食管癌MR扩散加权成像研究进展

刘思讪　黄渝程　敬宗林　陈天武

食管癌MR扩散加权成像研究进展

刘思讪黄渝程敬宗林陈天武*

MR扩散加权成像是活体状态下评价组织水分子与微循环的扩散运动的一种无创性手段，为肿瘤诊断、分期及治疗效果评估提供重要信息。扩散加权成像的表观扩散系数（ADC）可作为一种有价值的放射学定量指标，应用于食管癌的早期诊断，评价肿瘤血管生成及分期、分级，预测放化疗疗效及评估治疗效果。就扩散加权成像在食管癌中的应用予以综述。

食管癌；磁共振成像；扩散加权成像；肿瘤血管生成

DOI：10.19300/j.2016.Z3670

【Abstract】Magnetic resonance diffusion weighted imaging（DWI）is a non-invasive method which can evaluate the movement of water molecules and microcirculation status in living tissue.It can provide relevant information for detecting and staging cancer and evaluating the curative effects.Apparent diffusion coefficient（ADC）obtained from DWI is widely used as a quantitative imaging index for early diagnosis of esophageal cancer，assessing the tumor angiogenesis，accurately staging and grading the tumor，and predicting the chemoradiotherapy response or the changes before and after the treatment.The purpose of this paper was to review the application of DWI in esophagus cancer.

【Key words】Esophageal cancer；Magnetic resonance imaging；Diffusion-weighted imaging；Tumor angiogenesis

Int J Med Radiol，2016，39（2）：151-153

食管癌严重威胁人类健康，其发病隐匿，大部分病人检出时常处于中晚期，且食管癌的5年生存率较低，因此对食管癌的早期诊断、临床分期、评价预后以及疗效的监测十分重要。目前对食管癌的诊断常采用X线钡餐造影、食管内镜、超声内镜及CT检查等方式。随着MRI技术的发展，扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）也已应用于全身多个系统和器官，如消化系统、神经系统和乳腺等，特别是在食管癌中的应用备受研究者的关注，本文就DWI在食管癌中的应用研究现状作一综述。

1　食管DWI技术及参数

1.1原理扩散是指分子的无规则运动，即布朗运动。在纯水中，水分子呈自由运动，而在活体组织中因生物膜及体液中大分子物质的限制作用［1］，不同的组织细胞中水分子运动则不同。如在细胞排列较稀疏的组织中，水分子的运动相对比较自由；反之，在细胞排列较为密集的组织中，水分子的运动则更加受限。DWI通过检测活组织细胞外液中水分子的布朗运动，从而可在分子水平上间接反映细胞构成及组织学结构。

DWI是对称性地在自旋回波加权序列的180°脉冲两侧各施加一个扩散敏感梯度脉冲，这两个梯度脉冲的方向相反，强度和持续时间完全相同。扩散梯度场强、梯度时间和梯度间隔影响了DWI序列对水分子运动的敏感性［2］。在实际运用中，扩散梯度的强度由梯度场强、梯度时间和梯度间隔即所谓的梯度因子决定，即扩散敏感系数，用b（单位：s/mm2）表示。在活体组织中，DWI的信号不仅受水分子扩散的影响，还受到多种运动的影响，如呼吸、心跳、大血管的搏动、组织的颤动、微循环及受检者的移动等，所以在实际应用中，常用表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）来描述活体内的表观扩散作用。

作者单位：川北医学院附属医院放射科，南充637000

通讯作者：陈天武，E-mail：chentw@aliyun.com

*审校者

基金项目：四川省青年科技创新研究团队建设专项基金（2015T D0029）；四川省省属高校科研创新团队建设专项基金（15TD0023）

现有的研究认为，b值越小，ADC值受微循环灌注的影响越大；b值越大，ADC值则更能反映组织内水分子的扩散。因此，较高b值下的ADC值则更稳定且更接近真实扩散系数。但b值越大，所需的回波时间（echo time，TE）越长。食管的T2较短，长TE对食管T2影响太大，导致信号强度降低，也将影响影像质量而不适于诊断，因此DWI上选择合适的b值对食管成像极其重要。

