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MRI新技术在评估结直肠癌肝转移中的应用

作者:张换,童彤,复旦大学附属肿瘤医院放射科

 

结直肠癌是常见恶性肿瘤之一。2015年中国癌症数据调查显示,结直肠癌发生率在男性、女性中分别居第5和第4位,死亡率在所有癌症相关死亡中居第5位。Siegel等预测2016年结直肠癌以男女人群中各8%的发生率位列第三大常见肿瘤。转移是影响患者预后的不良因素,肝脏则是结直肠癌最常发生转移的器官,超过一半的患者发生同时或异时性肝转移。肝转移灶的手术切除可显著提高患者的生存率,但目前只有少数结直肠癌肝转移患者可实现根治性手术切除。对于不可切除和广泛扩散的患者来说,其主要治疗方式是姑息性化疗。影像学技术可帮助评价病灶数量、大小及位置分布,从而判断可切除性,评估治疗反应及监测复发,在结直肠癌肝转移患者病情评估中起着十分重要的作用。

 

多层螺旋CT是最常用于结直肠癌肝转移灶检出和评估的影像学方法。在肝脏脂肪浸润情况下,CT对转移灶的检出很困难,而患者化疗后并发脂肪肝及脂肪性肝炎是其常见不良反应。CT平扫和增强图像上肝实质背景密度取决于脂肪浸润程度而相应降低,使少血管肝转移灶的检出大打折扣。不仅如此,CT所应用的传统实体瘤评价标准主要是基于肿瘤形态学变化,并不能良好反映病灶的病理学反应,而治疗后与患者预后息息相关的正是转移灶中残活肿瘤细胞的存在。

 

MRI技术可多参数、多序列、多方位成像,具有较高的软组织对比度和良好的空间分辨率。研究表明,对于新辅助化疗后并发肝脂肪变时结直肠癌肝转移灶的检出,MRI以明显的统计学差异优于多层螺旋CT,特别是对小病灶(≤1 cm)的检出。尤其在引入动态增强MRI (dynamiccontrast-enhanced MRI,DCE-MRI)和扩散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)等功能学成像方式后,MRI在结直肠癌肝转移影像学评估中的优势更加明显。

 

1.DWI在评价结直肠癌肝转移中的应用

 

DWI的显像原理是基于水分子的自由扩散,亦即布朗运动。但在活体生物组织中,由于细胞外微体系结构、主动运输机制及微血管循环等因素,水分子扩散得以缓慢进行。这种水分子自由扩散的限制性合成效应在DWI中以表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)来定量显示。研究发现,结直肠癌肝转移灶的早期ADC值变化可预测治疗效果。其中,治疗无效组较治疗有效组有更高的ADC均值,且有效组的治疗后ADC值较治疗前明显升高,最早出现于化疗3~7 d后,早于瘤体的大小变化。Wagner等进一步以结直肠癌肝转移患者治疗后的病理学结果作为参照,发现转移灶外周部位(残活肿瘤细胞主要存在部位)的ADC值随着病理学反应不同而差异很大,绝大部分病理缓解组的均值为1.749,显著高于局部性病理缓解组(1.346;P=0.013)及病理无缓解组(1.398;P=0.013)。

 

组织DWI信号衰减除取决于水分子扩散外,还受微循环血流灌注的影响,基于随b值呈线性衰减的DWI模型(即单指数模型)会导致组织ADC值偏高。因此,DWI单指数模型过于简单,不能真实反映生物组织的复杂结构及其分子的运动情况。体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion,IVIM)双指数模型是描述DWI信号非单指数衰减最常用的模型。IVIM双指数模型基于非高斯扩散理论,可描述组织非高斯扩散特性,反映扩散的两种成分,即单纯水分子扩散和灌注相关扩散,较普通单指数模型能更好地拟合DWI上影像信号衰减,量化相关参数,揭示组织异质性,反映组织病理生理学的微观变化。

 

IVIMDWI通过较大范围内的多b值相结合,包括低b值(<200 s/mm2)和高b值(≥200 s/mm2),不仅限于计算ADC值,更可真实衡量水分子扩散和微循环灌注的各自影响,并由此衍生出自由水分子扩散参数(D)、灌注参数(D*)及灌注分数(f)。ADC值较其他参数更利于对肝脏病灶进行定性。Chiaradia等研究发现,结直肠癌肝转移灶的f值明显小于周围正常肝组织(P<0.001),以病理学作为参照标准发现病灶坏死比例与ADC、D值正相关。Granata等发现,灌注参数f与病灶的血管靶向药物治疗反应具有统计学相关性,提出f值治疗前后下降54%可作为评价结直肠癌肝转移治疗有效的生物学指标,灵敏度和特异度分别为62%和93%。

 

2.MRI肝胆特异性造影剂在评价结直肠癌肝转移中的应用

 

