正常前列腺組織IVIM-DWI的可重現性研究及年齡相關性分析

張冬，吳婷，史長征，羅良平

正常前列腺組織IVIM-DWI的可重現性研究及年齡相關性分析

張冬，吳婷，史長征，羅良平*

目的 探討體素內不相干運動擴散加權成像(IVIM-DWI)各相關參數在正常前列腺組織中的可重現性，并分析其隨年齡的變化趨勢。材料與方法 將66名符合納入標準的各年齡段健康志愿者分成三組(A組，15～30歲，13名；B組，31～50歲，25名；C組，≥51歲，28名)，在3.0T磁場強度下對志愿者行IVIM-DWI掃描，休息30 min后行第二次IVIM-DWI掃描(b值0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1000、1200、1500、2000、3000 s/ mm2)，應用雙指數模型對信號衰減進行分析得出slow ADC值，fast ADC值及f值。采用配對樣本t檢驗研究前后兩次掃描之間的差異，探討各參數的可重現性；采用方差分析(ANOVA)及LSD法對各參數在不同年齡段正常前列腺組織中的差異進行比較，分析其隨年齡的變化趨勢。結果 A組健康志愿者前列腺中央腺fast ADC值兩次測量數據差異有統計學意義(P=0.022)，其余各參數兩次測量數據差異沒有統計學意義；slow ADC值外周帶A、B組及A、C組間差異有統計學意義，B、C組間差異無統計學意義，中央腺A、C組及B、C組間差異有統計學意義，A、B組間差異無統計學意義；fast ADC值外周帶及中央腺各組兩兩間均無顯著性差異；f值外周帶各組兩兩間均有顯著性差異，中央腺A、C組及B、C組間差異有統計學意義，A、B組間差異無統計學意義；前列腺外周帶及中央腺slow ADC值、f值總體上隨年齡段升高呈上升趨勢。結論 不同年齡段正常前列腺組織的IVIM-DWI各相關參數總體上具有良好的可重現性；應用影像學手段，通過對IVIM-DWI相關參數的分析，可以定量的反映前列腺隨年齡升高而發生的各種細胞水平的變化，為前列腺疾病的診斷及定量分析提供可靠的依據。

前列腺；磁共振成像；年齡因素

前列腺癌是男性最常見的惡性腫瘤之一，其發病率在亞洲國家呈逐年上升的趨勢[1]。磁共振成像是診斷前列腺癌的重要影像學檢查手段，尤其擴散加權成像(DWI)能夠明顯提高癌灶的檢出率[2-3]。近年來，隨著磁共振設備的升級，體素內不相干運動擴散加權成像(IVIM-DWI)逐漸應用于臨床。IVIM-DWI在無需注射對比劑的情況下可以無創地、定量地反映組織的灌注與擴散特性，為疾病的診斷提供更加豐富的信息。但是，IVIM-DWI應用于前列腺定量研究時，其各相關參數(slow ADC值，fast ADC值及f值)的可重現性(reproducibility)卻鮮有報道。同時前列腺組織作為一個激素依賴性器官，隨著年齡的變化，前列腺會呈現出不同的生理及組織學特性。因此有必要在應用IVIM-DWI定量分析前列腺病變之前，了解其各相關參數的可重現性及其隨年齡的變化趨勢，為前列腺疾病的診斷及定量分析提供可靠的研究基礎。

1　材料與方法

1.1臨床資料

搜集2013年5月至12月來我院體檢的66名健康志愿者，年齡19～76歲，平均年齡48.8歲。健康志愿者的納入標準為：(1)無泌尿系統疾病的癥狀、體征，直腸指檢無異常；(2)未做過前列腺穿刺活檢手術及相關檢查；(3)實驗室檢查結果正常：血清總前列腺特異性抗原(tPSA)<4.0 ng/ml，血清游離前列腺特異性抗原/血清總前列腺特異性抗原(fPSA/tPSA)>0.16；(4)同時由2名經驗豐富影像科醫師對前列腺MRI形態、信號特點進行分析后確定為正常前列腺者，不明確則由2名醫師討論，意見不一致者去除。

