功能磁共振成像技术在老年直肠癌诊疗评估中的应用进展.pdf
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1、老年医学与保健 2023 年第 29 卷第 4 期 Ger ia t r Hea l t h Ca r e,2023,Vo l.29.No.4损伤细胞免疫调节作用影响的实验研究J.中国骨与关节 外科,2010,3(2):142-148.41 Ko n g FM,Ch en TQ,Li XJ,et al.Th e c u r r en t a ppl ic a t io n a n d f u t u r e pr o spec t s o f a st r a ga l u s po l y sa c c h a r id e c o mbin ed w it h c a n c er imm
2、u n o t h er a py:a r ev iew J.Fr o n t Ph a r ma c o l,2021,12:737674.(收稿日期:2023-07-15)(本文编辑:夏世金)功能磁共振成像技术在老年直肠癌诊疗评估中的应用进展李军衡,何薇复旦大学附属华东医院核医学科,上海200040关键词老年;宜肠癌;功能磁共振成像技术结直肠癌是胃肠道常见的恶性肿瘤之一,随着人们生 活和环境的改变,其发病已成为威胁人们健康的主要疾病 之一B。在世界范围内,结直肠癌占男性常见恶性肿瘤的 第3位,女性的第2位近年来,以全直肠系膜切除术(t o t a l meso r ec t a l ex
3、c isio n,TME)联合新辅助放化疗(n eoa d ju v a n t r a d io t h er a py a n d c h emo t h er a py,NRC)的多学科序 贯综合治疗模式,已逐步形成直肠癌的综合治疗体系。淋巴结是否转移是治疗前诊断精准分期的关键和难点。对于无淋巴结转移的早期直肠癌患者,局部手术切除是 治疗的首选,且预后良好;有淋巴结转移者,无论T分期 如何,指南均建议进行术前新辅助放化疗切。因此,对于 Tl、T2期老年直肠癌的患者,术前精准的N分期非常必 要,这对临床是否采取术前放化疗起到了决定作用。应 用先进的影像学检查方法对直肠癌患者进行精准的术前
4、分期,对于综合治疗方案的选择、制定和评估预后非常关 键,它为直肠癌外科术式选择及个体化放化疗方案提供 了重要参考依据,是制定整个治疗方案的基础。磁共振检查能够行多参数、多平面及多序列的选择,磁共振成像(ma gn et ic r eso n a n c e ima gin g,MRI)成为宜肠 癌患者术前分期的重要检查方式,美国国立综合癌症网 络(NCCN)指南将盆腔MRI检查作为直肠癌患者的常规 检查项目之一。近年来,新的MRI成像技术不断涌现,扩散加权成像(d if f u sio n-w eigh t ed ima gin g,DWI)、体素 内不相干扩散加权成像(in a v o x
5、el in c o h er en t mo t io n-d if f usio n-w eigh t ed ima gin g,IVIM-DWI)、扩散峰度成像(d if f usio n k u r t o sis ima gin g,DKI)、动态对比增强(d y n a mic c o nt r a st-en h a n c ed,DCE)等功能成像技术的应用,使人们对 肿瘤的研究认识深入到组织细胞排列紧密程度、毛细血 管密度及血管壁通透性、微循环灌注等微观层面,获取到 关于肿瘤的功能信息,帮助影像科医生对良恶性肿瘤做 出更精准的判断。本文就MRI功能成像的新技术在老年 直肠癌分期
6、、新辅助放化疗前后评估及术后监测中的应 用进行综述。1高分辨率磁共振常规检査对老年直肠癌的诊断 价值高分辨率MRI可以清楚的显示直肠黏膜层、黏膜下 层、肌层等肠壁结构,还可以清楚的区分显示宜肠系膜、邻 近肠周脂肪、肌肉及骨骼等组织结构。它能清楚的描述出 肿瘤浸润直肠肠壁的深度,以及环周切缘信息,提高了老 年直肠癌术前分期的准确性。在新辅助治疗后,盆腔MRI 检查有助于评估肿瘤对治疗的反应,有利于进一步临床诊 疗方案的制定。对于外科术后的老年直肠癌患者,盆部 MRI检查作为定期随访的常规检查项目,有助于及早监测 术区局部肿瘤的复发或转移,以及盆部淋巴结、骨骼、软组 织转移灶的及早检出2功能磁共振
