劉思訕　黃渝程　敬宗林　陳天武

食管癌MR擴(kuò)散加權(quán)成像研究進(jìn)展

劉思訕黃渝程敬宗林陳天武*

MR擴(kuò)散加權(quán)成像是活體狀態(tài)下評(píng)價(jià)組織水分子與微循環(huán)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的一種無創(chuàng)性手段，為腫瘤診斷、分期及治療效果評(píng)估提供重要信息。擴(kuò)散加權(quán)成像的表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC）可作為一種有價(jià)值的放射學(xué)定量指標(biāo)，應(yīng)用于食管癌的早期診斷，評(píng)價(jià)腫瘤血管生成及分期、分級(jí)，預(yù)測(cè)放化療療效及評(píng)估治療效果。就擴(kuò)散加權(quán)成像在食管癌中的應(yīng)用予以綜述。

食管癌；磁共振成像；擴(kuò)散加權(quán)成像；腫瘤血管生成

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

食管癌嚴(yán)重威脅人類健康，其發(fā)病隱匿，大部分病人檢出時(shí)常處于中晚期，且食管癌的5年生存率較低，因此對(duì)食管癌的早期診斷、臨床分期、評(píng)價(jià)預(yù)后以及療效的監(jiān)測(cè)十分重要。目前對(duì)食管癌的診斷常采用X線鋇餐造影、食管內(nèi)鏡、超聲內(nèi)鏡及CT檢查等方式。隨著MRI技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）也已應(yīng)用于全身多個(gè)系統(tǒng)和器官，如消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和乳腺等，特別是在食管癌中的應(yīng)用備受研究者的關(guān)注，本文就DWI在食管癌中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀作一綜述。

1　食管DWI技術(shù)及參數(shù)

1.1原理擴(kuò)散是指分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，即布朗運(yùn)動(dòng)。在純水中，水分子呈自由運(yùn)動(dòng)，而在活體組織中因生物膜及體液中大分子物質(zhì)的限制作用［1］，不同的組織細(xì)胞中水分子運(yùn)動(dòng)則不同。如在細(xì)胞排列較稀疏的組織中，水分子的運(yùn)動(dòng)相對(duì)比較自由；反之，在細(xì)胞排列較為密集的組織中，水分子的運(yùn)動(dòng)則更加受限。DWI通過檢測(cè)活組織細(xì)胞外液中水分子的布朗運(yùn)動(dòng)，從而可在分子水平上間接反映細(xì)胞構(gòu)成及組織學(xué)結(jié)構(gòu)。

DWI是對(duì)稱性地在自旋回波加權(quán)序列的180°脈沖兩側(cè)各施加一個(gè)擴(kuò)散敏感梯度脈沖，這兩個(gè)梯度脈沖的方向相反，強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間完全相同。擴(kuò)散梯度場(chǎng)強(qiáng)、梯度時(shí)間和梯度間隔影響了DWI序列對(duì)水分子運(yùn)動(dòng)的敏感性［2］。在實(shí)際運(yùn)用中，擴(kuò)散梯度的強(qiáng)度由梯度場(chǎng)強(qiáng)、梯度時(shí)間和梯度間隔即所謂的梯度因子決定，即擴(kuò)散敏感系數(shù)，用b（單位：s/mm2）表示。在活體組織中，DWI的信號(hào)不僅受水分子擴(kuò)散的影響，還受到多種運(yùn)動(dòng)的影響，如呼吸、心跳、大血管的搏動(dòng)、組織的顫動(dòng)、微循環(huán)及受檢者的移動(dòng)等，所以在實(shí)際應(yīng)用中，常用表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）來描述活體內(nèi)的表觀擴(kuò)散作用。

作者單位：川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科，南充637000

通訊作者：陳天武，E-mail：chentw@aliyun.com

*審校者

基金項(xiàng)目：四川省青年科技創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)建設(shè)專項(xiàng)基金（2015T D0029）；四川省省屬高?？蒲袆?chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)專項(xiàng)基金（15TD0023）

現(xiàn)有的研究認(rèn)為，b值越小，ADC值受微循環(huán)灌注的影響越大；b值越大，ADC值則更能反映組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散。因此，較高b值下的ADC值則更穩(wěn)定且更接近真實(shí)擴(kuò)散系數(shù)。但b值越大，所需的回波時(shí)間（echo time，TE）越長(zhǎng)。食管的T2較短，長(zhǎng)TE對(duì)食管T2影響太大，導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度降低，也將影響影像質(zhì)量而不適于診斷，因此DWI上選擇合適的b值對(duì)食管成像極其重要。

