多樣化MRI 成像技術對直腸癌淋巴結轉移的診斷價值

田景東，彭卓鵬，吳尚遠，鄒嫻，周澤輝

（中山大學新華學院生物醫學工程學院，廣東 廣州 510520）

0 引言

直腸癌是世界范圍影響人體健康的消化道惡性腫瘤之一。根據2020 年全球癌癥統計數據顯示，直腸癌的發生率排名第三，死亡率排名第二，其發病率在歐美等發達國家最高，其發病的原因可能飲食習慣的改變以及久坐等生活方式變化有關[1]。直腸癌患者的淋巴結是否轉移，對于直腸癌患者的最佳臨床治療方案選擇，預后的評估極其重要[2]。MRI 磁共振運用H 質子成像，具有多參數成像，多序列的特點，軟組織分辨率高，是診斷直腸癌淋巴結轉移重要的影像學手段[3]。隨著MRI多種掃描技術的出現，對直腸癌淋巴結轉移診斷的敏感性與特異性也在不斷提高，因此，本文基于常規MRI、DWI、DCE-MRI、HR-MRI、USPIO-MRI、IVIM-MRI 六種技術對淋巴結的診斷價值進行探討。

1 目前主要運用于直腸癌檢查的MRI 技術原理

1.1 高分辨率 MRI 成像

高分辨MRI（high resolution magnetic resonance imaging，HR-MRI）具備常規MRI 的所有成像優勢，且對病灶組織能采取小視野薄層掃描，從而提高病灶以及環周組織、細小淋巴結病變的空間分辨率[4]。近年來，高分辨磁共振成像憑借高質量的圖像空間分辨率和信噪比，且能夠獲得多方位高分辨T2 加權像（T2 weighted image，T2WI），被廣泛運用于結直腸癌術前分期與療效評估[5]。

1.2 DWI 擴散加權成像

磁共振DWI 成像是利用水分子彌散運動特性所進行的成像，令MRI 展開了對人體內細胞水平的微觀世界研究，其反映人體內組織水分子擴散的自由度運動等變化。ADC 值（apparent diffusion coefficient）是表觀彌散系數為影響DWI 信號的因素之一。DWI 的信號與彌散系數D 呈負指數關系，相當于D 值增大，DWI 信號會下降。在趙瑾等[6]的直腸癌的研究中，發現ADC 值對直腸癌中的水分子擴散呈量化作用，對比正常的組織，異形細胞在癌中過度增殖生長，核漿比例高，阻礙了水分子擴散運動，ADC 值降低。其中彌散敏感系數（b 值）也應用于表示彌散加權程度，單位為s/mm2。b 值的改變主要改變了DWI 對感興趣區組織中水分子運動的敏感性；b 值取點越多，測得ADC 值就越準確；當b 值處于較低時，ADC 值受灌注影響較大；b 值較高時，受灌注影響減少，更精確地反映了彌散情況；但是，圖像信噪比隨著b 值增高而降低，影響病變的檢出，因此合適的b 值對直腸癌的檢出十分重要。

1.3 DCE-MRI 動態對比增強磁共振成像

動態增強磁共振成像是一種重要的功能成像方法，其原理是腫瘤組織惡性增殖導致其血流供應、新毛細血管、微血管灌注狀態與正常的組織不相同，經肘靜脈注射含釓（Gd）的對比劑，采用快速的成像序列獲得對比劑進行病灶組織之前，期間濃聚，之后消散的連續圖像[7]，而后基于T1mapping、T2*多期動態增強和藥代動力經典Tofi 模型對感興趣區（ROI）的信號強度變化進行一系列參數的定量分析，這些參數間接表現了對比劑在組織中流入、擴散、凝聚等分布情況，能較好反映組織血管通透性以及局部區域內血流灌注情況。當直腸癌淋巴結出現轉移時，轉移淋巴結的微血管密度出現變化，則其內部的血流灌注也相應發生變化，因此通過參數的比對分析，可對淋巴結是否轉移作出診斷[8]。