1.2食管DWI扫描参数病人于食管癌切除术前行MRI检查，训练其均匀呼吸及屏气，嘱其在MRI扫描时配合呼吸并保持平静状态。病人在胸部DWI扫描前行胸部常规MRI序列，包括横断面和矢状面T1WI、T2WI、脂肪抑制T2WI，以便获取病灶部分的准确信息。DWI扫描采取单次激发自旋回波（single shot fast spin echo，SSEPI）采集，b值选取范围从500～1 000 s/mm2不等［3-6］，扫描矩阵多采用128×128，TR/TE为7 800 ms/65 ms，视野（field of view，FOV）400 mm，层厚4 mm，间距1 mm，激励次数（number of excitation，NEX）=6，采用7 min自由呼吸扫描。为了减少食管的运动，有研究者认为应在检查前6 h禁食，但无需禁饮。可在检查前肌肉注射20 mg正丁基溴东莨菪碱，以减少食管的蠕动［7］。

1.3DWI测量参数b值的选择因扫描设备、成像参数的不同而不同，但b值选择须保证ADC测量的准确性和稳定性，又须保证影像质量，能较好地反映组织的真实扩散值［8］。测量的ADC值的准确性直接关系到病变的性质及变化情况的评估。不同的b值及兴趣区（region of interest，ROI）的选择对ADC值的测量有影响。于ADC图上，在肿瘤的中心层面勾画出食管癌ROI，通过工作站自动算出每个ROI的ADC值，因不同病人病变长度及大小均不一致，多次测量算出平均值，即可认为食管癌的ADC值。ROI的选择应避开肿瘤内坏死、囊变区［3］。对于ROI大小的选择因肿瘤大小不一尚无统一标准。

2　DWI在食管癌中的应用

2.1肿瘤诊断肿瘤组织往往较其来源组织有更多的细胞，而在DWI上呈一个相对的高信号（扩散受限），因此DWI技术可以用于肿瘤的检测［2］。Tomizawa等［9］报道在DWI序列上，食管癌病灶呈高信号，并与内镜检测到的食管病灶位置及长度是一致的；内镜上发现的食管癌的溃疡病灶在DWI上显示为信号降低。Yamada等［10］指出肿瘤病灶较正常食管壁的ADC值要低，且DWI能将肿瘤病灶与正常食管壁明显区分开来。因此，有研究者［9］认为DWI不仅能检测食管癌，而且在显示病灶长度及肿瘤细微结构方面较CT和PET更优。

2.2评价肿瘤生物学行为

2.2.1评价肿瘤血管生成肿瘤血管的生成与血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）有关，VEGF蛋白的过度表达是食管癌潜在恶性的一个重要原因，也是评价肿瘤生长和病人预后的一个重要指标［11］。Aoyagi等［12］研究发现，肿瘤的ADC值与VEGF蛋白的表达量呈负相关，肿瘤的ADC值可以预测VEGF蛋白的过度表达，即可评估肿瘤的血管生成情况。肿瘤的靶向治疗是当前的研究热点，VEGF靶向药物也发挥着越来越重要的作用［13-15］，尽管目前此法用于食管癌的临床治疗还存在争议［14，16］，但随着研究的逐渐深入，食管癌的DWI技术有望用于评估其疗效［12］。同时，Aoyagi等［12］也发现肿瘤的ADC值与肿瘤基质胶原蛋白的含量呈负相关，过度表达的基质胶原蛋白可能会阻碍抗肿瘤药物的趋向运动而影响其疗效。

