动态增强磁共振成像在直肠癌临床应用中的研究进展

余雪莹，陈爱华

（三峡大学人民医院·宜昌市第一人民医院放射科，湖北 宜昌443000）

0 引言

结直肠癌（CRC）是临床上较为高发的癌症之一，属于胃肠道恶性肿瘤，对人类生命健康产生的威胁不容忽视，据权威数据统计，2020年结直肠癌新增病例达到了193.16万，死亡病例93.52万，在恶性肿瘤中新增发病数量和致死数量处于第三位和第二位[1]。而在中国，由于人口基数大，结直肠癌的发病率和死亡率更是占到了世界总数的28.2%和28.1%，居世界首位，且随着人们生活方式的改变以及老龄化的加快，中国结直肠癌的发病率和死亡率均呈上升趋势，不仅危及居民健康，也给经济带来了沉重负担[2]。因此，早诊断早治疗以及合理的预后及远期评估对提高结直肠癌患者的远期生存率及生存质量至关重要。结肠癌通常比直肠癌更容易诊断和治疗，而直肠癌则涉及到更复杂的决策树，影像学作为必不可少的临床辅助工具，在评估直肠癌的分期、计划治疗策略、评估治疗反应、手术计划和随访中起着至关重要的作用。影像学作为一种重要的临床辅助诊断工具，可以通过对肿瘤病灶影像学的不同表现，运用不同的分析手段，来展示病灶的形态学特征，并初步判断肿瘤可能的受体表达，进而指导直肠癌的临床诊断、治疗及预后评估[3-4]。常规的影像学检查方法如X线、CT、超声等均可以作为直肠癌诊断的辅助工具，但以MRI诊断的敏感度最高，其中DCE-MRI作为一种最新的无创灌注功能性成像的检查手段，可用于评估活体肿瘤的血管构成，包括血流量、通透性和微血管的可渗透性表面,间接反映组织生物学行为[5]，从而可以为直肠癌的定性、诊断分期及治疗方案的制定提供合理的依据。动态增强磁共振成像现已在反映肿瘤生长、转移及预后评价等方面展现出了积极的临床价值和意义，而其在直肠癌的临床应用中更展现出了较好的优势和前景。

1 动态增强磁共振成像（DCE-MRI）

1.1 DCE-MRI的基本原理

DCE-MRI成像检查区别于传统的磁共振检查手段，其作为一种新兴的检查技术，能够根据多种病理特征进行准确诊断，该技术的诊断依据在于病变、组织的微循环变化特征，首先通过连续快速的成像序列，获得能够反映在注入对比剂前、中、后三个时期病灶组织强化情况的一系列连续动态增强过程的图像，再通过相应的后处理工作站获得图像信息，从图像信息中提取得到相应的动态增强参数[6]，根据获取的参数能够评估组织微循环功能，此外，对参数进行分析能够推断出对比剂在病变或组织中流入、扩布以及廓清的情况，以更精确地对比病变部位和正常组织之间的强化差异，除了可以对病变形态学变化情况进行深入分析，还能够利用血流动力学来对病变部位生理变化情况进行定量分析[6-7]。在发生炎症、肿瘤的部位，病变部位对应的血流灌注、血管通透性会出现显著变化，使病变组织在物质分布、组织代谢等方面不同于正常组织。DCE-MRI正是基于对微观差异的捕捉而达到定量分析的目标[7-8]。DCE-MRI基本成像的原理为：将对比剂以静脉注射方式输入，之后采用快速T1WI序列快速扫描兴趣区（ROI），应当保持整个过程的连续性，从而能够得到ROI内所有像素点的时间-信号强度曲线（TIC），再对其进行分析或者运用药代动力学模型予以分析，便可对其予以定性或者获取定量参数[9-10]。

1.2 DCE-MRI的常用参数

DCE-MRI分析参数主要分为半定量参数和定量参数两种，半定量分析是根据DCE-MRI 获得时间信号曲线（TIC），并计算出感兴趣区峰值、最大信号差值、达峰时间、信号强化率、早期最大信号强化率、流入斜率、流出斜率等参数值[11]，半定量参数无需匹配组织相对应的药代动力学模型，仅根据快速扫描获取的TIC曲线的形状和结构便能够得到。其虽然具备扫描时间短、简单易行等优点，但也存在一定的局限性，其分析对信号强度具有较高的依赖性，因此对比剂剂量、扫描技术的差异等能够对最终参数产生较大影响，使半定量参数分析不具有良好的可重复性[6,12]。

