郝帥營，張濱，許衛(wèi)

1.北京大學首鋼醫(yī)院 醫(yī)學影像中心，北京 100043；2.首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院醫(yī)學影像學部 放射科，北京100053

磁共振彌散加權成像在直腸癌診斷中的應用價值

郝帥營1，張濱1，許衛(wèi)2

1.北京大學首鋼醫(yī)院 醫(yī)學影像中心，北京 100043；2.首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院醫(yī)學影像學部 放射科，北京100053

磁共振擴散加權成像作為無創(chuàng)性反映活體內(nèi)水分子微觀運動的新興MR技術，已經(jīng)開始應用于直腸癌的早期診斷。本文就磁共振擴散加權成像在直腸癌診斷中的應用現(xiàn)狀予以綜述。

直腸癌；磁共振成像；彌散加權成像

0 前言

直腸癌是消化道常見惡性腫瘤，通過腸鏡對病變部位取活檢是診斷直結腸癌的金標準，但其操作使病人感到痛苦和恐懼，也會因術者經(jīng)驗不足、取活檢部位不準確而出現(xiàn)假陰性，另外腸鏡不易通過梗阻端使得觀察病變受限[1]。

影像學檢查在腸癌的診斷中具有重要價值，過去多采用傳統(tǒng)的診斷方法，如鋇灌腸等。近年來開始運用CT或MR仿真內(nèi)鏡對其進行診斷[2,3]。隨著MR技術的發(fā)展，彌散加權成像（diffusion weighted imaging, DWI）在體部腫瘤性病變的輔助診斷中也有了初步應用，其操作簡單，病人更容易接受，目前DWI在直腸癌中的應用已有少量的研究報道[4,5,6]，現(xiàn)結合近期的相關文獻綜述如下。

1 DWI的基本原理及其在直腸癌中的技術應用

DWI是目前唯一能觀察活體水分子微觀運動的成像方法，它從分子水平反映人體組織的空間組成信息和病理生理狀態(tài)下各組織成分中水分子的功能變化，能夠檢測出與組織含水量改變有關的形態(tài)學及生理學的早期改變。DWI的基礎是分子的隨機熱運動，即布朗運動。

以往受呼吸運動、化學位移等因素影響制約了彌散成像在腹部的應用，DWI主要應用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)[7]。隨著MR技術的發(fā)展， 平面回波成像（echo planar imaging，EPI）技術出現(xiàn)，以及近年高場強梯度磁場的使用及新的序列的成像不斷開發(fā)，使得基于EPI技術的序列的成像速度極快，能最大程度上消除由呼吸、心跳等生理因素造成的偽影。并行采集技術（Parallel Acquisition Technique）技術的應用，可縮短回波鏈，縮短有效回波時間，使磁敏感相關偽影明顯減輕，從而提高圖像質(zhì)量。目前，已有關于肝臟、腎臟、胰腺等腹部實質(zhì)臟器彌散成像的研究，對直腸癌DWI的研究尚處于探索階段[5]。

目前用于直腸癌的DWI技術主要是SE-EPI序列。SE-EPI序列有單次激發(fā)和多次激發(fā)兩種方式：單次激發(fā)屏氣技術DWI的成像時間快，但受SNR的影響，層面較厚，可能會造成對小病變的漏診[3]。多次激發(fā)自由呼吸DWI成像，不需屏氣，SNR相對較高，圖像質(zhì)量比較穩(wěn)定，重復性好[5,6]。

2 DWI在直腸癌診斷中的應用價值

2.1 直腸癌DWI中的b值選擇

彌散敏感梯度場的敏感度由梯度脈沖的強度和持續(xù)時間決定，用b值表示，也稱彌散敏感系數(shù)，公式為b =γ2G2δ2(Δ-δ/3)，其中γ為磁旋比，G及δ分別為彌散梯度脈沖的強度和持續(xù)時間，Δ為兩個梯度脈沖起始點的間隔時間。高b值的DWI可以較直觀的顯示直腸癌病灶，有利于直腸癌的檢出，且高b值可以減少灌注影響，ADC值（apparent diffusion coefficient, 表觀擴散系數(shù)）的測量更準確。但隨著b值的增高，圖像信噪比明顯下降，又有可能影響病變的顯示和檢出，因此選擇合適的b值對直腸癌的檢出較為重要。彌散成像b值的選擇應主要滿足以下三點: ①能夠清晰顯示和分辨被檢組織; ②有效抑制T2穿透效應對彌散圖像的影響; ③應用盡可能高的b值，使被測組織的ADC值更接近組織真實D值。國內(nèi)有研究認為b=1000s/mm2是直腸癌彌散成像的較佳b值，可以較好地克服灌注、T2穿透效應對直腸癌彌散成像的影響，準確反映組織的彌散特性[5]。