目前DCE-MRI 其一是通過半定量分析是獲得時間-信號強度曲線（time-signal intensity curve，TIC），根據TIC 測量得出初始強化時間、達峰時間（time to peak TTP）、最大信號強度（maximum signal intensity，MSI）、強化率（washout-rate）等反映ROI 的血液動力學情況的參數，優勢是容易測量得出參數，但是其評估對比劑在病灶組織內的濃度變化的準確度差。其二定量分析是采用藥代動力學模型計算而得出定量參數，以Tofi 模型最為廣泛運用。其得出三個主要參數：容積轉移常數（Ktrans）、細胞外血管外間隙與血漿的速率常數（Kep）、細胞外血管外容積分數(Ve)。

1.4 IVIM-MRI 成像

體素內不相干運動成像（intravoxel incoherent motion，IVIM）是由外國學者Le Bihan 等[9]最先在1986 年提出。受人體組織中毛細血管微循環的灌注的影響，因此正常的人體組織中不是單純只存在水分子的擴散運動。傳統的DWI 是運用單指數模型計算得出表面擴散系數（ADC），雖然能反映活體組織水分子的內外運動情況，提高病變診斷的敏感度，但是受毛細血管微循環灌注的影響，會導致研究結果不相同。IVIM 采用雙指數模型，可以區分并量化水分子擴散運動和毛細血管微循環灌注，得到更加準確反映組織水分子運動的數據[10-11]。IVIM 掃描成像采取多個b 值，獲取常用的定量參數。常用的四個定量參數包括：ADC 值、D 值、D*、f。ADC 代表組織水分子擴散與血流灌注加權作用，D 是真性擴散系數，反映組織真正彌散運動，D*是假性擴散系數，反映微循環灌注的參數，f 值為灌注分數，即微循環的灌注的擴散效應占總水分子擴散效應的比值[12]。IVIM 的成像目前在中樞神經、宮頸癌、前列腺癌、鼻咽癌都取得一定的成果，在直腸癌分期應用價值也在不斷深入探討中。

1.5 USPIO-MRI

超小超順磁性氧化鐵（ultrasmall superparamagnetic iron oxide，USPIO）是一種MRI成像的對比劑。與傳統的順磁性對比劑相比較，USPIO 具有明顯的磁矩效應，因此在T2WI 和T2*WI的圖像上，有USPIO 聚集的部位表現為信號強度減弱[13]。在進行直腸癌淋巴結轉移顯像時，USPIO 對比劑采取靜脈注射方式。通過兩種途徑進去到直腸癌淋巴結中，一種是通過毛細血管途徑進入到淋巴結的髓竇內，另一種是通過非選擇性內皮細胞的轉運先進入組織間質內，后通過淋巴管引流再輸送到淋巴結內。進入淋巴結內的USPIO 主要被生理功能正常的巨噬細胞濃聚，因此正常淋巴結在T2WI 和T2*WI 的MRI 影像上顯示為信號強度顯著減弱。而轉移性、受累或腫瘤浸潤的淋巴結，其功能受損異常，淋巴結內的巨噬細胞相比于正常淋巴結大量減少，因此雖然USPIO 無聚集或很少，但在圖像上仍然顯示為高信號[14-15]。

