預后的重要因素。現如今，MRI已經廣泛應用于直腸癌的臨床診斷，MRI功能成像更是在早期診斷中具有重要意義，并能為直腸癌患者后續手術及放療等治療方案的制定提供依據。因此，現就MRI功能成像在直腸癌診斷中的研究進展進行綜述，為直腸癌的診斷提供依據。

【關鍵詞】直腸癌 ; 擴散加權成像 ; MRI ; 腫瘤分期 ; 研究進展 ; 診斷

【中圖分類號】R735.3+7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2096-3718.2023.12.0035.04

DOI：10.3969/j.issn.2096-3718.2023.12.012

惡性腫瘤疾病逐漸成為嚴重威脅人類健康與社會進步的重大疾病，結直腸癌是世界上第3類常見的癌癥，其中直腸癌約占結直腸癌的65% [1-2]。隨著人們生活質量的提升，受社會環境、遺傳因素及飲食習慣的影響，直腸癌發病逐漸趨于年輕化，嚴重威脅人們的健康，臨床需給予高度重視。早期診斷和治療是改善直腸癌患者預后、減輕患者疾病負擔的關鍵。直腸癌的診斷主要基于臨床癥狀及影像學檢查，目前， MRI、CT及超聲內鏡（EUS）是臨床使用較廣泛的操作方式[3]。 EUS能對淺表腫瘤診斷分期，但其僅可顯示整個腸系膜，對高度狹窄的腫瘤難以觸及，針對晚期腫瘤診斷的準確率相對較低，尤其是針對腫瘤對盆腔浸潤方面的評估。 CT檢查具有一定輻射損傷，且對軟組織的分辨能力較差，難以評估直腸癌對周圍組織的浸潤狀況。而MRI對軟組織分辨力較高，無輻射損傷，能為臨床提供多方位的參數，清晰地顯示腫瘤與盆腔其他組織的浸潤關系[4]。鑒于此，本文就近年來臨床針對MRI功能成像在直腸癌診斷中的應用相關研究進行分析，現綜述如下。

1 MRI概述

臨床主要使用影像學方式開展直腸癌分期、治療方案制定、確立手術方案等。CT與鋇劑灌腸是臨床較多見的直腸癌診斷方式，隨著影像學技術的提升，MRI逐漸被廣泛應用于直腸癌診斷中，該檢查方式具有無輻射、可多方位成像等優勢，能有效顯示直腸壁中的三層結構、腫瘤浸潤深度及周圍器官受損狀況，逐漸成為直腸癌術前分期檢查的主要方式[5]。MRI檢查是目前一種常見的影像檢查方式，其是一項生物磁自旋成像技術，借助磁共振現象從機體中獲取電磁信號，經過計算機重建技術將同組織內不同化學結構及相同密度不同組織以不同的影像顯示出來，從而了解檢查部位是否存在病變及病變范圍、嚴重程度等。MRI具有較高的分辨度、對比度，不但能提升定位診斷的準確性，還可檢查微小病變。直腸癌檢查的主要序列為軸面T1WI、軸面T2WI、冠狀面T2WI及矢狀面T2WI，近年來，高分辨力MRI已被越來越多地應用于直腸腫瘤的診斷中，其可以清晰地反映腫瘤的大小，并對腫瘤的侵襲程度進行分級，從而為制定合理的手術方案奠定基礎。與此同時，隨著功能成像學、分子成像學的發展，以及MRI新技術的融合，MRI越來越多地被用于腫瘤生物學及病理學特性預測、新輔助治療療效評價等領域中。