2.2 DWI在直腸癌診斷中的價值

在高b值的DWI圖像上，直腸癌由于水分子擴散受限而表現(xiàn)為高信號，而正常腸壁、糞便和周圍多數(shù)正常結構表現(xiàn)為低信號，直腸癌的信號強度與正常腸壁的對比明顯，直腸周圍只有少數(shù)正常結構（主要包括前列腺外周帶、精囊腺、子宮內(nèi)膜、小腸等）也可表現(xiàn)為稍高信號，但根據(jù)解剖位置及形態(tài)不易與直腸癌相混淆，因此高b值的DWI可以較直觀地顯示直腸癌病灶，有利于直腸癌的檢出[8,9]。目前多數(shù)文獻認為DWI對直腸癌的檢出具有較高的敏感度，但在特異度方面仍存在一定的分歧。Ichikawa[6]的研究表明高b值彌散成像對結腸直腸癌有足夠的診斷能力，有高的敏感性 (91%, 30/33) 和特異性(100%, 15/15)。而Tomonori等[8]的研究結果顯示DWI診斷直腸癌的敏感度為100%，特異度卻僅為65%。

DWI由于空間分辨力較低，只能顯示直腸腸壁的大致輪廓，不能顯示腸壁的分層（粘膜層、粘膜下層、肌層等結構），單純應用DWI進行術前T腫瘤分期難度較大，但DWI上直腸癌的信號強度與正常腸壁的對比明顯，有助于提高T2WI分期的準確性，同時T2WI和DWI融合疊加圖像也可以彌補DWI較低的圖像分辨率[8]。

2.3 DWI在診斷直腸癌淋巴結轉移中的價值

確定淋巴結的狀態(tài)對于放射學者來說是一個難點，文獻報道MRI判斷淋巴結轉移的準確性為43%～85%[10]。目前影像學對淋巴結受侵仍主要以淋巴結的直徑為診斷標準，然而對淋巴結直徑?jīng)]有一個統(tǒng)一的診斷標準，不同研究者對異常淋巴結的判斷所采取的診斷淋巴結轉移的最低下限為3～10mm[10,11]。由于腫大的淋巴結可以是炎性淋巴結也可以是轉移性淋巴結，而小淋巴結可能伴有微轉移，因此單純以大小為標準難以準確判斷淋巴結的良惡性。Brown[12]等提出，預測惡性淋巴結可通過淋巴結邊緣不規(guī)則或者其呈混雜信號作為評估轉移性淋巴結的標準，檢出的敏感性和特異性分別為85%和97%。Kim[11]發(fā)現(xiàn)癌性浸潤的淋巴結其內(nèi)部存在壞死組織或者粘液池而呈非均勻信號，對診斷淋巴結轉移有一定的價值。國外學者[13]采用親淋巴的對比劑USPIO (ultrasmall particles of iron oxide，三氧化二鐵的微小粒子)進行磁共振淋巴造影在轉移淋巴結的診斷中顯示出較好的應用前景，但仍需進一步的研究證實。

DWI不僅能顯示直腸癌病灶，而且能顯示增大的淋巴結。DWI是從分子水平對疾病進行研究，也是目前唯一能夠在活體測定組織內(nèi)水分子擴散運動的方法，可以反映淋巴結內(nèi)超微結構的變化，在發(fā)現(xiàn)早期淋巴結轉移有一定優(yōu)勢。有研究表明當DWI圖像上沒有出現(xiàn)異常淋巴結信號時，淋巴結轉移的幾率相對較小[14]。T2WI上直腸周圍區(qū)域脂肪內(nèi)及髂血管周圍的淋巴結在呈低信號，與血管斷面相似，若不上下層面連續(xù)仔細觀測，易被漏診。DWI上增大的淋巴結呈明顯高信號，而血管等正常組織信號被抑制，因此DWI上很容易檢出可疑有轉移的淋巴結。但炎性增大的淋巴結在DWI上同樣可以表現(xiàn)為高信號[8]，因此，對于DWI檢出淋巴結轉移的特異度仍需進一步深入研究。

2.4 ADC值在直腸癌中的應用價值

彌散加權成像常用ADC來定量描述每個體素內(nèi)分子的綜合微觀運動。ADC值的計算公式為ADC=Ln（S低/S高）/［b高-b低］，其中b為擴散梯度因子，其單位為s/mm2；S是不同b值下的信號強度。在活體不同組織中，水分子擴散快者信號衰減大，DWI上為低信號，ADC值大，ADC圖上為高信號；水分子擴散慢者信號衰減小，DWI上為高信號，ADC值小，ADC圖上為低信號。DWI的信號既存在T2WI對比，也存在水分子的擴散信息，有時需結合ADC圖分析病變的性質(zhì)，ADC圖的價值主要在于除去了T2效應。

