磁共振弥散加权成像在直肠癌诊断中的应用价值

郝帅营，张滨，许卫

1.北京大学首钢医院 医学影像中心，北京 100043；2.首都医科大学宣武医院医学影像学部 放射科，北京100053

磁共振弥散加权成像在直肠癌诊断中的应用价值

郝帅营1，张滨1，许卫2

1.北京大学首钢医院 医学影像中心，北京 100043；2.首都医科大学宣武医院医学影像学部 放射科，北京100053

磁共振扩散加权成像作为无创性反映活体内水分子微观运动的新兴MR技术，已经开始应用于直肠癌的早期诊断。本文就磁共振扩散加权成像在直肠癌诊断中的应用现状予以综述。

直肠癌；磁共振成像；弥散加权成像

0 前言

直肠癌是消化道常见恶性肿瘤，通过肠镜对病变部位取活检是诊断直结肠癌的金标准，但其操作使病人感到痛苦和恐惧，也会因术者经验不足、取活检部位不准确而出现假阴性，另外肠镜不易通过梗阻端使得观察病变受限[1]。

影像学检查在肠癌的诊断中具有重要价值，过去多采用传统的诊断方法，如钡灌肠等。近年来开始运用CT或MR仿真内镜对其进行诊断[2,3]。随着MR技术的发展，弥散加权成像（diffusion weighted imaging, DWI）在体部肿瘤性病变的辅助诊断中也有了初步应用，其操作简单，病人更容易接受，目前DWI在直肠癌中的应用已有少量的研究报道[4,5,6]，现结合近期的相关文献综述如下。

1 DWI的基本原理及其在直肠癌中的技术应用

DWI是目前唯一能观察活体水分子微观运动的成像方法，它从分子水平反映人体组织的空间组成信息和病理生理状态下各组织成分中水分子的功能变化，能够检测出与组织含水量改变有关的形态学及生理学的早期改变。DWI的基础是分子的随机热运动，即布朗运动。

以往受呼吸运动、化学位移等因素影响制约了弥散成像在腹部的应用，DWI主要应用于中枢神经系统[7]。随着MR技术的发展， 平面回波成像（echo planar imaging，EPI）技术出现，以及近年高场强梯度磁场的使用及新的序列的成像不断开发，使得基于EPI技术的序列的成像速度极快，能最大程度上消除由呼吸、心跳等生理因素造成的伪影。并行采集技术（Parallel Acquisition Technique）技术的应用，可缩短回波链，缩短有效回波时间，使磁敏感相关伪影明显减轻，从而提高图像质量。目前，已有关于肝脏、肾脏、胰腺等腹部实质脏器弥散成像的研究，对直肠癌DWI的研究尚处于探索阶段[5]。

目前用于直肠癌的DWI技术主要是SE-EPI序列。SE-EPI序列有单次激发和多次激发两种方式：单次激发屏气技术DWI的成像时间快，但受SNR的影响，层面较厚，可能会造成对小病变的漏诊[3]。多次激发自由呼吸DWI成像，不需屏气，SNR相对较高，图像质量比较稳定，重复性好[5,6]。

2 DWI在直肠癌诊断中的应用价值

2.1 直肠癌DWI中的b值选择

弥散敏感梯度场的敏感度由梯度脉冲的强度和持续时间决定，用b值表示，也称弥散敏感系数，公式为b =γ2G2δ2(Δ-δ/3)，其中γ为磁旋比，G及δ分别为弥散梯度脉冲的强度和持续时间，Δ为两个梯度脉冲起始点的间隔时间。高b值的DWI可以较直观的显示直肠癌病灶，有利于直肠癌的检出，且高b值可以减少灌注影响，ADC值（apparent diffusion coefficient, 表观扩散系数）的测量更准确。但随着b值的增高，图像信噪比明显下降，又有可能影响病变的显示和检出，因此选择合适的b值对直肠癌的检出较为重要。弥散成像b值的选择应主要满足以下三点: ①能够清晰显示和分辨被检组织; ②有效抑制T2穿透效应对弥散图像的影响; ③应用尽可能高的b值，使被测组织的ADC值更接近组织真实D值。国内有研究认为b=1000s/mm2是直肠癌弥散成像的较佳b值，可以较好地克服灌注、T2穿透效应对直肠癌弥散成像的影响，准确反映组织的弥散特性[5]。

