磁共振彌散加權(quán)成像在食管癌中的應(yīng)用研究進展

孫靜，王鑄

國家癌癥中心/國家腫瘤臨床醫(yī)學研究中心/中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院腫瘤醫(yī)院影像診斷科，北京100021

食管癌為臨床常見的消化道惡性腫瘤，發(fā)病率位居全球第八位，癌癥相關(guān)死亡人數(shù)中居第六位[1]。在中國，食管癌發(fā)病率居惡性腫瘤第五位，癌癥相關(guān)死亡人數(shù)中居第四位，嚴重威脅著人類健康與生命[2]。食管癌的5年生存率僅為10%，惡性程度高且早期診斷困難是其預(yù)后差的主要原因，大多數(shù)患者在初診時已處于中晚期，從而失去了接受根治性手術(shù)的機會[3]。因此，早期診斷和精準的術(shù)前分期是選擇食管癌合理治療方案的前提。目前食管癌的影像學診斷多采用X線鋇餐造影、食管鏡、計算機斷層掃描（computed tomography，CT）、正電子發(fā)射斷層顯像-計算機斷層掃描（positron emission tomography-computed tomography，PETCT）、超聲內(nèi)鏡（endoscopic ultrasonography，EUS），這些方法各有優(yōu)勢，互相補充。磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）有軟組織分辨率高、無電離輻射、多參數(shù)和功能成像等優(yōu)點。其在直腸癌中評價病變浸潤深度的準確度較高[4]。但是同為管腔結(jié)構(gòu)的食管癌術(shù)前分期的應(yīng)用中，卻鮮有報道。其主要原因可能受心臟搏動、食管自身蠕動及氣體等所造成的磁敏感偽影影響。近年來MRI技術(shù)迅速發(fā)展，快速成像技術(shù)、更強的梯度和相控陣線圈等技術(shù)縮短了掃描時間，減少了生理運動所致的偽影，使食管MRI成為可能。彌散加權(quán)成像（diffusion-weighed imaging，DWI）比常規(guī)MRI序列更早提供病理生理改變的信息，是從細胞水平上診斷及評價療效的早期檢查手段[5]。DWI已被廣泛用于腫瘤的早期診斷、臨床分期及療效評價，是目前唯一能夠觀察活體組織的水分子微觀運動，并可檢測出與組織含水量有關(guān)的形態(tài)學和生理學早期改變的無創(chuàng)成像方法，其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟。但是，DWI在食管成像方面的應(yīng)用尚處于初步研究階段[6-7]?，F(xiàn)就DWI檢查技術(shù)及其在食管癌診斷方面的研究進行綜述。

1 DWI基本原理、優(yōu)勢

1.1 物理原理

水分子的無規(guī)則布朗運動即為擴散，DWI就是從細胞分子水平測量水分子的運動。水分子在物體內(nèi)如果能自由移動（擴散），則相應(yīng)失相位，表現(xiàn)為信號減低；反之，如果水分子的擴散受到限制，則很少失相位，信號較高。DWI可以觀察水分子的擴散特性。擴散系數(shù)（D）即分子擴散運動的速度，是指水分子單位時間內(nèi)隨機擴散運動的范圍，代表單個水分子在各個方向上的彌散能力，單位為s/mm2。醫(yī)學中用表觀彌散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）代替D。水分子的運動能力越強，其ADC值越大；反之，ADC值越小。

1.2 病理生理基礎(chǔ)

不同組織中的水分子擴散能力不同，同種組織不同病理狀態(tài)下的水分子擴散能力不同[8]。DWI的信號強弱取決于組織中水分子的運動能力，細胞密集、細胞排列緊密、細胞外間隙小，DWI顯示為高信號，ADC值低；相反，細胞數(shù)目少、細胞外間隙大、水分子運動能力強，DWI顯示為低信號，ADC值高。此外水分子擴散能力也與細胞膜的完整性有關(guān)。腫瘤組織的細胞數(shù)目增多、細胞核增大、細胞內(nèi)細胞器數(shù)量增加、核質(zhì)比增加，水分子擴散受限明顯，DWI上呈相對高信號[9]。另外，ADC值可以定量顯示組織的微結(jié)構(gòu)變化，為病變提供定量分析，能更真實、有效地反映組織內(nèi)部的微觀變化。