DCE-MRI 定量分析在选定病灶感兴趣区（ROI），对肿瘤主要供血血管腔内信号强度-时间曲线进行测量，可以得到相应的动脉输入函数（AIF）[13]，将其与药代动力学模型相结合，能够降低对比剂量、注入速率和扫描条件等因素对参数的影响[7]，进而能够对定量增强参数进行计算。定量分析的常用定量参数有容量转移常数(Ktrans)、速率常数(Kep)、血管外、细胞外间隙容积分数 (Ve)等,Ktrans表示对比剂从血管进入组织间隙的过程，其被认为是最重要的参数之一[6]，通过对这些定量参数进行分析,可以间接地推断对比剂在病变组织中的血流动力学情况,从而更为客观地分析病变与正常组织间的强化差异,不仅能够分析病变的形态学改变,更可以从定量的角度来解释病变在生理功能上的变化[7,14]。能精准、客观地评价靶组织内对比剂的浓度变化和肿瘤的血管结构及功能性特征[13]。有学者研究表明直肠癌DCEMRI研究的差异性虽然很大，但DCE-MRI在直肠癌的分期和再分期中具有一定的价值[15]。此外，还有部分学者研究表明，DCE-MRI定量参数可作为直肠癌患者同步远处转移的预后指标[16]。

2 DCE-MRI在直肠癌分期中的应用

直肠癌的分期是诊断时的必要环节，合理的分期不仅是为临床治疗提供依据，更为患者预后护理提供了依据，故而，在治疗直肠癌的过程中，疾病分期评估是不可缺少的必要环节，具有重要的价值[17]。ASCRS实践参数和NCCN指南都建议采用直肠内超声(EUS)或高分辨率盆腔MRI进行常规术前分期[18]。EUS对评估肿瘤浸润深度(T期)有较高的准确率(80%-95%)，特别是在早期阶段[19]。然而，EUS在评估淋巴结方面表现不佳，总体敏感性(55%)和特异性(78%)都很低[20]。与EUS相比，MRI不仅可对直肠癌的病灶提供更好的成像，更直观的影像学解释，还在识别阳性淋巴结、直肠系膜筋膜和血管外侵犯等方面发挥出了更大的优势。因此，国家综合癌症网络、欧洲医学肿瘤学会和《中国结直肠癌临床诊疗指南(2017年版)》均推荐磁共振成像作为直肠癌术前诊断和分期的最佳影像方法[21]。而与传统的MRI检查方式相比，高分辨率 MRI 动态增强扫描能更准确地反映肿瘤的血流动力学改变，对评估肿瘤侵犯邻近直肠肌层、周围血管及组织器官的程度有较高的价值，从而可以提高T分期的准确性[22]。DCE-MRI的定量分析中Ktrans是研究最深入的参数，其与肿瘤的血管生成活性和肿瘤的侵袭性相关[23]，有研究[24-25]发现Ktrans和TNM分期与分化程度显著相关：Ktrans值越高，N分期越高，Dukes/TNM分期越高，肿瘤分化程度越低；Lollert等人还发现有远处转移的患者Kep显著升高[26]；欧明瑞等经研究也提示术前通过测定Ktrans及Kep值可一定程度的预测肿瘤细胞的增殖能力[17]，同时有望为无法行手术切除的直肠癌患者术后化疗等治疗手段疗效预测提供参考。除此之外，还有部分研究表明同步远处转移的肿瘤有较高的Ktrans值和Kep值，这可能与血管通透性较高的肿瘤更容易发生远处转移有关[16]，由于Ktrans与血管通透性相关，因此可以认为肿瘤组织内的血管生成与Ktrans关系密切。同样，较高的Kep值代表更多的血液回流到血管系统，此外，由于KEP仅受肿瘤血管外-细胞外间隙（EES）中对比剂浓度以及体积分数的影响，因此可能更准确地反映肿瘤毛细血管的生成情况。总而言之，尽管直肠癌DCE-MRI研究具有一定的差异性，但已有大量研究表明DCE-MRI在直肠癌的分期和再分期中仍具有一定的价值，未来还需要更多的研究进一步证实。