2.2 DWI在直肠癌诊断中的价值

在高b值的DWI图像上，直肠癌由于水分子扩散受限而表现为高信号，而正常肠壁、粪便和周围多数正常结构表现为低信号，直肠癌的信号强度与正常肠壁的对比明显，直肠周围只有少数正常结构（主要包括前列腺外周带、精囊腺、子宫内膜、小肠等）也可表现为稍高信号，但根据解剖位置及形态不易与直肠癌相混淆，因此高b值的DWI可以较直观地显示直肠癌病灶，有利于直肠癌的检出[8,9]。目前多数文献认为DWI对直肠癌的检出具有较高的敏感度，但在特异度方面仍存在一定的分歧。Ichikawa[6]的研究表明高b值弥散成像对结肠直肠癌有足够的诊断能力，有高的敏感性 (91%, 30/33) 和特异性(100%, 15/15)。而Tomonori等[8]的研究结果显示DWI诊断直肠癌的敏感度为100%，特异度却仅为65%。

DWI由于空间分辨力较低，只能显示直肠肠壁的大致轮廓，不能显示肠壁的分层（粘膜层、粘膜下层、肌层等结构），单纯应用DWI进行术前T肿瘤分期难度较大，但DWI上直肠癌的信号强度与正常肠壁的对比明显，有助于提高T2WI分期的准确性，同时T2WI和DWI融合叠加图像也可以弥补DWI较低的图像分辨率[8]。

2.3 DWI在诊断直肠癌淋巴结转移中的价值

确定淋巴结的状态对于放射学者来说是一个难点，文献报道MRI判断淋巴结转移的准确性为43%～85%[10]。目前影像学对淋巴结受侵仍主要以淋巴结的直径为诊断标准，然而对淋巴结直径没有一个统一的诊断标准，不同研究者对异常淋巴结的判断所采取的诊断淋巴结转移的最低下限为3～10mm[10,11]。由于肿大的淋巴结可以是炎性淋巴结也可以是转移性淋巴结，而小淋巴结可能伴有微转移，因此单纯以大小为标准难以准确判断淋巴结的良恶性。Brown[12]等提出，预测恶性淋巴结可通过淋巴结边缘不规则或者其呈混杂信号作为评估转移性淋巴结的标准，检出的敏感性和特异性分别为85%和97%。Kim[11]发现癌性浸润的淋巴结其内部存在坏死组织或者粘液池而呈非均匀信号，对诊断淋巴结转移有一定的价值。国外学者[13]采用亲淋巴的对比剂USPIO (ultrasmall particles of iron oxide，三氧化二铁的微小粒子)进行磁共振淋巴造影在转移淋巴结的诊断中显示出较好的应用前景，但仍需进一步的研究证实。

DWI不仅能显示直肠癌病灶，而且能显示增大的淋巴结。DWI是从分子水平对疾病进行研究，也是目前唯一能够在活体测定组织内水分子扩散运动的方法，可以反映淋巴结内超微结构的变化，在发现早期淋巴结转移有一定优势。有研究表明当DWI图像上没有出现异常淋巴结信号时，淋巴结转移的几率相对较小[14]。T2WI上直肠周围区域脂肪内及髂血管周围的淋巴结在呈低信号，与血管断面相似，若不上下层面连续仔细观测，易被漏诊。DWI上增大的淋巴结呈明显高信号，而血管等正常组织信号被抑制，因此DWI上很容易检出可疑有转移的淋巴结。但炎性增大的淋巴结在DWI上同样可以表现为高信号[8]，因此，对于DWI检出淋巴结转移的特异度仍需进一步深入研究。

2.4 ADC值在直肠癌中的应用价值

弥散加权成像常用ADC来定量描述每个体素内分子的综合微观运动。ADC值的计算公式为ADC=Ln（S低/S高）/［b高-b低］，其中b为扩散梯度因子，其单位为s/mm2；S是不同b值下的信号强度。在活体不同组织中，水分子扩散快者信号衰减大，DWI上为低信号，ADC值大，ADC图上为高信号；水分子扩散慢者信号衰减小，DWI上为高信号，ADC值小，ADC图上为低信号。DWI的信号既存在T2WI对比，也存在水分子的扩散信息，有时需结合ADC图分析病变的性质，ADC图的价值主要在于除去了T2效应。