2 直腸癌MRI影像學特征

直腸癌的影像學檢查，一般包括CT和MRI的檢查，通過影像學檢查，可以明確腸管有沒有病變，可以發現腸管是否有擴張，腸管壁是否有增厚，部分可表現為管腔狹窄、管壁僵硬、腸管黏膜破壞等，通過CT還可以觀察直腸癌腫物是否侵犯周圍的臟器，是否侵犯膀胱前列腺、子宮等臟器；MRI能明確腫瘤的形態，較為準確地測量病灶的直徑及其下緣距肛緣的距離，從而協助臨床判斷是否能夠采取保肛手術。在直腸癌中，以彌漫或局限的腸壁增厚、偏心性狹窄和腸腔不規則為特征。軟組織腫塊在平掃時表現為略長的T1和T2信號，且信號比較一致，在腸道的遠端表現為“截斷征”和“袖口征”，在增強時表現為中度至顯著的強化[6]。擴散加權成像（DWI）顯示，病灶呈高信號，而表觀彌散系數（ADC）則呈弱信號。高分辨T2WI，因為對直腸壁的分辨率有了很大的提高，可以清楚地觀察到病變對腸壁和直腸周圍的侵犯情況[7]。因此直腸癌的影像學表現，對治療也會起到很好的輔助作用。

3 MRI技術在直腸癌診斷中的應用

常規MRI可以更直接地顯示出病變的整體形態和信號變化，更好地反映出新輔助放化療后的病變，但是在治療后的某些細節上，特別是殘留病變的識別上，還存在著一定的困難。所以，能夠從細胞層面更好地反映腫瘤的生理學及生物學特性的MRI，可以用來評價直腸癌的治療效果。

3.1 常規MRI技術 MRI是直腸癌局部分期最準確、有效的方法，直腸癌患者行單純全直腸系膜切除術（TME）還是TME手術并新輔助放化療的決策取決于MRI所見。針對直腸癌診斷的常用影像學檢查方式有MRI增強T1WI，即靜脈注射釓-二乙二胺五醋酸，它是目前MRI檢查中常用的對比劑，屬于一種細胞外間隙對比劑，與蛋白質具有較強的親和力，為評估腫瘤復發或血管成像，將其注入人體，可提高診斷的可信度；另外，其具有水溶性，通過腎小球過濾，經尿路排泄[8]。彭軍等[9]研究顯示，使用MRI檢查對結直腸癌術前評估，可有效評估結直腸癌患者術前病理分期，相較于CT檢查，MRI對T、N分期的診斷準確率更高。因此， MRI可觀察病變浸潤深度、盆腔淋巴結情況、有無累及鄰近器官及遠處轉移，進而對術前分期進行準確診斷，為臨床醫師選擇合理的手術方式，判斷術前、術后是否需要輔助放化療等提供參考依據，實現患者個體化治療。

3.2 直腸腔內線圈 直腸腔內線圈能清楚地反映出直腸的黏膜層、黏膜下層及肌肉層，臨床上應用直腸腔內超聲診斷方法對直腸腫瘤的淋巴結轉移、臨床分期的診斷與病理診斷結果的一致性較高，直腸腔內超聲診斷淋巴結轉移與臨床分期的準確性分別為93.9%、87.9% [10]。但其不足之處是：成像面積較小，不能完整地展現腫瘤的影像，且不能清楚地反映出直腸周邊的有關結構；由于直腸線圈的定向特性，在與其同向的輻射部位，其信噪比較高，但其信號衰減較快，不能直接觀察到腫瘤對直腸系膜及周圍器官的侵犯，所以，單純應用本技術并不能對其進行準確診斷，也不能被身體虛弱的患者所采用。已有研究顯示，將直腸腔內部的線圈和體表相控陣的線圈聯合起來，可以明顯地提高臨床上的診斷價值[11]。隨著線圈制作工藝和技術的提高，直腸腔內表面線圈對腸管的機械性刺激將逐漸減小，逐漸被臨床醫師與患者所接受，直腸癌術前兩種線圈結合將可能會提高分期準確率。

