磁共振彌散加權(quán)成像在直腸癌診斷中的應(yīng)用價值

郝帥營，張濱，許衛(wèi)

1.北京大學(xué)首鋼醫(yī)院 醫(yī)學(xué)影像中心，北京 100043；2.首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)部 放射科，北京100053

磁共振彌散加權(quán)成像在直腸癌診斷中的應(yīng)用價值

郝帥營1，張濱1，許衛(wèi)2

1.北京大學(xué)首鋼醫(yī)院 醫(yī)學(xué)影像中心，北京 100043；2.首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)部 放射科，北京100053

磁共振擴散加權(quán)成像作為無創(chuàng)性反映活體內(nèi)水分子微觀運動的新興MR技術(shù)，已經(jīng)開始應(yīng)用于直腸癌的早期診斷。本文就磁共振擴散加權(quán)成像在直腸癌診斷中的應(yīng)用現(xiàn)狀予以綜述。

直腸癌；磁共振成像；彌散加權(quán)成像

0 前言

直腸癌是消化道常見惡性腫瘤，通過腸鏡對病變部位取活檢是診斷直結(jié)腸癌的金標準，但其操作使病人感到痛苦和恐懼，也會因術(shù)者經(jīng)驗不足、取活檢部位不準確而出現(xiàn)假陰性，另外腸鏡不易通過梗阻端使得觀察病變受限[1]。

影像學(xué)檢查在腸癌的診斷中具有重要價值，過去多采用傳統(tǒng)的診斷方法，如鋇灌腸等。近年來開始運用CT或MR仿真內(nèi)鏡對其進行診斷[2,3]。隨著MR技術(shù)的發(fā)展，彌散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging, DWI）在體部腫瘤性病變的輔助診斷中也有了初步應(yīng)用，其操作簡單，病人更容易接受，目前DWI在直腸癌中的應(yīng)用已有少量的研究報道[4,5,6]，現(xiàn)結(jié)合近期的相關(guān)文獻綜述如下。

1 DWI的基本原理及其在直腸癌中的技術(shù)應(yīng)用

DWI是目前唯一能觀察活體水分子微觀運動的成像方法，它從分子水平反映人體組織的空間組成信息和病理生理狀態(tài)下各組織成分中水分子的功能變化，能夠檢測出與組織含水量改變有關(guān)的形態(tài)學(xué)及生理學(xué)的早期改變。DWI的基礎(chǔ)是分子的隨機熱運動，即布朗運動。

以往受呼吸運動、化學(xué)位移等因素影響制約了彌散成像在腹部的應(yīng)用，DWI主要應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)[7]。隨著MR技術(shù)的發(fā)展， 平面回波成像（echo planar imaging，EPI）技術(shù)出現(xiàn)，以及近年高場強梯度磁場的使用及新的序列的成像不斷開發(fā)，使得基于EPI技術(shù)的序列的成像速度極快，能最大程度上消除由呼吸、心跳等生理因素造成的偽影。并行采集技術(shù)（Parallel Acquisition Technique）技術(shù)的應(yīng)用，可縮短回波鏈，縮短有效回波時間，使磁敏感相關(guān)偽影明顯減輕，從而提高圖像質(zhì)量。目前，已有關(guān)于肝臟、腎臟、胰腺等腹部實質(zhì)臟器彌散成像的研究，對直腸癌DWI的研究尚處于探索階段[5]。

目前用于直腸癌的DWI技術(shù)主要是SE-EPI序列。SE-EPI序列有單次激發(fā)和多次激發(fā)兩種方式：單次激發(fā)屏氣技術(shù)DWI的成像時間快，但受SNR的影響，層面較厚，可能會造成對小病變的漏診[3]。多次激發(fā)自由呼吸DWI成像，不需屏氣，SNR相對較高，圖像質(zhì)量比較穩(wěn)定，重復(fù)性好[5,6]。