一些研究表明，ADC值与细胞的密度之间有相关性，肿瘤组织细胞核增大，核浆比增高，核异型性明显，肿瘤细胞增多且排列紧密，导致细胞外间隙减小，水分子扩散受限，导致ADC值降低[15-17]。Nasu[17]的研究结果表明直肠癌的ADC值的波动范围很小，说明即便是对于存在生理运动的直肠，ADC值的测量仍然是可行的。结直肠癌与良性病变及正常肠壁的扩散系数值不同，恶性肿瘤的细胞繁殖旺盛，细胞密度较高，细胞外容积减少，同时细胞生物膜的限制和大分子物质如蛋白质对水分子的吸附作用也增强。这些因素综合作用阻止了恶性肿瘤内水分子的有效运动，限制了扩散，ADC值降低[18,19]。Hosonuma等[9]使用高b值检测直肠癌，结果直肠癌的ADC值明显低于直肠良性病变，且差异有统计学意义，对直肠病变的良恶性鉴别有一定意义。

直肠癌术前放化疗的疗效个体差异较大，因此，通过影像检查手段和方法来评价肿瘤疗效，对于及时调整治疗方案，体现个体化治疗原则非常重要。但是单从直肠癌术前放化疗肿瘤缩小率对于肿瘤是否降期的预测和评估的准确性较低。Hein等[20]通过监测直肠癌放化疗前后的ADC值变化规律，发现在放化疗初期ADC值轻度上升，随后呈明显下降趋势，且下降水平与放化疗引起的肿瘤内纤维化有关，肿瘤区域平均ADC可作为评估原发性直肠癌患者术前放化疗敏感性的一个新参数。

3 直肠癌DWI与其他传统影像学检查方法的比较

钡灌肠是结直肠癌的基本影像学检查方法，常用于显示腔内病变以及纵向侵犯情况，能判断肠管的柔软度和动度，花费低，但其不易发现一些较小的病灶和早期病变[21-23]，无法反映肠腔外肿瘤浸润以及周围淋巴结转移的情况，并且操作时间长，辐射量大。

常规CT对早期结直肠癌的诊断方面仍存在很大的局限性，尤其是平坦型及凹陷型更易漏诊，原因在于CT对结肠癌诊断很大程度上依赖于肠壁厚度的测量。

CT仿真结肠镜(CT virtual colonoscopy, CTVC) 是利用单层或多层螺旋CT快速扫描获得一系列结直肠区域的容积数据，经计算机软件进行多平面重组和三维表面重建、腔内导航等后处理技术，获得具有纤维结肠镜效果的成像技术。此技术可避免因肠道冗长、扭曲、粘连、痉挛、较大阻塞病变和因操作者技术原因以致肠镜不能完成检查的缺陷，且简便、痛苦小、易耐受。

CTVC检查前要求充分的肠道准备、足够的气体充盈、薄层扫描[24]。采用俯卧位相结合，有助于鉴别残渣与残留的液体等造成的假象。与MR相比，CT的优势在于空间分辨率高，成像速度快，可以在较短时间实现大范围的快速扫描，使得一次单独的检查可用于局部、区域和远处分期的联合评估。多层CT多平面重组技术可以从不同角度、方位观察病变的大小、形态、走行及其毗邻关系，透明法重建后处理可以清楚显示管腔形态、狭窄及阻断部位，结肠仿真内窥镜对肠腔内突出的肿块的形态、大小及管壁的不光滑显示较好，对肠管的狭窄程度有比较满意的显示，但对于病变的早期诊断能力有限[25]。

常规MRI具有良好的软组织分辨率，可显示肠壁解剖结构和毗邻关系，能显示肠壁肿块及其大小和邻近器官的侵犯，还能显示淋巴结肿大及盆腹腔转移，在病变的分期和可切除性评估等方面优于CT[26-28]。MR仿真结肠镜(magnetic resonance virtual colonoscopy, MRVC)的原理同CTVC一样，也是利用计算机软件对MR快速扫描获得容积数据，在工作站对结直肠表面具有相同像素的部分进行后处理，以获得三维内窥镜效果的结直肠解剖和病理解剖学图像[29]。与CTVC相比，MRVC有无射线辐射、对软组织显示对比好等优点。但MRVC空间分辨力低使之受到一定的限制，对小病变或扁平型的病灶的检出能力差[30,31]。另外，与CTVC一样对肠道准备要求高，粪便残留或注入肠道对比剂不足可造成误诊。

直肠DWI检查克服了钡灌肠检查的不适和操作者依赖性，以及CT检查的较大辐射量和碘过敏反应的不足， 不需要仿真内镜那样严格的肠道准备和灌肠操作，病人更容易接受。同时DWI作为目前唯一活体观察水分子微观运动的MRI功能成像方法，弥补了常规MRI单纯依靠形态学的诊断直肠癌的不足，能够提高诊断直肠癌的敏感性和特异性，而且可应用于直肠癌放化疗的疗效评估，具有较好的应用前景。

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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

作者邮箱：haoshy@gmail．com