盆腔MRI在直肠癌诊治中的临床应用及研究进展△

韩哲　　综述　陈涓　陈敏#　审校

1北京医院放射科，北京100730

2北京协和医学院卫生部北京老年医学研究所，北京100730

盆腔MRI在直肠癌诊治中的临床应用及研究进展△

韩哲12综述陈涓1陈敏12#审校

1北京医院放射科，北京100730

2北京协和医学院卫生部北京老年医学研究所，北京100730

直肠癌为消化道常见的恶性肿瘤，准确的术前诊断对于治疗方案的选择至关重要。磁共振成像（MRI）因具有良好的软组织分辨力，多序列、多方位成像等优势，是直肠癌术前诊断的重要方法。同时随着磁共振功能成像的快速发展，直肠癌相关的MRI功能成像已经在诸如新辅助治疗效果的评估等方面发挥越来越重要的作用。本文将从临床及科研两个角度，对盆腔MRI在直肠癌诊治中的作用加以综述。

直肠癌；磁共振成像；功能成像

结直肠癌占消化道肿瘤的第三位，其中直肠癌占结直肠癌的40%～50%。98%直肠癌为腺癌，其他类型如类癌、鳞癌、印戒细胞癌等罕见［1］。影响直肠癌预后的因素有：TNM分期、肿瘤浸润深度、淋巴结转移、大体类型、分化程度等，其中TNM分期最重要［2］。最近研究提出直肠癌的预后与肿瘤在直肠系膜内的浸润深度和环周切缘是否有肿瘤浸润相关［3-4］。多种成像方法都可以用于直肠癌的术前分期，但各有利弊。研究表明，腔内超声及直肠内线圈磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）能清晰显示肠壁各层结构，当肿瘤局限于肌层时，两者的准确率基本相似［5］，高于其他方法；但是上述两种方法的视野有限，当肿瘤侵犯全层或累及周围脂肪组织时，体表相控阵线圈MRI更具有优势。CT及PET-CT因组织分辨力低，结构显示不清，且存在电离辐射，多用于全身转移灶的检出以及术后复发的评估［1］。

目前高分辨MRI已广泛应用于直肠癌的诊疗中。高分辨MRI能够显示病变范围，判断浸润深度并进行肿瘤分期，同时能够准确判断肿瘤与直肠系膜筋膜和周围器官的关系，为治疗方案的选择提供依据［6］。另一方面随着功能成像和分子影像学的发展，越来越多的新技术应用于预测肿瘤生物学及病理特性，评价新辅助治疗的效果及判断转移淋巴结等方面［7］。

1　高分辨MRI的临床应用

高分辨MRI即小视野（16 cm）、薄层（3 mm）的非脂肪抑制T2WI，图像分辨率高［8］。目前高分辨MRI主要用于显示肿瘤分期、范围及新辅助治疗效果评估两个方面。

1.1肿瘤分期及范围显示

AJCC（第七版）结直肠癌TNM分期如下，T分期：T0无原发肿瘤证据；Tis原位癌：局限于上皮内或侵犯黏膜固有层；T1侵犯至黏膜下层；T2侵犯至固有肌层；T3侵犯固有肌层到达浆膜下层，或侵犯无腹膜覆盖的结直肠旁组织；T4a肿瘤穿透脏腹膜；T4b肿瘤直接侵犯或粘连于其他器官或组织。N分期：N0无区域淋巴结转移；N1有1～3枚区域淋巴结转移；N2有4枚及以上区域淋巴结转移。M分期：M0无远处转移，M1有远处转移［9］。

高分辨MRI与T分期：回顾以往的研究，Beets-Tan等［10］以及Gagliardi等［11］应用相位阵列线圈高分辨MRI预测直肠癌T分期的准确度分别为83%和86%。研究表明，直肠癌的预后与肿瘤在直肠系膜内的浸润深度有密切关系，即便同为T3期肿瘤，其预后也有所不同。因此，根据浸润深度＜1 mm、1～5 mm、6～15 mm、＞15 mm，将T3期分为T3a～d。最大浸润深度（maximal extramural depth，EMD）即指T3期肿瘤最外缘与固有肌层最外缘的距离。EMD较TNM分期能够更加精确地描述肿瘤的累及范围，进而更加精确地判断肿瘤预后。2007年MERCURY study group发表在Radiology的一篇大样本、多中心的文献，通过比较311例直肠腺癌在磁共振上与病理组织学上的EMD，从而对病变进行更加精细的再分期以及切缘评估，得出结论：在评估肿瘤侵犯深度上，高分辨率磁共振与病理组织学的误差在0.5 mm以内［3］。Bissett等［12］以及Brown等［13］发现术前高分辨MRI与病理在显示直肠系膜筋膜受侵上具有良好一致性（准确率分别为95%和92%），从而说明了MRI能够对环周切缘（CRM）进行准确的评估。Branagan等［14］通过研究表明MRI与组织病理对CRM评价具有良好的相关性。