1.3 擴散敏感梯度因子的優(yōu)化與選擇

擴散敏感梯度因子（b）值是DWI技術(shù)的重要參數(shù)之一，其單位為s/mm2，通過b值的變化，水分子的擴散運動自由度會相應(yīng)變化，b值與圖像質(zhì)量及ADC值的準確性關(guān)系密切：b值增大，空間分辨率減低，磁敏感偽影明顯，ADC值更接近真實擴散值；b值越小，ADC值穩(wěn)定性越差。因此，選擇合適的b值對診斷淋巴結(jié)良惡性非常重要。目前大多數(shù)研究利用單指數(shù)模型計算ADC值，單指數(shù)模型計算ADC值同時包括灌注和彌散的成分，難以區(qū)分真實擴散和灌注效應(yīng)。體素內(nèi)不相干運動成像（intravoxel incoherent motion imaging，IVIM）雙指數(shù)模型通過多b值觀察DWI圖像可以有效地將微血管灌注與內(nèi)在彌散過程分開[10]，可以更好地描述生物體內(nèi)復雜的信號衰減方式。IVIM是Le Bihan[11]最早提出的，用來定量評估組織彌散成像數(shù)據(jù)[12]。b值的選取范圍為0～1000 s/mm2，目前多采用600、800、1000 s/mm2。有研究認為b值為600 s/mm2最接近實際值[13-14]。Wei等[15]認為 b 值為 500 s/mm2時能達到滿意的信噪比。對于最佳b值的選擇目前尚無統(tǒng)一的結(jié)論，有待進一步的研究。

2 DWI在食管癌診斷中的應(yīng)用

2.1 DWI在診斷食管癌 T分期中的應(yīng)用

腫瘤組織細胞數(shù)目較正常組織多，水分子擴散受限程度較正常組織高，DWI上呈相對的高信號，ADC值較正常組織低，因此可以用DWI技術(shù)檢測腫瘤組織。有研究發(fā)現(xiàn)，ADC值較高的食管癌患者的總生存率高于ADC值較低的食管癌患者，ADC值在不同T分期以及分化程度的患者中均存在差異，這說明ADC值與腫瘤分化程度及T分期相關(guān)[16]。Huang等[17]對60例初診為食管癌的患者及20例健康人進行了DWI檢查，結(jié)果顯示IVIM衍生參數(shù)有助于發(fā)現(xiàn)腫瘤，尤其是T1期腫瘤，并且與腫瘤的T分期相關(guān)，可以用于診斷食管癌的分期。有文獻報道，在食管癌的診斷及病變長度的測量方面，DWI優(yōu)于CT檢查[13]。CT測量的食管病變長度往往大于病理結(jié)果[18]。由此可見，DWI在食管癌的早期發(fā)現(xiàn)以及T分期診斷方面顯示出獨特的優(yōu)勢，并且在顯示病灶長度及腫瘤細微結(jié)構(gòu)方面有巨大的潛力。

2.2 DWI在診斷食管癌 N分期中的應(yīng)用

ADC值作為淋巴結(jié)的定量指標可以鑒別淋巴結(jié)的良惡性。ADC值反映水分子擴散運動的能力，其受組織細胞結(jié)構(gòu)的影響。水分子擴散受限程度與細胞膜完整性及組織細胞密度呈反比。與正常淋巴結(jié)相比，淋巴結(jié)受侵后，腫瘤細胞密度大，核質(zhì)比值大，組織間隙縮小，淋巴結(jié)內(nèi)血管紊亂，水分子擴散受限程度高，DWI呈稍高或高信號，ADC值低于正常淋巴結(jié)[16]。有研究發(fā)現(xiàn)MRIDWI與EUS診斷食管癌T、N分期的準確度均高于CT[19]。此外，DWI在顯示食管癌灶旁淋巴結(jié)方面有一定優(yōu)勢，CT無法區(qū)分與食管癌粘連的食管旁淋巴結(jié)[20]。不過也有研究者發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的平均ADC值明顯高于良性淋巴結(jié)的平均ADC值，但是兩者存在重疊，因此認為DWI在食管癌分期中的作用有限[21]。但是由于此項研究僅納入了24例食管癌患者，有很大的局限性，因此DWI在食管癌及轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的鑒別方面的應(yīng)用仍然非常值得期待。

