0 引言

       直肠系膜筋膜（mesorectal fascia, MRF）代表全直肠系膜切除术（total mesorectal excision, TME）手术潜在的环周切缘（circumferential resection margin, CRM）^{[1, 2]}。高分辨直肠MRI是术前判断CRM状态最可靠的检查方法^{[3, 4, 5]}。但MRI技术有其自身的缺点，如可用性有限、图像采集时间相对较长、费用较高等。此外，有些患者因幽闭恐惧症或体内有金属而不能接受MRI检查。随着CT设备的更新换代，在CT轴位像上MRF可表现为直肠周围连续的弧形线状菲薄的密度稍高软组织密度结构，直肠系膜表现为直肠周围宽窄不一的脂肪密度影^[6]。但是关于CT在MRF评价的效能方面，现有研究中CT评价CRM受累的准确率并不一致^{[7, 8]}。

       Invert黑白反转功能在现代医学数字成像与通信（DICOM）和图像存档与通信系统（picture archiving and communication systems, PACS）中广泛存在，但尚未常规应用于疾病诊断。既往研究表明，反转功能已被牙科所接受，它在测量牙髓钢丝和根管长度方面似乎有更高的精确度^{[9, 10, 11]}。DONURU等^{[12, 13, 14]}报道了反转灰度X线片在肋骨骨折和肺结节的检测中对诊断的贡献。SCHWARTZ等^[15]认为，在评估颞骨高分辨CT时，黑白反转功能是放射科和耳鼻咽喉科医生有用的辅助检查手段。PATEL等^[16]作者报道了在脊柱内固定术后金属植入物融合和松动的情况下，反转CT比常规CT成像具有更高的敏感度和更好的一致性。

       日常工作中，我们发现将Invert反转技术用于盆腔CT之后所呈现出的图像对比，除膀胱以外，其余盆腔组织的密度对比类似于直肠T2WI像。因此，我们设想将Invert反转功能用于常规CT图像诊断，分析能否提升其评价MRF的效能。本研究旨在评估常规CT图像及“常规CT+反转图像”在直肠癌患者图像中MRF的显示率及其评价准确率，为进一步研究MRF受累的CT影像学表现提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究遵守《赫尔辛基宣言》，经北京大学肿瘤医院伦理委员会批准，免除受试者知情同意，批准文号：2020KT53。回顾性收集北京大学肿瘤医院2020年6月至2022年8月间经胃肠外科确诊为直肠腺癌、术前接受腹盆部CT增强扫描并直接行根治性手术治疗的患者。纳入标准：（1）经活检证实的直肠癌；（2）完整术前腹盆或盆腔CT增强影像资料；（3）影像资料清晰可评估；（4）病理资料完整。排除标准：（1）多原发肿瘤或其他肿瘤患者；（2）既往接受过抗肿瘤治疗。

       收集同期经胃肠外科确诊为直肠腺癌、接受盆腔MRI扫描并直接行根治性手术治疗的患者。纳入标准：（1）经活检证实的直肠癌；（2）有术前直肠MRI影像资料；（3）影像资料清晰可评估；（4）病理资料完整。排除标准：（1）多原发肿瘤或其他肿瘤患者；（2）既往接受过抗肿瘤治疗。

1.2 影像检查

       CT设备为GE Discovery CT 750 HD型。盆腔CT扫描范围自双侧髂前上棘连线至坐骨结节层面。扫描方案包括管电压为120 kV，管电流在120~400 mA自动分配，旋转时间0.4 s，矩阵512×512，螺距0.6。然后，静脉注射非离子型碘化对比剂（碘海醇Iohexol 350 mgI/mL，GE Healthcare，上海，中国）后，使用高压注射器（Ulrich Medical），按照1.5~2.0 mL/kg，以3~4 mL/s的速度，获得多期对比增强CT图像。动脉期的扫描延迟时间为25~28 s，门静脉期的扫描延迟时间为60~70 s，平衡期为180 s。所有MSCT检查都是在没有腔内直肠对比剂和空气灌注的情况下进行的。重建与肿瘤轴线平行和垂直的斜轴和MPR图像（斜冠状和矢状），使用标准的软组织算法进行重建，层厚为1.0 mm，层间距为1.0 mm。