4 MRI新技術對直腸癌治療前診斷價值

現如今，臨床上的直腸癌分期標準為抗癌聯盟（UICC）及美國癌癥聯合委員會（AJCC）于2010年聯合制定的第7版TNM分期標準。《直腸癌診斷與治療指南》也提出，對于已發生轉移的直腸癌患者，需先行新輔助放化療，縮小腫塊或淋巴結，爭取根治性切除。有報道認為：TN的分期不但可以確定放療和化療的選擇，而且可以判斷患者的手術效果[12]。T期越高，淋巴結轉移越多，患者的生存率降低。T期環周切緣陽性對直腸癌的侵襲和轉移有較好的預測作用。目前，TME已經成為直腸癌外科治療的“金標準”，TME有較高的術后復發率，故對其進行常規放療后的TN分期，可為個體化放療提供參考。

4.1 磁共振彌散加權成像 DWI是MRI中的一種掃描序列，其是目前可以無創傷地探測到活體內組織中水擴散和移動的一種影像手段，可以通過對組織和病灶的形態反應來對腫瘤進行定位和定性，同時還可以對腫瘤的治療和復發進行監控，避免了傳統的T1和T2序列不能反映細胞功能損傷的局限[13]。 ADC是用來表征水分子在水中的擴散速率和移動幅度的參量， ADC值增大，代表水分子彌散增加，DWI信號降低，反之亦然。水分子在細胞內部和外部的擴散過程是不一樣的，由于蛋白質和細胞器等大分子的存在，水分子在細胞內部的擴散過程受到很大的限制。郭鑫等[14]研究顯示，針對老年直腸癌患者給予T2WI聯合DWI進行評估，對于T分期患者，診斷準確率高達91.25%，且與病理結果具有良好的一致性；對于N分期患者，診斷準確率高達81.25%，其診斷價值較高。劉玉霞等[15]研究顯示，b=800 s/mm2時DWI檢查的圖像質量較好，多b值擴散加權成像與傳統MRI相結合，可更好地判斷腫瘤的分級。彌散加權成像不僅可以區分腫瘤的性質，和對T、N分期的診斷，而且可以對放化療的療效作出判斷。有研究學者認為，可以以患者的ADC值變化為基礎，來評價治療的降期狀態及術后復發風險，如果在治療后，患者的ADC值都有很大的上升，那么在治療后的降期效果一般會比ADC值上升較小的患者要高，而且病理完全緩解率也會有一定的提高，因此，該技術能對新輔助化療的效果進行評估，合理地制定手術方案[16]。但該技術也存在一定不足，其空間分辨能力較低，僅能顯示出直腸大致輪廓，難以對腸壁分層進行分析，為此，為進一步提升診斷準確性，臨床通常采取聯合其他序列檢查的方式開展。

此外，TME是目前治療直腸癌的標準術式，該術式比傳統直腸癌根治術明顯降低了術后局部復發率，提高了生存率。相關研究表明，在TME手術方面，環狀切緣是評價TME手術的一個重要指標，也是造成患者局部復發的根源。利用DWI結合傳統的磁共振，環狀切緣具有高軟組織解析力，能很好地顯示重要盆腔內的直腸系膜和固有筋膜，并能有效地篩選出環狀切緣的實際狀況，從而便于患者及時治療，改善預后。

4.2 背景抑制體部磁共振彌散加權成像 直腸癌背景抑制體部磁共振擴散加權成像（DWIB）建立在DWI成像的基礎上，該技術不需要呼吸觸發和抑制，可在正常呼吸狀態下，對機體進行大范圍的DWI，疊加多重信號的無間斷薄層掃描，其主要利用重彌散及脂肪抑制預脈沖的背景抑制。通過對影像的處理，得到的影像具有最高的密度，壓制了正常的肌肉、血管、脂肪等體部的背景信號，使影像更加清楚地顯示出病灶的位置。該技術采用“黑 - 白”轉換技術，能夠得到類似于正電子發射計算機斷層顯像（PET）的病變圖像，因而被稱作“類PET”，對轉移性病變的檢測準確率更高，是一種便捷、快速的影像手段。