7、成像对老年直肠癌诊治评估的应用 价值2.1 扩散加权成像(d if f u sio n-w eigh t ed ima gin g,DWI)DWI通过评估组织细胞水分子扩散运动差异,从分子水 平反映活体组织的细胞排列紧密程度和病理生理状态的 变化。DWI模型基于一个假设,即水在体素中扩散只有一 个组分,并且遵循一个没有任何限制的水分子扩散的高斯 通信作者:何薇,电子信箱:h ew eix u h o t ma il.c o m 869 老年医学与保健 2023 年第 29 卷第 4 期 Ger ia t r Hea l t h Ca r e,2023,Vo l.29.No.4行为。DWI采用单
8、指数模型,利用表观扩散系数(a ppa r en t d if f u sio n c o ef f ic ien t,ADC)值来量化这些指标,可以反映肿 瘤组织的功能变化,有助于肿瘤良恶性的诊断、监测和评 估治疗反应。被检测组织的细胞排列疏松,细胞外液体粘 度小,水分子扩散越快,ADC值越高,信号衰减就会越大,表现在DWI图像上为低信号;相反,被检测组织的细胞排 列紧密,细胞外液体粘度大,水分子扩散慢,ADC值降低,信号衰减弱,表现在DWI图像上为高信号。不同b值的 DWI扫描序列中,宜肠癌均表现为较高信号,这与直肠癌肿 瘤细胞丰富、扩散减慢,ADC值小有关;低b值的DWI图像 上,盆腔内
9、部分正常组织,如小肠、前列腺外周带(男性)、子 宫(女性)、膀胱等也呈高信号,随着b值的增大,正常组织 在DWI图像上信号逐步降低,而直肠癌肿瘤仍呈高信号;高 b(b800 s/mn?)值时,正常组织结构基本呈低信号,而直 肠癌肿瘤呈较高信号,信号较低b值时有所减低;DWI高 b值图像能清楚的将直肠肿瘤与周围正常组织区别开,配 以T2WI图像可以准确的发现和定位肿瘤。LI Fen g、张狮达等在MR弥散加权成像在直肠癌诊断中的临床 应用价值中表明,常规序列结合DWI检查较常规序列单独 检查更符合病理分期,特别是对宜肠癌T分期具有较好的 准确性。De Fel ic e171等在弥散加权磁共振成像
10、在局部晚期 直肠癌新辅助放化疗治疗中的应用ADC值可用于区分新 辅助治疗完全缓解(pCR)患者和非缓解(n o n-pCR)患者。pCR病例中在NRC治疗期间ADC水平明显升高。然而,根据WHO的各种分类,有文献报道ADC值与一系列肿瘤 的分级有关,但是这些分级亚组的ADC值重叠太多,临床 应用价值不大,这可能是因为传统的扩散加权成像是基于 无约束自由扩散的假设,ADC值是用单指数模型计算而 得的,水分子的扩散特性取决于组织细胞的排列密度、毛 细血管密度、细胞外液体的粘度和细胞膜的完整性,尤其 是在肿瘤中,细胞膜、细胞比例、细胞外基质形成的变化等 多种因素导致水运动的非自由扩散,即非高斯扩散少
11、。2.2体素内不相干运动扩散加权成像(in a v o x el in c o h er-en t mo t io n d if f u sio n-w eigh t ed ima gin g,IVIM-DWI)IVIM-DWI是依据双指数模型的多b值扩散加权成像。该 技术需要增加b值的数量,尤其是小于200 Mmn?的b值,可以根据不同b值分离灌注和扩散信息。这个模型产生 了几个参数:单纯水分子扩散系数(pu r e d if f u sio n c o ef f ic ien t,D)、假性扩散系数(pseu d o-a ppa r en t d if f u sio n c o ef f
12、 ic ien t,D*)、灌注分数(per f u sio n f a c t o r,f)和相对灌注系数(r el a t iv e per f u sio n,f x D*)10。根据 IVIM-DWI 原理,D 反应组织中水分子的单纯扩散相关参数,D主要取决于细 胞密度和细胞外基质组成,一般认为它与组织细胞的数量 和细胞核与细胞质的比例呈负相关,因此细胞数量的增 加、核质比的增加或细胞外空间的减少都可能导致水分子 扩散率的降低冋。D*值与组织的血管分布和微循环灌 注相关。f反应体素内微毛细血管血流量分数,f与新生 血管以及血管的数量有直接的关联,它与组织的灌注成正 相关。f x D*反
