多样化MRI 成像技术对直肠癌淋巴结转移的诊断价值

田景东，彭卓鹏，吴尚远，邹娴，周泽辉

（中山大学新华学院生物医学工程学院，广东 广州 510520）

0 引言

直肠癌是世界范围影响人体健康的消化道恶性肿瘤之一。根据2020 年全球癌症统计数据显示，直肠癌的发生率排名第三，死亡率排名第二，其发病率在欧美等发达国家最高，其发病的原因可能饮食习惯的改变以及久坐等生活方式变化有关[1]。直肠癌患者的淋巴结是否转移，对于直肠癌患者的最佳临床治疗方案选择，预后的评估极其重要[2]。MRI 磁共振运用H 质子成像，具有多参数成像，多序列的特点，软组织分辨率高，是诊断直肠癌淋巴结转移重要的影像学手段[3]。随着MRI多种扫描技术的出现，对直肠癌淋巴结转移诊断的敏感性与特异性也在不断提高，因此，本文基于常规MRI、DWI、DCE-MRI、HR-MRI、USPIO-MRI、IVIM-MRI 六种技术对淋巴结的诊断价值进行探讨。

1 目前主要运用于直肠癌检查的MRI 技术原理

1.1 高分辨率 MRI 成像

高分辨MRI（high resolution magnetic resonance imaging，HR-MRI）具备常规MRI 的所有成像优势，且对病灶组织能采取小视野薄层扫描，从而提高病灶以及环周组织、细小淋巴结病变的空间分辨率[4]。近年来，高分辨磁共振成像凭借高质量的图像空间分辨率和信噪比，且能够获得多方位高分辨T2 加权像（T2 weighted image，T2WI），被广泛运用于结直肠癌术前分期与疗效评估[5]。

1.2 DWI 扩散加权成像

磁共振DWI 成像是利用水分子弥散运动特性所进行的成像，令MRI 展开了对人体内细胞水平的微观世界研究，其反映人体内组织水分子扩散的自由度运动等变化。ADC 值（apparent diffusion coefficient）是表观弥散系数为影响DWI 信号的因素之一。DWI 的信号与弥散系数D 呈负指数关系，相当于D 值增大，DWI 信号会下降。在赵瑾等[6]的直肠癌的研究中，发现ADC 值对直肠癌中的水分子扩散呈量化作用，对比正常的组织，异形细胞在癌中过度增殖生长，核浆比例高，阻碍了水分子扩散运动，ADC 值降低。其中弥散敏感系数（b 值）也应用于表示弥散加权程度，单位为s/mm2。b 值的改变主要改变了DWI 对感兴趣区组织中水分子运动的敏感性；b 值取点越多，测得ADC 值就越准确；当b 值处于较低时，ADC 值受灌注影响较大；b 值较高时，受灌注影响减少，更精确地反映了弥散情况；但是，图像信噪比随着b 值增高而降低，影响病变的检出，因此合适的b 值对直肠癌的检出十分重要。

1.3 DCE-MRI 动态对比增强磁共振成像

动态增强磁共振成像是一种重要的功能成像方法，其原理是肿瘤组织恶性增殖导致其血流供应、新毛细血管、微血管灌注状态与正常的组织不相同，经肘静脉注射含钆（Gd）的对比剂，采用快速的成像序列获得对比剂进行病灶组织之前，期间浓聚，之后消散的连续图像[7]，而后基于T1mapping、T2*多期动态增强和药代动力经典Tofi 模型对感兴趣区（ROI）的信号强度变化进行一系列参数的定量分析，这些参数间接表现了对比剂在组织中流入、扩散、凝聚等分布情况，能较好反映组织血管通透性以及局部区域内血流灌注情况。当直肠癌淋巴结出现转移时，转移淋巴结的微血管密度出现变化，则其内部的血流灌注也相应发生变化，因此通过参数的比对分析，可对淋巴结是否转移作出诊断[8]。