       采用美国GE Healthcare 3.0 T MR扫描仪，8通道相控阵线圈。扫描前患者准备：检查前排尿、提前10~15 min给患者注射山莨菪碱20 mg、去除身体可能存在的金属物品。扫描中心体表标志是双侧髂前上棘连线中心与耻骨联合连线中点。主要扫描序列和参数：T2WI采用轴向脂肪抑制快速自旋回波序列，TR 5694 ms，TE 110 ms，FOV 18 cm×18 cm，矩阵288×256，回波链长度24，层厚3.0 mm，层距0.3 mm。

1.3 CT与MRI评估内容

1.3.1 CT评估内容

       CT数据传至PACS，由两名5年以上阅读盆腔CT图像经验的影像科主治医师，分别用常规CT图像和“常规CT+反转图像”（invert功能键获得）两种方法共同盲法记录评价门静脉期图像以下内容：腹膜反折及MRF是否显示、显示范围、是否受侵犯，意见不一致者时引入第三方评价（有10年以上阅读盆腔CT图像经验的影像科主任医师）。两种方法（常规CT图像和“常规CT+反转图像”）分别独立用于评价，评价时隐去患者个人信息。观察腹腔及腹膜后窗宽为300~400 HU，窗位为20~40 HU。为洗脱前次方法对于评价结果的影响，两种方法独立评价需间隔1个月。

       关于MRF是否显示，需要记录MRF在轴位CT图像中各个方向（前后左右）是否显示，如果显示赋值为1分（CT图像上MRF相对于周围结构呈现为稍高密度的模糊线样影），不能显示赋值为0分（CT图像上MRF与周围结构无密度差别对比）；MRF显示的范围（上下径），通过记录MRF轴位显现的CT层数×扫描图像层厚计算得出；MRF是否被侵犯，依据肿瘤或转移淋巴结或癌结节与MRF间距1 mm为界^[17]，≤1 mm即为CT评价的MRF阳性（赋值1分），>1 mm即为CT评价的MRF阴性（赋值0分），对于MRF结构不能显示者不列入MRF侵犯评价范畴。

       关于腹膜反折，选择矢状位CT图像（常规CT图像、反转CT图像）进行观察，如果显示赋值为1分（CT图像上MRF相对于周围结构呈现为稍高密度的模糊线样影），不能显示赋值为0分（CT图像上MRF与周围结构无密度差别对比）。

1.3.2 MRI评估内容

       MRI数据由两名5年以上阅读直肠MRI图像经验的影像科主治医师共同盲法记录评价以下内容：腹膜反折及MRF是否显示、显示范围、是否受侵犯，意见不一致时引入第三方评价（有10年以上阅读盆腔MRI图像经验的影像科主任医师）。其中使用的主要图像为小视野的T2WI图像。

       关于MRF是否显示，需要记录MRF各个方向是否显示，如果显示赋值为1分（MRI-T2WI图像上MRF相对于周围结构呈现为低信号的线样影），不能显示赋值为0分（MRF与周围结构无显著信号差别对比）；MRF显示的范围（上下径），通过记录MRF在轴位MRI-T2WI像中出现的层数×扫描图像层厚计算得出；MRF是否被侵犯，依据肿瘤或转移淋巴结或癌结节与MRF间距1 mm为界^[17]，≤1 mm即为MRI评价的MRF阳性（赋值1分），>1 mm即为MRI评价的MRF阴性（赋值0分）。

       关于腹膜反折，选择矢状位MRI-T2WI（Sag-T2WI）图像进行观察，如果显示赋值为1分（Sag-T2WI图像上腹膜反折相对于周围结构呈现为低信号的线样影），不能显示赋值为0分（Sag-T2WI图像上腹膜反折与周围结构无信号差别）。