2.2.2评价肿瘤分期准确的临床分期决定着食管癌病人治疗方案的选择。目前CT仍是评价食管癌临床分期的常用检查方式，但CT对于食管癌的浸润深度及与食管壁紧密粘连的食管旁淋巴结分辨较难。MRI可用于食管癌的分期评价。陈等［17］对45例食管癌病人术前应用GE SignaHDxt 3.0 T MR设备行常规MRI及DWI扫描，判断食管癌的临床分期，并与病理分期对比，发现DWI结合常规序列评价食管癌术前分期与病理分期的相关系数为0.733（较强），明显高于CT诊断对食管癌术前分期与病理分期的相关系数（0.323）。早前就有研究者证实了食管癌TN分期越高，食管癌病灶ADC值越低，两者之间有明显的相关性［7］。因此，DWI技术对食管癌的临床分期有一定的价值。

2.3评价疗效及判断预后

2.3.1评价治疗效果肿瘤经放化疗后，瘤灶内会出现坏死及纤维化，因此临床上肿瘤的坏死预示着肿瘤治疗有效。由于治疗期间肿瘤细胞水平上大分子和微结构的变化早于解剖水平上的变化，故肿瘤细胞大量坏死时，致扩散受限程度减轻，表现为DWI信号下降和ADC值升高，DWI可以有效地检测出肿瘤的坏死区域。因此，DWI有望成为一种有用的评价肿瘤治疗效果的客观指标，一些研究也证实了治疗期间肿瘤的ADC值变化要早于肿瘤体积的变化［4，18-19］。Wang等［20］通过测定77例食管癌病人在放化疗后食管癌肿瘤组织的ADC值变化，发现其在治疗前后有显著的变化，即从（1.64±0.48）×10-3mm2/s上升到（2.65±0.58）×10-3mm2/s，且治疗期间ADC值上升越早说明治疗效果越佳［3］。Aoyagi等［6］通过测定80例食管癌病人的ADC值发现，治疗前高ADC值组对放化疗的反应要明显优于低ADC值组。在治疗剂量分别为20 Gy和40 Gy时，治疗有效组的ADC值变化幅度均明显大于无效组的ADC值改变［18］。

2.3.2评价治疗效果及预后Imanishi等［18］采用Philip 1.5 T MR设备对27例食管癌病人行DWI扫描，应用工作站软件计算瘤灶内的ADC值，发现将ADC临界值设为1.00×10-3mm2/s时，ADC值预测放化疗治疗有效的敏感度、阳性预测值和准确度分别为79%、73%和74%。在剂量为40 Gy时，ADC值预测放化疗治疗有效的敏感度、阳性预测值及准确度则更高。Aoyagi等［6］研究发现，以ADC值=1.1×10-3mm2/s为临界值，治疗前高ADC值组的生存率及对放化疗的反应均明显高于低ADC值组，并采用多因素统计分析，发现治疗前低ADC值是降低治疗反应和降低病人生存时间的一个独立的危险因素，且对治疗的反应可以作为独立的预后预测因素。还有研究者［20］认为，放化疗后的ADC值与病人的预后是独立相关的。因此，DWI可以预测食管癌的预后及治疗反应。

3　结语

近年来，食管癌DWI技术也越来越多地用于评价其疗效和预测预后，并取得了一定进展。尽管目前CT检查仍是食管癌的主要检查手段，但DWI技术具有无辐射、成像速度快及无需对比剂等优势，将会逐渐取代传统的检查方式而更多地应用于食管癌的检测。随着DWI在食管癌方面研究的增多，食管癌b值的选取及ROI的确定会逐渐规范化，DWI对食管癌的分期、治疗效果及预后评价将会更加准确。

［1］Gauvain KM，McKinstry RC，Mukherjee P，et al.Evaluating pediatric brain tumor cellularity with diffusion-tensor imaging［J］.AJR，2001，177：449-454.

［2］Koh DM，Collins DJ.Diffusion-weighted MRI in the body：applications and challenges in oncology［J］.AJR，2007，188：1622-1635.

［3］Sun YS，Cui Y，Tang L，et al.Early evaluation of cancer response by a new functional biomarker：apparent diffusion coefficient［J］.AJR，2011，197：W23-W29.