目前DCE-MRI 其一是通过半定量分析是获得时间-信号强度曲线（time-signal intensity curve，TIC），根据TIC 测量得出初始强化时间、达峰时间（time to peak TTP）、最大信号强度（maximum signal intensity，MSI）、强化率（washout-rate）等反映ROI 的血液动力学情况的参数，优势是容易测量得出参数，但是其评估对比剂在病灶组织内的浓度变化的准确度差。其二定量分析是采用药代动力学模型计算而得出定量参数，以Tofi 模型最为广泛运用。其得出三个主要参数：容积转移常数（Ktrans）、细胞外血管外间隙与血浆的速率常数（Kep）、细胞外血管外容积分数(Ve)。

1.4 IVIM-MRI 成像

体素内不相干运动成像（intravoxel incoherent motion，IVIM）是由外国学者Le Bihan 等[9]最先在1986 年提出。受人体组织中毛细血管微循环的灌注的影响，因此正常的人体组织中不是单纯只存在水分子的扩散运动。传统的DWI 是运用单指数模型计算得出表面扩散系数（ADC），虽然能反映活体组织水分子的内外运动情况，提高病变诊断的敏感度，但是受毛细血管微循环灌注的影响，会导致研究结果不相同。IVIM 采用双指数模型，可以区分并量化水分子扩散运动和毛细血管微循环灌注，得到更加准确反映组织水分子运动的数据[10-11]。IVIM 扫描成像采取多个b 值，获取常用的定量参数。常用的四个定量参数包括：ADC 值、D 值、D*、f。ADC 代表组织水分子扩散与血流灌注加权作用，D 是真性扩散系数，反映组织真正弥散运动，D*是假性扩散系数，反映微循环灌注的参数，f 值为灌注分数，即微循环的灌注的扩散效应占总水分子扩散效应的比值[12]。IVIM 的成像目前在中枢神经、宫颈癌、前列腺癌、鼻咽癌都取得一定的成果，在直肠癌分期应用价值也在不断深入探讨中。

1.5 USPIO-MRI

超小超顺磁性氧化铁（ultrasmall superparamagnetic iron oxide，USPIO）是一种MRI成像的对比剂。与传统的顺磁性对比剂相比较，USPIO 具有明显的磁矩效应，因此在T2WI 和T2*WI的图像上，有USPIO 聚集的部位表现为信号强度减弱[13]。在进行直肠癌淋巴结转移显像时，USPIO 对比剂采取静脉注射方式。通过两种途径进去到直肠癌淋巴结中，一种是通过毛细血管途径进入到淋巴结的髓窦内，另一种是通过非选择性内皮细胞的转运先进入组织间质内，后通过淋巴管引流再输送到淋巴结内。进入淋巴结内的USPIO 主要被生理功能正常的巨噬细胞浓聚，因此正常淋巴结在T2WI 和T2*WI 的MRI 影像上显示为信号强度显著减弱。而转移性、受累或肿瘤浸润的淋巴结，其功能受损异常，淋巴结内的巨噬细胞相比于正常淋巴结大量减少，因此虽然USPIO 无聚集或很少，但在图像上仍然显示为高信号[14-15]。