1.4 病理学检测

       所有手术都按照TME的原则进行，手术后标本在甲醛水溶液中固定24 h，切片由一位病理学专家检查。按照美国国立综合癌症网络指南^[18]中病理学评估内容，根据TNM分期记录肿瘤的病理T分期和N分期，并评估病理CRM状态（如果肿瘤在距离放射状切除边缘1 mm或更小的范围内，pCRM被定义为受累）。

1.5 统计学分析

       使用SPSS 26.0软件进行统计。对计量资料进行正态性检验，如果数据符合正态分布，采用t检验，使用均值±标准差描述；使用绝对数和百分率描述分类变量。使用配对样本t检验比较常规CT和“常规CT+反转图像”的MRF显示范围的差别，使用McNemar χ²检验比较常规CT和“常规CT+反转图像”的MRF诊断准确率、敏感度和特异度。使用独立样本t检验比较“常规CT+反转图像”和MRI的MRF显示范围的差别，使用χ²检验或Fisher精确概率法比较“常规CT+反转图像”和MRI的MRF诊断准确率、敏感度和特异度。双侧检验P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

       经胃肠外科确诊为直肠腺癌并行根治性手术治疗的患者，具备术前完整腹盆或盆腔CT增强影像资料者共108例，因以下原因排除了21例：5例患者有髋关节假体（严重的光束硬化伪影降低了CT图像质量），3例女性患者有避孕环影响前方筋膜显示，3例患者由于CT研究中的肠道准备较差影响图像观察，3例患者有其他原发肿瘤，7名患者前期接受过抗肿瘤治疗。最终共87例纳入研究，其中男57例，女30例，年龄29~93岁，平均年龄64岁，中位数64岁。CT检查的87例直肠癌患者中，pTis 2例（2.3%），pT1期5例（5.7%），pT2期22例（25.3%），pT3期53例（60.9%），pT4期5例（5.7%）；pN0期48例（55.2%），pN1期27例（31.0%），pN2期12例（13.8%）；15例（17.2%）MRF阳性，72例（82.8%）MRF阴性。

       具备术前完整盆腔MRI影像资料者共162例，因以下原因排除了39例：8例患者有髋关节假体（MR图像质量较差），5例患者前期行局部切除术，7例患者MR扫描中具有运动伪影而被排除，10例患者由于研究中的肠道显示差而被排除，9例患者病理资料不全。最终共纳入123例患者用于MRI分析，其中男81例、女42例，年龄38~89岁，平均年龄63.31岁，中位数63岁。MRI检查的123例直肠癌患者中，pTis 4例（3.3%），pT1期6例（4.9%），pT2期28例（22.8%），pT3期77例（62.6%），pT4期8例（6.5%）；pN0期99例（80.5%），pN1期17例（13.8%），pN2期7例（5.7%）；7例（5.7%）MRF阳性，116例（94.3%）MRF阴性。

2.2 常规CT和“常规CT+反转图像”对腹膜反折及MRF显示率的比较

       常规CT图像腹膜反折显示率为24.1%（21/87），“常规CT+反转图像”腹膜反折显示率为52.9%（46/87），“常规CT+反转图像”腹膜反折显示率高于常规图像（P<0.001），详见表1、图1。在MRF显示上，常规CT和“常规CT+反转图像”均能100%显示。

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图1  男，58岁，直肠癌患者。常规CT（1A）由于脂肪和腹膜反折没有密度差，因此腹膜反折不可见，经Invert技术之后的反转CT（1B），腹膜反折显示为稍低密度线影（箭），类似于MRI-T2WI像（1C）的图像对比。
Fig. 1  Male, 58-year-old, patient with rectal cancer. Conventional CT (1A) peritoneal reflexes are not visible because there is no density difference between fat and peritoneal reflexes, CT inversion after invert-technique (1B) peritoneal reflexes shows slightly lower density lines (arrow), similar to image contrast on MRI-T2WI images (1C).

