磁共振弥散加权成像在食管癌中的应用研究进展

2019-03-15孙静王铸

癌症进展 2019年14期

孙静，王铸

国家癌症中心/国家肿瘤临床医学研究中心/中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院影像诊断科，北京100021

食管癌为临床常见的消化道恶性肿瘤，发病率位居全球第八位，癌症相关死亡人数中居第六位[1]。在中国，食管癌发病率居恶性肿瘤第五位，癌症相关死亡人数中居第四位，严重威胁着人类健康与生命[2]。食管癌的5年生存率仅为10%，恶性程度高且早期诊断困难是其预后差的主要原因，大多数患者在初诊时已处于中晚期，从而失去了接受根治性手术的机会[3]。因此，早期诊断和精准的术前分期是选择食管癌合理治疗方案的前提。目前食管癌的影像学诊断多采用X线钡餐造影、食管镜、计算机断层扫描（computed tomography，CT）、正电子发射断层显像-计算机断层扫描（positron emission tomography-computed tomography，PETCT）、超声内镜（endoscopic ultrasonography，EUS），这些方法各有优势，互相补充。磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）有软组织分辨率高、无电离辐射、多参数和功能成像等优点。其在直肠癌中评价病变浸润深度的准确度较高[4]。但是同为管腔结构的食管癌术前分期的应用中，却鲜有报道。其主要原因可能受心脏搏动、食管自身蠕动及气体等所造成的磁敏感伪影影响。近年来MRI技术迅速发展，快速成像技术、更强的梯度和相控阵线圈等技术缩短了扫描时间，减少了生理运动所致的伪影，使食管MRI成为可能。弥散加权成像（diffusion-weighed imaging，DWI）比常规MRI序列更早提供病理生理改变的信息，是从细胞水平上诊断及评价疗效的早期检查手段[5]。DWI已被广泛用于肿瘤的早期诊断、临床分期及疗效评价，是目前唯一能够观察活体组织的水分子微观运动，并可检测出与组织含水量有关的形态学和生理学早期改变的无创成像方法，其在中枢神经系统疾病中的应用已经较为成熟。但是，DWI在食管成像方面的应用尚处于初步研究阶段[6-7]。现就DWI检查技术及其在食管癌诊断方面的研究进行综述。

1 DWI基本原理、优势

1.1 物理原理

水分子的无规则布朗运动即为扩散，DWI就是从细胞分子水平测量水分子的运动。水分子在物体内如果能自由移动（扩散），则相应失相位，表现为信号减低；反之，如果水分子的扩散受到限制，则很少失相位，信号较高。DWI可以观察水分子的扩散特性。扩散系数（D）即分子扩散运动的速度，是指水分子单位时间内随机扩散运动的范围，代表单个水分子在各个方向上的弥散能力，单位为s/mm2。医学中用表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）代替D。水分子的运动能力越强，其ADC值越大；反之，ADC值越小。

1.2 病理生理基础

不同组织中的水分子扩散能力不同，同种组织不同病理状态下的水分子扩散能力不同[8]。DWI的信号强弱取决于组织中水分子的运动能力，细胞密集、细胞排列紧密、细胞外间隙小，DWI显示为高信号，ADC值低；相反，细胞数目少、细胞外间隙大、水分子运动能力强，DWI显示为低信号，ADC值高。此外水分子扩散能力也与细胞膜的完整性有关。肿瘤组织的细胞数目增多、细胞核增大、细胞内细胞器数量增加、核质比增加，水分子扩散受限明显，DWI上呈相对高信号[9]。另外，ADC值可以定量显示组织的微结构变化，为病变提供定量分析，能更真实、有效地反映组织内部的微观变化。

1.3 扩散敏感梯度因子的优化与选择

扩散敏感梯度因子（b）值是DWI技术的重要参数之一，其单位为s/mm2，通过b值的变化，水分子的扩散运动自由度会相应变化，b值与图像质量及ADC值的准确性关系密切：b值增大，空间分辨率减低，磁敏感伪影明显，ADC值更接近真实扩散值；b值越小，ADC值稳定性越差。因此，选择合适的b值对诊断淋巴结良恶性非常重要。目前大多数研究利用单指数模型计算ADC值，单指数模型计算ADC值同时包括灌注和弥散的成分，难以区分真实扩散和灌注效应。体素内不相干运动成像（intravoxel incoherent motion imaging，IVIM）双指数模型通过多b值观察DWI图像可以有效地将微血管灌注与内在弥散过程分开[10]，可以更好地描述生物体内复杂的信号衰减方式。IVIM是Le Bihan[11]最早提出的，用来定量评估组织弥散成像数据[12]。b值的选取范围为0～1000 s/mm2，目前多采用600、800、1000 s/mm2。有研究认为b值为600 s/mm2最接近实际值[13-14]。Wei等[15]认为 b 值为 500 s/mm2时能达到满意的信噪比。对于最佳b值的选择目前尚无统一的结论，有待进一步的研究。