高分辨MRI与N分期：第三版《临床放射肿瘤学》提出，高分辨率MRI在N分期中的敏感度和特异度分别约65%和80%，而文献报道目前磁共振能够显示2 mm以上的淋巴结，敏感度和特异度分别约66%和76%，两者结果基本相似［15-16］。Heijnen等［17］的研究表明扩散加权成像（DWI）能够提高淋巴结的检出率，但仅凭表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）值鉴别良性与恶性淋巴结并不可靠。Cho等［18］指出尽管ADC值可用于区分转移淋巴结与良性淋巴结，但是诊断准确率仅为70%。目前淋巴结判定存在以下问题：①缺乏统一的淋巴结大小界定标准；②难以区分炎性增生淋巴结及转移淋巴结；③无法评定“小淋巴结”中的微转移［1，19-20］。若MRI发现某个淋巴结明显增大（大于8 mm）、圆形或形态不规则、边界不清楚、信号不均匀、明显强化等，则提示转移可能性大。

1.2新辅助治疗效果的评估

直肠癌术前放化疗后的完全缓解（CR）分为两个方面，其一为临床完全缓解（cCR），指在术前放化疗后通过临床、辅助检查、活检病理等均未见肿瘤证据者；其二为病理完全缓解（pCR），指在术前放化疗后切除的病理标本中未见肿瘤细胞。而MRI通过形态学及功能学两个主要方面来判断新辅助治疗的效果以及是否达到完全缓解。

Barbaro等［21］对局部进展期直肠癌高分辨率MRI研究发现，就新辅助治疗后形态学及容积变化而言，MRI评估疗效的阳性预测值高而阴性预测值低，N分期的准确性是86.8%。Dinter等［22］对接受过直肠癌新辅助治疗的33例患者动态增强MRI发现，较单纯对比治疗前后肿瘤容积变化，动态增强MRI更有助于评估疗效。新辅助放化疗后，MRI肿瘤退缩程度分级（mrTRG）是区分肿瘤治疗有效或无效的有价值的影像指标［23］。近年来，以DWI、动态增强MRI成像（DCE-MRI）为代表的功能成像在新辅助治疗疗效评估中发挥越来越重要的作用。

2　直肠癌MRI的研究进展

目前，直肠癌MRI的研集中在以扩散加权成像（DWI）和动态增强MRI成像（DCE-MRI）为主的功能成像和以超顺磁性氧化铁（suoeroaramagneticiron oxide，SPIO）为常用分子探针的分子影像学两大方面。

2.1DWI与ADC值

ADC值与肿瘤的生物学特性及病理特性：Sun等［24］通过比较ADC值与T分期、周围侵犯、CEA或CA19-9水平、Ki-67标志指数、AgNOR计数的相关性，得出ADC值是一种评价肿瘤生物学特性的有效生物标志。Akashi等［25］的研究结果表明平均ADC值与肿瘤的病理分级具有相关性。Curvo-Semedo等［26］的研究结果也证实了这一点。但国内陈应明等［27］将中分化与低分化直肠腺癌ADC值进行比较，差异无统计学意义。

ADC值与新辅助治疗的评估：Sun等［28］2010年发表在Radiology的一篇文献提出直肠癌病灶在第一周治疗结束后ADC值的变化可预测其治疗结束后的降期情况及术后5年复发率；而且治疗前较低ADC值的肿瘤相对于较高ADC值的肿瘤治疗后降期更加明显，达到病理完全缓解的概率更高。Kim等［29］认为仅单独分析新辅助治疗后的ADC值，就能可靠地区分直肠癌pCR和非pCR。而Engin等［30］经过研究后提出在直肠癌治疗后再分期中，ADC值的增加能够预测治疗反应，但不能明确地判定完全缓解。