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表1  常规CT图像和“常规CT+反转图像”的腹膜反折显示情况对比
Tab. 1  Comparison of peritoneal reflection between conventional CT images and "conventional CT+inversion images"

2.3 常规CT和“常规CT+反转图像”中MRF显示范围的比较

       前方MRF显示范围方面：常规CT为（49.60±11.67）mm，“常规CT+反转图像”为（59.43±10.38）mm；后方MRF显示范围方面：常规CT为（66.61±17.13）mm，“常规CT+反转图像”为（78.40±15.77）mm；左方MRF显示范围方面：常规CT为（68.16±9.31）mm，“常规CT+反转图像”为（75.63±8.59）mm；右方MRF显示范围方面：常规CT为（70.86±9.53）mm，“常规CT+反转图像”为（77.82±9.04）mm。在MRF显示范围上，“常规CT+反转图像”的显示范围大于常规CT图像，在前、后、左、右四个位置上差异均有统计学意义（P均<0.001）（表2）。

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表2  常规CT和“常规CT+反转图像”的MRF显示范围对比
Tab. 2  Comparison of MRF display range between conventional CT and "conventional CT+inversion image"

2.4 常规CT和“常规CT+反转图像”对MRF侵犯评估的准确率比较

       以病理学评价的CRM状态为金标准，常规CT图像诊断MRF侵犯的敏感度、特异度和准确率分别为73.3%（11/15）、93.1%（67/72）和81.6%（71/87）；“常规CT+反转图像”诊断MRF侵犯的敏感度、特异度和准确率分别为100.0%（15/15）、95.8%（69/72）和96.6%（84/87）。“常规CT+反转图像”诊断MRF侵犯的准确率高于CT常规图像（P=0.035）（表3、图2）。

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图2  女，58岁，直肠癌患者。常规CT图像（2A）可见肿瘤向前与子宫体部分界不清，二者间脂肪间隙消失，MRF评为阳性；轴位CT反转图像（2B）可见腹膜反折与直肠前壁相交处，肿瘤主体位于腹膜反折以上；反转CT图像（2C）矢状位显示肿瘤向前与子宫体部分界不清处恰好位于腹膜反折以上，而腹膜反折以上直肠前壁并没有MRF，因此认为MRF阴性。病理学评价为环周切缘阴性。MRF：直肠系膜筋。
Fig. 2  Female, 58-year-old, patient with rectal cancer. Conventional CT images (2A) shows that the tumor is indistinct from the uterine body and the fat space between them disappeared, and MRF is positive; axial CT inversion images (2B) shows the intersection of peritoneal reflection and anterior rectal wall, and the tumor body is located above peritoneal reflection; CT inversion images (2C) shows that the tumor is indistinct from the uterine body and located just above peritoneal reflection, and there is no MRF on anterior rectal wall above peritoneal reflection, so MRF is considered negative. Pathological evaluation is negative for circumferential margin. MRF: mesorectal fascia.

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表3  常规CT和“常规CT+反转图像”对MRF侵犯评估的准确率比较
Tab. 3  Comparison of accuracy of conventional CT and "conventional CT+ inversion images" in assessing MRF invasion

2.5 MRI-T2WI和反转CT对腹膜反折显示率的比较

       矢状位MRI-T2WI图上腹膜反折显示率为80.5%（99/123），而“常规CT+反转图像”腹膜反折显示率为52.9%（46/87），在腹膜反折显示方面MRI-T2WI优于反转CT（P<0.001）。

2.6 MRI-T2WI和反转CT对于MRF显示范围的比较

       轴位MRI-T2WI：前后左右四个方位MRF均能100%显示；前方MRF显示范围（61.44±13.37）mm；后方MRF显示范围（72.90±20.48）mm；左方MRF显示范围（75.34±12.77）mm；右方MRF显示范围（80.46±11.70）mm。

