定量MRI诊断直肠癌淋巴结转移的研究进展

方行 周智鹏

结直肠癌是胃肠道致死率最高的恶性肿瘤，其中大约有1/3发生于直肠，直肠癌病人中大约有25%出现淋巴结转移，淋巴结转移的数量和位置可影响病人的治疗和预后[1-3]。与经直肠超声及CT检查相比，MRI检查方便且具有较高的软组织分辨力，是评估直肠癌分期的常用影像检查方法，直肠癌MRI分期主要评估T、N分期，N分期依据淋巴结转移的数量来确定[4]。常规MRI虽能准确诊断直肠癌T分期，但评估淋巴结转移仍存在困难[5]。随着MR设备的不断更新，MRI已由形态学成像发展到功能学成像，使得定量评估组织血流灌注、组织代谢等方面信息成为可能。定量MRI包括动态增强MRI（dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI）、动态磁敏感增强MRI（dynamic susceptibility contrast-enhanced MRI，DSC-MRI）、单指数模型扩散加权成像（DWI）、扩散峰度成像（DKI）及体素内不相干运动DWI（intravoxel incoherent motion-DWI，IVIM-DWI）等，已逐步应用于直肠癌的评估，可提供更多关于淋巴结转移的量化指标，从而进一步提高诊断准确性。本文就常规MRI及定量MRI评估直肠癌淋巴结转移的研究进展予以综述。

1 常规MRI

常规MRI诊断直肠癌淋巴结转移依靠淋巴结的短径等形态学信息来判断[4]。淋巴结的短径是判断淋巴结转移的重要特征，病理学证实淋巴结大小与转移相关[6]。当淋巴结短径的阈值为10 mm时，诊断特异度为100%，敏感度仅为8%；阈值为3 mm时，敏感度达92%，特异度为2.9%[7]。戴等[8]对266枚淋巴结的短径进行研究，结果显示诊断淋巴结转移的淋巴结短径最佳诊断值为5.05 mm，受试者操作特征曲线下面积（AUC）为0.71，相应敏感度为67.7%，特异度为64.2%。利用淋巴结短径诊断淋巴结转移的准确度较低是由于正常、反应性增生及转移性淋巴结的短径存在一定的重叠[9]。形态学特征对淋巴结转移的诊断价值也有限，对于短径≤5 mm的淋巴结，利用形状不规则及信号不均匀来诊断淋巴结转移的敏感度为52.94%，特异度为99.28%；对于短径5～10 mm的淋巴结，利用上述形态学特征判断淋巴结转移的敏感度为65.28%，特异度为98.36%[10]。Gröne等[7]研究发现联合淋巴结短径与形态学特征诊断淋巴结转移的效能也不高，其准确度仅略高于单纯的淋巴结短径(76.7%和68.3%)，但两者的差异无统计学意义，相应的诊断敏感度和特异度分别为56%和91.4%。综上，常规MRI时无论是单独评估淋巴结短径、形态学特征，还是两者联合评估均不能很好地区分非转移性和转移性淋巴结，需要寻找更加精准的评估方法。

2 动态增强MRI

2.1 DCE-MRI DCE-MRI是在注射对比剂前、中、后获得的一系列MRI影像，因此能反映对比剂动态分布过程，提供病灶血管渗透性和灌注方面的信息[11]。DCE-MRI包括半定量及定量2种分析方式。

半定量分析利用时间-信号强度曲线（timeintensity curve,TIC）及其相关参数来反映组织微血管分布及血管通透性变化，其应用简便，临床使用广泛。文等[12]研究发现，直肠癌转移性淋巴结前90 s增强曲线下面积（iAUC90）和前180 s增强曲线下面积（iAUC180）均高于非转移性淋巴结，结果表明iAUC值与肿瘤组织间隙有关，转移性淋巴结的血管外细胞外间隙大于非转移性淋巴结；该研究还发现iAUC90的AUC最大（0.780），阈值为13.42，相应敏感度和特异度为85.7%和62.9%。