4.3 動態增強核磁共振 動態增強核磁共振近年來在直腸癌診斷中應用較多，在肛門注射氣體后，經肘前靜脈注射相應對比劑，再行核磁共振增強檢查，將造影前、中、后的一組高分辨率MRI影像顯示出來，可清楚地反映出腫瘤的血液供應及損傷的范圍，是一項將形態與血液動力學相結合的新技術。相關研究表明，普通盆腔增強掃描直腸癌的TNM分期診斷精確度較低[17]，探究其原因可能是，由于腸壁隔層清晰度不足，在檢查前借助體部相控陣線圈進行掃描，未將腸道充盈所致。直腸高分辨率動態增強MRI掃描可以提高T分期的精確度，即便腸周脂肪較少的患者T2、T3期的診斷符合率也是較高的，可能是由于增強掃描時在直腸腔內線圈的幫助下，通過向腸道內注入一定的氣體，使腸壁各層的通透性增加，從而有利于臨床分期的診斷。張婷等[18]研究顯示，針對直腸癌患者使用3.0 T動態增強磁共振功能評估，能準確地顯示癌區良、惡性淋巴結，有效提升診斷的靈敏度、準確度及特異性，掌握病灶特征，對疾病分期具有更精準的評估。劉靜等[19]研究顯示，動態對比增強磁共振聯合DWI檢查，能夠更加有效地診斷結腸癌術前T、N分期、膜淋巴結性質。因此，對于無明顯腸周浸潤而已經有淋巴結轉移的直腸癌，動態對比增強磁共振聯合DWI檢查可以提高了檢出率。

4.4 高分辨率MRI 高分辨MRI是一種小視野、薄層、與腸道長軸垂直或平行的T2WI影像，在國外已被廣泛應用。3.0 T的高分辨率MRI具有較高的空間分辨能力，可以區分T1期和T2期，但在早期，尤其是在T1期直腸癌的診斷中仍然有一定的局限。T分期存在的主要誤區是T1/2期過分期、T3/4期分期不足，可能是因為影像醫生對TN分期臨界面（黏膜下層、肌層、腸周脂肪、周圍器官及盆腔）的判斷存在主觀因素。T2及T3期的鑒別是能否進行NCRT的標準之一，同時也是目前影像學研究T分期鑒別的重點及難點。

4.5 體素內不相干運動擴散加權成像 最近出現的一種基于DWI的磁共振非相關移動彌散加權成像，利用雙指數的彌散衰減特性，解決了傳統DWI方法無法充分反映生物組織在DWI中所表現出來的問題。在此基礎上，提出了3個量化指標，其中D代表真實水分子擴散運動，D*代表毛細血管網灌注信息，f為灌注相關擴散占總擴散的百分比。具有惡性傾向低級別星形細胞瘤的D*和f值在預測2年生存率方面有很大潛力，其靈敏度和特異度均較高。這一方法最初被用于大腦，之后逐步被用于腹腔，但是對于腹腔器官的研究還很少。

4.6 影像組學 影像組學主要指的是從收集到的海量影像學圖像中對圖像進行提取和量化，對圖像進行整合，并通過多學科的協作，構建出一個包括特征數據和個體數據等數據的數據庫。所提取的影像特征主要有：①傳統的影像學定義，如部位、尺寸、形態等；②病灶組織中存在看不見的非均勻性。目前，影像組學在直腸癌的臨床應用研究中，以紋理分析為主。紋理分析是一種可以對影像像素的灰度統計、組織空間分布及結構等信息進行量化的工具，其可以突破肉眼觀察病變的局限，用得到的參數來反映病變內部的異質性。通過軟件分提取圖像粗細不同的紋理，得出感興趣區內像素灰度值均值（mean）、混雜程度反應值（entropy）、直方圖峰態（Kurtosis）等參數。