2.2DCE-MRI

DCE-MRI原理：对比剂随时间的推移从血管内漏出至肿瘤血管外细胞外间隙，导致周围组织T1值缩短，反映的是病变组织内的血管密度，血管通透性和对比剂进入组织细胞外间隙的多少，反映对比剂在血管内、外及细胞外液的动态交换过程。运用Tofts等［31］的两室模型（细胞外血管内血浆容积与细胞外血管外间质容积），可定量分析直肠癌病变局部的微循环情况。常用的定量参数为转移常数（Ktrans）、回流常数（Kep）、血管外细胞外间隙容积分数（Ve），这些反映病变微血管通透性的参数，可以准确定量分析肿瘤微血管通透程度，预测直肠癌分级、肿瘤生物学特性以及新辅助治疗疗效。

定量DCE-MRI与分期、分级及生物学特性：Yao等［32］通过研究定量参数（Ktrans、Kep、Ve）与TNM分期、组织学分级、淋巴结转移、血管受侵及MVD的相关性，得出Ktrans与淋巴结转移及TNM分期有明显相关性，Kep与TNM分期有中度相关性。Yeo等［33］研究定量参数与分期、组织学指标［表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）、鼠类肉瘤病毒癌基因（kirsten rat sarcoma viral oncogene，KRAS）突变，微血管密度（microvessel density，MVD）、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表达］的相关性后得出，高Ktrans区域的平均Kep值与MVD具有显著相关性，平均Kep值与T分期呈负相关，EGFR阳性者平均Ktrans值高于EGFR阴性者。但是一篇韩国的文献提出定量参数（Ktrans、Ve）与MVD、VEGF、T/N分期均无相关性［34］。这也进一步说明该方面的研究具有广阔的提升空间。

定量DCE-MRI与新辅助治疗的评估：多数研究认为Ktrans是评估肿瘤放化疗效果以及是否达到pCR的重要参数［35-37］。但是Intven等［38］的最新研究表明，Ktrans对pCR和治疗反应良好（GR）无诊断价值，而肿瘤体积缩小对于GR诊断价值有限，同时提出ADC值变化对pCR和GR是有前景的诊断指标。因此，将DCE-MRI与ADC值结合起来对直肠癌新辅助治疗进行评估是未来研究的一个主要方向。

2.3分子影像学

MRI分子成像是利用MRI技术并借助对比剂生化特征，直接或间接反映活体条件下生物细胞内正常或病理状态下的分子过程。制备特异性分子探针是MRI分子成像的先决条件和核心内容。现常用的分子探针有两类：顺磁性物质钆（Gd）的有机金属配合物（如Gd-DTPA）以及SPIO。由于Gd-DTPA离子较大，抗体结合数量往往有限且信号强度不高，且Gd类对比剂可能导致肾源性纤维化，故SPIO更为常用［39］。近年来，随着纳米技术水平的提高，SPIO类分子探针方面的研究有新的进展，其在细胞示踪、基因标记、肿瘤靶向成像、炎性成像中均显示出独特价值［40］。SPIO可以被正常的网状内皮细胞摄取吞噬，导致T2弛豫时间缩短。在病理性淋巴结中，由于其网状内皮细胞被肿瘤细胞替代，无法摄取SPIO，导致T2WI信号增高。此种方法可用于转移淋巴结的判定，但仍存在诸多问题。

3　小结与展望

综上所述，盆腔MRI在直肠癌的诊治中应用广泛。从临床应用的角度上，高分辨MRI可用于肿瘤的TNM分期，病变侵犯深度的显示，环周切缘是否受累的评估，新辅助治疗效果的评价等。从临床科研的角度上，MRI功能成像和分子影像学在预测肿瘤生物学及病理特性，评价新辅助治疗的效果及判断转移淋巴结中具有广泛的前景。但是，目前仍存在着以下几个问题：①对于淋巴结转移的评估，效能不高；②ADC中不同的研究结果有所差异，且缺乏统一标准；③DCE-MRI和分子影像学均缺乏大样本的研究，DCE-MRI不同研究结果差异较大，暂时难以推广至临床当中。随着相关技术的发展，越来越多的MRI新方法将被应用到直肠癌的诊治中。

［1］Ho ML，Liu J，Narra V.Magnetic resonance imaging of rectal cancer［J］.Clin Colon Rectal Surg，2008，21（3）:178-187.

［2］O’Connell JB，Maggard MA，Ko CY.Colon cancer survival rates with the new American Joint Committee on Cancer sixth edition staging［J］.J Natl Cancer Inst，2004，96（19）: 1420-1425.

