趙麗，張紅梅，趙心明

直腸癌是最常見的消化道惡性腫瘤之一[1]，近年來其在我國的發(fā)病率逐年升高，而死亡率有降低趨勢[2]，可能是由于更加精準的術(shù)前分期、全直腸系膜切除手術(shù)(total mesorectal excision，TME)及新輔助放化療(neoadjuvant chemoradiotherapy，nCRT)的廣泛應(yīng)用。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)具有良好的軟組織分辨率，能夠多方位、多參數(shù)成像，在直腸癌的術(shù)前分期及預(yù)后相關(guān)因素評估中有重要作用。應(yīng)用彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI)、體素內(nèi)不相干運動擴散加權(quán)成像(intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI)、擴散峰度磁共振成像(diffusional kurtosis imaging，DKI)、動態(tài)增強磁共振成像(dynamic contrastenhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI)及影像組學(xué)等多種定量MRI技術(shù)對直腸癌術(shù)前評估的研究不斷涌現(xiàn)及發(fā)展，這些技術(shù)具有各自的特點和優(yōu)勢，本文就定量MRI在直腸癌術(shù)前評估方面的研究進展作一綜述，并側(cè)重于直接接受手術(shù)治療的直腸癌患者的術(shù)前評估。

DWI對直腸癌的術(shù)前評估價值

DWI在直腸癌應(yīng)用廣泛，最初主要研究焦點是在直腸癌分期或療效評估中的定性評估作用，現(xiàn)已慢慢轉(zhuǎn)向定量評估，而表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)是DWI的主要量化指標。DWI對評估T分期的優(yōu)勢并不明顯，既往兩項樣本量分別為60和46的研究對比了DWI與常規(guī)T2WI在評估直腸癌T分期中的價值，發(fā)現(xiàn)二者的敏感性、特異性差異均無統(tǒng)計學(xué)意義[3,4]。應(yīng)用DWI評估淋巴結(jié)狀態(tài)的研究主要集中在測量淋巴結(jié)ADC值上，大多數(shù)研究表明良性淋巴結(jié)的ADC值高于惡性淋巴結(jié)[5-8]，基于ADC值評估淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的敏感性和特異性分別約為67%～88%和60%～97%，僅略高于形態(tài)學(xué)特征[9-12]。此外，良惡性淋巴結(jié)的ADC界值在不同的研究中有所不同，且良惡性淋巴結(jié)之間ADC值存在相當大的重疊。由于部分淋巴結(jié)較小、ADC圖的分辨率不理想，通過測量淋巴結(jié)ADC值來鑒別良惡性的可行性和可重復(fù)性并不理想[9-12]。

有學(xué)者研究了DWI在評估直腸癌預(yù)后相關(guān)因素中的價值，Gursoy等[13]發(fā)現(xiàn)肌壁外靜脈侵犯(extramural venous invasion,EMVI)陽性患者的原發(fā)腫瘤ADC值明顯低于EMVI陰性患者，說明原發(fā)腫瘤ADC值的測量可能對評估直腸癌EMVI狀態(tài)有一定幫助。Curvo-Semedo等[14]測量了50例直腸癌患者原發(fā)病灶的ADC值，發(fā)現(xiàn)原發(fā)腫瘤ADC值與直腸系膜筋膜(mesorectal fascia,MRF)受累有關(guān)，而Akashi等[15]通過對40例樣本的研究發(fā)現(xiàn)腫瘤ADC值與MRF受累沒有明顯的相關(guān)性，兩項研究產(chǎn)生不同研究結(jié)果可能與研究樣本量較小及樣本偏倚有關(guān)。