2 各種MRI 技術對直腸癌的淋巴結轉移的應用現狀

2.1 常規MRI

常規MRI 成像主要通過直腸癌淋巴結的大小、形狀、切緣以及受累情況來評估淋巴結是否轉移，但是目前相關研究結果的評價標準不一，準確度也不高。Li[16]發現，臨床上通常以直徑大于5mm 的判斷標準最常用，但是對于微轉移和直徑小于5mm 的淋巴結，常規MRI 成像一般難以診斷，準確性不高。AlmLvK 等[17]通過調查40 例具有轉移灶的患者和40例無轉移灶的患者對比發現，有轉移灶患者比無轉移灶患者更容易出現≥5mm 的局部淋巴結，且最大淋巴結大小（術前MRI 測得≥5mm）與發生轉移的風險之間呈正相關（P=0.02），這與Li 學者的研究結果相一致。Gr?ne 等[18]學者運用常規MRI 成像對60 例患者進行研究，得到以7.2mm 為診斷淋巴結是否轉移的臨界值，淋巴結大于7.2mm 診斷為轉移，其診斷的準確度為68.3%，此外在范圍3～4mm 的淋巴結也可能是惡性的。Langman 等[19]通過對244 例患者共檢索10000 多個直腸癌淋巴結進行病理診斷發現，近三分之一轉移性淋巴結直徑小于3mm，其中14%與較大的淋巴結轉移無關。Jo HJ 等[20]通過研究發現，炎性反應性增生也有可能導致淋巴結出現不同程度增大的改變。目前診斷直腸癌淋巴結轉移的大小標準尚未達成一致，對較大淋巴結診斷效果較高，但是對于短徑小于5mm 的淋巴結的診斷效果不太理想，因此常規MRI 單依靠來淋巴結的大小判斷是否轉移具有一定的局限性，其診斷價值有限。

2.2 HR-MRI 成像

曹務騰[21]等學者認為，高分辨MRI 可以較好地顯示直腸的腫瘤侵犯周徑的程度，有效提高T2、T3a 期的鑒別準確率，對直腸癌的T 分期診斷有一定的臨床價值。蔡香然等[22]對30 例直腸癌患者行體外相位陣列線圈高分辨MRI 掃描，結果顯示高分辨MRI 對T1～2 期的敏感度和特異度為66.7%（6/9）和95.2%（20/21），對T3 期的敏感度和特異度分別為100.0%（15/15）和73.3%（11/15）。綜合來看，T分期的整體準確率高達86.7%（26/30），可以較清楚地識別直腸系膜的腫瘤沉積以及判斷環周切緣的浸潤程度，可見高分辨MRI 對于診斷直腸癌T 分期有重要意義，這與曹等學者的看法相一致。高分辨MRI 不僅可以有效提高T 分期的診斷效能，且能夠更好地觀察淋巴結形態、邊緣和內部信號特征，較為準確地評價直腸癌淋巴結轉移情況[23]。但是目前有關研究以淋巴結大小作為評價標準時，閾值并不統一。DOYON[24]研究表明，高分辨成像能夠很好地識別微小型淋巴結以及轉移性淋巴結，以5mm 為閾值時診斷準確性為83%，可以對直腸癌的準確分期提供比較可靠的參考依據。國內學者宋幸鶴等[25]研究發現，以淋巴結最大短徑>7mm 作為淋巴結轉移陽性的判斷標準時，診斷準確率超過70%。也有研究認為并不能夠僅以淋巴結最大短徑來判斷是否轉移。一方面，Horne 等[26]國外學者認為，在原發腫瘤旁邊的非惡性的淋巴結可能出現反應性增生，導致其體積出現不同程度變大，長短徑變大，但惡性轉移的淋巴結，其并不是都會出現增大的改變。因此，高分辨MRI 在識別過程中會存在困難，從而導致準確率降低。另一方面，BROWN[27]等根據高分辨MRI 圖像上的淋巴結信號均勻程度和邊界形態的規則性作為參考標準，與病理學檢查結果對比后發現，HR-MRI診斷敏感度和特異度分別為85%、97%，有效提高了高分辨MRI 成像對于結節累及的準確性。目前有關淋巴結轉移的評判標準尚未統一，需要繼續深入研究。但容積掃描、更薄層掃描等技術的成熟與運用，提高了高分辨MRI 對直腸癌淋巴結轉移分期的診斷準確率，具有一定的臨床價值[28]。