一些研究表明，ADC值與細胞的密度之間有相關性，腫瘤組織細胞核增大，核漿比增高，核異型性明顯，腫瘤細胞增多且排列緊密，導致細胞外間隙減小，水分子擴散受限，導致ADC值降低[15-17]。Nasu[17]的研究結果表明直腸癌的ADC值的波動范圍很小，說明即便是對于存在生理運動的直腸，ADC值的測量仍然是可行的。結直腸癌與良性病變及正常腸壁的擴散系數(shù)值不同，惡性腫瘤的細胞繁殖旺盛，細胞密度較高，細胞外容積減少，同時細胞生物膜的限制和大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)對水分子的吸附作用也增強。這些因素綜合作用阻止了惡性腫瘤內(nèi)水分子的有效運動，限制了擴散，ADC值降低[18,19]。Hosonuma等[9]使用高b值檢測直腸癌，結果直腸癌的ADC值明顯低于直腸良性病變，且差異有統(tǒng)計學意義，對直腸病變的良惡性鑒別有一定意義。

直腸癌術前放化療的療效個體差異較大，因此，通過影像檢查手段和方法來評價腫瘤療效，對于及時調(diào)整治療方案，體現(xiàn)個體化治療原則非常重要。但是單從直腸癌術前放化療腫瘤縮小率對于腫瘤是否降期的預測和評估的準確性較低。Hein等[20]通過監(jiān)測直腸癌放化療前后的ADC值變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在放化療初期ADC值輕度上升，隨后呈明顯下降趨勢，且下降水平與放化療引起的腫瘤內(nèi)纖維化有關，腫瘤區(qū)域平均ADC可作為評估原發(fā)性直腸癌患者術前放化療敏感性的一個新參數(shù)。

3 直腸癌DWI與其他傳統(tǒng)影像學檢查方法的比較

鋇灌腸是結直腸癌的基本影像學檢查方法，常用于顯示腔內(nèi)病變以及縱向侵犯情況，能判斷腸管的柔軟度和動度，花費低，但其不易發(fā)現(xiàn)一些較小的病灶和早期病變[21-23]，無法反映腸腔外腫瘤浸潤以及周圍淋巴結轉移的情況，并且操作時間長，輻射量大。

常規(guī)CT對早期結直腸癌的診斷方面仍存在很大的局限性，尤其是平坦型及凹陷型更易漏診，原因在于CT對結腸癌診斷很大程度上依賴于腸壁厚度的測量。

CT仿真結腸鏡(CT virtual colonoscopy, CTVC) 是利用單層或多層螺旋CT快速掃描獲得一系列結直腸區(qū)域的容積數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機軟件進行多平面重組和三維表面重建、腔內(nèi)導航等后處理技術，獲得具有纖維結腸鏡效果的成像技術。此技術可避免因腸道冗長、扭曲、粘連、痙攣、較大阻塞病變和因操作者技術原因以致腸鏡不能完成檢查的缺陷，且簡便、痛苦小、易耐受。

CTVC檢查前要求充分的腸道準備、足夠的氣體充盈、薄層掃描[24]。采用俯臥位相結合，有助于鑒別殘渣與殘留的液體等造成的假象。與MR相比，CT的優(yōu)勢在于空間分辨率高，成像速度快，可以在較短時間實現(xiàn)大范圍的快速掃描，使得一次單獨的檢查可用于局部、區(qū)域和遠處分期的聯(lián)合評估。多層CT多平面重組技術可以從不同角度、方位觀察病變的大小、形態(tài)、走行及其毗鄰關系，透明法重建后處理可以清楚顯示管腔形態(tài)、狹窄及阻斷部位，結腸仿真內(nèi)窺鏡對腸腔內(nèi)突出的腫塊的形態(tài)、大小及管壁的不光滑顯示較好，對腸管的狹窄程度有比較滿意的顯示，但對于病變的早期診斷能力有限[25]。

常規(guī)MRI具有良好的軟組織分辨率，可顯示腸壁解剖結構和毗鄰關系，能顯示腸壁腫塊及其大小和鄰近器官的侵犯，還能顯示淋巴結腫大及盆腹腔轉移，在病變的分期和可切除性評估等方面優(yōu)于CT[26-28]。MR仿真結腸鏡(magnetic resonance virtual colonoscopy, MRVC)的原理同CTVC一樣，也是利用計算機軟件對MR快速掃描獲得容積數(shù)據(jù)，在工作站對結直腸表面具有相同像素的部分進行后處理，以獲得三維內(nèi)窺鏡效果的結直腸解剖和病理解剖學圖像[29]。與CTVC相比，MRVC有無射線輻射、對軟組織顯示對比好等優(yōu)點。但MRVC空間分辨力低使之受到一定的限制，對小病變或扁平型的病灶的檢出能力差[30,31]。另外，與CTVC一樣對腸道準備要求高，糞便殘留或注入腸道對比劑不足可造成誤診。

直腸DWI檢查克服了鋇灌腸檢查的不適和操作者依賴性，以及CT檢查的較大輻射量和碘過敏反應的不足， 不需要仿真內(nèi)鏡那樣嚴格的腸道準備和灌腸操作，病人更容易接受。同時DWI作為目前唯一活體觀察水分子微觀運動的MRI功能成像方法，彌補了常規(guī)MRI單純依靠形態(tài)學的診斷直腸癌的不足，能夠提高診斷直腸癌的敏感性和特異性，而且可應用于直腸癌放化療的療效評估，具有較好的應用前景。

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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

作者郵箱：haoshy@gmail．com