医学影像

高分辨MRI及DCE-MRI在直肠癌术前诊断中的研究进展

作者:安徽省肿瘤医院(安徽省立医院西区)影像科(方梦诗);中国人民解放军福州总医院医学影像中心(钟群) 来源:功能与分子医学影像学(电子版) 日期:2017-05-30
导读

         在中国,直肠癌发病率近几年来呈明显上升趋势,因此直肠癌的诊断及治疗也日益受到重视。由于直肠癌的解剖位置与治疗有密切相关性,故治疗前肿瘤的定位、分期及良好准确的图像显示对治疗有积极意义。

        在中国,直肠癌发病率近几年来呈明显上升趋势,因此直肠癌的诊断及治疗也日益受到重视。由于直肠癌的解剖位置与治疗有密切相关性,故治疗前肿瘤的定位、分期及良好准确的图像显示对治疗有积极意义。

        1.直肠癌病理解剖与手术方式

        直肠癌根据肿块位置高低分为三段:上段直肠癌(肿块下缘距肛门12~15 cm),中段直肠癌(肿块下缘距肛门7~11 cm),下段直肠癌(肿块下缘距肛门4~6 cm)。中、下段直肠癌位于腹膜反折以下,因而有着特殊的解剖特点,即无浆膜层。对上段直肠癌患者可行保肛手术,而中、下段直肠癌患者的手术方式临床存在较大分歧。随着进一步研究,尤其对盆腔解剖、直肠癌淋巴引流的规律及局部复发原因更透彻的认识,全直肠系膜切除(totalmesorectalexcision,TME)已成为中下段直肠癌手术新的标准。

        2,高分辨磁共振在直肠癌术前分期、环周切缘评估方面的价值

        由于磁共振成像具有良好的组织对比度,其应用于直肠癌的价值已被临床认可。随着高档磁共振的普及,优化序列的分辨率进一步提高,使得图像显示足以与病理切片相媲美。高分辨磁共振并没有明确的定义,这个高分辨也是相对于常规磁共振而言的,常规磁共振扫描图像的分辨率可以达到1.5~3mm,高于这个分辨率就可以认为是高分辨。一般来说,小FOV、适度提高矩阵及减小层厚,就可以提高图像分辨率。直肠壁在组织学上分为黏膜层、黏膜下层、固有肌层及浆膜层,高分辨磁共振(这里指的是T2WI)具有的优势就是能够清晰显示这几层组织结构,黏膜层表现为波浪状均匀的低信号,黏膜下层为疏松的结缔组织,因而表现为高信号,固有肌层及浆膜层分不开,均呈低信号。

        直肠周围的直肠系膜因含有丰富的脂肪组织,呈明显的高信号,其内可见流空的血管影及呈低信号的神经、淋巴结。T2WI轴位上,直肠系膜外围的细线状低信号是直肠周围筋膜,直肠固有筋膜和骶前筋膜是直肠周围筋膜的主要组成部分。参照直肠癌病理T分期,高分辨磁共振的各期表现如下:(T1期)黏膜和黏膜下层的增厚,但固有肌层完整,T2WI示肿瘤信号低于高信号的黏膜下层;(T2期)肿瘤组织侵及但未侵透固有肌层,肌层变薄但肌层与周围脂肪交界面完好;(T3期)肿瘤信号超出肌层,深入肠周脂肪,肌层与周围脂肪的界面消失;(T4期)肿瘤信号明显侵入周围邻近组织器官。

        实际工作中高分辨磁共振区别T1期与T2期准确性不高,所以将两者合并为≤T2期,判断标准为肿瘤信号局限于肠壁,且与周围脂肪交界面完好。大多数国内外文献报道高分辨磁共振对直肠癌术前T分期的总体准确性高达90%以上,如Elsa等研究得出,总体分期准确性为93.6%,(≤T2期)91.8%,(T3期)90.4%,(T4期)98.6%。临床应用中的分期失败绝大多数是由于T2期的过度分期和磁共振图像对早期T3期的显示有限。前者主要是由于炎性纤维增生引起的肠周毛刺样或细条样异常信号影突入直肠周围脂肪,与含肿瘤的纤维化反应难以鉴别。

        对于N分期,仅仅通过淋巴结的大小预判其是否为肿瘤转移的淋巴结,由于其准确性不高,且Kim等研究发现,86%的转移性淋巴结直径<10mm,有的甚至<5mm,所以,高分辨磁共振在直肠癌术前N分期方面评估价值不高,这里不予详述。