IVIM-DWI對直腸癌的術(shù)前評估價值

IVIM使用雙指數(shù)擬合模型，將真性擴散系數(shù)D從兩個與灌注相關(guān)的參數(shù)即假性擴散系數(shù)(D*)和灌注分數(shù)(f)中分離出來，能夠提供更多的組織微循環(huán)和灌注信息，克服了DWI單指數(shù)模型不能完全體現(xiàn)活體組織生物學(xué)行為的缺點[16]。文獻報道了IVIM在預(yù)測直腸癌分期、分化程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、淋巴管浸潤、KRAS基因等中都有一定意義[17-20]。Sun等[17]分析了52例直腸癌患者原發(fā)腫瘤的IVIM-DWI參數(shù)，發(fā)現(xiàn)臨床分期高、分化程度低、伴有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的腫瘤D值D*低于分期低、分化程度高、無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的患者，EMVI D*值也低于EMVI陰性組，此研究中將病理分化程度分成高、中、低分化3組。另一項128例樣本量的研究將分化程度分為高/中和低分化兩組，發(fā)現(xiàn)低分化組的f值明顯低于中高分化組，這表明D值、D*及f值較低的腫瘤可能具有更強的侵襲性[19]。

IVIM的潛在缺點是其參數(shù)測量的可重復(fù)性較差，而且圖像質(zhì)量會受到掃描參數(shù)的影響，例如回波時間、b值的設(shè)置等[21]。文獻中使用的掃描方案不盡相同[17-20,22,23]，目前關(guān)于如何更好地進行IVIM成像及分析尚無共識。此外，目前關(guān)于IVIM參數(shù)與平均ADC值相比是否能提供更好地評估價值仍存在矛盾。

DKI對直腸癌的術(shù)前評估價值

DWI模型是基于水分子在具有高斯分布的單個方向上沿體素擴散的假設(shè)建立的，但是在自由介質(zhì)中由于組織中含有像細胞膜和血管這樣的屏障影響擴散率，特別是對于高b值(b>1000)可以觀察到非高斯擴散效應(yīng)[24]。這種非高斯擴散可以用峰度來表示，峰度可以看作是組織異質(zhì)性程度的度量。DKI模型將信號分為表觀擴散系數(shù)D(假設(shè)為高斯分布)和表觀擴散峰度K(表示測量信號偏離假定高斯分布的程度)[25,26]。

Cui等[27]分析了79例直腸癌原發(fā)病灶的DKI參數(shù)，發(fā)現(xiàn)腫瘤病理組織學(xué)分級高、伴有淋巴管浸潤及MRF受累組K值高于組織學(xué)分級低、無淋巴管浸潤及MRF陰性組，而D值降低與T分期高有關(guān)。Yu等[28]通過對273個淋巴結(jié)的分析來探討DKI在鑒別良惡性淋巴結(jié)中價值，結(jié)果顯示轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的平均D值和平均K值均與良性淋巴結(jié)有明顯差異。這些發(fā)現(xiàn)提示K值增高可能與預(yù)后差有關(guān)，K值是間接地從腫瘤的復(fù)雜微觀結(jié)構(gòu)中得到的，可能反映了腫瘤組織的侵襲性。侵襲性較強的腫瘤中細胞密度的增加、腺體形成百分比的增加以及核多形性的顯著變化與微觀組織復(fù)雜性的增加有關(guān)，導(dǎo)致K值的峰度較高。D值是校正后的ADC值，實際上反映了水分子的非高斯擴散運動，其物理意義與ADC值相似。DKI作為無創(chuàng)影像學(xué)指標有助于預(yù)測腫瘤浸潤性、評估腫瘤分期。但是DKI一個潛在的缺點與IVIM類似，它使用多個模型參數(shù)，相對容易受到測量誤差的影響。

DCE-MRI對直腸癌的術(shù)前評估價值

DCE-MRI是最常用的MR灌注成像技術(shù)，能夠充分反映活體組織結(jié)構(gòu)的生理病理學(xué)特性如組織灌注、細胞外血管外間隙和毛細血管通透性等[29]。DCE-MRI應(yīng)用Tofts模型可獲得容積轉(zhuǎn)運常數(shù)Ktrans、細胞外血管外間隙容積比Ve及速率常數(shù)Kep等定量參數(shù)，其中Ktrans是最常用的反映血管通透性的參數(shù)[30]。