       在MRF显示范围上，“常规CT+反转图像”的显示范围与轴位MRI-T2WI图像相比，在后侧MRF显示范围方面有差异（P=0.029）。MRI-T2WI能够显示的范围更大；其余前、左、右三个位置上的MRF范围差异均无统计学意义（P>0.05）。

2.7 MRI与CT在MRF状态评估中的准确率比较

       以病理学评价的CRM状态为金标准，MRI图像诊断MRF侵犯的敏感度、特异度和准确率分别为100.0%（8/8）、93.1%（108/116）和93.5%（115/123）（表4）。MRI图像和“常规CT+反转图像”诊断MRF侵犯的准确率差异无统计学意义（P=0.528）（图3）。

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图3  男，49岁，直肠癌患者。常规CT图像（3A）可见MRF显示差，无法正确诊断MRF侵犯；反转之后图像（3B）可修正诊断为转移淋巴结导致MRF（箭）阳性，MRF显影，相比对侧可见其与淋巴结关系密切、形态内陷；MRI图像（3C）诊断MRF侵犯为阳性。MRF：直肠系膜筋。
Fig. 3  Male, 49-year-old, patient with rectal cancer. Conventional CT images (3A) show poor MRF display, which makes it impossible to correctly diagnose MRF invasion; after inversion, the image (3B) can be corrected and diagnosed as positive MRF (arrow) caused by lymph node metastasis, MRF is developed, which shows that it is closely related to lymph nodes and invaginated in shape. MRI image (3C) is positive for MRF invasion. MRF: mesorectal fascia.

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表4  MRI评价MRF侵犯的准确率
Tab. 4  Accuracy of MRI in evaluating MRF invasion

3 讨论

       本研究首次评估并对比常规CT、“常规CT+反转图像”以及MRF在显示MRF及腹膜反折中的效能，并对比三者诊断MRF侵犯的性能。结果表明，CT反转技术显著提升了常规MDCT在MRF直肠系膜筋膜等精细结构的显示率，能够较为准确地评估MRF直肠系膜筋膜的状态，在显示MRF和诊断MRF侵犯中，“常规CT+反转图像”表现出了近似于MRI的性能。从技术的临床应用角度而言，对于有MRI扫描禁忌证的患者，或由于缺乏MRI设备的基层医院而言，CT检查费用低于MRI，扫描速度更快，Invert技术可帮助准确评估直肠癌的TN分期，可作为直肠癌术前MRI影像评估的重要替代影像学方法。

3.1 比较常规CT与“常规CT+反转图像”在评估MRF与腹膜反折中的效果

       对于术前直肠癌MRF状态的评价，不仅需要关注肿瘤与MRF的关系，还应关注转移淋巴结、癌结节等与MRF的关系。术前准确识别可疑的MRF或CRM阳性患者有助于施加术前新辅助放化疗，以尽量减少局部复发的风险。本研究结果提示，“常规CT+反转图像”的MRF显示范围大于常规CT图像，且其对于腹膜反折的显示率同样优于常规CT图像。

       这个结果可以解释为常规CT扫描的图像在技术上是负片，呈黑色，骨头呈白色，在使用后处理工作站或者PACS中的Invert功能后，呈现正值图像，可将原来CT图像中低密度灰暗的脂肪间隔反转成高亮度，图像相仿于MRI中的T2WI序列，能清晰将直肠及其周围的系膜结构、系膜筋膜和周围的组织解剖结构关系清晰地显示出来，使观察及测量更为直观。生理学文献^[19]描述了当黑暗物体在明亮背景的背景下可视化时，人类视觉系统表现出最佳的对比度知觉，这同样解释了“常规CT+反转图像”对于腹膜反折显示率的比较结果优于常规CT图像。在MRI图像上腹膜反折表现为直肠、膀胱或子宫间的囊带状弧形凹陷，形成直肠膀胱陷窝、膀胱子宫陷窝及直肠子宫陷窝。较多的研究^{[20, 21, 22]}显示直肠癌患者的影像评估中应重视观察肿瘤与腹膜反折的关系，意义主要体现在以下两方面：一是腹膜反折属于脏层腹膜，一旦肿瘤侵犯该结构，分期即为T4a分期，患者面临肿瘤腹腔播散的风险；二是对于分期较早的肿瘤，临床可能施行局部切除术的患者，如果肿瘤邻近腹膜反折，需提醒术者肿瘤与腹膜反折位置关系密切，避免医源性的腹膜穿孔。“常规CT+反转图像”对于MRF和腹膜反折显示率的提高，有助于临床治疗前更好地评估治疗、手术风险。