13、应微血管直径,同时受血流灌注速度和 灌注量影响。王智君等“在IVIM对直肠癌的术前评 价的研究中表明:随着TNM分期增高,肿瘤的D值逐渐降 低且具有统计学意义,而各期肿瘤的D;f值比较无统计 学差异。随着肿瘤分化程度的增加,D值均逐渐增高,高、中、低分化3组肿瘤的D值两两比较均有显著性差异(P 0.05),而D*、f值比较无统计学差异。目前已有多项研 究报道,将IVIM应用于直肠癌淋巴结转移的鉴别诊断中,但研究结论尚未达成一致共识,部分认为转移组D*值较 低,而在D、f、ADC值方面未达成一致共识。Xia o-pin g Yu冈等对直肠癌系膜淋巴结转移的研究中发现:转移性淋 巴结的D值、D*值
14、明显低于非转移组(P0.01)o Lin 等则在应用IVIM对直肠癌淋巴结转移的鉴别诊断价值 中提出:转移性淋巴结的平均D、f,ADC值均显著高于正 常淋巴结(P0.01),转移性淋巴结的平均D*值较正常 淋巴结的D*值低(P=0.03)。转移性淋巴结的D值和f 值明显大于正常淋巴结,表明转移淋巴结水分子扩散和微 灌注增加。与非转移性淋巴结相比,转移性淋巴结通常更 大、异质性更强。Su r o v A等Ml研究表明:远处转移瘤的 D*和f x D*值高于无远处转移灶的肿瘤;转移性癌与非转 移性癌在其他IVIM参数上无显著性差异,提示肿瘤组织 中微血管密度及血管宜径可能在宜肠癌转移的发病机制 中
15、发挥重要作用。Lia n g等切对60例局部进展期直肠癌 患者肿瘤的IVIM的研究中发现:新辅助治疗pCR组的D 值均低于n o n-pCR组,但两组间只有D值存在显著差异(P=0.032),D*值和f值无显著性差异。DWI已广泛应 用于肿瘤对新辅助治疗反应评价,ADC可作为评价不同 肿瘤的生物标志物之一,ADC的计算是基于组织均匀性 和水分子运动的高斯分布,而水在生物组织中的扩散运动 要复杂得多、呈非自由扩散(即非高斯扩散)。IVIM较 ADC值有更好的临床应用价值。2.3 扩散峰度成像(d if f u sio n k u r t o sis ima gin g,DKI)DKI是由Jen
16、s H.Jen sen等期提出的一种定量描述生物组 织中水分子扩散、非高斯分布的磁共振功能成像方法。生 物组织中的微环境是复杂的,特别是在肿瘤中,细胞膜、细 胞比例、细胞外基质形成的变化等多种因素导致水分子的 运动是非自由扩散,即非高斯扩散。峰度是一种无量纲统 计度量,用于量化任意概率分布的非高斯性。水在组织中 偏离高斯分布扩散的行为是由组织的复杂性决定的,这种 扩散峰度可以被视为组织结构的一种度量,为了获得具有 合理精度的扩散峰度,DKI所需的b值大于通常DWI用 到的b值,从而明显偏离线性。DKI的主要参数有:平均峰 度(mea n k u r t o sis,MK)、径向峰度(r a d
17、 ia l k u r t o sis,RK)、轴 向峰度(a x ia l k u r t o sis,AK)、峰度各向异性(k u r t o sis a n iso t 870 老年医学与保健2023 年第 29 卷第 4 期 Ger ia t r Hea l t h Ca r e,2023,Vo l.29.No.4r o py,KA)和平均扩散率(mea n d if f u siv it y,MD)。DKI19 最初被应用于神经成像,以更好地检测神经病变,目前,峰 度模型广泛应用于前列腺癌、乳腺癌和脑胶质瘤的评估,并显示好的结果。Ch en等勿研究发现DKI在评价局部晚 期鼻咽癌患者
18、对新辅助化疗的早期反应方面优于单指数 DWIO Jin g Yu21等首次将DKI应用于评估局部进展期直 肠癌患者对新辅助治疗的反应,他们发现:在新辅助治疗 前的检测结果中,对治疗良好应答组患者的Da pp显著低 于不良应答组(P=0.036),这提示DKI可以有效的评估局 部进展期直肠癌对新辅助治疗的反应,对患者的治疗有指 导价值。La n zh u等在探讨直肠腺癌DKI参数与预后因 素的相关性研究中表明:DKI的峰度与组织学分级的相关 性高于扩散系数和ADC值,高级别直肠腺癌的峰度明显 高于低级别的直肠癌(P0.05),N1-N2期肿瘤的峰度 明显高于N0期肿瘤,但是T3-T4期肿瘤与T1