1.2食管DWI掃描參數(shù)病人于食管癌切除術(shù)前行MRI檢查，訓(xùn)練其均勻呼吸及屏氣，囑其在MRI掃描時(shí)配合呼吸并保持平靜狀態(tài)。病人在胸部DWI掃描前行胸部常規(guī)MRI序列，包括橫斷面和矢狀面T1WI、T2WI、脂肪抑制T2WI，以便獲取病灶部分的準(zhǔn)確信息。DWI掃描采取單次激發(fā)自旋回波（single shot fast spin echo，SSEPI）采集，b值選取范圍從500～1 000 s/mm2不等［3-6］，掃描矩陣多采用128×128，TR/TE為7 800 ms/65 ms，視野（field of view，F(xiàn)OV）400 mm，層厚4 mm，間距1 mm，激勵(lì)次數(shù)（number of excitation，NEX）=6，采用7 min自由呼吸掃描。為了減少食管的運(yùn)動(dòng)，有研究者認(rèn)為應(yīng)在檢查前6 h禁食，但無需禁飲?？稍跈z查前肌肉注射20 mg正丁基溴東莨菪堿，以減少食管的蠕動(dòng)［7］。

1.3DWI測(cè)量參數(shù)b值的選擇因掃描設(shè)備、成像參數(shù)的不同而不同，但b值選擇須保證ADC測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，又須保證影像質(zhì)量，能較好地反映組織的真實(shí)擴(kuò)散值［8］。測(cè)量的ADC值的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到病變的性質(zhì)及變化情況的評(píng)估。不同的b值及興趣區(qū)（region of interest，ROI）的選擇對(duì)ADC值的測(cè)量有影響。于ADC圖上，在腫瘤的中心層面勾畫出食管癌ROI，通過工作站自動(dòng)算出每個(gè)ROI的ADC值，因不同病人病變長(zhǎng)度及大小均不一致，多次測(cè)量算出平均值，即可認(rèn)為食管癌的ADC值。ROI的選擇應(yīng)避開腫瘤內(nèi)壞死、囊變區(qū)［3］。對(duì)于ROI大小的選擇因腫瘤大小不一尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

2　DWI在食管癌中的應(yīng)用

2.1腫瘤診斷腫瘤組織往往較其來源組織有更多的細(xì)胞，而在DWI上呈一個(gè)相對(duì)的高信號(hào)（擴(kuò)散受限），因此DWI技術(shù)可以用于腫瘤的檢測(cè)［2］。Tomizawa等［9］報(bào)道在DWI序列上，食管癌病灶呈高信號(hào)，并與內(nèi)鏡檢測(cè)到的食管病灶位置及長(zhǎng)度是一致的；內(nèi)鏡上發(fā)現(xiàn)的食管癌的潰瘍病灶在DWI上顯示為信號(hào)降低。Yamada等［10］指出腫瘤病灶較正常食管壁的ADC值要低，且DWI能將腫瘤病灶與正常食管壁明顯區(qū)分開來。因此，有研究者［9］認(rèn)為DWI不僅能檢測(cè)食管癌，而且在顯示病灶長(zhǎng)度及腫瘤細(xì)微結(jié)構(gòu)方面較CT和PET更優(yōu)。

2.2評(píng)價(jià)腫瘤生物學(xué)行為

2.2.1評(píng)價(jià)腫瘤血管生成腫瘤血管的生成與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）有關(guān)，VEGF蛋白的過度表達(dá)是食管癌潛在惡性的一個(gè)重要原因，也是評(píng)價(jià)腫瘤生長(zhǎng)和病人預(yù)后的一個(gè)重要指標(biāo)［11］。Aoyagi等［12］研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤的ADC值與VEGF蛋白的表達(dá)量呈負(fù)相關(guān)，腫瘤的ADC值可以預(yù)測(cè)VEGF蛋白的過度表達(dá)，即可評(píng)估腫瘤的血管生成情況。腫瘤的靶向治療是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，VEGF靶向藥物也發(fā)揮著越來越重要的作用［13-15］，盡管目前此法用于食管癌的臨床治療還存在爭(zhēng)議［14，16］，但隨著研究的逐漸深入，食管癌的DWI技術(shù)有望用于評(píng)估其療效［12］。同時(shí)，Aoyagi等［12］也發(fā)現(xiàn)腫瘤的ADC值與腫瘤基質(zhì)膠原蛋白的含量呈負(fù)相關(guān)，過度表達(dá)的基質(zhì)膠原蛋白可能會(huì)阻礙抗腫瘤藥物的趨向運(yùn)動(dòng)而影響其療效。

2.2.2評(píng)價(jià)腫瘤分期準(zhǔn)確的臨床分期決定著食管癌病人治療方案的選擇。目前CT仍是評(píng)價(jià)食管癌臨床分期的常用檢查方式，但CT對(duì)于食管癌的浸潤(rùn)深度及與食管壁緊密粘連的食管旁淋巴結(jié)分辨較難。MRI可用于食管癌的分期評(píng)價(jià)。陳等［17］對(duì)45例食管癌病人術(shù)前應(yīng)用GE SignaHDxt 3.0 T MR設(shè)備行常規(guī)MRI及DWI掃描，判斷食管癌的臨床分期，并與病理分期對(duì)比，發(fā)現(xiàn)DWI結(jié)合常規(guī)序列評(píng)價(jià)食管癌術(shù)前分期與病理分期的相關(guān)系數(shù)為0.733（較強(qiáng)），明顯高于CT診斷對(duì)食管癌術(shù)前分期與病理分期的相關(guān)系數(shù)（0.323）。早前就有研究者證實(shí)了食管癌TN分期越高，食管癌病灶A(yù)DC值越低，兩者之間有明顯的相關(guān)性［7］。因此，DWI技術(shù)對(duì)食管癌的臨床分期有一定的價(jià)值。

