MRI评估直肠癌区域淋巴结转移的研究进展

樊竞泓，张胜潮

作者单位：1.山西医科大学医学影像学院，太原 030001；2.太原市第四人民医院磁共振室，太原 030053

0 前言

结直肠癌是世界第三大癌症[1]。淋巴结转移是直肠癌转移的主要方式，影响着患者的治疗及预后[2]。目前对于局部进展期或有淋巴结侵犯的可切除直肠癌患者原则上推荐新辅助放化疗后直肠系膜切除术[3]，因此治疗前需要准确评估区域淋巴结状态。常规MRI 能够多方位、多序列成像，可以直接观察淋巴结的大小及形态等，目前已成为术前评估淋巴结的主要影像手段[4]，但其准确度并不高。功能MRI 能够反映目标组织的水分子扩散、血流灌注及组织微观结构改变等[5]，可以较常规MRI 更早地发现淋巴结转移。影像组学可以提供组织中肉眼无法识别的微观信息，在评估淋巴结状态上是很有前景的方法[6]。本文旨在整合常规MRI、功能MRI 及影像组学对直肠癌区域淋巴结评估的最新进展，为临床诊治提供坚实的理论依据及新思路。

1 常规MRI

常规MRI主要通过评估淋巴结大小、形态及信号等来判断其状态[7]。当淋巴结短径超过5 mm、边界不规则或内部信号紊乱时怀疑淋巴结存在转移[8]。高分辨MRI 既有常规MRI 的扫描优势又有较高的空间分辨力，常用来评估淋巴结。有研究[9]表明高分辨MRI 评估直肠癌术前淋巴结分期的敏感度和特异度分别为73%和74%。熊健等[10]应用高分辨MRI 分析102 例直肠癌患者盆腔侧方淋巴结的形态学信息，发现恶性淋巴结短径大于良性淋巴结，且短径的诊断价值最高，这是因为肿瘤细胞的转移使得淋巴结内部细胞增多，体积增大。但是也有研究显示短径较小淋巴结也有恶性的可能，同时增大的淋巴结亦可能是反应性增生[11]。CURVO-SEMEDO 等[12]研究还显示出淋巴结无论转移与否，其体积均趋于减小。这些研究表明不能仅用大小来评估淋巴结状态。联合形态学特征可以提高评估淋巴结状态的准确度。杨彦松等[13]认为高分辨MRI 中淋巴结大小结合其形态特征对良恶性淋巴结诊断的准确度高于单纯的淋巴结大小（79.53% vs.69.03%）。李夙芸等[14]对T1-T2 期直肠癌患者良恶性淋巴结进行评估发现，通过淋巴结内部信号可以有效评估术前淋巴结状态，这是由于淋巴结内部肿瘤细胞的侵犯使其信号紊乱。高分辨MRI可以很好地显示淋巴结的形态、大小及内部信号，但是放射医师从图像上看到的形态学信息具有一定的主观性，缺乏定量指标。因此在常规MRI上评估淋巴结状态并不精准，需要寻找更灵敏的评估方法。

2 功能MRI

2.1 扩散加权成像

扩散加权成像（diffusion-weighted imaging,DWI）是一种单指数模型，能反映出组织中水分子的扩散受限程度。表观扩散系数（apparent diffusion coeficient, ADC）值是其量化指标，恶性组织由于细胞数量多、排布密集，一般会有较高的DWI 信号和较低ADC 值。对于一些有孤立的肿瘤细胞或者微小转移的淋巴结来说，在其形态学发生改变之前病理生理已经发生了变化。DWI较常规MRI更适合于识别和监测肿瘤[15]，能更早地捕捉到恶性淋巴结信号变化。有研究[16]表明直肠腺癌恶性淋巴结的平均ADC值显著低于良性淋巴结。这与GE等[17]研究结果一致，并且认为诊断恶性淋巴结的最佳临界值为1.05×10-3mm2/s。恶性淋巴结ADC 值低是因为肿瘤细胞转移到淋巴结内增加了淋巴结内的细胞含量，减少了细胞外容积，从而限制了水分子的运动所致。许梅海等[18]研究显示恶性淋巴结的指数化ADC（exponential ADC,eADC）值比良性淋巴结大。eADC值是由组织在DWI上的信号强度除以其在T2WI 上的信号强度得出的，所以eADC 值排除了T2 透射效应的干扰，较ADC 值能更真实地反映水分子扩散受限程度。但不同的研究中良恶性淋巴结的ADC界值不同。此外，良恶性淋巴结的ADC 值有重叠，并不能完全区分良恶性[19]。由于不同研究当中的样本量、b值、ADC值计算模型及感兴趣区的选择均存在不同程度的差异，因此ADC值对直肠癌术前淋巴结状态评估的一致性欠佳。

