動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振成像在直腸癌臨床應(yīng)用中的研究進(jìn)展

余雪瑩，陳愛(ài)華

（三峽大學(xué)人民醫(yī)院·宜昌市第一人民醫(yī)院放射科，湖北 宜昌443000）

0 引言

結(jié)直腸癌（CRC）是臨床上較為高發(fā)的癌癥之一，屬于胃腸道惡性腫瘤，對(duì)人類生命健康產(chǎn)生的威脅不容忽視，據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年結(jié)直腸癌新增病例達(dá)到了193.16萬(wàn)，死亡病例93.52萬(wàn)，在惡性腫瘤中新增發(fā)病數(shù)量和致死數(shù)量處于第三位和第二位[1]。而在中國(guó)，由于人口基數(shù)大，結(jié)直腸癌的發(fā)病率和死亡率更是占到了世界總數(shù)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(guó)結(jié)直腸癌的發(fā)病率和死亡率均呈上升趨勢(shì)，不僅危及居民健康，也給經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了沉重負(fù)擔(dān)[2]。因此，早診斷早治療以及合理的預(yù)后及遠(yuǎn)期評(píng)估對(duì)提高結(jié)直腸癌患者的遠(yuǎn)期生存率及生存質(zhì)量至關(guān)重要。結(jié)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(fù)雜的決策樹(shù)，影像學(xué)作為必不可少的臨床輔助工具，在評(píng)估直腸癌的分期、計(jì)劃治療策略、評(píng)估治療反應(yīng)、手術(shù)計(jì)劃和隨訪中起著至關(guān)重要的作用。影像學(xué)作為一種重要的臨床輔助診斷工具，可以通過(guò)對(duì)腫瘤病灶影像學(xué)的不同表現(xiàn)，運(yùn)用不同的分析手段，來(lái)展示病灶的形態(tài)學(xué)特征，并初步判斷腫瘤可能的受體表達(dá)，進(jìn)而指導(dǎo)直腸癌的臨床診斷、治療及預(yù)后評(píng)估[3-4]。常規(guī)的影像學(xué)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(wú)創(chuàng)灌注功能性成像的檢查手段，可用于評(píng)估活體腫瘤的血管構(gòu)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(xué)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(jù)。動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振成像現(xiàn)已在反映腫瘤生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移及預(yù)后評(píng)價(jià)等方面展現(xiàn)出了積極的臨床價(jià)值和意義，而其在直腸癌的臨床應(yīng)用中更展現(xiàn)出了較好的優(yōu)勢(shì)和前景。

1 動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振成像（DCE-MRI）

1.1 DCE-MRI的基本原理

DCE-MRI成像檢查區(qū)別于傳統(tǒng)的磁共振檢查手段，其作為一種新興的檢查技術(shù)，能夠根據(jù)多種病理特征進(jìn)行準(zhǔn)確診斷，該技術(shù)的診斷依據(jù)在于病變、組織的微循環(huán)變化特征，首先通過(guò)連續(xù)快速的成像序列，獲得能夠反映在注入對(duì)比劑前、中、后三個(gè)時(shí)期病灶組織強(qiáng)化情況的一系列連續(xù)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)過(guò)程的圖像，再通過(guò)相應(yīng)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(yīng)的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)參數(shù)[6]，根據(jù)獲取的參數(shù)能夠評(píng)估組織微循環(huán)功能，此外，對(duì)參數(shù)進(jìn)行分析能夠推斷出對(duì)比劑在病變或組織中流入、擴(kuò)布以及廓清的情況，以更精確地對(duì)比病變部位和正常組織之間的強(qiáng)化差異，除了可以對(duì)病變形態(tài)學(xué)變化情況進(jìn)行深入分析，還能夠利用血流動(dòng)力學(xué)來(lái)對(duì)病變部位生理變化情況進(jìn)行定量分析[6-7]。在發(fā)生炎癥、腫瘤的部位，病變部位對(duì)應(yīng)的血流灌注、血管通透性會(huì)出現(xiàn)顯著變化，使病變組織在物質(zhì)分布、組織代謝等方面不同于正常組織。DCE-MRI正是基于對(duì)微觀差異的捕捉而達(dá)到定量分析的目標(biāo)[7-8]。DCE-MRI基本成像的原理為：將對(duì)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(qū)（ROI），應(yīng)當(dāng)保持整個(gè)過(guò)程的連續(xù)性，從而能夠得到ROI內(nèi)所有像素點(diǎn)的時(shí)間-信號(hào)強(qiáng)度曲線（TIC），再對(duì)其進(jìn)行分析或者運(yùn)用藥代動(dòng)力學(xué)模型予以分析，便可對(duì)其予以定性或者獲取定量參數(shù)[9-10]。