3 DCE-MRI在直肠癌壁外静脉侵犯（EMVI）中的应用

肌壁外静脉侵犯(EMVI)，定义为“固有肌外血管内肿瘤细胞的存在”[27]，在31%的直肠癌患者中出现，是影响复发风险的主要因素之一，也是预后不良的独立指标[28]。因此，除了对直肠癌进行常规分期之外，EMVI的识别对于准确的术前风险分层也至关重要，并进一步影响临床决策。虽然肿瘤细胞扩散到小血管(直径＜3mm)可以在组织学上得到证实，但这种鉴定在临床上意义不大[29]。此外，当涉及的血管被广泛破坏得面目全非时，病理学家也会漏报。MRI作为直肠癌术前分期的影像学常规方法，在识别EMVI方面表现出了准确性，特别是在直径大于3mm的血管中[30]。一些研究也表明MRI检测的EMVI(mrEMVI)对预后不良有很强的预测作用[31]。因此，基于高分辨率MRI的EMVI鉴别比组织学鉴别更具有临床意义。动态增强磁共振成像(DCE-MRI)是一种非侵入性的功能成像技术，用于反映肿瘤微循环，其综合了形态学和血流动力学的变化，能够量化与肿瘤微血管生成、灌注和通透性相关的参数[13]，有研究表明直肠癌EMVI阳性组的Ktrans值和Ve值明显高于EMVI阴性组，且与EMVI呈正相关，提示这两个参数可能与肿瘤的血管侵犯密切相关[32,33]，使DCE-MRI参数能够作为潜在的预测EMVI的额外工具，这与另一些学者的研究结果相一致，此外，在mrEMVI阳性患者中，较大的肿瘤大小、较高的病理肿瘤分期和转移的区域淋巴结更常见[34]，这也影响到了患者进一步的临床治疗方案，因此，在诊断初期通过DCE-MRI对病灶的EMVI进行评估是非常有必要的，而DCE-MRI的定量参数与直肠癌壁外血管侵犯状态之间的相关性还需要更多的研究进一步明确和证实。

4 DCE-MRI在评估直肠癌新辅助放化疗（nCRT）疗效中的应用

直肠癌早期临床症状不明显，绝大部分直肠癌患者在发现时已经是局部晚期直肠癌，这也使得除了早期诊断之外，正确的临床治疗方案对患者的远期生存率及生存质量至关重要。目前，新辅助放化疗(nCRT)与全直肠系膜切除术(TME)的联合疗法是治疗局部晚期直肠癌的主要手段[35]。而随着个体化治疗方案的多样化，对放化疗反应的准确评估变得越来越重要，对于一些被认为肿瘤完全消退的患者，甚至可以考虑采用有争议的非手术方法[36]。常规的MRI成像检查虽然也可以用于评估肿瘤反应，但其不易鉴别新辅助治疗导致的纤维化、细胞水肿及坏死与肿瘤残余灶，因此DCE-MRI作为一种无创的功能成像技术被认为是一种很有前途的评估工具[37]。DCE-MRI不仅能评估肿瘤的血管性，还可在分期和再分期中提供有关肿瘤侵袭性和血管生成程度的有价值的信息。由于血管生成是结直肠癌生长和扩散的关键因素，肿瘤血管生成状态的特征可以使临床采用更有针对性的治疗方法[14]。此前的一项研究发现，渗透性更强的直肠肿瘤对CRT的反应更好[38]，因此，DCE-MRI可用于评估肿瘤对新辅助CRT的反应。相关研究表明CRT治疗前Ktrans显著升高[39]，CRT治疗后Ktrans降低约32%-36%与良好（良好或完全）反应有关[40]，CRT 后Ktrans在具有良好反应和完全反应的患者中显著降低[41]。总而言之，多项研究表明，CRT前高的Ktrans值和CRT后Ktrans值的大幅下降可能是良好反应的预测指标，但还需要进一步的前瞻性研究，研究重点应该放在更大的样本量、DCE-MRI技术的一致性、定量和半定量分析的诊断性能以及患者内部和患者之间结果的重复性上[15]。

5 小结

相较于传统的影像学检查方式，DCE-MRI能够基于对直肠癌形态学特征的分析结果，再采用定量分析来推断出血供、病灶微血管分布情况，能够从分子水平准确评估肿瘤状况，从而在直肠癌的诊断、治疗、预后及疗效评估等方面对临床提供较高的参考价值，进而对临床采用个性化的治疗方案进行一定的指导。但DCE-MRI定量参数的准确性一定程度上受到肠道蠕动、肠内容物以及肿瘤坏死物质等因素的影响，使目前直肠癌的DCE-MRI研究受到一定的限制，但其在直肠癌中的应用前景仍然值得期待，未来还需要大量的研究及技术手段的创新。