2.2 体素内不相干运动成像

体素内不相干运动（introvoxel incoherent motion, IVIM）成像是一种由DWI 衍生而来的基于多个b 值的双指数模型，传统DWI 参数（ADC 值）仅能反映组织中水分子扩散的受限程度，而IVIM 成像能同时反映组织中水分子扩散的受限程度与组织灌注信息，是更加全面反映活体组织功能学信息的一种技术[20]。IVIM 成像定量参数主要包括真扩散系数（true diffusion coefficient, D）、假扩散系数（pseudo-diffusion coefficient, D*）及灌注分数（perfusion fraction, f）。其中D 值反映了组织真实的扩散程度；D*值与f 值均代表组织的微循环灌注。YANG 等[21]研究表明D 值是区分良恶性淋巴结效能最高的指标，恶性淋巴结有较高的D 值和较小的f值，而D*值在该研究中差异不具有统计学意义。f 值与组织内的毛细血管密度有关[22]，较小的f 值可能是肿瘤细胞侵入使得淋巴结内毛细血管部分消退所致。较高的D 值则是与淋巴结内毛细血管部分消退使得淋巴结内坏死，细胞外空间变大，水分子扩散增加有关。YU 等[23]的研究发现D 值评估良恶性淋巴结的效能最高，并发现恶性淋巴结的D值小于良性淋巴结，这与许梅海等[18]的研究结果一致，原因是肿瘤细胞的侵入使得淋巴结内细胞密度变大，细胞间排列紧实，水分子扩散受限。但不同的是，在许梅海等的研究中D*值诊断淋巴结状态效能最高，并且恶性淋巴结有着较高的D*值，D*值与组织中血流速度及毛细血管长度相关，恶性淋巴结D*值高可能与肿瘤细胞生长快，血管丰富且通透性高有关。LONG 等[24]认为在淋巴结短径3-5 mm 组中，恶性淋巴结的D 值显著低于良性淋巴结；而在较大短径淋巴结组中，良恶性淋巴结间的D 值差异不具有统计学意义，恶性淋巴结的f值显著低于良性淋巴结组。D 值差异不具有统计学意义可能是因为内部结构不同，较大短径淋巴结内易发生坏死；恶性淋巴结f值低是因为在短径较大淋巴结中生成的肿瘤血管不成熟，基底膜不完整。综上，IVIM各参数的重复性较差，尤其是D值和D*值，未来还需要大量的研究来进一步验证其评估效能。

2.3 扩散峰度成像

传统的ADC 值是组织中自由水呈高斯分布的定量指标，但肿瘤组织的微观结构复杂、有异质性等使得内部水分子呈非高斯分布。组织微观结构越复杂，水分子的非高斯性分布越明显。扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging, DKI）可以为组织中水分子扩散的非高斯分布提供定量指标[25]，能同时客观地反映组织中水分子扩散受限与组织微观结构的复杂程度。DKI 参数众多，其中具有特征性的是平均扩散峰度（mean kurtosis, MK）和平均扩散率（mean diffusivity, MD）。MK 值反映了感兴趣区组织微观结构的复杂程度，MD值反映了感兴趣区组织内水分子的平均扩散率，是非高斯分布偏移校正后的ADC[26]。DKI 在评估肿瘤分级、治疗反应、组织类型和远处转移方面发挥了较好的作用[27]。目前DKI 已应用于前列腺癌、乳腺癌、脑胶质瘤的肿瘤侵袭性评估。DKI对直肠癌淋巴结的评估也发挥了重要作用。有研究[28]显示恶性淋巴结的MK值大、MD值小，YU等[29]认为MD 值的诊断效能最高，高于ADC 值。恶性淋巴结的MD 值低是由肿瘤细胞侵犯淋巴结使得淋巴结内扩散受限程度更大所致，这与单指数模型中的ADC值低的原因一致；而恶性淋巴结的MK 值较大是由于恶性淋巴结内部的异质性较大，水分子更偏离高斯分布所致。综上，DKI 技术的运用可以帮助临床医生提高评估转移性淋巴结的能力。