2.3評(píng)價(jià)療效及判斷預(yù)后

2.3.1評(píng)價(jià)治療效果腫瘤經(jīng)放化療后，瘤灶內(nèi)會(huì)出現(xiàn)壞死及纖維化，因此臨床上腫瘤的壞死預(yù)示著腫瘤治療有效。由于治療期間腫瘤細(xì)胞水平上大分子和微結(jié)構(gòu)的變化早于解剖水平上的變化，故腫瘤細(xì)胞大量壞死時(shí)，致擴(kuò)散受限程度減輕，表現(xiàn)為DWI信號(hào)下降和ADC值升高，DWI可以有效地檢測(cè)出腫瘤的壞死區(qū)域。因此，DWI有望成為一種有用的評(píng)價(jià)腫瘤治療效果的客觀指標(biāo)，一些研究也證實(shí)了治療期間腫瘤的ADC值變化要早于腫瘤體積的變化［4，18-19］。Wang等［20］通過測(cè)定77例食管癌病人在放化療后食管癌腫瘤組織的ADC值變化，發(fā)現(xiàn)其在治療前后有顯著的變化，即從（1.64±0.48）×10-3mm2/s上升到（2.65±0.58）×10-3mm2/s，且治療期間ADC值上升越早說明治療效果越佳［3］。Aoyagi等［6］通過測(cè)定80例食管癌病人的ADC值發(fā)現(xiàn)，治療前高ADC值組對(duì)放化療的反應(yīng)要明顯優(yōu)于低ADC值組。在治療劑量分別為20 Gy和40 Gy時(shí)，治療有效組的ADC值變化幅度均明顯大于無效組的ADC值改變［18］。

2.3.2評(píng)價(jià)治療效果及預(yù)后Imanishi等［18］采用Philip 1.5 T MR設(shè)備對(duì)27例食管癌病人行DWI掃描，應(yīng)用工作站軟件計(jì)算瘤灶內(nèi)的ADC值，發(fā)現(xiàn)將ADC臨界值設(shè)為1.00×10-3mm2/s時(shí)，ADC值預(yù)測(cè)放化療治療有效的敏感度、陽性預(yù)測(cè)值和準(zhǔn)確度分別為79%、73%和74%。在劑量為40 Gy時(shí)，ADC值預(yù)測(cè)放化療治療有效的敏感度、陽性預(yù)測(cè)值及準(zhǔn)確度則更高。Aoyagi等［6］研究發(fā)現(xiàn)，以ADC值=1.1×10-3mm2/s為臨界值，治療前高ADC值組的生存率及對(duì)放化療的反應(yīng)均明顯高于低ADC值組，并采用多因素統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)治療前低ADC值是降低治療反應(yīng)和降低病人生存時(shí)間的一個(gè)獨(dú)立的危險(xiǎn)因素，且對(duì)治療的反應(yīng)可以作為獨(dú)立的預(yù)后預(yù)測(cè)因素。還有研究者［20］認(rèn)為，放化療后的ADC值與病人的預(yù)后是獨(dú)立相關(guān)的。因此，DWI可以預(yù)測(cè)食管癌的預(yù)后及治療反應(yīng)。

3　結(jié)語

近年來，食管癌DWI技術(shù)也越來越多地用于評(píng)價(jià)其療效和預(yù)測(cè)預(yù)后，并取得了一定進(jìn)展。盡管目前CT檢查仍是食管癌的主要檢查手段，但DWI技術(shù)具有無輻射、成像速度快及無需對(duì)比劑等優(yōu)勢(shì)，將會(huì)逐漸取代傳統(tǒng)的檢查方式而更多地應(yīng)用于食管癌的檢測(cè)。隨著DWI在食管癌方面研究的增多，食管癌b值的選取及ROI的確定會(huì)逐漸規(guī)范化，DWI對(duì)食管癌的分期、治療效果及預(yù)后評(píng)價(jià)將會(huì)更加準(zhǔn)確。

［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］柳善剛，任瑞美.擴(kuò)散加權(quán)成像在腫瘤療效監(jiān)測(cè)和評(píng)估中的應(yīng)用及進(jìn)展［J］.中華臨床醫(yī)師雜志，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］陳偉，周勝利.DWI在食管癌定量及定期診斷中的價(jià)值［J］.臨床放射學(xué)雜志，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