       既往研究报道了CT评价MRF的高准确率^{[7, 23, 24]}，然而，这些研究纳入分析的患者大多病期较晚^{[23, 25]}。在其他的研究报告中，CT评价MRF的准确率较低，直肠癌的准确率在41%~82%之间^{[26, 27, 28]}。这些结果可能与CT方案中使用的有限的空间准直和不充分的重建增量^[27]以及缺乏标准化的对比剂注射方案有关。由此导致扫描的空间分辨率太低，无法对边缘受累作出任何可靠的预测。我们的研究结果与SINHA等^[29]学者的研究结果更为相似，后者评价MDCT对CRM受累预测的准确性，与组织病理学相比，报告准确率为96.5%。

3.2 比较“常规CT+反转图像”与MRI在评估MRF与腹膜反折中的效果

       本研究亦收集了同期行MRI检查的直肠癌患者，这批患者均为直接行根治性手术治疗的患者，毫无意外，MRI的矢状位T2WI像比反转CT更好地显示腹膜反折，腹膜反折在MRI矢状面T2WI表现为线样低信号影，周围脂肪组织高信号能充分衬托其走形，因此能更清楚显示腹膜反折；但在MRF的显示方面，除了后侧的MRF用轴位T2WI显示范围比CT反转技术显示范围更大以外，其余三个方位（前侧、左侧、右侧）MRI与CT反转技术显示范围相近，这可能与后方筋膜与骶前筋膜紧密相邻，区分难度大有关。在诊断MRF侵犯的准确率方面，“常规CT+反转图像”与MRI图像诊断效能相仿。CT图像经反转后，图像相仿于MRI中的T2WI序列，清晰地将MRF与周围肿瘤组织解剖结构关系显示出来，有助于区分MRF的侵犯，从而提高诊断的准确性。

3.3 本研究的不足与展望

       第一，这是一项回顾性的单中心研究，未采纳其他医学中心的数据，因此研究结果的外推性如何有待新的外部中心验证。我们从本院的所有直肠癌患者的数据库中连续检索并纳入符合条件的病例，数据有较好的连续性及代表性。第二，关于MRF及腹膜反折的显示，常规CT图像与“常规CT+反转图像”的研究中主要采用的是影像医师主观评价的结果。本研究是两名医师共同评价，不一致时引入第三方高年资医师判定，一定程度上减少了评价的主观性。第三，关于MRF的显示范围，目前研究中使用的是前后作用四个象限中MRF的纵向覆盖范围，这种评价方法有助于反映趋势，但并不能够准确量化，人工智能方法的引入或可有助于量化分析。第四，关于CT和MRI在MRF等指标评价中的对比，选择的并非同一患者的CT和MRI图像，而是同期不同患者的影像评价对比。这是由于大多数的CT扫描患者均为MRI扫描禁忌证患者，因此不能同时获取MRI图像；而接受MRI检查的直肠癌患者，由于CT辐射等原因，并不能要求其接受额外的CT扫描检查。第五，研究中纳入分析的均为直接行根治性手术治疗的患者，对于接受术前新辅助治疗的患者，CT及其反转图像在MRF诊断中的应用价值尚需进一步探索。

4 结论

       综上所述，CT反转技术对于显示MRF腹膜反折，术前准确评估MRF侵犯方面有一定的临床应用价值，能为直肠癌患者，尤其是有MRI检查禁忌证患者的术前准确分期提供有价值的影像依据。