1.2 DCE-MRI的常用參數(shù)

DCE-MRI分析參數(shù)主要分為半定量參數(shù)和定量參數(shù)兩種，半定量分析是根據(jù)DCE-MRI 獲得時(shí)間信號(hào)曲線（TIC），并計(jì)算出感興趣區(qū)峰值、最大信號(hào)差值、達(dá)峰時(shí)間、信號(hào)強(qiáng)化率、早期最大信號(hào)強(qiáng)化率、流入斜率、流出斜率等參數(shù)值[11]，半定量參數(shù)無(wú)需匹配組織相對(duì)應(yīng)的藥代動(dòng)力學(xué)模型，僅根據(jù)快速掃描獲取的TIC曲線的形狀和結(jié)構(gòu)便能夠得到。其雖然具備掃描時(shí)間短、簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)，但也存在一定的局限性，其分析對(duì)信號(hào)強(qiáng)度具有較高的依賴性，因此對(duì)比劑劑量、掃描技術(shù)的差異等能夠?qū)ψ罱K參數(shù)產(chǎn)生較大影響，使半定量參數(shù)分析不具有良好的可重復(fù)性[6,12]。

DCE-MRI 定量分析在選定病灶感興趣區(qū)（ROI），對(duì)腫瘤主要供血血管腔內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度-時(shí)間曲線進(jìn)行測(cè)量，可以得到相應(yīng)的動(dòng)脈輸入函數(shù)（AIF）[13]，將其與藥代動(dòng)力學(xué)模型相結(jié)合，能夠降低對(duì)比劑量、注入速率和掃描條件等因素對(duì)參數(shù)的影響[7]，進(jìn)而能夠?qū)Χ吭鰪?qiáng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。定量分析的常用定量參數(shù)有容量轉(zhuǎn)移常數(shù)(Ktrans)、速率常數(shù)(Kep)、血管外、細(xì)胞外間隙容積分?jǐn)?shù) (Ve)等,Ktrans表示對(duì)比劑從血管進(jìn)入組織間隙的過(guò)程，其被認(rèn)為是最重要的參數(shù)之一[6]，通過(guò)對(duì)這些定量參數(shù)進(jìn)行分析,可以間接地推斷對(duì)比劑在病變組織中的血流動(dòng)力學(xué)情況,從而更為客觀地分析病變與正常組織間的強(qiáng)化差異,不僅能夠分析病變的形態(tài)學(xué)改變,更可以從定量的角度來(lái)解釋病變?cè)谏砉δ苌系淖兓痆7,14]。能精準(zhǔn)、客觀地評(píng)價(jià)靶組織內(nèi)對(duì)比劑的濃度變化和腫瘤的血管結(jié)構(gòu)及功能性特征[13]。有學(xué)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(jià)值[15]。此外，還有部分學(xué)者研究表明，DCE-MRI定量參數(shù)可作為直腸癌患者同步遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的預(yù)后指標(biāo)[16]。

