医学影像在食管癌诊疗中应用的研究进展

宁培钢，王梅云

食管癌是全世界第八大高发癌症，第六大死亡率最高的癌症[1]。食管癌患者主要来自亚洲，特别是中国，一直是威胁人类健康的主要恶性肿瘤之一，病死率较高。陈万青等[2-3]的研究指出，2015年中国食管癌新发病例47.8万，发病率在所有癌症中位列第三，死亡率排名第四，发病和死亡人数均较2012年增加。

医学影像成像方法如X线气钡双重造影、计算机断层扫描(computed tomography,CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)和正电子发射断层显像—计算机断层扫描(positron emission tomography-computed tomography,PET-CT)等已广泛被用于食管癌的早期诊断、精准分期及疗效评估，为食管癌患者选择有效、合理的治疗方案提供可靠信息和依据，且多模式联合评估能够更准确地分期，以达精准治疗目的。本文就不同医学影像方法在食管癌的诊疗中应用的最新进展进行论述。

1 X线气钡双重造影

X线气钡双重造影操作简单、费用低、诊断方法灵活，能够发现早期黏膜病变，如局部食管黏膜紊乱、迂曲或者中断，能够观察食管壁的动力学改变，如管壁僵硬、蠕动减弱等，这些特点明显优于CT或MRI检查。贺建元等[4]提出钡餐造影对早期食管癌的显示率达94.2%，而对糜烂性浅凹陷病灶显示不佳，存在漏诊可能。对中晚期食管癌，则可直观地显示病变位置、形态和长度，用于评估管腔狭窄程度和指导食管支架的放置。同时钡餐造影也用于食管癌术后或放化疗后的评估，Isabelle等[5]认为腹腔镜胃底折叠术后，钡餐检查的结果可以解释几乎所有患者吞咽困难的原因。Nakahara等[6]认为钡餐造影可以很好地鉴别食管癌是否对放化疗有反应，特别是结合CT检查[7]，能够对食管癌患者接受的术前放化疗是否有效作出准确的判断。但是，钡餐造影对食管癌的TNM分期价值有限，特别是对于病变周围浸润及淋巴结转移等情况显示较差，不作为食管癌分期的首选检查。另钡餐造影受投照技术及人为因素影响较多，可出现假阴性或假阳性的现象，因此单纯的钡餐造影不能独立作为早期食管癌的诊断方法。

2 CT检查

CT检查被认为是TNM分期及判断预后的较好方法之一，CT检查不仅能够显示肿瘤本身的生长情况，而且能够很好地评估肿瘤与周围结构的关系，准确地显示区域淋巴结转移及远处转移情况，为临床精准分析提供可靠的依据。2018版食管癌诊疗规范[8]推荐食管癌患者行胸部+上腹部±颈部增强CT扫描进行治疗前评估，其目的是了解食管癌是否适合手术、是否有远处转移及是否可进行根治性治疗[9]。

由于CT的软组织分辨率较低，食管癌T分期[10-12]只能从CT显示的肿瘤浸润食管壁的厚度来判断，T1期：腔内肿块或轻度管壁增厚≤5 mm；T2期：管壁增厚5～10 mm，无外侵；T3期：管壁增厚≥10 mm，无外侵；T4期：管壁增厚伴外侵。食管扩张状态是影响CT评估食管癌T分期的重要影响因素，特别是对T1和T2期的鉴别，十分困难[13]。T1～T2期CT诊断准确率仅为29.4%～31.0%，T3～T4的CT诊断准确率为83.9%～84.2%[14-16]。口服产气粉使食管扩张、CT腔内仿真内镜、多平面重组、表面投影成像和透明显示等方法均可以增加食管癌CT-TNM分期的准确性，术前分期准确率可达90.0%[11,17-18]。

多数研究认为通常淋巴结短径>1 cm是淋巴结肿大的标准，有研究认为CT诊断淋巴结肿大的敏感度为30%～60%，特异度为60%～80%[19]。有研究认为CT多平面重建技术能更好地显示转移性淋巴结，其敏感性和特异性，分别可达83.3%和93.1%[20]，为食管癌的术前评估及术中淋巴结清扫提供可靠信息。然而，CT在N分期中的一个明显局限性是很难鉴别无明显增大的转移性淋巴结，以及增大的非转移性淋巴结。因此，超声内镜活检和CT对食管癌患者进行N分期可能比单独应用CT更具优势[18]。增强CT不仅有助于提高病变的检出及提示病变与纵隔大血管的关系，而且可以提高对淋巴结转移诊断的敏感度，同时对判断术后吻合口复发与否亦具有很高的应用价值[21-23]。