2 各种MRI 技术对直肠癌的淋巴结转移的应用现状

2.1 常规MRI

常规MRI 成像主要通过直肠癌淋巴结的大小、形状、切缘以及受累情况来评估淋巴结是否转移，但是目前相关研究结果的评价标准不一，准确度也不高。Li[16]发现，临床上通常以直径大于5mm 的判断标准最常用，但是对于微转移和直径小于5mm 的淋巴结，常规MRI 成像一般难以诊断，准确性不高。AlmLvK 等[17]通过调查40 例具有转移灶的患者和40例无转移灶的患者对比发现，有转移灶患者比无转移灶患者更容易出现≥5mm 的局部淋巴结，且最大淋巴结大小（术前MRI 测得≥5mm）与发生转移的风险之间呈正相关（P=0.02），这与Li 学者的研究结果相一致。Gröne 等[18]学者运用常规MRI 成像对60 例患者进行研究，得到以7.2mm 为诊断淋巴结是否转移的临界值，淋巴结大于7.2mm 诊断为转移，其诊断的准确度为68.3%，此外在范围3～4mm 的淋巴结也可能是恶性的。Langman 等[19]通过对244 例患者共检索10000 多个直肠癌淋巴结进行病理诊断发现，近三分之一转移性淋巴结直径小于3mm，其中14%与较大的淋巴结转移无关。Jo HJ 等[20]通过研究发现，炎性反应性增生也有可能导致淋巴结出现不同程度增大的改变。目前诊断直肠癌淋巴结转移的大小标准尚未达成一致，对较大淋巴结诊断效果较高，但是对于短径小于5mm 的淋巴结的诊断效果不太理想，因此常规MRI 单依靠来淋巴结的大小判断是否转移具有一定的局限性，其诊断价值有限。

2.2 HR-MRI 成像

曹务腾[21]等学者认为，高分辨MRI 可以较好地显示直肠的肿瘤侵犯周径的程度，有效提高T2、T3a 期的鉴别准确率，对直肠癌的T 分期诊断有一定的临床价值。蔡香然等[22]对30 例直肠癌患者行体外相位阵列线圈高分辨MRI 扫描，结果显示高分辨MRI 对T1～2 期的敏感度和特异度为66.7%（6/9）和95.2%（20/21），对T3 期的敏感度和特异度分别为100.0%（15/15）和73.3%（11/15）。综合来看，T分期的整体准确率高达86.7%（26/30），可以较清楚地识别直肠系膜的肿瘤沉积以及判断环周切缘的浸润程度，可见高分辨MRI 对于诊断直肠癌T 分期有重要意义，这与曹等学者的看法相一致。高分辨MRI 不仅可以有效提高T 分期的诊断效能，且能够更好地观察淋巴结形态、边缘和内部信号特征，较为准确地评价直肠癌淋巴结转移情况[23]。但是目前有关研究以淋巴结大小作为评价标准时，阈值并不统一。DOYON[24]研究表明，高分辨成像能够很好地识别微小型淋巴结以及转移性淋巴结，以5mm 为阈值时诊断准确性为83%，可以对直肠癌的准确分期提供比较可靠的参考依据。国内学者宋幸鹤等[25]研究发现，以淋巴结最大短径>7mm 作为淋巴结转移阳性的判断标准时，诊断准确率超过70%。也有研究认为并不能够仅以淋巴结最大短径来判断是否转移。一方面，Horne 等[26]国外学者认为，在原发肿瘤旁边的非恶性的淋巴结可能出现反应性增生，导致其体积出现不同程度变大，长短径变大，但恶性转移的淋巴结，其并不是都会出现增大的改变。因此，高分辨MRI 在识别过程中会存在困难，从而导致准确率降低。另一方面，BROWN[27]等根据高分辨MRI 图像上的淋巴结信号均匀程度和边界形态的规则性作为参考标准，与病理学检查结果对比后发现，HR-MRI诊断敏感度和特异度分别为85%、97%，有效提高了高分辨MRI 成像对于结节累及的准确性。目前有关淋巴结转移的评判标准尚未统一，需要继续深入研究。但容积扫描、更薄层扫描等技术的成熟与运用，提高了高分辨MRI 对直肠癌淋巴结转移分期的诊断准确率，具有一定的临床价值[28]。