2 DWI在直腸癌診斷中的應(yīng)用價值

2.1 直腸癌DWI中的b值選擇

彌散敏感梯度場的敏感度由梯度脈沖的強度和持續(xù)時間決定，用b值表示，也稱彌散敏感系數(shù)，公式為b =γ2G2δ2(Δ-δ/3)，其中γ為磁旋比，G及δ分別為彌散梯度脈沖的強度和持續(xù)時間，Δ為兩個梯度脈沖起始點的間隔時間。高b值的DWI可以較直觀的顯示直腸癌病灶，有利于直腸癌的檢出，且高b值可以減少灌注影響，ADC值（apparent diffusion coefficient, 表觀擴散系數(shù)）的測量更準確。但隨著b值的增高，圖像信噪比明顯下降，又有可能影響病變的顯示和檢出，因此選擇合適的b值對直腸癌的檢出較為重要。彌散成像b值的選擇應(yīng)主要滿足以下三點: ①能夠清晰顯示和分辨被檢組織; ②有效抑制T2穿透效應(yīng)對彌散圖像的影響; ③應(yīng)用盡可能高的b值，使被測組織的ADC值更接近組織真實D值。國內(nèi)有研究認為b=1000s/mm2是直腸癌彌散成像的較佳b值，可以較好地克服灌注、T2穿透效應(yīng)對直腸癌彌散成像的影響，準確反映組織的彌散特性[5]。

2.2 DWI在直腸癌診斷中的價值

在高b值的DWI圖像上，直腸癌由于水分子擴散受限而表現(xiàn)為高信號，而正常腸壁、糞便和周圍多數(shù)正常結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為低信號，直腸癌的信號強度與正常腸壁的對比明顯，直腸周圍只有少數(shù)正常結(jié)構(gòu)（主要包括前列腺外周帶、精囊腺、子宮內(nèi)膜、小腸等）也可表現(xiàn)為稍高信號，但根據(jù)解剖位置及形態(tài)不易與直腸癌相混淆，因此高b值的DWI可以較直觀地顯示直腸癌病灶，有利于直腸癌的檢出[8,9]。目前多數(shù)文獻認為DWI對直腸癌的檢出具有較高的敏感度，但在特異度方面仍存在一定的分歧。Ichikawa[6]的研究表明高b值彌散成像對結(jié)腸直腸癌有足夠的診斷能力，有高的敏感性 (91%, 30/33) 和特異性(100%, 15/15)。而Tomonori等[8]的研究結(jié)果顯示DWI診斷直腸癌的敏感度為100%，特異度卻僅為65%。

DWI由于空間分辨力較低，只能顯示直腸腸壁的大致輪廓，不能顯示腸壁的分層（粘膜層、粘膜下層、肌層等結(jié)構(gòu)），單純應(yīng)用DWI進行術(shù)前T腫瘤分期難度較大，但DWI上直腸癌的信號強度與正常腸壁的對比明顯，有助于提高T2WI分期的準確性，同時T2WI和DWI融合疊加圖像也可以彌補DWI較低的圖像分辨率[8]。

2.3 DWI在診斷直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移中的價值

確定淋巴結(jié)的狀態(tài)對于放射學(xué)者來說是一個難點，文獻報道MRI判斷淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的準確性為43%～85%[10]。目前影像學(xué)對淋巴結(jié)受侵仍主要以淋巴結(jié)的直徑為診斷標準，然而對淋巴結(jié)直徑?jīng)]有一個統(tǒng)一的診斷標準，不同研究者對異常淋巴結(jié)的判斷所采取的診斷淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的最低下限為3～10mm[10,11]。由于腫大的淋巴結(jié)可以是炎性淋巴結(jié)也可以是轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)，而小淋巴結(jié)可能伴有微轉(zhuǎn)移，因此單純以大小為標準難以準確判斷淋巴結(jié)的良惡性。Brown[12]等提出，預(yù)測惡性淋巴結(jié)可通過淋巴結(jié)邊緣不規(guī)則或者其呈混雜信號作為評估轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的標準，檢出的敏感性和特異性分別為85%和97%。Kim[11]發(fā)現(xiàn)癌性浸潤的淋巴結(jié)其內(nèi)部存在壞死組織或者粘液池而呈非均勻信號，對診斷淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有一定的價值。國外學(xué)者[13]采用親淋巴的對比劑USPIO (ultrasmall particles of iron oxide，三氧化二鐵的微小粒子)進行磁共振淋巴造影在轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的診斷中顯示出較好的應(yīng)用前景，但仍需進一步的研究證實。