        2010年,美国癌症联合委员会(AmericanJointCommitteeonCancer,AJCC)第7版结直肠癌TNM分期有较大程度变更,T2~T4期中低位直肠癌定义被单独细化:①肛管内的下段直肠癌,T2期为侵及但未侵透内括约肌,而其他部位的中下段T2期直肠癌则为侵及但未侵透固有肌层;②肛管内的下段直肠癌,T3期为侵及但未侵透外括约肌,而其他部位的中下段T3期直肠癌则为侵犯直肠系膜但并未侵及盆筋膜脏层,或侵及但未侵透浆膜(仅限于中段直肠前壁、腹膜反折及其以上部位的肿瘤);③在中下段直肠癌,T4a期仅见于侵透中段直肠前壁、腹膜反折及其以上部位的肿瘤,而其他部位的中下段直肠癌因无浆膜被覆则根本不能划归T4a期;T4b期则为侵透直肠系膜或者浆膜(侵及骨盆壁、盆腔内器官)的中段直肠癌,以及侵及肛提肌或侵透外括约肌达坐骨直肠窝脂肪的低位直肠癌。因此,影像分期中要注意上段直肠癌与中下段直肠癌分期的细微差别。另外,肿瘤如已突破直肠固有筋膜及骶前筋膜往往意味着肿瘤对邻近结构(下腹下丛、骶前静脉丛、输尿管、精囊及直肠侧韧带)的侵犯,预示着较高的原发肿瘤分期。

        TME手术的关键是沿着直肠系膜筋膜外间隙行锐性分离,完整切除直肠系膜筋膜,降低局部复发率,若肿瘤、转移淋巴结或癌结节侵犯直肠系膜筋膜,则造成环周切缘阳性,故术前准确判断环周切缘情况对手术方式的选择显得尤为重要。高分辨磁共振由于可以清晰的显示直肠系膜及其筋膜结构,因此,在判断环周切缘阳性与否方面具有重要价值。环周切缘的判断:在磁共振图像上测量肿瘤所在位置至邻近直肠系膜筋膜的最短距离,若此距离<1mm则认为环周切缘有肿瘤浸润,记为环周切缘阳性;若此距离≥1mm,记为环周切缘阴性。国外多数研究证实,高分辨磁共振对环周切缘是否阳性的判断准确率高达90%以上。

        3.DCE-MRI和半定量、定量参数在直肠癌术前诊断方面的价值

        动态增强磁共振成像(dynamiccontrast-enhancedmagneticresonanceimaging,DCE-MRI)是通过对特定区域进行重复扫描,在未注入对比剂前先行一期扫描,然后静脉团注磁共振对比剂,获得一系列高时间分辨率的图像。因其反映了对比剂进入及退出病变组织的血流动力学过程,间接提供了肿瘤组织血管属性,因而在一定程度上可以反映肿瘤的分化程度,并可以预测预后。

        目前,这一技术在前列腺癌诊断方面的准确率可达85.4%,其亦可应用于直肠癌的研究中。根据DCE-MRI获得时间信号曲线(time-signalintensitycurve,TIC),并计算出感兴趣区峰值(signalpeak)、最大信号差值(maximumsignaldifference,MSD)、达峰时间(timetopeak,TTP)、信号强化率(signalenhancementratio)、早期最大信号强化率(emax)、流入斜率(wash-inslope,WIS)、流出斜率(wash-outslope,WOS)等参数值,此为半定量分析。

        许亚春等研究表明,不同病理分期的直肠癌,随着分化程度的降低,Tbegin(初始强化时间)和Tpeak有逐渐后延的趋势,峰值逐步提高,但差异无统计学意义。但部分研究表明不同组织病理分级的直肠癌半定量参数之间的差异并不具有统计学意义,这可能是由于半定量分析计算的是相对值,且易受扫描参数及个体差异的影响。根据不同的药物代谢动力学模型,测量得出的血流动力学定量参数有:容量转移常数(volumetransferconstant,Ktrans),速率常数(rateconstant,Kep),血管外细胞外间隙容积分数(EESvolumefraction,Ve)。Ktrans是指对比剂从血管内扩散到血管外的速度常数,单位是min-1,它主要受血流灌注、对比剂经血管扩散和在细胞间隙内扩散的影响。Kep指一段时间后,组织间隙内的对比剂经扩散重新回到血管内的速度,单位为min-1,Kep值可以反映血管生成的特征,如果血管通透性高,则对比剂回流快,而在纤维化或坏死组织中,对比剂回流较慢。Ve指血管外细胞外间隙占整个体素的容积比,取值介于0和1之间。