［3］MERCURY Study Group.Extramural depth of tumor invasion at thin-section MR in patients with rectal cancer:results of the MERCURY study［J］.Radiology，2007，243（1）: 132-139.

［4］Wibe A，Rendedal PR，Svensson E，et al.Prognostic significance of the circumferential resection margin following total mesorectal excision for rectal cancer［J］.Br J Surg，2002，89（3）:327-334.

［5］Gualdi GF，Casciani E，Guadalaxara A，et al.Local staging of rectal cancer with transrectal ultrasound and endorectal magnetic resonance imaging:comparison with histologic findings［J］.Dis Colon Rectum，2000，43（3）:338-345.

［6］Klessen C，Rogalla P，Taupitz M.Local staging of rectal cancer:the current role of MRI［J］.Eur Radiol，2007，17（2）: 379-389.

［7］黄坤，徐萍，郑可国，等.结直肠癌MR功能成像的研究进展［J］.影像诊断与介入放射学，2014，（6）:525-528.

［8］孙应实，张晓鹏，唐磊，等.直肠癌局部浸润的高分辨率MRI征象与病理学T分期的对照研究［J］.中国医学影像技术，2009，25（3）:465-468.

［9］Edge S，Byrd DR，Compton CC，et al.AJCC Cancer Staging Manual［M］.7th ed.New York:Springer，2010:347-376.

［10］Beets-Tan RG，Beets GL，Vliegen RF，et al.Accuracy of magnetic resonance imaging in prediction of tumour-free resection margin in rectal cancer surgery［J］.Lancet，2001，357（9255）:497-504.

［11］Gagliardi G，Bayar S，Smith R，et al.Preoperative staging of rectal cancer using magnetic resonance imaging with external phase-arrayed coils［J］.Arch Surg，2002，137（4）: 447-451.

［12］Bissett IP，Fernando CC，Hough DM，et al.Identification of the fascia propria by magnetic resonance imaging and its relevance to preoperative assessment of rectal cancer［J］.Dis Colon Rectum，2001，44（2）:259-265.

［13］Brown G，Radcliffe AG，Newcombe RG，et al.Preoperative assessment of prognostic factors in rectal cancer using high-resolution magnetic resonance imaging［J］.Br J Surg，2003，90（3）:355-364.

［14］Branagan G，Chave H，Fuller C，et al.Can magnetic resonance imaging predict circumferential margins and TNM stage in rectal cancer［J］.Dis Colon Rectum，2004，47（8）: 1317-1322.

［15］Leonard L，Gunderson JE.Clinical Radiation Oncology［M］.3rd ed.London:Tepper，2000:989-1015.

［16］Bipat S，Glas AS，Slors FJ，et al.Rectal cancer:local staging and assessment of lymph node involvement with endoluminal US，CT，and MR imaging--a meta-analysis［J］.Radiology，2004，232（3）:773-783.

［17］Heijnen LA，Lambregts DM，Mondal D，et al.Diffusionweighted MR imaging in primary rectal cancer staging demonstrates but does not characterise lymph nodes［J］. Eur Radiol，2013，23（12）:3354-3360.

［18］Cho EY，Kim SH，Yoon JH，et al.Apparent diffusion coefficient for discriminating metastatic from non-metastatic lymph nodes in primary rectal cancer［J］.Eur J Radiol，2013，82（11）:e662-668.

［19］Nicastri DG，Doucette JT，Godfrey TE，et al.Is occult lymph node disease in colorectal cancer patients clinically significant？A review of the relevant literature［J］.J Mol Diagn，2007，9（5）:563-571.

［20］Brown G，Richards CJ，Bourne MW，et al.Morphologic predictors of lymph node status in rectal cancer with use of high-spatial-resolution MR imaging with histopathologic comparison［J］.Radiology，2003，227（2）:371-377.

［21］Barbaro B，Fiorucci C，Tebala C，et al.Locally advanced rectal cancer:MR imaging in prediction of response after preoperative chemotherapy and radiation therapy［J］.Radiology，2009，250（3）:730-739.

［22］Dinter DJ，Horisberger K，Zechmann C，et al.Can dynamic MR imaging predict response in patients with rectal cancer undergoing cetuximab-based neoadjuvant chemoradiation［J］.Onkologie，2009，32（3）:86-93.

［23］王屹.局部进展期直肠癌新辅助放化疗效果判断中MRI的应用价值［J］.中华胃肠外科杂志，2015，（3）:216-220.