2.3 DWI 擴散加權成像

DWI 主要通過對淋巴結的ADC 的大小進行對比研究，當淋巴結的ADC 參數值越小，表示該淋巴結內的水分子擴散受到限制越嚴重，那么其是惡性淋巴結的可能性就越高。莊曉曌[29]等得出65 枚轉移性淋巴結ADC 平均值(0.86±0.14）×10-3mm2/s 小于86 枚非轉移性淋巴ADC 平均值（0.94±0.16）×10-3mm2/s，且 以(1.05×10-3)mm2/s 為診斷淋巴結轉移的閾值時，其敏感度為93.8%，特異度為30.2%。牟[30]等對116 枚直腸癌淋巴結進行研究發現，轉移性的淋巴結的ADC 值低于非轉移的淋巴結，差異具有統計學意義，且診斷的最佳閾值為（0.95×10-3）mm2/s，敏感度為91.5%，特異度78.3%，Seber 等[31]對全身的轉移與非轉移淋巴結分析得到診斷的閾值為（0.8×10-3）mm2/s，其敏感度76.4%，特異性85.7%。雖然目前大多數研究表明轉移性的淋巴結的ADC 值較低，但是對于運用ADC值診斷淋巴結是否轉移的閾值并未得出相同的結果，也有研究表明良惡性淋巴結的ADC 值是差異無統計學意義的。

在Akashi 等[32]的研究結果中，40 例直腸癌患者在組織學分化程度分層的各組間平均腫瘤ADC 有差異（P=0.0192），但根據在N 分期中淋巴管侵犯或局部淋巴結復發分層時ADC 無明顯差異。所以發現淋巴結轉移的可能性大概與生物個體的綜合因素有關。但是在劉影[33]對直腸癌分期研究結果中，28例直腸癌患者中，N0 無淋巴結轉移的患者12 例，N1-2 有淋巴結轉移的患者16 例，無轉移視為陰性，有轉移為陽性，結果是常規MRI 的陰性率為62.5%、約登指數為0.458，而常規MR 聯合HR-MR、DWI 序列陰性預測檢出率為81.82%，約登指數為0.625，診斷效果明顯提高，在壓脂的圖像中，呈現高信號，淋巴結的轉移可以較明顯的顯示出來，說明DWI 對于檢查淋巴結還是有一定臨床意義。目前對于運用ADC 值診斷淋巴結是否轉移的閾值并未得出相同的結果，也有研究表明良惡性淋巴結的ADC 值是差異無統計學意義的。

2.4 DCE-MRI 動態對比增強磁共振成像

謝宗源[34]等通過對65 例直腸癌患者的良性及惡性區域淋巴結進行分析發現，惡性淋巴結的Ktrans值（0.359±0.051）min-1，Kep（1.351±0.301）min-1值和Ve（0.344±0.073），（P<0.05）值均大于良性淋巴結的Ktrans 值（0.359±0.051）min-1，Kep（1.011±0.108）min-1值和Ve（0.240±0.041），（P<0.05），因此，根據其Ktrans 值，Kep 值和Ve判斷直腸癌淋巴結良惡性具有一定臨床價值。在康立清等[35]對45 例直腸癌患者的35 枚盆腔轉移淋巴結和28 枚非轉移淋巴結的DCE-MRI 參數進行的分析中發現，轉移淋巴結組的Ktrans 及Ve分別為(0.84±0.38)min-1，(0.55±0.22)，（P<0.05）；非轉移淋巴結組Ktrans 及Ve分別為(0.48±0.32)min-1，(0.34±0.24)，（P<0.05）；可見轉移淋巴結組的Ktrans及Ve 均大于非轉移組，其差異具有統計學意義；轉移淋巴結組Kep 值大于非轉移淋巴結組，分別為(1.65±0.92)min-1和(1.46±1.35)min-1，（P<0.05），其差異不具有統計學意義。其結果與楊軍克等[36]對168 例直腸癌患者進行術前DCE-MRI檢查顯示的Ktrans、Ve 以及Kep 明顯高于無淋巴結轉移組（P<0.01）相近。推測因轉移淋巴結結構紊亂，毛細血管增生旺盛，導致微血管密度增加，血管壁結構改變致血管通透性增高，對比劑從新生血管腔內擴散到腔外細胞間隙速度增快，因而使其容積轉移常數（Ktrans）增高。但總體而言，DCEMRI對直腸癌盆腔淋巴結轉移仍具有較高診斷價值，前景廣闊。