2.4 动态对比增强MRI

动态对比增强MRI（dynamic contrast-enhanced MRI, DCE-MRI）是一种通过静脉注射对比剂提供组织血管信息的成像方式，它间接反映了组织的毛细血管通透性及血流灌注情况[30]。DCE-MRI是通过结合对比剂在恶性组织中分布的药代动力学建模，获得反映组织血管密度和通透性的定量指标，常用的指标主要有容积转移常数（volume transport constant, Ktrans）、速率常数（rate constant, Kep）和血管外细胞外间隙容积分数（extravascular extracellular volume fraction, Ve）等[31]。一项荟萃分析[30]对常规MRI、DWI和DCE-MRI 在鉴别直肠癌良恶性淋巴结诊断价值的评估中发现，DCE-MRI 是诊断良恶性淋巴结的最佳技术，其敏感度为83%，特异度为86%。YANG等[32]发现在短径＜5 mm 的淋巴结中，恶性淋巴结的Ktrans值较高，并有中等的诊断效能。康立清等[33]研究显示直肠癌恶性淋巴结组的Ktrans、Ve值高于良性淋巴结组，其中Ktrans值的敏感度和特异度分别为85.7%和67.9%，对区分直肠癌良恶性淋巴结的价值较高。马小梅等[34]应用DCE-MRI对直肠系膜淋巴结定量分析发现，良性淋巴结、反应增生性淋巴结及恶性淋巴结的Ktrans值、Kep值依次升高，但Ve值差异不具有统计学意义，且Ktrans值的敏感度和特异度均高于Kep值。恶性淋巴结的Ktrans值较高可能是因为恶性淋巴结内新生血管结构紊乱、内皮细胞异常，血管表面积及渗透性增加，导致淋巴结的对比剂漏出增加。综上，我们认为Ktrans值对区分良恶性淋巴结的诊断效能较高，Kep值与Ve值对良恶性淋巴结鉴别还有所争议。由于DCE-MRI扫描技术规范性的限制以及临床使用的非普遍性，Ktrans值是否可以作为准确评估直肠癌良恶性淋巴结的定量指标仍需大量研究进行验证。

2.5 其他功能MRI

2.5.1 磁共振波谱成像

磁共振波谱成像（magnetic resonance spectroscopy, MRS）是将化学位移理论与磁共振技术相结合，对体内代谢物进行分析的一种无创性的MRI 检查技术[35]。组织细胞的代谢水平可以由组织内胆碱及其代谢产物含量的变化来反映，一项应用氢质子MRS（1H-MRS）分析直肠癌的研究[36]显示，在3.2 ppm 处出现复合胆碱峰是直肠癌的特征，并且在新辅助放化疗后该峰会消失，这提示1H-MRS 在直肠癌诊断及评价新辅助放化疗疗效中有意义。有研究[37]通过1H-MRS分析出直肠癌组织中苏氨酸、亮氨酸等氨基酸水平较健康对照组高，这可能是癌细胞在增殖过程中对结构蛋白更高的需求所致。这些研究均提示MRS可能在直肠癌诊疗方面有一定的价值，目前尚未见到MRS评估直肠癌淋巴结状态的研究报道。MRS 通过反映组织的代谢信息在生化水平上帮助医师判断组织的侵袭性，但是由于肿瘤的异质性，MRS重复性低，并且其检查时间长、易受脂肪组织干扰，应用有一定局限性。

2.5.2 血氧水平依赖MRI

血氧水平依赖MRI（blood-oxygenation leveldependent MRI, BOLD-MRI）能无创地评估组织整体的乏氧状态，可通过其定量指标表观-自旋弛豫率（apparent spin-spin relaxation rate, R2*）的变化，反映组织氧代谢的变化。有研究[38]推测侵袭性较强的直肠癌，其肿瘤细胞增殖更快，肿瘤会处于缺氧状态，缺氧的微环境会导致脱氧血红蛋白升高，使R2*升高，这为早期检测和评估直肠癌淋巴结转移提供了新思路，恶性淋巴结内肿瘤细胞多，缺氧状态会使R2*升高，但还需要大量研究验证。ATKIN等[39]还发现R2*与直肠癌患者血管内皮生长因子的表达相关。BOLD-MRI具有非侵袭性、空间分辨率高及可重复性等优点，但是会受到血液pH值、温度及血容量等的影响。BOLD-MRI主要应用于中枢神经系统的研究，目前应用于直肠癌研究还较少，未来还需大量研究验证。