虽然半定量分析方法简单，但是没有结合药物代谢动力模型，不能准确反映对比剂在组织内的变化情况，且更易受扫描参数的影响，限制了半定量分析在直肠癌评估中的应用。定量分析多采用Toft提出的两室模型，两室模型参数包括容量转移常数（volume transfer constant，Ktrans）、速 率 常 数（rate constant，kep）、血 管 外 细 胞 外 容 积 分 数（volume fraction of extravascular extracellular space，ve）及血浆容积分数（volume fraction of plasma，vp）。马等[13]研究发现转移性淋巴结的Ktrans及kep值高于非转移性淋巴结，Ktrans的AUC最大（0.938），相应最佳诊断值为0.21/min，敏感度及特异度分别为83.8%、87.5%；Ktrasns代表对比剂从血管进入组织间隙的速度，恶性淋巴结Ktrasns升高的原因可能是由于新生血管不成熟，故而对比剂更易外漏进入组织间隙；而kep代表了对比剂从组织间隙返回血管的速度，恶性淋巴结血管欠成熟，对比剂反流至血管的速度加快，故kep升高。而Yang等[14]研究发现短径<5 mm转移性淋巴结的Ktrasns低于非转移性淋巴结，认为转移性淋巴结Ktrasns下降是由于肿瘤细胞阻塞了部分血管造成对比剂外漏减慢所致；该研究还认为Ktrasns在不同研究中存在差异主要是由于兴趣区（ROI）勾画方式不同；该研究采用整体勾画ROI，纳入肿瘤新生血管占总体的比例减小，DCE-MRI主要表现为肿瘤细胞阻塞血管的效应，因此定量参数上表现为Ktrasns降低。而马等[13]是在淋巴结最大层面勾画ROI，肿瘤不成熟的新生血管占ROI的比例可能较大，对比剂外漏比例也较大，故在定量参数上表现为Ktrasns升高。

原发灶的DCE-MRI参数在一定程度上可反映肿瘤细胞的生物学行为并预测淋巴结的状态。Grøvik等[15]研究发现，淋巴结转移组原发灶的Ktrans低于非转移组（0.25±0.09/min和0.37±0.08/min），诊断AUC可达0.87；Ktrasns不同表明淋巴转移组与非转移组的原发灶血流及血管通透性存在差异。Bakke等[16]研究显示转移组原发灶的vp值低于非转移组（0.09±0.04/min和0.14±0.07/min）。vp值代表了血管内对比剂占体素的容积分数，反映了组织的微血管密度，淋巴结转移的原发灶vp较低反映其新生血管密度较低[6,16]。与上述研究结果不同，Yu等[17]认为虽然直肠癌原发灶的DCE-MRI定量参数与器官同步转移有关，但不能预测是否出现淋巴结转移。

以上研究结果显示DCE-MRI相对于常规MRI诊断淋巴结转移的准确性提高，表明DCE-MRI对诊断直肠癌淋巴结转移有较好的临床获益。目前DCE-MRI对评估原发灶的研究结果尚不一致，这可能是由于扫描设备、药物代谢动力模型不同所致，尚有待进一步研究。

2.2 DSC-MRI DSC-MRI通过静脉团注对比剂后立即采集组织的T2*影像来反映组织的微血管分布及血管通透性。由于对比剂的T2*效应大于T1缩短效应，DSC-MRI相对于DCE-MRI能更加敏感地反映病灶异质性[18]。Grøvik等[15]研究发现，发生区域淋巴结转移的直肠癌ΔR2*（R2*=1/T2*）曲线峰值（ΔR2*peak）低于非转移组，认为ΔR2*peak较低与转移组组织缺氧和血流量不足有关。另有文献[16]报道转移组及非转移组的ΔR2*peak分别为（30.4±11.4）s-1和（42．2±10．8）s-1，评估原发灶预测直肠癌淋巴结转移的AUC可达0.90，敏感度和特异度分别为86%、90%。Bakke等[16]还发现直肠癌淋巴结转移组中，原发灶的ΔR2*曲线下第30 s面积（AUC30）、第60 s面积（AUC60）均小于非转移组。由此可见，DSC-MRI对于原发灶的评估可以预测淋巴结的状态，证明原发灶的血流情况与淋巴结转移相关，当直肠癌原发灶的ΔR2*peak、ΔR2*曲线的AUC30及AUC60较低时，临床医生应该注意存在淋巴结转移的可能。