MRI对比剂有钆类、铁类、锰类等,大多通过肾脏排泄,极少数可被肝细胞摄取并通过肝胆系统排泄。传统的非特异性细胞外钆对比剂如钆喷酸葡胺(gadolinium-diethylenetriamine pentaacetic,Gd-DTPA)在肝脏分布无特异性,静脉注射后迅速分布于全身血管系统,随后弥漫至细胞外间隙,主要反映组织血液供应状态,通过多时相扫描动态观察肝内病灶强化方式的演变过程。结直肠癌肝转移灶是典型的少血供病灶,在动脉期呈等信号或稍低信号,门静脉期病灶显示最明显,呈环状强化,平衡期对比剂退出显示低信号或中心等信号。

 

能通过肝胆系统代谢的对比剂即肝胆特异性对比剂,正在逐步取代传统性对比剂,在肝脏肿瘤对比剂中占主要地位。其一方面具有与Gd-DTPA相似的细胞外代谢过程,能提供与前者类似的多期动态增强扫描图像,另一方面则优先被有功能的肝细胞摄取并随后分泌入胆管,在延迟一定时期后出现肝实质和胆管系统的特异性强化。静脉注射后,这些对比剂有双相增强模式,第一相随注射立即发生,延迟相则发生在10~120 min内。病灶对对比剂的吸收程度间接反映病灶内细胞学特性,特别是对于肝转移患者来说,其肝功能多数是正常的,鉴于肝转移灶对肝特异性对比剂的较少摄取,其肝胆特异性增强相的信号强度会明显低于正常肝实质背景信号,十分有利于转移灶的检出。目前,常用的两种肝胆特异性对比剂分别是钆塞酸(gadolinium-ethoxybenzyl-diethylenetriamine pentaacetic acid,Gd-EOB-DTPA)和钆贝葡胺(gadobenatedimeglumine,Gd-BOPTA),均为非特异性对比剂Gd-DTPA的衍生物。

 

相比于CT,利用肝胆特异性对比剂的增强MRI检测结直肠癌肝转移灶具有更高的灵敏度和特异度,尤其是在脂肪肝背景下对小病灶(≤1 cm)的检出。肝胆特异性对比剂增强联合DWI可显著提高肝转移患者术前化疗的诊断准确性。Hosseini-Nik等提出肝胆特异性对比剂增强联合DWI很有希望能检测出结直肠癌肝转移术前化疗完全缓解,这对决定术前化疗后患者的后续手术方案有重要意义。因此,虽然肝胆特异性对比剂价格较贵,但其对病灶的高检出率可一定程度上弥补这种缺点,准确的检出定性可相对避免后续更多的放射学检查、活检,甚至手术切除。

 

3.DCE-MRI在评价结直肠癌肝转移中的应用

 

DCE-MRI可反映肝脏组织和肿瘤的肝动脉、门静脉供血情况及对比剂到达时间,量化病灶的血流情况和毛细血管渗出性,这些直接决定了化疗药物向转移灶的运送情况。其定量参数主要包括:① 传输参数(Ktrans):对比剂从血管内到血管外的速率常数,反映微血管流量及微血管通透性;② 流出速率常数(Kep):组织间隙对比剂重吸收回血管的速率常数;③ 血管外细胞外间隙空间体积比(Ve):血管外细胞外间隙空间体积比越接近0,表明血管化程度越强;④ 血浆体积比(Vp):血浆空间体积比越接近0,表明血管化程度越差。

 

DCE-MRI通过描述病灶的微血管灌注情况可用于评估抗血管药物治疗效果,其血流动力学参数较DCE-CT有更好的再现性,更利于实现标准化及保证质量可靠。研究发现,基线Ktrans值高的转移灶药物治疗效果较好,治疗后Ktrans下降>40%与结直肠癌肝转移患者更好的无进展生存期密切相关。Coenegrachts等发现,结直肠癌肝转移灶整体Kep值治疗有效组明显高于治疗无效组(Kep=0.098 52、0.078 29),有效组治疗6周后Kep值明显下降,由此提出Kep值可用于治疗疗效预测及早期疗效评价。Hirashima等通过多因素分析同样证实,治疗7 d后Ktrans及Kep比例下降(△Ktrans及△Kep)与肿瘤缩小显著性相关(△Ktrans:P=0.009;△Kep:P=0.043),△Ktrans还与较长的疾病进展期相关(P=0.001),从而提出△Ktrans可作为预测较好治疗效果及疾病进展期的一种药效动力学指标。

 

4.功能MRI的优势及局限

 

MRI具有较高的软组织对比度,脂肪肝背景下较CT能更好地检出结直肠癌肝转移灶,且不接受电离辐射,可短期多次重复。MRI功能学成像方式不仅提供结直肠癌肝转移灶的形态学和功能学特征,有利于患者治疗方案选择;治疗后功能学参数变化还与病理反应密切相关,可用于早期治疗效果评估,及时调整治疗方案,从而影响个体化治疗发展。

 

虽然MRI是一种评价结直肠癌肝转移的高敏感方法,但其检查时间较长,价格相对昂贵,并不适用于所有患者。患者必须能配合呼吸指令,必须严格筛选不兼容的植入设备,以及幽闭恐怖症和严重肾脏疾病等禁忌证。

 

来源:肿瘤影像学2017年第26卷第1期

 

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