研究發(fā)現(xiàn)Ktrans與TNM分期和分化程度間存在顯著相關(guān)性：Ktrans的升高與N期和Dukes/TNM分期的升高以及中、低分化腫瘤的發(fā)生有關(guān)[31]；另一項46例樣本量的研究發(fā)現(xiàn)Kep在T分期低的腫瘤中顯著升高[32]；Lollert等[32]通過對41例直腸癌原發(fā)病灶的分析發(fā)現(xiàn)，Kep在遠處轉(zhuǎn)移的患者中顯著升高且DCE-MRI聯(lián)合T2WI對直腸癌術(shù)前分期的準確性更高。有研究表明在微血管密度(MVD)較高、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)和表皮生長因子受體(EGFR)陽性的患者中Ktrans顯著升高，表明DCE-MRI與腫瘤的血管生成活性相關(guān)[31,34]，盡管并非所有的研究都發(fā)現(xiàn)了顯著的結(jié)果[35,36]。

影像組學(xué)對直腸癌的術(shù)前評估價值

影像組學(xué)是近年來新興的一種影像學(xué)分析方法，能夠無創(chuàng)地提取高通量肉眼無法觀察到的特征，從微觀角度反映人體組織器官的整體特點，全面定量評估腫瘤異質(zhì)性。有研究通過提取T2WI和ADC圖的影像組學(xué)特征,發(fā)現(xiàn)建立的影像組學(xué)模型對預(yù)測T分期有意義[37,38]。Chen等[39]對131例直腸癌患者的圖像制作了多個列線圖，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的基于腫瘤增強變化的列線圖相比，影像組學(xué)多參數(shù)列線圖對預(yù)測淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有更高的預(yù)測效能。Lu等[40]分析了414例直腸癌患者的淋巴結(jié)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)診斷方法相比，該方法更準確、有效，具有良好的臨床應(yīng)用價值和可行性。

影像組學(xué)應(yīng)用于臨床也有一些局限性和挑戰(zhàn)。不同機構(gòu)之間甚至同一機構(gòu)內(nèi)的掃描設(shè)備和參數(shù)都不盡相同，降低了模型的穩(wěn)定性。目前已發(fā)表的影像組學(xué)研究用于提取參數(shù)和建模的方法也存在差異。此外，提取的大量特征數(shù)目往往大于研究人群，這可能導(dǎo)致模型的過度擬合。內(nèi)部驗證尤其是外部驗證對于評估模型的準確性至關(guān)重要，然而機構(gòu)間的數(shù)據(jù)共享面臨患者隱私的挑戰(zhàn)，可能是一個限制因素。要克服這些局限性，還需要進一步的研究、探討。使用標準成像參數(shù)、可重復(fù)且一致的分割過程以及各機構(gòu)之間的協(xié)作來創(chuàng)建一個大的數(shù)據(jù)庫將有助于建立可靠的影像組學(xué)模型。

在過去幾十年中，關(guān)于基因檢測的研究越來越多，影像學(xué)特征與腫瘤基因表達間的關(guān)聯(lián)也成為一個關(guān)鍵的研究領(lǐng)域，放射基因組學(xué)應(yīng)用而生。放射基因組學(xué)將定性和/或定量成像特征提取出來，并與成像組織的遺傳基因特征相關(guān)聯(lián)[41]。開發(fā)高質(zhì)量、可重復(fù)的放射基因組學(xué)分析工具對進一步發(fā)揮生物標記物的成像作用，特別是在腫瘤成像中的作用具有巨大的潛力。直腸癌的放射基因組學(xué)中KRAS基因突變是研究熱點，大約40%的病例存在KRAS突變[42]，該基因與針對表皮生長因子受體(EGFR)靶向藥的反應(yīng)有關(guān)。目前，已發(fā)表的關(guān)于直腸癌KRAS基因突變狀態(tài)與影像學(xué)特征之間關(guān)聯(lián)的文獻主要集中在原發(fā)腫瘤特征和遠處轉(zhuǎn)移上[42-44]。

綜上所述，定量磁共振技術(shù)對術(shù)前評估直腸癌分期、預(yù)測病理因素等有重要的臨床價值。隨著影像組學(xué)的發(fā)展將多種定量磁共振技術(shù)及影像組學(xué)方法相結(jié)合可能會帶來更多的研究進展。