2 DWI在食管癌诊断中的应用

2.1 DWI在诊断食管癌 T分期中的应用

肿瘤组织细胞数目较正常组织多，水分子扩散受限程度较正常组织高，DWI上呈相对的高信号，ADC值较正常组织低，因此可以用DWI技术检测肿瘤组织。有研究发现，ADC值较高的食管癌患者的总生存率高于ADC值较低的食管癌患者，ADC值在不同T分期以及分化程度的患者中均存在差异，这说明ADC值与肿瘤分化程度及T分期相关[16]。Huang等[17]对60例初诊为食管癌的患者及20例健康人进行了DWI检查，结果显示IVIM衍生参数有助于发现肿瘤，尤其是T1期肿瘤，并且与肿瘤的T分期相关，可以用于诊断食管癌的分期。有文献报道，在食管癌的诊断及病变长度的测量方面，DWI优于CT检查[13]。CT测量的食管病变长度往往大于病理结果[18]。由此可见，DWI在食管癌的早期发现以及T分期诊断方面显示出独特的优势，并且在显示病灶长度及肿瘤细微结构方面有巨大的潜力。

2.2 DWI在诊断食管癌 N分期中的应用

ADC值作为淋巴结的定量指标可以鉴别淋巴结的良恶性。ADC值反映水分子扩散运动的能力，其受组织细胞结构的影响。水分子扩散受限程度与细胞膜完整性及组织细胞密度呈反比。与正常淋巴结相比，淋巴结受侵后，肿瘤细胞密度大，核质比值大，组织间隙缩小，淋巴结内血管紊乱，水分子扩散受限程度高，DWI呈稍高或高信号，ADC值低于正常淋巴结[16]。有研究发现MRIDWI与EUS诊断食管癌T、N分期的准确度均高于CT[19]。此外，DWI在显示食管癌灶旁淋巴结方面有一定优势，CT无法区分与食管癌粘连的食管旁淋巴结[20]。不过也有研究者发现转移淋巴结的平均ADC值明显高于良性淋巴结的平均ADC值，但是两者存在重叠，因此认为DWI在食管癌分期中的作用有限[21]。但是由于此项研究仅纳入了24例食管癌患者，有很大的局限性，因此DWI在食管癌及转移淋巴结的鉴别方面的应用仍然非常值得期待。

3 DWI与常规影像学技术的比较

近年来食管癌的诊断技术以及多种治疗手段都取得了巨大的进展，食管癌发病率保持稳定，但病死率仍居高不下，需要开展大量工作提高诊断准确性。影像学检查在食管癌的诊疗中起着至关重要的作用。但目前食管癌术前分期没有单一的最优检查方法。局部分期诊断通常是EUS和CT相结合，PET-CT检查用来评估远处转移情况，其他检查方法作为补充。X线钡剂造影、食管镜能从一定程度判断食管腔内情况，但无法判断食管癌管壁浸润及管周情况，在临床中应用有限。CT检查在临床上最为常用，具有扫描速度快、图像清晰、对周围器官敏感性小等优点。随着医学影像技术的快速发展，CT从过去的4排发展到64排甚至更多，扫描时间更短，分辨率更高，运动伪影干扰更小。因此，CT检查在诊断疾病及淋巴结鉴别方面应用广泛[22-23]。但CT的软组织分辨率低，无法明确病变食管的长度及浸润深度，很难发现小的T1～2期病灶，无法准确判定T分期。有研究表明CT诊断食管癌的灵敏度和特异度分别为70.3%、69.4%，DWI诊断食管癌的灵敏度和特异度分别为87.6%、82.5%，CT扫描对食管癌的诊断率低于DWI检查[13]。

EUS将内镜与超声技术结合，既可直接显示黏膜病变，又可区分食管壁5层结构，评估病变浸润深度，在食管癌术前局部分期诊断中被广泛应用[24]。EUS诊断食管癌T分期的准确度达80.0%以上。但其受操作者水平的影响较大，不能应用于肿块较大所导致的管腔过于狭窄的患者，并且EUS属于侵入性检查，可能有穿孔风险，而高分辨率MRI可以清晰显示食管癌的各层结构[25]。有文献报道，MRIDWI（92.9%）对食管癌术前T分期的诊断准确度明显高于EUS（67.1%）[26]。MRI作为一种非侵入检查，有望替代或者作为EUS的补充检查手段。

18F-氟代脱氧葡萄糖（18F-fluorodeoxyglucose）/PET-CT能够提供肿瘤原发灶及淋巴结的代谢信息，也是临床上较常用的分期检查方法，但其空间分辨率较低，较小病灶在图像上显示欠佳，而食管壁没有浆膜层，厚度约为4 mm，因此18F-FDG/PET-CT在T分期诊断方面的作用有限[27-29]。此外，PET-CT对于食管周围组织是否受侵犯、小淋巴结转移以及肿瘤周围淋巴结检出方面有一定局限性，并且PET-CT检查费用昂贵、辐射较大。最近一项对49例患者进行PET-CT和全身MRI的前瞻性研究发现，全身MRI和PET-CT在T分期（98%vs94%）、N分期（67%vs59%），甚至在转移病灶检出中的准确度相似[30]。在不久的将来，MRIDWI技术有可能改善诊断分期的现状，从而弥补目前成像模式的局限性。