DWI不僅能顯示直腸癌病灶，而且能顯示增大的淋巴結(jié)。DWI是從分子水平對疾病進行研究，也是目前唯一能夠在活體測定組織內(nèi)水分子擴散運動的方法，可以反映淋巴結(jié)內(nèi)超微結(jié)構(gòu)的變化，在發(fā)現(xiàn)早期淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有一定優(yōu)勢。有研究表明當(dāng)DWI圖像上沒有出現(xiàn)異常淋巴結(jié)信號時，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的幾率相對較小[14]。T2WI上直腸周圍區(qū)域脂肪內(nèi)及髂血管周圍的淋巴結(jié)在呈低信號，與血管斷面相似，若不上下層面連續(xù)仔細觀測，易被漏診。DWI上增大的淋巴結(jié)呈明顯高信號，而血管等正常組織信號被抑制，因此DWI上很容易檢出可疑有轉(zhuǎn)移的淋巴結(jié)。但炎性增大的淋巴結(jié)在DWI上同樣可以表現(xiàn)為高信號[8]，因此，對于DWI檢出淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的特異度仍需進一步深入研究。

2.4 ADC值在直腸癌中的應(yīng)用價值

彌散加權(quán)成像常用ADC來定量描述每個體素內(nèi)分子的綜合微觀運動。ADC值的計算公式為ADC=Ln（S低/S高）/［b高-b低］，其中b為擴散梯度因子，其單位為s/mm2；S是不同b值下的信號強度。在活體不同組織中，水分子擴散快者信號衰減大，DWI上為低信號，ADC值大，ADC圖上為高信號；水分子擴散慢者信號衰減小，DWI上為高信號，ADC值小，ADC圖上為低信號。DWI的信號既存在T2WI對比，也存在水分子的擴散信息，有時需結(jié)合ADC圖分析病變的性質(zhì)，ADC圖的價值主要在于除去了T2效應(yīng)。

一些研究表明，ADC值與細胞的密度之間有相關(guān)性，腫瘤組織細胞核增大，核漿比增高，核異型性明顯，腫瘤細胞增多且排列緊密，導(dǎo)致細胞外間隙減小，水分子擴散受限，導(dǎo)致ADC值降低[15-17]。Nasu[17]的研究結(jié)果表明直腸癌的ADC值的波動范圍很小，說明即便是對于存在生理運動的直腸，ADC值的測量仍然是可行的。結(jié)直腸癌與良性病變及正常腸壁的擴散系數(shù)值不同，惡性腫瘤的細胞繁殖旺盛，細胞密度較高，細胞外容積減少，同時細胞生物膜的限制和大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)對水分子的吸附作用也增強。這些因素綜合作用阻止了惡性腫瘤內(nèi)水分子的有效運動，限制了擴散，ADC值降低[18,19]。Hosonuma等[9]使用高b值檢測直腸癌，結(jié)果直腸癌的ADC值明顯低于直腸良性病變，且差異有統(tǒng)計學(xué)意義，對直腸病變的良惡性鑒別有一定意義。

直腸癌術(shù)前放化療的療效個體差異較大，因此，通過影像檢查手段和方法來評價腫瘤療效，對于及時調(diào)整治療方案，體現(xiàn)個體化治療原則非常重要。但是單從直腸癌術(shù)前放化療腫瘤縮小率對于腫瘤是否降期的預(yù)測和評估的準確性較低。Hein等[20]通過監(jiān)測直腸癌放化療前后的ADC值變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在放化療初期ADC值輕度上升，隨后呈明顯下降趨勢，且下降水平與放化療引起的腫瘤內(nèi)纖維化有關(guān)，腫瘤區(qū)域平均ADC可作為評估原發(fā)性直腸癌患者術(shù)前放化療敏感性的一個新參數(shù)。

3 直腸癌DWI與其他傳統(tǒng)影像學(xué)檢查方法的比較

鋇灌腸是結(jié)直腸癌的基本影像學(xué)檢查方法，常用于顯示腔內(nèi)病變以及縱向侵犯情況，能判斷腸管的柔軟度和動度，花費低，但其不易發(fā)現(xiàn)一些較小的病灶和早期病變[21-23]，無法反映腸腔外腫瘤浸潤以及周圍淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的情況，并且操作時間長，輻射量大。

常規(guī)CT對早期結(jié)直腸癌的診斷方面仍存在很大的局限性，尤其是平坦型及凹陷型更易漏診，原因在于CT對結(jié)腸癌診斷很大程度上依賴于腸壁厚度的測量。