王宗盛等[24]报道双源CT双能量技术可评价食管癌放疗前后肺血流灌注变化情况，该研究认为照射肺野的标准化碘浓度降低率诊断急性放射性肺损伤的曲线下面积为0.8，其敏感度和特异度分别为81.3%和72.4%，为临床制定放射治疗方案及早期避免急性放射性肺损伤提供参考。能谱CT可对食管癌进行定性和定量分析，常用的技术有基物质图像、直方图、散点图、能谱曲线等，为食管癌的肿瘤分期、良恶性鉴别、淋巴结转移判断及疗效评价等方面提供了多参数数据，一定程度上弥补了常规CT量化评估的不足[25]。

3 MR检查

MR检查容易因各种因素而产生运动伪影及磁敏感伪影等，这对食管图像质量产生较大影响，增大食管癌诊断及评价的难度，限制了MR的应用，但随着MR新的序列、线圈技术及呼吸、心电门控技术的应用，已经克服了各种伪影所造成的干扰。MR的高分辨成像、多序列多参数成像以及功能成像，不仅能够提供形态解剖学信息，而且还能对肿瘤进行功能成像及定性定量分析，成为食管癌影像评价的重要方法[26-28]。

在解剖形态学方面，主要是应用MRI的高分辨成像及增强扫描成像等。Yamada等[29]利用超高场强MRI(7.0 T)对食管癌标本进行超高分辨率T2WI扫描，正常食管壁的8层结构均可清晰显示，并且判断食管癌浸润深度的准确度为100%。而常规1.5 T或者3.0 T MR仅能显示黏膜层、黏膜下层、肌层及外膜层，对食管癌的T分期准确度达79.1%～96.6%[30-32]。膈肌导航的刀锋采集技术的快速自旋回波T2WI(T2WI-TSE-BLADE)[33-34]，通过特殊的K空间填充方式来获得影像数据，减少运动伪影及磁敏感伪影，从而使食管壁层结构和病变浸润深度更加清晰地显示。自由呼吸放射状K空间填充方式的容积内插体部检查(Radial VIBE)技术可有效减轻各种因素造成的运动伪影，同时获取多相位的高分辨图像。有研究表明，食管黏膜的连续性显示最好的是延迟期的Radial VIBE图像，从而可提高食管癌术前T分期的准确率[35]。

在食管癌N分期方面，既往研究表明MRI对食管癌淋巴结转移的诊断准确率约为79.3%～85%[15,36-37]。也有研究通过对STIR TSE图像上的淋巴结信号高低来鉴别是否为转移性淋巴结。氧化铁纳米颗粒增强MR对良恶性淋巴结诊断的灵敏性和特异度分别为55%～100%和88.5%～95.4%[38]，尤其对于5 mm以下淋巴结诊断的准确性要高于PET-CT[39-41]。

在MRI功能成像方面，弥散加权成像(diffusion weight imaging,DWI)最常被用于肿瘤的早期诊断、肿瘤分期及疗效评价，DWI可提供病变病理生理改变信息，是能够在细胞水平上早期诊断及评价疗效的检查[42-44]。DWI结合T2成像能够提高肿瘤T分期的检出率，对T1～4的检出率分别为33%、58%、96%及100%，与术后病理吻合系数为0.733[45]。表面弥散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)值较高的食管癌患者的总生存率高于ADC值较低的食管癌患者，这说明ADC值与肿瘤分化程度及T分期相关[46]。同时，ADC值测量亦可用到淋巴结性质的鉴别上，一般的转移性淋巴结的ADC值要高于非转移性淋巴结[45,47]。有研究表明，全身DWI成像对于恶性肿瘤的局部及远处转移的诊断具有较高敏感度和特异度，分别为95%和85%[48]，为早期发现食管癌转移灶提供了新的方法。

有研究利用动态增强MR的定量参数，如转运常数(Ktrans)、血管外细胞外间隙的体积百分比(Ve)、速率常数(Kep)和血浆体积百分数(Vp)等进行食管癌的早期诊断及舒尼替尼疗效评价，结果显示动态增强MR更敏感地预测食管癌的血管特征[49-50]。Sakurada等[45]认为放疗剂量为20 Gy时行DWI检查，可早期预测放疗疗效。

磁共振波普成像目前在食管癌中的研究相当局限，大多数研究在离体模式下进行[51]，在体研究很少，目前处于摸索阶段。

4 PET-CT检查

由于PET-CT空间分辨率较低(约5 mm) ，限制了肿瘤深度的准确测定，即对T分期判断[52]。一项评估了PET-CT在早期食管癌(cT1N0)患者中应用的研究[53]，显示PET-CT的敏感性和阳性预测值均为0%，研究者认为PET-CT在早期食管癌中可能不利于患者的管理，并导致不恰当的治疗决策。68%～100%的食管癌显示脱氧葡萄糖(FDG)摄取，而早期T1和T2肿瘤则摄取极少的FDG或没有摄取FDG，这可能是因为这些较小的肿瘤的细胞增殖程度较低[54]。一项对200名食管癌患者的回顾性研究显示，PET-CT对于18.5%的患者提供更多的分期信息，致17%的患者改变了治疗方案[55]。PET-CT在检测局部淋巴结转移方面的敏感性较低，为55%，特异性中等，为76%，原发肿瘤高摄取往往会掩盖邻近区域淋巴结摄取的显示，从而导致敏感性降低[56]。