2.5.3 超微超顺磁性氧化铁MRI

超微超顺磁性氧化铁（ultrasmall super paramagnetic iron oxide, USPIO）是一种MRI 对比剂，经静脉注射后到达淋巴结，可被正常淋巴结内的大量巨噬细胞吞噬从而在淋巴结内积累，其顺磁效应会减弱MRI信号，在T2WI序列上信号降低[40]。在转移性淋巴结中，USPIO摄取受到抑制，MRI信号影响较小。STIJNS 等[41]应用USPIO-MRI 评估10 例直肠癌 患者的淋巴结状态，并将其与组织病理学进行比较，结果显示恶性淋巴结较良性淋巴结信号高，但准确性不高。这可能是恶性淋巴结内有肿瘤成分使得对比剂累积减少。USPIO-MRI 主要是靠肉眼观察到的信号高低来决定，有一定的主观性，目前在临床的应用还较少，其诊断价值还需进一步验证。

3 基于MRI的影像组学

影像组学是通过高通量的定量特征提取，然后进行数据分析，将医学图像转换为高维、可利用的数据，以支持临床决策的过程[42]。有研究[43-44]显示影像组学在评估淋巴结状态中发挥了良好的作用。影像组学在直肠癌的诊疗过程中也有大量应用，如提高分期准确性、评估新辅助治疗疗效、预测疾病预后等[45]。一项研究[46]应用深度转移学习对直肠癌良恶性淋巴结进行评估，显示AUC和准确度分别为0.994和95.7%。李国强等[47]在基于淋巴结T2WI 纹理分析对直肠癌良恶性淋巴结的评估研究中显示，目标淋巴结六个纹理特征的训练组和验证组的AUC 值分别为0.881、0.795，认为纹理分析对直肠癌良恶性淋巴结的评估诊断效能较高，并且准确性和敏感度较高。ATRE 等[48]对40 例直肠腺癌患者回顾性分析发现，MR 形态学特征是区分肿瘤沉积与恶性淋巴结的有效因子，当与MRI纹理分析中的偏度参数一起评估时，效果会有增益。综上，我们认为各种影像组学分析方法对分析组织异质性有一定的价值。但影像组学也面临着挑战，例如不同机构的扫描设备及参数不同、需要大量的研究人群等，未来形成统一的标准及各个机构相互协作共同构建大数据库可以克服这些不足。

4 小结与展望

评估区域淋巴结状态对于直肠癌患者的预后及治疗决策的制订至关重要。常规MRI 有一定的主观性并且诊断效能较差。DWI 可用于评估淋巴结内部的水分子扩散运动，但良恶性淋巴结的ADC 值有重叠，不能完全区分良恶性。IVIM 能更加全面地反映淋巴结内部信息，但其部分参数重复性较差，需要更多研究来验证。DKI 可以很好地反映淋巴结内部的异质性。DCE-MRI 通过定量分析淋巴结的微循环状态，提高评估淋巴结状态的准确度，但缺点是需要对比剂及扫描时间长。MRS 对直肠癌的诊断有一定的提示意义，其在评估淋巴结状态上可能有一定潜力，期待未来更多有价值的研究。BOLD-MRI 通过无创评估淋巴结乏氧状态为鉴定良恶性淋巴结提供新思路，但易受到外周环境的影响。USPIO-MRI 也为评估淋巴结状态提供了新思路，但有一定的主观性。近年来随着影像组学的发展，能够挖掘出图像背后的信息，这为以后评估淋巴结提供了新方向。未来我们还应该将多种成像方法与影像组学结合，构建出准确评估直肠癌淋巴结的模型，为临床提供更精准的诊断方式。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。

作者贡献声明：张胜潮设计本研究的方案，对稿件重要内容进行了修改；樊竞泓起草和撰写稿件，获取、分析或解释本研究的数据，对稿件重要内容进行了修改；全体作者都同意发表最后的修改稿，同意对本文章的所有方面负责，确保本文章的准确性和诚信。