CT仿真結(jié)腸鏡(CT virtual colonoscopy, CTVC) 是利用單層或多層螺旋CT快速掃描獲得一系列結(jié)直腸區(qū)域的容積數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機軟件進行多平面重組和三維表面重建、腔內(nèi)導(dǎo)航等后處理技術(shù)，獲得具有纖維結(jié)腸鏡效果的成像技術(shù)。此技術(shù)可避免因腸道冗長、扭曲、粘連、痙攣、較大阻塞病變和因操作者技術(shù)原因以致腸鏡不能完成檢查的缺陷，且簡便、痛苦小、易耐受。

CTVC檢查前要求充分的腸道準備、足夠的氣體充盈、薄層掃描[24]。采用俯臥位相結(jié)合，有助于鑒別殘渣與殘留的液體等造成的假象。與MR相比，CT的優(yōu)勢在于空間分辨率高，成像速度快，可以在較短時間實現(xiàn)大范圍的快速掃描，使得一次單獨的檢查可用于局部、區(qū)域和遠處分期的聯(lián)合評估。多層CT多平面重組技術(shù)可以從不同角度、方位觀察病變的大小、形態(tài)、走行及其毗鄰關(guān)系，透明法重建后處理可以清楚顯示管腔形態(tài)、狹窄及阻斷部位，結(jié)腸仿真內(nèi)窺鏡對腸腔內(nèi)突出的腫塊的形態(tài)、大小及管壁的不光滑顯示較好，對腸管的狹窄程度有比較滿意的顯示，但對于病變的早期診斷能力有限[25]。

常規(guī)MRI具有良好的軟組織分辨率，可顯示腸壁解剖結(jié)構(gòu)和毗鄰關(guān)系，能顯示腸壁腫塊及其大小和鄰近器官的侵犯，還能顯示淋巴結(jié)腫大及盆腹腔轉(zhuǎn)移，在病變的分期和可切除性評估等方面優(yōu)于CT[26-28]。MR仿真結(jié)腸鏡(magnetic resonance virtual colonoscopy, MRVC)的原理同CTVC一樣，也是利用計算機軟件對MR快速掃描獲得容積數(shù)據(jù)，在工作站對結(jié)直腸表面具有相同像素的部分進行后處理，以獲得三維內(nèi)窺鏡效果的結(jié)直腸解剖和病理解剖學(xué)圖像[29]。與CTVC相比，MRVC有無射線輻射、對軟組織顯示對比好等優(yōu)點。但MRVC空間分辨力低使之受到一定的限制，對小病變或扁平型的病灶的檢出能力差[30,31]。另外，與CTVC一樣對腸道準備要求高，糞便殘留或注入腸道對比劑不足可造成誤診。

直腸DWI檢查克服了鋇灌腸檢查的不適和操作者依賴性，以及CT檢查的較大輻射量和碘過敏反應(yīng)的不足， 不需要仿真內(nèi)鏡那樣嚴格的腸道準備和灌腸操作，病人更容易接受。同時DWI作為目前唯一活體觀察水分子微觀運動的MRI功能成像方法，彌補了常規(guī)MRI單純依靠形態(tài)學(xué)的診斷直腸癌的不足，能夠提高診斷直腸癌的敏感性和特異性，而且可應(yīng)用于直腸癌放化療的療效評估，具有較好的應(yīng)用前景。

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Application of Magnetic Resonance Diffusion-weighted Imaging in the Diagnosis of Rectal Cancer

HAO Shuai-ying1, ZHANG Bin1, XU Wei2

1.Department of Medical Imaging, Shougang Hospital of Peking University, Beijing 100041,China;2.Department of Radiology,Xuanwu Hospital of Capital Medical University,Beijing 100053, China

Magnetic resonance diffusion-weighted imaging enables noninvasive characterization of biologic tissues on the basis of their water diffusion properties, and provides a new MR technique for the early diagnosis of rectal cancer. The diagnosis of rectal cancer with diffusion-weighted imaging was summarized in the present paper.

rectal cancer; magnetic resonance imaging; diffusion weighted imaging

R445.2

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.06.056

1674-1633(2010)06-0134-04

2009-09-11

作者郵箱：haoshy@gmail．com