5 MRI在直腸腫瘤放射療法中的應用價值

5.1 MRI在放療靶區勾畫中的應用 在直腸癌的術前放射治療中，精確地描繪出目標區域，是實現直腸癌精確放射治療的關鍵，也是決定患者放射治療效果和不良反應的關鍵。除了依據基本病史、臨床體檢之外，現有的診斷方法還依賴于CT、MRI、腔道超聲等影像學方法。常規的CT掃描是目前放射治療中最常用的方法，但是由于腫瘤局部水腫的存在，CT掃描上的大體腫瘤靶區（GTV）往往會導致實際的放療范圍變大。前期研究中，通過比較核磁共振與內窺鏡對直腸癌細胞GTV的精確度差異，結果表明，內窺鏡所能顯示的GTV值顯著低于核磁共振，且核磁共振可以檢測到更多的疑似淋巴結[20]，因此，在腫瘤放療之前，骨盆MRI可以更好地勾畫出GTV的輪廓，并可以幫助腫瘤細胞的淋巴結勾畫。

5.2 MRI在放療療效預測中的應用 目前，局部進展期的直腸癌推薦行術前新輔助放化療，以達到降期目的，使原本不能手術的患者重新獲得手術機會，同時也在一定程度上間接提高了術后病理緩解率。傳統放療療效的評價通常在放療后4周左右行CT檢查評估腫瘤病灶體積大小的變化[21-22]。但由于放療后腫瘤周圍存在短期局部水腫反應，導致肉眼觀察腫瘤體積變化并不明顯，影響了腫瘤放療療效的準確評價。國內有學者發現，在預測和評價新輔助放化療后病理反應方面，DWI相比于正電子發射計算機斷層顯像（PET-CT）而言，其靈敏度及特異度均優于正電子發射斷層（FDG-PET）或FDG-PET/CT，尤其是對單獨的腺癌包括黏液型腺癌的靈敏度更高[23-24]。而動態增強核磁共振則通過觀察造影劑在血管內外的交換過程來研究造影劑在組織中的濃度，隨時間變化的規律，從而利用ADC值定量描述腫瘤微血管生成及通透性等血流動力學信息。

6 小結與展望

MRI具有無輻射、高分辨率、多角度影像等優點，可以客觀反映出直腸腫瘤浸潤腸壁、淋巴結信號改變等情況。隨著醫療技術的進步，磁共振功能影像對直腸腫瘤的浸潤范圍、淋巴結轉移情況等有了更準確的評估，對其分期及制訂治療策略具有重要意義。但目前在對淋巴結轉移的判斷指標的選擇、b值選取等方面，還需要進行深入的研究。

參考文獻

WHITE P M， SAHU M， POLES M A， et a1. Colorectal cancer screening of high-risk populations： A national survey of physicians[J]. BMC Res Notes， 2012， 5（1）： 64.

JEMAL A， SIEGEL R， XU J. et a1. Cancer statistics， 2010[J]. CA Cancer J Clin， 2010， 60（5）： 277-300.

王賓， 王愛珠， 文寵佩， 等. MRI、經直腸超聲評估直腸癌術前T分期的準確性研究[J]. 中國CT和MRI雜志， 2022， 20（3）： 153-155.

段亞杰， 陳新宇. 經直腸腔內超聲、MRI檢查對直腸癌術前T分期診斷的價值分析[J]. 中國肛腸病雜志， 2022， 42（2）： 31-33.

田博，楊得振，賈勇，等. CT、MRI影像診斷對直腸癌臨床術前分期價值研究[J]. 中國CT和MRI雜志， 2015， 13（11）： 108-110， 114.

韓召春， 劉松國. MRI常規序列及擴散加權成像在直腸癌術前診斷的價值研究[J]. 影像研究與醫學應用， 2022， 6（8）： 89-91.

陳志勇， 黃文忠， 王力， 等. MRI平掃結合擴散加權成像在直腸癌中的臨床應用價值[J].放射學實踐， 2015， 30（1）： 58-62.