2.3 DWI 扩散加权成像

DWI 主要通过对淋巴结的ADC 的大小进行对比研究，当淋巴结的ADC 参数值越小，表示该淋巴结内的水分子扩散受到限制越严重，那么其是恶性淋巴结的可能性就越高。庄晓曌[29]等得出65 枚转移性淋巴结ADC 平均值(0.86±0.14）×10-3mm2/s 小于86 枚非转移性淋巴ADC 平均值（0.94±0.16）×10-3mm2/s，且 以(1.05×10-3)mm2/s 为诊断淋巴结转移的阈值时，其敏感度为93.8%，特异度为30.2%。牟[30]等对116 枚直肠癌淋巴结进行研究发现，转移性的淋巴结的ADC 值低于非转移的淋巴结，差异具有统计学意义，且诊断的最佳阈值为（0.95×10-3）mm2/s，敏感度为91.5%，特异度78.3%，Seber 等[31]对全身的转移与非转移淋巴结分析得到诊断的阈值为（0.8×10-3）mm2/s，其敏感度76.4%，特异性85.7%。虽然目前大多数研究表明转移性的淋巴结的ADC 值较低，但是对于运用ADC值诊断淋巴结是否转移的阈值并未得出相同的结果，也有研究表明良恶性淋巴结的ADC 值是差异无统计学意义的。

在Akashi 等[32]的研究结果中，40 例直肠癌患者在组织学分化程度分层的各组间平均肿瘤ADC 有差异（P=0.0192），但根据在N 分期中淋巴管侵犯或局部淋巴结复发分层时ADC 无明显差异。所以发现淋巴结转移的可能性大概与生物个体的综合因素有关。但是在刘影[33]对直肠癌分期研究结果中，28例直肠癌患者中，N0 无淋巴结转移的患者12 例，N1-2 有淋巴结转移的患者16 例，无转移视为阴性，有转移为阳性，结果是常规MRI 的阴性率为62.5%、约登指数为0.458，而常规MR 联合HR-MR、DWI 序列阴性预测检出率为81.82%，约登指数为0.625，诊断效果明显提高，在压脂的图像中，呈现高信号，淋巴结的转移可以较明显的显示出来，说明DWI 对于检查淋巴结还是有一定临床意义。目前对于运用ADC 值诊断淋巴结是否转移的阈值并未得出相同的结果，也有研究表明良恶性淋巴结的ADC 值是差异无统计学意义的。

2.4 DCE-MRI 动态对比增强磁共振成像

谢宗源[34]等通过对65 例直肠癌患者的良性及恶性区域淋巴结进行分析发现，恶性淋巴结的Ktrans值（0.359±0.051）min-1，Kep（1.351±0.301）min-1值和Ve（0.344±0.073），（P<0.05）值均大于良性淋巴结的Ktrans 值（0.359±0.051）min-1，Kep（1.011±0.108）min-1值和Ve（0.240±0.041），（P<0.05），因此，根据其Ktrans 值，Kep 值和Ve判断直肠癌淋巴结良恶性具有一定临床价值。在康立清等[35]对45 例直肠癌患者的35 枚盆腔转移淋巴结和28 枚非转移淋巴结的DCE-MRI 参数进行的分析中发现，转移淋巴结组的Ktrans 及Ve分别为(0.84±0.38)min-1，(0.55±0.22)，（P<0.05）；非转移淋巴结组Ktrans 及Ve分别为(0.48±0.32)min-1，(0.34±0.24)，（P<0.05）；可见转移淋巴结组的Ktrans及Ve 均大于非转移组，其差异具有统计学意义；转移淋巴结组Kep 值大于非转移淋巴结组，分别为(1.65±0.92)min-1和(1.46±1.35)min-1，（P<0.05），其差异不具有统计学意义。其结果与杨军克等[36]对168 例直肠癌患者进行术前DCE-MRI检查显示的Ktrans、Ve 以及Kep 明显高于无淋巴结转移组（P<0.01）相近。推测因转移淋巴结结构紊乱，毛细血管增生旺盛，导致微血管密度增加，血管壁结构改变致血管通透性增高，对比剂从新生血管腔内扩散到腔外细胞间隙速度增快，因而使其容积转移常数（Ktrans）增高。但总体而言，DCEMRI对直肠癌盆腔淋巴结转移仍具有较高诊断价值，前景广阔。