2 DCE-MRI在直腸癌分期中的應(yīng)用

直腸癌的分期是診斷時(shí)的必要環(huán)節(jié)，合理的分期不僅是為臨床治療提供依據(jù)，更為患者預(yù)后護(hù)理提供了依據(jù)，故而，在治療直腸癌的過(guò)程中，疾病分期評(píng)估是不可缺少的必要環(huán)節(jié)，具有重要的價(jià)值[17]。ASCRS實(shí)踐參數(shù)和NCCN指南都建議采用直腸內(nèi)超聲(EUS)或高分辨率盆腔MRI進(jìn)行常規(guī)術(shù)前分期[18]。EUS對(duì)評(píng)估腫瘤浸潤(rùn)深度(T期)有較高的準(zhǔn)確率(80%-95%)，特別是在早期階段[19]。然而，EUS在評(píng)估淋巴結(jié)方面表現(xiàn)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(duì)直腸癌的病灶提供更好的成像，更直觀的影像學(xué)解釋，還在識(shí)別陽(yáng)性淋巴結(jié)、直腸系膜筋膜和血管外侵犯等方面發(fā)揮出了更大的優(yōu)勢(shì)。因此，國(guó)家綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)、歐洲醫(yī)學(xué)腫瘤學(xué)會(huì)和《中國(guó)結(jié)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(shù)前診斷和分期的最佳影像方法[21]。而與傳統(tǒng)的MRI檢查方式相比，高分辨率 MRI 動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描能更準(zhǔn)確地反映腫瘤的血流動(dòng)力學(xué)改變，對(duì)評(píng)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(jià)值，從而可以提高T分期的準(zhǔn)確性[22]。DCE-MRI的定量分析中Ktrans是研究最深入的參數(shù)，其與腫瘤的血管生成活性和腫瘤的侵襲性相關(guān)[23]，有研究[24-25]發(fā)現(xiàn)Ktrans和TNM分期與分化程度顯著相關(guān)：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(fā)現(xiàn)有遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的患者Kep顯著升高[26]；歐明瑞等經(jīng)研究也提示術(shù)前通過(guò)測(cè)定Ktrans及Kep值可一定程度的預(yù)測(cè)腫瘤細(xì)胞的增殖能力[17]，同時(shí)有望為無(wú)法行手術(shù)切除的直腸癌患者術(shù)后化療等治療手段療效預(yù)測(cè)提供參考。除此之外，還有部分研究表明同步遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)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(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移有關(guān)[16]，由于Ktrans與血管通透性相關(guān)，因此可以認(rèn)為腫瘤組織內(nèi)的血管生成與Ktrans關(guān)系密切。同樣，較高的Kep值代表更多的血液回流到血管系統(tǒng)，此外，由于KEP僅受腫瘤血管外-細(xì)胞外間隙（EES）中對(duì)比劑濃度以及體積分?jǐn)?shù)的影響，因此可能更準(zhǔn)確地反映腫瘤毛細(xì)血管的生成情況?？偠灾?，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(jià)值，未來(lái)還需要更多的研究進(jìn)一步證實(shí)。

3 DCE-MRI在直腸癌壁外靜脈侵犯（EMVI）中的應(yīng)用

肌壁外靜脈侵犯(EMVI)，定義為“固有肌外血管內(nèi)腫瘤細(xì)胞的存在”[27]，在31%的直腸癌患者中出現(xiàn)，是影響復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的主要因素之一，也是預(yù)后不良的獨(dú)立指標(biāo)[28]。因此，除了對(duì)直腸癌進(jìn)行常規(guī)分期之外，EMVI的識(shí)別對(duì)于準(zhǔn)確的術(shù)前風(fēng)險(xiǎn)分層也至關(guān)重要，并進(jìn)一步影響臨床決策。雖然腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散到小血管(直徑＜3mm)可以在組織學(xué)上得到證實(shí)，但這種鑒定在臨床上意義不大[29]。此外，當(dāng)涉及的血管被廣泛破壞得面目全非時(shí)，病理學(xué)家也會(huì)漏報(bào)。MRI作為直腸癌術(shù)前分期的影像學(xué)常規(guī)方法，在識(shí)別EMVI方面表現(xiàn)出了準(zhǔn)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(cè)的EMVI(mrEMVI)對(duì)預(yù)后不良有很強(qiáng)的預(yù)測(cè)作用[31]。因此，基于高分辨率MRI的EMVI鑒別比組織學(xué)鑒別更具有臨床意義。動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振成像(DCE-MRI)是一種非侵入性的功能成像技術(shù)，用于反映腫瘤微循環(huán)，其綜合了形態(tài)學(xué)和血流動(dòng)力學(xué)的變化，能夠量化與腫瘤微血管生成、灌注和通透性相關(guān)的參數(shù)[13]，有研究表明直腸癌EMVI陽(yáng)性組的Ktrans值和Ve值明顯高于EMVI陰性組，且與EMVI呈正相關(guān)，提示這兩個(gè)參數(shù)可能與腫瘤的血管侵犯密切相關(guān)[32,33]，使DCE-MRI參數(shù)能夠作為潛在的預(yù)測(cè)EMVI的額外工具，這與另一些學(xué)者的研究結(jié)果相一致，此外，在mrEMVI陽(yáng)性患者中，較大的腫瘤大小、較高的病理腫瘤分期和轉(zhuǎn)移的區(qū)域淋巴結(jié)更常見(jiàn)[34]，這也影響到了患者進(jìn)一步的臨床治療方案，因此，在診斷初期通過(guò)DCE-MRI對(duì)病灶的EMVI進(jìn)行評(píng)估是非常有必要的，而DCE-MRI的定量參數(shù)與直腸癌壁外血管侵犯狀態(tài)之間的相關(guān)性還需要更多的研究進(jìn)一步明確和證實(shí)。