雖然DCE-MRI 已被廣泛運用于科研及臨床，但由于研究及測量方法等因素的差異，會導致其對良惡性淋巴結轉移的判斷研究結果的差異。為了盡可能減小實驗誤差，提高臨床診斷精確度，可以通過DCE-MRI 聯合其他診斷方式提高對直腸癌淋巴結轉移的臨床診斷效益。董健等[37]對比了常規MRI 和常規MRI+DWI-MRI+DCE-MRI 聯合檢查這兩種檢查方法，多模態MRI 檢查將常規MRI 診斷淋巴結轉移的敏感性由66.7%提至81.3%、特異性由78.8%提86.6%、準確性由75.6%提至85.2%，可見后者的準確值明顯增高。在康立清等[35]學者的研究中也發現，IVIM-DWI 聯合DCE-MRI 對盆腔轉移的淋巴結進行分析，D 值和Ktrans 值及新變量預測概率P值診斷淋巴結轉移的AUC 分別為0.822，0.789 和0.923，較單獨使用IVIM-DWI 或DCE-MRI 診斷效能有明顯提高。因此當單獨使用DCE-MRI 達不到理想的診斷效果時，可根據診斷的需要采取多模態進行聯合診斷。

2.5 IVIM-MRI 成像

段書峰等[37]對52 名直腸癌患者淋巴結進行IVIM 參數比較，結果發現有淋巴結轉移的直腸癌患者的D 值更低，差異具有統計學意義，原因可能是有直腸淋巴結轉移的病灶受到腫瘤細胞侵襲及供血微血管的變化的影響，導致水分子運動受阻的屏障增多，限制水分子的運動。Long 等[39]對不同短徑的淋巴結進行分組：3mm ≤×≤5mm，5mm<×≤7mm和×>7mm，結果發現在3mm ≤× ≤5mm 組中，轉移的平均D 值顯著低于非轉移的淋巴結，在5mm<×≤7mm 組中，轉移的平均f 值顯著低于非轉移的淋巴結。Yang 等[40]將116 名直腸癌患者的168枚短徑大于或等于5mm 淋巴結進行IVIM 參數的比對，發現轉移淋巴結比非轉移的淋巴結的D 值高，而f值低。對比這三位學者可發現，運用IVIM 參數的D值診斷直腸癌淋巴結轉移與非轉移，可能受淋巴結短徑的大小的影響，當淋巴結短徑超出一定范圍的時候，可能不合適以D 值判斷，而需要用f 值判斷，因此需要對淋巴結依照短徑大小進行再細化的分組，其以IVIM 參數的D 值高低診斷不同短徑淋巴結轉移與非轉移的適用范圍需要進一步研究。

2.6 USPIO-MRI

目前對于USPIO 對直腸癌淋巴結轉移的診斷效能的文獻報道數據存在差異，Koh D M.[41]學者的研究中得出敏感性為65%，特異性為93%，在Wu[42]學者的分析中，USPIO-MRI 診斷直腸癌淋巴結轉移的敏感度為90%，特異性為96%。不同研究表明USPIOMRI 診斷特異性均較高，且具有更好發現小淋巴結轉移的能力，但是目前國內仍未正式用于臨床，對于此方法的研究文獻也較少，其真正的臨床價值有待探討。

3 小結

綜上所述，各種MRI 成像技術都具有各自的優勢特點。常規MRI 以形態學為標準判斷淋巴結是否發生轉移，其診斷準確性較低。HR-MRI 是目前重要的檢查手段，在診斷淋巴結轉移的特異性與準確性均較高。DCE-MRI、DWI、IVIM-MRI 分別從微循環灌注及水分子彌散方面進行定量分析，其在必要的情況下可以進行聯合診斷。USPIO-MRI 其診斷淋巴結轉移的特異性較高，但是未被引入國內臨床中。期望隨著MRI 技術的不斷發展、更深入的研究、新成像序列的出現，能提高對直腸癌分期，淋巴結轉移診斷的準確度，對患者采取最佳治療手段。