3 DWI與常規(guī)影像學技術(shù)的比較

近年來食管癌的診斷技術(shù)以及多種治療手段都取得了巨大的進展，食管癌發(fā)病率保持穩(wěn)定，但病死率仍居高不下，需要開展大量工作提高診斷準確性。影像學檢查在食管癌的診療中起著至關(guān)重要的作用。但目前食管癌術(shù)前分期沒有單一的最優(yōu)檢查方法。局部分期診斷通常是EUS和CT相結(jié)合，PET-CT檢查用來評估遠處轉(zhuǎn)移情況，其他檢查方法作為補充。X線鋇劑造影、食管鏡能從一定程度判斷食管腔內(nèi)情況，但無法判斷食管癌管壁浸潤及管周情況，在臨床中應(yīng)用有限。CT檢查在臨床上最為常用，具有掃描速度快、圖像清晰、對周圍器官敏感性小等優(yōu)點。隨著醫(yī)學影像技術(shù)的快速發(fā)展，CT從過去的4排發(fā)展到64排甚至更多，掃描時間更短，分辨率更高，運動偽影干擾更小。因此，CT檢查在診斷疾病及淋巴結(jié)鑒別方面應(yīng)用廣泛[22-23]。但CT的軟組織分辨率低，無法明確病變食管的長度及浸潤深度，很難發(fā)現(xiàn)小的T1～2期病灶，無法準確判定T分期。有研究表明CT診斷食管癌的靈敏度和特異度分別為70.3%、69.4%，DWI診斷食管癌的靈敏度和特異度分別為87.6%、82.5%，CT掃描對食管癌的診斷率低于DWI檢查[13]。

EUS將內(nèi)鏡與超聲技術(shù)結(jié)合，既可直接顯示黏膜病變，又可區(qū)分食管壁5層結(jié)構(gòu)，評估病變浸潤深度，在食管癌術(shù)前局部分期診斷中被廣泛應(yīng)用[24]。EUS診斷食管癌T分期的準確度達80.0%以上。但其受操作者水平的影響較大，不能應(yīng)用于腫塊較大所導致的管腔過于狹窄的患者，并且EUS屬于侵入性檢查，可能有穿孔風險，而高分辨率MRI可以清晰顯示食管癌的各層結(jié)構(gòu)[25]。有文獻報道，MRIDWI（92.9%）對食管癌術(shù)前T分期的診斷準確度明顯高于EUS（67.1%）[26]。MRI作為一種非侵入檢查，有望替代或者作為EUS的補充檢查手段。

18F-氟代脫氧葡萄糖（18F-fluorodeoxyglucose）/PET-CT能夠提供腫瘤原發(fā)灶及淋巴結(jié)的代謝信息，也是臨床上較常用的分期檢查方法，但其空間分辨率較低，較小病灶在圖像上顯示欠佳，而食管壁沒有漿膜層，厚度約為4 mm，因此18F-FDG/PET-CT在T分期診斷方面的作用有限[27-29]。此外，PET-CT對于食管周圍組織是否受侵犯、小淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移以及腫瘤周圍淋巴結(jié)檢出方面有一定局限性，并且PET-CT檢查費用昂貴、輻射較大。最近一項對49例患者進行PET-CT和全身MRI的前瞻性研究發(fā)現(xiàn)，全身MRI和PET-CT在T分期（98%vs94%）、N分期（67%vs59%），甚至在轉(zhuǎn)移病灶檢出中的準確度相似[30]。在不久的將來，MRIDWI技術(shù)有可能改善診斷分期的現(xiàn)狀，從而彌補目前成像模式的局限性。

4 小結(jié)

DWI作為唯一可以活體檢測水分子微觀運動的功能影像檢查技術(shù)，無需造影劑，掃描時間較短，無輻射，在食管癌的檢出、分期等中有很大的應(yīng)用價值。但在最佳序列、參數(shù)及診斷標準方面仍然沒有統(tǒng)一的標準，需要在這方面進行更多更進一步的研究。相信在不久的將來，DWI在食管癌診斷及分期方面有著更廣闊的前景。