虽然DCE-MRI 已被广泛运用于科研及临床，但由于研究及测量方法等因素的差异，会导致其对良恶性淋巴结转移的判断研究结果的差异。为了尽可能减小实验误差，提高临床诊断精确度，可以通过DCE-MRI 联合其他诊断方式提高对直肠癌淋巴结转移的临床诊断效益。董健等[37]对比了常规MRI 和常规MRI+DWI-MRI+DCE-MRI 联合检查这两种检查方法，多模态MRI 检查将常规MRI 诊断淋巴结转移的敏感性由66.7%提至81.3%、特异性由78.8%提86.6%、准确性由75.6%提至85.2%，可见后者的准确值明显增高。在康立清等[35]学者的研究中也发现，IVIM-DWI 联合DCE-MRI 对盆腔转移的淋巴结进行分析，D 值和Ktrans 值及新变量预测概率P值诊断淋巴结转移的AUC 分别为0.822，0.789 和0.923，较单独使用IVIM-DWI 或DCE-MRI 诊断效能有明显提高。因此当单独使用DCE-MRI 达不到理想的诊断效果时，可根据诊断的需要采取多模态进行联合诊断。

2.5 IVIM-MRI 成像

段书峰等[37]对52 名直肠癌患者淋巴结进行IVIM 参数比较，结果发现有淋巴结转移的直肠癌患者的D 值更低，差异具有统计学意义，原因可能是有直肠淋巴结转移的病灶受到肿瘤细胞侵袭及供血微血管的变化的影响，导致水分子运动受阻的屏障增多，限制水分子的运动。Long 等[39]对不同短径的淋巴结进行分组：3mm ≤×≤5mm，5mm<×≤7mm和×>7mm，结果发现在3mm ≤× ≤5mm 组中，转移的平均D 值显着低于非转移的淋巴结，在5mm<×≤7mm 组中，转移的平均f 值显着低于非转移的淋巴结。Yang 等[40]将116 名直肠癌患者的168枚短径大于或等于5mm 淋巴结进行IVIM 参数的比对，发现转移淋巴结比非转移的淋巴结的D 值高，而f值低。对比这三位学者可发现，运用IVIM 参数的D值诊断直肠癌淋巴结转移与非转移，可能受淋巴结短径的大小的影响，当淋巴结短径超出一定范围的时候，可能不合适以D 值判断，而需要用f 值判断，因此需要对淋巴结依照短径大小进行再细化的分组，其以IVIM 参数的D 值高低诊断不同短径淋巴结转移与非转移的适用范围需要进一步研究。

2.6 USPIO-MRI

目前对于USPIO 对直肠癌淋巴结转移的诊断效能的文献报道数据存在差异，Koh D M.[41]学者的研究中得出敏感性为65%，特异性为93%，在Wu[42]学者的分析中，USPIO-MRI 诊断直肠癌淋巴结转移的敏感度为90%，特异性为96%。不同研究表明USPIOMRI 诊断特异性均较高，且具有更好发现小淋巴结转移的能力，但是目前国内仍未正式用于临床，对于此方法的研究文献也较少，其真正的临床价值有待探讨。

3 小结

综上所述，各种MRI 成像技术都具有各自的优势特点。常规MRI 以形态学为标准判断淋巴结是否发生转移，其诊断准确性较低。HR-MRI 是目前重要的检查手段，在诊断淋巴结转移的特异性与准确性均较高。DCE-MRI、DWI、IVIM-MRI 分别从微循环灌注及水分子弥散方面进行定量分析，其在必要的情况下可以进行联合诊断。USPIO-MRI 其诊断淋巴结转移的特异性较高，但是未被引入国内临床中。期望随着MRI 技术的不断发展、更深入的研究、新成像序列的出现，能提高对直肠癌分期，淋巴结转移诊断的准确度，对患者采取最佳治疗手段。