王歡， 秦佳明， 王俊逸， 等. 直腸癌開腹低位前切除術手術難度影響因素的術前MRI評估[J]. 國際醫學放射學雜志， 2022， 45（1）： 39-43.

彭軍， 宋光林， 羅強. CT、MRI檢查在結直腸癌術前評估中的應用價值分析[J]. 中國CT和MRI雜志， 2022， 20（3）： 143-145.

吳仲蘭， 白阿妮. 直腸腔內超聲與核磁共振對直腸癌轉移和臨床分期診斷準確性的比較[J]. 中國腫瘤臨床與康復， 2021， 28（12）： 1485-1488.

劉小銀， 劉廣健， 周智洋， 等. 經直腸超聲與體部線圈磁共振檢查對直腸癌T分期的比較研究[J]. 中國醫學影像技術， 2015， 31（3）： 420-424.

YUAN Y， LI M D， HU H G， et al. Prognostic and survival analysis of 837 Chinese colorectal cancer patients[J]. World J Gastroenterol， 2013， 19（17）： 2650-2659.

劉穎， 劉魯， 徐永鴻. MSCT、MRI檢查對中低位直腸癌術前T分期診斷結果與腹腔鏡術后病理對照分析[J]. 中國CT和MRI雜志， 2021， 19（5）： 100-102.

郭鑫， 馮赟， 伏紅超， 等. 分析T2WI聯合DWI在老年直腸癌患者術前TN分期中的臨床價值[J]. 貴州醫藥， 2022， 46（2）： 212-213.

劉玉霞， 謝瑞峰， 胡延濤. 多b值DWI聯合MRI常規掃描對直腸癌檢查圖像質量的影響[J]. 實用癌癥雜志， 2021， 36（7）： 1111-1115.

朱建偉， 高友富， 程好堂， 等. 磁共振成像檢查在直腸癌臨床分期、環周切緣及壁外血管侵犯判斷中的準確性[J]. 中國醫學裝備， 2021， 18（5）： 78-82.

LIU S， ZHONG G X， ZHOU， W X， et al. Can endorectal ultrasound， MRI， and mucosa integrity accurately predict the complete response for mid-low rectal cancer after preoperative chemoradiation？ a prospective observational study from a single medical center[J]. Dis Colon Rectum， 2018， 61（8）： 903-910.

張婷， 何衛紅. 3.0T動態增強磁共振功能成像鑒別直腸癌區域良惡性淋巴結的臨床價值[J]. 中國CT和MRI雜志， 2022， 20（3）： 149-152.

劉靜， 丁偉， 陳麗君， 等. DCE-MRI聯合DWI對直腸癌患者術前T、N分期及系膜淋巴結良惡性的診斷價值[J]. 現代生物醫學進展， 2020， 20（23）： 4505-4509.

劉媛媛. 直腸癌術后病理標本與術前MRI/CT定義腫瘤范圍的對比研究[D]. 衡陽： 南華大學， 2017.

王林， 汪志強， 肖蘭， 等. 高分辨MRI評估直腸癌術前分期及環周切緣的應用價值[J]. 中國CT和MRI雜志， 2022， 20（9）： 158-160.

王廷婷. 彌散加權成像（DWI）、動態對比增強磁共振成像

（DCE-MRI）對局部進展期直腸癌新輔助放化療療效的預測價值研究[J]. 中國醫療器械信息， 2023， 29（7）： 89-91.

劉學良. MRI和MSCT評估進展期直腸癌新輔助治療效果的價值分析[J]. 中國肛腸病雜志， 2022， 42（2）： 25-27.

周靜靜， 李坤， 李愛銀， 等. DWI-IVIM在局部進展期直腸癌新輔助放化療療效評估中的研究現狀[J]. 中國輻射衛生， 2017， 26（6）： 745-748.