［4］De Cobelli F，Giganti F，Orsenigo E，et al.Apparent diffusion coefficient modifications in assessing gastro-oesophageal cancer response to neoadjuvant treatment：comparison with tumour regression grade at histology［J］.Eur Radiol，2013，23：2165-2174.

［5］Wang N，Zhang M，Sun T，et al.A comparative study：diffusion weighted whole body imaging with background body signal suppression and hybrid positron emission computed tomography on detectinglesionsinoncologicclinics［J］.EurJRadiol，2012，81：1662-1666.

［6］Aoyagi T，Shuto K，Okazumi S，et al.Apparent diffusion coefficient values measured by diffusion-weighted imaging predict chemoradiotherapeutic effect for advanced esophageal cancer［J］.Dig Surg，2011，28：252-257.

［7］Aoyagi T，Shuto K，Okazumi S，et al.Evaluation of the clinical staging of esophageal cancer by using diffusion-weighted imaging［J］. Exp Ther Med，2010，1：847-851.

［8］柳善刚，任瑞美.扩散加权成像在肿瘤疗效监测和评估中的应用及进展［J］.中华临床医师杂志，2015，9：325-329.

［9］Tomizawa M，Shinozaki F，Ozaki A，et al.Diffusion-weighted imaging and diffusion-weighted whole-body imaging with background body signal suppression for characterizing esophageal cancer：a case report［J］.Int Med Case Rep J，2013，6：95-98.

［10］Yamada I，Hikishima K，Miyasaka N，et al.Esophageal carcinoma：ex vivo evaluation with diffusion-tensor MR imaging and tractography at 7 T［J］.Radiology，2014，272：164-173.

［11］Inoue K，Ozeki Y，Suganuma T，et al.Vascular endothelial growth factor expression in primary esophageal squamous cell carcinoma. Association with angiogenesis and tumor progression［J］.Cancer，1997，79：206-213.

［12］Aoyagi T，Shuto K，Okazumi S，et al.Apparent diffusion coefficient correlation with oesophageal tumour stroma and angiogenesis［J］.Eur Radiol，2012，22：1172-1177.

［13］Soltau J，Drevs J.Mode of action and clinical impact of VEGF signaling inhibitors［J］.Expert Rev Anticancer Ther，2009，9：649-662.

［14］Hong L，Li S，Han Y，et al.Angiogenesis-related molecular targets in esophageal cancer［J］.Expert Opin Investig Drugs，2011，20：637-644.

［15］Okines AF，Reynolds AR，Cunningham D.Targeting angiogenesis in esophagogastric adenocarcinoma［J］.Oncologist，2011，16：844-858.

［16］Barzi A，Lenz HJ.Angiogenesis-related agents in esophageal cancer ［J］.Expert Opin Biol Ther，2012，12：1335-1345.

［17］陈伟，周胜利.DWI在食管癌定量及定期诊断中的价值［J］.临床放射学杂志，2014，33：388-393.

［18］Imanishi S，Shuto K，Aoyagi T，et al.Diffusion-weighted magnetic resonance imaging for predicting and detecting the early response to chemoradiotherapy of advanced esophageal squamous cell carcinoma［J］.Dig Surg，2013，30：240-248.

［19］Hamstra DA，Lee KC，Moffat BA，et al.Diffusion magnetic resonance imaging：an imaging treatment response biomarker to chemoradiotherapy in a mouse model of squamous cell cancer of the head and neck［J］.Transl Oncol，2008，1：187-194.

［20］Wang L，Han C，Zhu S，et al.Investigation of using diffusionweighted magnetic resonance imaging to evaluate the therapeutic effect of esophageal carcinoma treatment［J］.Oncol Res Treat，2014，37：112-116.

（收稿2015-07-21）

The current status of magnetic resonance diffusion weighted imaging in esophagus cancer

LIU Sishan，HUANG Yucheng，JING Zonglin，CHEN Tianwu.Department of Radiology，Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College，Nanchong 637000，China