［24］Sun Y，Tong T，Cai S，et al.Apparent Diffusion Coefficient（ADC）value:a potential imaging biomarker that reflects the biological features of rectal cancer［J］.PLoS One，2014，9（10）:e109371.

［25］Akashi M，Nakahusa Y，Yakabe T，et al.Assessment of aggressiveness of rectal cancer using 3-T MRI:correlation between the apparent diffusion coefficient as a potential imaging biomarker and histologic prognostic factors［J］. Acta Radiol，2014，55（5）:524-531.

［26］Curvo-Semedo L，Lambregts DM，Maas M，et al.Diffusion-weighted MRI in rectal cancer:apparent diffusion coefficient as a potential noninvasive marker of tumor aggressiveness［J］.J Magn Reson Imaging，2012，35（6）: 1365-1371.

［27］陈应明，庄晓曌，余深平，等.直肠癌3.0T磁共振弥散加权成像及其与病理的相关性研究［J］.中华普通外科学文献（电子版），2011，5（6）:524-529.

［28］Sun YS，Zhang XP，Tang L，et al.Locally advanced rectal carcinoma treated with preoperative chemotherapy and radiation therapy:preliminary analysis of diffusion-weighted MR imaging for early detection of tumor histopathologic downstaging［J］.Radiology，2010，254（1）:170-178.

［29］Kim SH，Lee JY，Lee JM，et al.Apparent diffusion coefficient for evaluating tumour response to neoadjuvant chemoradiation therapy for locally advanced rectal cancer［J］.Eur Radiol，2011，21（5）:987-995.

［30］Engin G，Sharifov R，Güral Z，et al.Can diffusion-weighted MRI determine complete responders after neoadjuvant chemoradiation for locally advanced rectal cancer［J］.Diagn Interv Radiol，2012，18（6）:574-581.

［31］Tofts PS，Brix G，Buckley DL，et al.Estimating kinetic parameters from dynamic contrast-enhanced T（1）-weighted MRI of a diffusable tracer:standardized quantities and symbols［J］.J Magn Reson Imaging，1999，10（3）:223-232.

［32］Yao WW，Zhang H，Ding B，et al.Rectal cancer:3D dynamic contrast-enhanced MRI；correlation with microvascular density and clinicopathological features［J］.Radiol Med，2011，116（3）:366-374.

［33］Yeo DM，Oh SN，Jung CK，et al.Correlation of dynamic contrast-enhanced MRI perfusion parameters with angiogenesis and biologic aggressiveness of rectal cancer:Preliminary results［J］.J Magn Reson Imaging，2015，41（2）: 474-480.

［34］Kim YE，Lim JS，Choi J，et al.Perfusion parameters of dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging in patients with rectal cancer:correlation with microvascular density and vascular endothelial growth factor expression［J］.Korean J Radiol，2013，14（6）:878-885.

［35］Kim SH，Lee JM，Gupta SN，et al.Dynamic contrast-enhanced MRI to evaluate the therapeutic response to neoadjuvant chemoradiation therapy in locally advanced rectal cancer［J］.J Magn Reson Imaging，2014，40（3）:730-737.

［36］Gollub MJ，Gultekin DH，Akin O，et al.Dynamic contrast enhanced-MRI for the detection of pathological complete response to neoadjuvant chemotherapy for locally advanced rectal cancer［J］.Eur Radiol，2012，22（4）:821-831.

［37］Intven M，Reerink O，Philippens ME.Dynamic contrast enhanced MR imaging for rectal cancer response assessment after neo-adjuvant chemoradiation［J］.J Magn Reson Imaging，2015，41（6）:1646-1653.

［38］Intven M，Monninkhof EM，Reerink O，et al.Combined T2w volumetry，DW-MRI and DCE-MRI for response assessment after neo-adjuvant chemoradiation in locally advanced rectal cancer［J］.Acta Oncol，2015，54（10）:1729-1736.

［39］邢晓宏，程英升.直肠癌MRI功能和分子成像的研究进展［J］.世界华人消化杂志，2013，21（18）:1726-1732.

［40］Hwang DW，Ko HY，Kim SK，et al.Development of a quadruple imaging modality by using nanoparticles［J］.Chemistry，2009，15（37）:9387-9393.

R735.3

A

10.11877/j.issn.1672-1535.2016.14.06.05

2016-01-01）

公益性行业科研专项项目（201402019，主持单位中国医学科学院北京协和医院，合作单位北京医院）

（corresponding author），邮箱：chenmin62@yahoo.com