19、-T2期肿瘤 的扩散系数、ADC值和峰度值无显著性差异。DKI模型 中的峰度是组织结构复杂性的一个具体指标,它可以作为 一种潜在的生物标志物,区分不同级别肿瘤显微结构的复 杂性,这种差异引起的不均匀性可能是高级别肿瘤大峰度 的主要原因。Su n Yiqu n22等研究发现:宜肠癌T1期肿瘤 的K值明显低于T2、T3期肿瘤,差异有统计学意义;D值在T分期中无统计学差异;在不同N分期中K值、D 值不同,但差异没有统计学意义。Hu Feix ia n g23等在DKI 对直肠癌新辅助放化疗反应评估中的价值研究中表明:病 理完全缓解组患者在新辅助治疗前后的MK值明显低于 非病理完全缓解组患者,与其他影
20、像学指标相比,新辅助 治疗后的MK值具有较高的敏感性(92.9%)和较高的特 异性(83.3%),因此DKI可以作为评估直肠癌的MRI成 像生物标记物之一。2.4 磁共振动态增强(d y n a mic c o n t r a n st-en h a n c ed ma gn et ic r eso n a n c e ima gin g,DCE-MRI)DCE-MRI 是 一种无创的评价组织和肿瘤微环境和血供特点的MR功 能成像方法。DCE-MRI运用To f t s模型及图像后处理可对 肿瘤进行定性分析、半定量及定量分析,可以较准确的定 量评估肿瘤分化程度,应用在直肠癌的评估中如主要表现
21、为:(1)定量分析:容积转运常数(v o l u me t r a n sf er c o n st a n t,Kt r a n s)、细胞外血管外间隙容积比(v o l u me o f ex t r a v a sc u l a r ex t r a c el l u l a r spa c e Ve)、速率常数(r a t e c o n st a n t,Kep)等定 量参数;(2)半定量分析:时间-信号强度曲线(t ime-sign a l in t en sit y c u r v e TIC)下初始面积(in it ia l a r ea u n d er en h a n c
22、 emen t c u r v e,iAUC)、达峰时间(t ime t o pea k,TTP)等半定 量参数,最大强化斜率(ma x imu m en h a n c emen t r a t io,SI-ma x%)和廓清率(w a sh-o u t)等参数;(3)定性分析:即通 过对TIC曲线的描绘和分析来判定良、恶性病变。Kt r a n s 是被研究最深入的参数,目前已有多数研究表明,Kt r a n s主 要与表皮生长因子受体(epid er ma l gr o w t h f a c t o r r ec ept o r,EGFR)和血管内皮生长因子的高表达和更高的微血管密 度
23、呈正相关。Kep是Kt r a n s和Ve之间的比率,高Kep提 示肿瘤间质间隙向新生血管的回流增加,这暗示了分化好 的(恶性程度低的)肿瘤内生成了一种更具有渗透性的新 血管,使间质间隙与血管之间更好地交换;相反,分化差的(恶性程度高的)肿瘤表现出较低的Kep,提示肿瘤内血管 通透性降低,肿瘤与血管网络交换物质的能力降低勿。DCE-MRI参数量化可以预测肿瘤的侵袭性程度,有助于局 部进展期直肠癌患者治疗方案的选择和适时调整呦。谢 宗源等旳表明:直肠癌淋巴结转移的Kt r a n s值、Kep值均 显著高于非转移性淋巴结,Ve值的差异尚未达成共识。An t o n el l a Pet r i
24、l l o 等河在应用 DCE-MRI 与 PET/CT 两种 方法来定量区分局部进展期宜肠癌患者对新辅助放化疗 反应的功能表明:DCE-MRI对患者治疗后反应的评估优于 18F-FDG PET/CT,具有更好的预测力。Ma r io Pet r il l o 等皿在应用MR评估局部晚期直肠癌新辅助治疗的反应 中表明:DCE-MRI的诊断性能优于T2WI和DWI(特异性 86%,敏感性93%,准确性93%),AUC分别增加15.6%和11.1%。肿瘤血管生成的程度与肿瘤的分级和侵袭性有 关,而后者又与肿瘤对治疗的反应和预后有关。分化良好 的肿瘤有成熟的血管,呈近规则的血管内皮和通畅的血管 腔;
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