4 DCE-MRI在評(píng)估直腸癌新輔助放化療（nCRT）療效中的應(yīng)用

直腸癌早期臨床癥狀不明顯，絕大部分直腸癌患者在發(fā)現(xiàn)時(shí)已經(jīng)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(duì)患者的遠(yuǎn)期生存率及生存質(zhì)量至關(guān)重要。目前，新輔助放化療(nCRT)與全直腸系膜切除術(shù)(TME)的聯(lián)合療法是治療局部晚期直腸癌的主要手段[35]。而隨著個(gè)體化治療方案的多樣化，對(duì)放化療反應(yīng)的準(zhǔn)確評(píng)估變得越來(lái)越重要，對(duì)于一些被認(rèn)為腫瘤完全消退的患者，甚至可以考慮采用有爭(zhēng)議的非手術(shù)方法[36]。常規(guī)的MRI成像檢查雖然也可以用于評(píng)估腫瘤反應(yīng)，但其不易鑒別新輔助治療導(dǎo)致的纖維化、細(xì)胞水腫及壞死與腫瘤殘余灶，因此DCE-MRI作為一種無(wú)創(chuàng)的功能成像技術(shù)被認(rèn)為是一種很有前途的評(píng)估工具[37]。DCE-MRI不僅能評(píng)估腫瘤的血管性，還可在分期和再分期中提供有關(guān)腫瘤侵襲性和血管生成程度的有價(jià)值的信息。由于血管生成是結(jié)直腸癌生長(zhǎng)和擴(kuò)散的關(guān)鍵因素，腫瘤血管生成狀態(tài)的特征可以使臨床采用更有針對(duì)性的治療方法[14]。此前的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，滲透性更強(qiáng)的直腸腫瘤對(duì)CRT的反應(yīng)更好[38]，因此，DCE-MRI可用于評(píng)估腫瘤對(duì)新輔助CRT的反應(yīng)。相關(guān)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(yīng)有關(guān)[40]，CRT 后Ktrans在具有良好反應(yīng)和完全反應(yīng)的患者中顯著降低[41]?？偠灾囗?xiàng)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(yīng)的預(yù)測(cè)指標(biāo)，但還需要進(jìn)一步的前瞻性研究，研究重點(diǎn)應(yīng)該放在更大的樣本量、DCE-MRI技術(shù)的一致性、定量和半定量分析的診斷性能以及患者內(nèi)部和患者之間結(jié)果的重復(fù)性上[15]。

5 小結(jié)

相較于傳統(tǒng)的影像學(xué)檢查方式，DCE-MRI能夠基于對(duì)直腸癌形態(tài)學(xué)特征的分析結(jié)果，再采用定量分析來(lái)推斷出血供、病灶微血管分布情況，能夠從分子水平準(zhǔn)確評(píng)估腫瘤狀況，從而在直腸癌的診斷、治療、預(yù)后及療效評(píng)估等方面對(duì)臨床提供較高的參考價(jià)值，進(jìn)而對(duì)臨床采用個(gè)性化的治療方案進(jìn)行一定的指導(dǎo)。但DCE-MRI定量參數(shù)的準(zhǔn)確性一定程度上受到腸道蠕動(dòng)、腸內(nèi)容物以及腫瘤壞死物質(zhì)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(yīng)用前景仍然值得期待，未來(lái)還需要大量的研究及技術(shù)手段的創(chuàng)新。