3 DWI

3.1 单指数模型DWI DWI通过评估活体组织中的水分子扩散运动状态可反映组织的良恶性及恶性程度大小。单指数模型获得的表观扩散系数（ADC）量化水分子扩散受限程度，细胞越密集，水分子运动越受限，ADC值就越低。评估直肠癌时DWI需要取高b值（常用b≥800 s/mm2），其中以b值为0、800 s/mm2及0、1 000 s/mm2研究较多[4,19]。Ge等[20]在b值为0、800 s/mm2时测量淋巴结的ADC值，发现转移性淋巴结ADC值低于非转移性淋巴结，其AUC为0.729。Li等[21]在b值为0、1 000 s/mm2时测量淋巴结的ADC值，也发现转移性淋巴结的ADC值较低，其AUC为0.872，ADC最佳诊断值为1.01×10-3mm2/s，相应的敏感度、特异度和准确度分别为88.7%、77.6%和84.2%。转移性淋巴结ADC值较低可能是由于内部循环和细胞间隙受肿瘤细胞影响，导致水分子扩散受限而引起的[22]。上述研究主要是针对淋巴结本身，而牟等[23]通过对直肠癌原发灶的测量发现，原发灶的ADC值越低，N分期越高；通过原发灶的ADC值诊断淋巴结转移AUC为0.813，相应ADC最佳诊断值为0.993×10-3mm2/s，敏感度为81.3%，特异度为71.0%；结果表明ADC值越低，代表原发灶的生物学行为越差，从而出现淋巴结转移的可能性更大。可见，DWI能较好地区分转移性和非转移性淋巴结，且对原发灶的评估还能预测淋巴结转移，DWI可以作为评估直肠癌淋巴结的有力工具。但也有研究[24]发现，直肠癌良恶性淋巴结的ADC值存在重叠，DWI无法评估是否出现淋巴结转移，这可能是不同研究间扫描参数、ROI勾画方式存在差异所致，还有待进一步研究。

3.2 DKI传统DWI以高斯分布模型为基础，由于体内水分子并不完全是布朗运动，获得的ADC值与真实的扩散运动情况存在偏差。而DKI由DWI发展而来，利用非高斯分布模型模拟水分子的扩散运动，能更加真实地反映组织的微观变化，其主要参数有平均扩散峰度（mean kurtosis，MK）及平均扩散系数（mean diffusion，MD），MK反映水分子扩散受限偏离高斯分布程度的大小，MD是校正后的ADC值[25]。Yu等[26]研究显示，直肠癌转移性淋巴结MD值低于非转移性淋巴结，MK值高于非转移性淋巴结，AUC分别为0.744、0.700。转移性淋巴结MD值较低是因为转移性淋巴结扩散受限程度更大，结果与单指数模型中ADC值较低相互印证。MK值较大反映了转移性淋巴结内部异质性较大，扩散受限分布特征更偏离高斯分布。DKI对于直肠癌原发灶的评估同样能预测淋巴结状态。有文献[27]报道，直肠癌术后病理结果出现淋巴结转移的原发灶MK值显著高于非转移的原发灶（1.086±0.103和1.009±0.086），其AUC为0.726，表明内部异质性较大的原发灶更易出现淋巴结转移。综上，DKI参数对淋巴结转移有一定的诊断价值，DKI可以作为评估直肠癌的补充序列。

3.3 IVIM-DWI传统DWI受微血管灌注影响，单指数模型获得的ADC值不能代表组织真正扩散受限状态。IVIM-DWI利用多b值双指数模型分离水分子扩散运动与微血管的灌注效应，主要参数包括真扩散系数（pure water diffusion coefficie nt，D值）、伪扩散系数（pseudo-diffusion coefficient，D*值）及灌注分数（perfusion fraction,f值）[28]。Yang等[29]研究显示直肠癌转移性淋巴结的D值与f值均低于非转移性淋巴结，D值诊断效能最高，其AUC为0.751，最佳诊断值为0.592×10-3mm2/s，敏感度为85.90%，特异度为55.56%。D值反映的组织学变化也与单指数模型中的ADC值类似，转移性淋巴结D值较高与其细胞排列较密集有关[28-29]。f值的诊断价值在不同研究间存在差异，Qiu等[30]研究发现转移性淋巴结f值高于非转移性淋巴结。而Yu等[31]研究发现f值在良恶性淋巴结间差异无统计学意义。f值与组织的血流灌注情况有关，但也会受到磁场强度、扫描参数的影响，这可能是造成研究间结果不同的原因[32]。Yang等[29]还评估了IVIM参数联合淋巴结短径区分良恶性淋巴结的价值，其AUC达0.811，敏感度为62.82%，特异度为87.78%。

4 小结

随着医学诊疗逐渐向精准化发展，常规MRI对直肠癌淋巴结的评估已不能满足临床需求。定量MRI量化病灶的代谢、功能及结构等变化，相对传统影像具有巨大的优势。定量MRI不仅提高了诊断淋巴结转移的准确性，还能通过评估原发灶预测淋巴结转移，从而有助于临床诊断，并对揭示淋巴结转移的发生机制具有重要意义。但是，定量MRI对于直肠癌评估仍存在扫描参数缺乏标准、ROI勾画方式尚不统一等问题，未来仍需要进行大样本及多中心的研究。