        宋琼等研究表明,对于病理分级为Ⅰ~Ⅲ级的肝癌,随着病理分级的增加,Ve值降低,其原理可能是随着病理级别升高,肝癌细胞排列更紊乱且更紧密,血管外细胞间隙更狭小,而微血管的形态也发生改变,从无形状的点线状更多向完整环形管状改变,推测微血管的渗透性会随之下降,因此这两个因素可能导致体素中EES空间的对比剂浓度相对变少,导致Ve值随着病理分级的增高反而变小。同理,对于不同分化程度的直肠癌病灶,其动态增强定量参数可能也存在相关变化。另外,动态增强定量参数与直肠癌术前T分期是否有相关性还存在争议,目前研究甚少,部分人认为无相关性,如Yeo等搜集63例直肠癌患者数据,发现Ktrans、Ve值与T分期之间并无明显相关性。因此,这个问题还需要今后进一步的研究证实。

        4.DCE-MRI在评估CRT对LARC治疗反应方面的应用

        局部进展期直肠癌(locallyadvancedrectalcancer,LARC)是指原发肿瘤分期在T3~T4期,而无论有无淋巴结或远处转移。TME联合术前放化疗即新辅助放化疗(neoadjuvantchemoradiotherapy,CRT)是目前治疗LARC的标准方案。

        DCEMRI作为一种非侵入性影像学方法,可以间接反映肿瘤的微循环,近年来其在直肠癌新辅助治疗反应方面的研究引起了人们的重视。文献收集30例LARC患者新辅助治疗前后的DCE-MRI资料,结果证明治疗反应好者和差者在治疗前TIC流出斜率的差异具有统计学意义,而其他治疗前TIC半定量参数(流入斜率,峰值,60/90/120S曲线下面积)及所有治疗后TIC半定量参数及其差值(治疗前后相差)均无统计学意义。Antonella等收集74例LARC患者CRT前后DCE-MRI资料,研究结果得出治疗反应好组治疗前后MSD和WOS具有统计学意义,而治疗反应差组各半定量参数无统计学意义,另外,治疗反应好和差两组之间的△MSD(差值)及△WOS差异具有统计学意义。

        以上研究说明DCE-MRI半定量参数在评估CRT对LARC治疗反应方面具有重要的作用,可作为一种功能性术前评估手段。DCE-MRI定量参数同样在评估CRT对LARC治疗反应方面具有潜在的意义。目前的研究尚少,且研究针对的定量参数种类及研究方法众所不一。如Martijn等收集51例LARC患者资料,发现新辅助治疗前反应良好组病灶Ktrans值高于反应差组,差异具有统计学意义,新辅助治疗后反应良好组及病理完全缓解组的Ktrans值(第25、50百分位数的Ktrans值)低于反应差组,差异均具有统计学意义。文献研究表明新辅助治疗前反应良好组的DCE-MRI定量参数值高于治疗反应差组。但是,Kim等表明新辅助治疗前反应良好组与反应差组间的参数差异并无统计学意义。因此,DCE-MRI定量参数在评价LARC对CRT的反应情况尚待进一步研究。

        5.总结与展望

        高分辨磁共振与DCE-MRI联合应用于直肠癌,既可以从解剖学上清晰的显示病灶及其周围组织器官受累情况,也可以从功能学上判断肿瘤的血管生成和微循环系统,间接预测肿瘤的恶性程度,对术前判定肿瘤分期、指导临床制定治疗方案及判断病人预后方面具有非常重要的价值。但高分辨磁共振的术前分期还存在一些难以解决的问题,例如直肠上段蠕动所产生的伪影、肠道内容物的干扰、肿瘤纤维化反应与周围组织炎性纤维增生如何鉴别等。DCE-MRI半定量及定量参数对直肠癌的研究尚受很多因素影响与制约,仍处于初级阶段,如动态扫描时易受腹式呼吸运动的影响、小病灶显示欠佳、定量参数诊断无统一标准等。尽管这些影响因素导致高分辨磁共振与DCE-MRI联合应用于直肠癌术前诊断方面受到一定限制,但其作为无创性判定患者术前分期及预后方面的应用前景仍然值得期待,相信随着相关研究的逐步进展及技术手段的不断创新,多模态磁共振在直肠肿瘤中的应用将会更加广泛。

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