PET-CT能更早地发现远处转移，Lowe及Vliet等[57-58]比较了多种成像方式，发现PET-CT对远处转移的敏感度为71%～81%，特异度为91%～93%。

PET-CT成像可在治疗前提供有价值的预后信息，是因为肿瘤中FDG活性的数量与肿瘤细胞数量和代谢相关。治疗前的食管摄取值(SUV)为4.5～6.6时，为判断预后的最佳阈值[59-60]。同时，PET-CT也是新辅助化疗后疗效评估的强大工具，一项Meta分析研究显示PET-CT疗效评估的敏感性和特异性分别为71%～100%和55%～100%[61]。治疗后的SUV值与组织病理学反应之间存在明显的关联[62]。PET-CT也可用于治疗中的评估，Wieder等[63]在新辅助化疗早期(2周)用PET-CT对患者进行评估，发现有反应的患者存活率显著提高。PET-CT对于肿瘤复发的检测亦具有较高准确性，Flamen等[64]的研究表明PET-CT检测食管癌复发的敏感性为94%，特异性为82%，准确性为87%。在27%的患者中，PET-CT检查比传统的监测方法能获取更多有用的信息，这些有用的信息可能会改变姑息性治疗的决策，使患者的生存率提高。因此，2018版食管癌诊疗规范建议进展期食管癌在术前治疗时或根治性放化疗时，应用PET-CT或PET提高分期检查的准确度，为常规食管癌疗效评价手段提供有效补充。鉴于未来放射性示踪剂的开发和实施，分子成像的作用及其在临床和诊断医学中的地位还需要进一步的研究。

5 影像组学

影像组学是一个新兴的研究领域，它是充分利用医学图像的潜力，挖掘图像中隐藏的生物学信息，它的基本假设是癌症的基因组学和蛋白质组学特征存在于医学图像中，通过对医学图像的分析(如纹理分析)，来量化这些癌症的本质属性[65]，并且影像组学特征已经被证明可以反映组织的异质性[66-67]。影像组学特征可以从任何医学影像图像获得，如CT、MRI和PET等，用来分析CT上的Hounsfield单位、MRI上的信号强度和PET上的摄取值。通过对原始图像上肿瘤的标记、分隔，得出感兴趣区的体积图，应用相应软件对其进行影像组学特征提取、降维和筛选，最终建立相应的预测模型。

CT影像组学特征可以区分早期和进展期食管癌，其测试组的ROC曲线下面积和AUC值分别为0.76和0.62[68]。Liu等[69]研究线峰态在食管T分期T1～2与T3～4间的差异具有统计学意义，峰态和偏态可作为食管癌区域淋巴结转移的预测因子，熵有助于预测T和N分期，其AUC值分别为0.37和0.85。Foley等[70]对403例患者的PET-CT影像组学特征进行分析，发现病变糖酵解、直方图能量和峰度与总存活率独立相关。Beukinga等[71]发现临床模型和PET-CT影像组学特征联合，在预测治疗反应方面，要优于单独SUV max值的预测。到目前为止，食管癌MRI影像组学数据较少，因为在临床路径上MRI不是常规进行的。Hou等[72]利用基于神经网络和支持向量机预测模型，通过对精准频率反转恢复T2WI序列提取的特征，对食管癌术前治疗反应的预测具有较高的准确性，并且优于T2WI序列提取的特征。

在CT、MRI和PET等医学成像上对肿瘤内纹理的分析反映了肿瘤的结构异常或异质性，正逐渐成为预测肿瘤患者预后和治疗反应的潜在生物标志物[73]。Ganeshan等[74]认为平扫CT评估的肿瘤异质性(均匀性)与18F-脱氧葡萄糖(18F-FDG)摄取相关，是21例食管癌患者生存的独立预测因子。Yip等[66]认为在接受新辅助化疗的食管癌患者中，在增强CT上测量的肿瘤治疗后均匀性和熵与总体生存率相关。在PET成像的分形分析中，Tochigi等[75]报道了肿瘤18F-FDG摄取的低分形维度与良好的生存率相关，成为患者生存预后的一种新的生物学标记。

综上所述，医学影像在食管癌的诊断、分期、再分期、疗效评估及预后方面起着不可或缺的作用，随着影像技术及检查方法的不断发展、更新，必将出现更精准、更方便、更快捷的影像检查，为临床制定治疗决策提供有用的、可靠的信息。