根據Xia等[4]的三段年齡分組法，將66名健康志愿者分為三組：A組，15～30歲；B組，31～50歲；C組，≥51歲(表1)。

表1　各組人數及其年齡平均數Tab. 1The population and mean age in every group

1.2MR檢查方法

采用GE Discovery HD 750 3.0T磁共振掃描儀和8通道相控陣表面線圈(8 USTORSOPA)對志愿者進行掃描。囑志愿者在檢查前60 min飲適量水，使膀胱中度充盈。采取仰臥位，下腹部加壓，線圈中心定位于恥骨聯合，腳先進。常規MR采用快速自旋回波序列，軸面T1WI：TR 500 ms，TE 15 ms，FOV 340 mm×340 mm，矩陣352×352，層厚4.0 mm，層間距0.5 mm，激勵次數(NEX) 2；軸面T2WI檢查序列：TR 4500 ms，TE 120 ms，FOV 340 mm×340 mm，矩陣352×352，層厚4.0 mm，層間距0.5 mm，激勵次數(NEX) 2。IVIM-DWI檢查序列：TR 2000 ms，TE 80 ms，FOV 340 mm×340 mm，矩陣 128×160，層厚4.0 mm，層間距0.5 mm，b 值0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1000、1200、1500、2000、3000 s/ mm2，NEX 4、2、2、3、3、4、4、6、6、8、8、10、10、12、15(與b值相對應)。第一次掃描結束后，囑志愿者下檢查床，休息半小時后重新定位，進行T2WI、IVIM-DWI第二次掃描。

1.3圖像后處理及數據測量

應用雙指數模型，在GE AW 4.5后處理工作站對所得圖像數據的信號衰減進行處理，計算公式如下。

S為不同b值下的信號，S0為b=0時的信號，ADCf和ADCs分別為快慢擴散系數(fast ADC值)及慢擴散系數(slow ADC值)，f為快擴散系數所占的比例。

對所得圖像進行感興趣區(ROI)的測量，在軸面上，分別選取外周帶(PZ)及中央腺(CG，包括移行帶及中央帶)顯示最佳的兩個層面，分別對稱設置兩個ROI，對兩次檢查的IVIM-DWI序列分別測量，要求選擇ROI層面、大小及位置盡可能一致。ROI選取盡可能避開尿道前列腺部、脂肪、血管及鈣化(T1WI、T2WI呈低信號)區域，ROI面積盡可能大。測量并記錄感興趣區相關雙指數參數(fast ADC值、slow ADC值、f值)數據并取平均值。

1.4統計方法

所有數據應用SPSS 13.0軟件進行分析，健康志愿者前列腺中央腺及外周帶雙指數IVIM-DWI各相關參數可重現性分析采用配對樣本t檢驗，各相關參數不同年齡段間的比較采用方差分析(ANOVA)，進一步兩兩組間比較采用LSD-t檢驗。P<0.05為差異具有統計學意義。

2　結果

2.1不同年齡段正常前列腺中央腺及外周帶各參數可重現性結果

通過對不同年齡段的志愿者進行兩次IVIMDWI掃描，采用雙指數衰減模式分析各參數，對不同年齡段的外周帶和中央腺的fast ADC值、slow ADC值及f值進行比較，僅發現A組(15～30歲)健康志愿者前列腺中央腺fast ADC值兩次測量數據差異有統計學意義(P=0.022)，A組其余各參數及B、C組各參數兩次測量數據，沒有顯著差異，即兩次測量可重現性良好(表2～4)。

2.2IVIM-DWI各參數隨年齡變化趨勢

為了分析正常人前列腺隨年齡生長發育過程，將正常組兩次掃描獲得的外周帶和中央腺的fast ADC值、slow ADC值及f值進行平均計算，然后對不同年齡組進行比較，發現slow ADC值外周帶A、B組及A、C組間差異有統計學意義，B、C組間差異無統計學意義，中央腺A、C組及B、C組間差異有統計學意義，A、B組間差異無統計學意義；fast ADC值外周帶及中央腺各組兩兩間均無顯著性差異；f值外周帶各組兩兩間均有顯著性差異，中央腺A、C組及B、C組間差異有統計學意義，A、B組間差異無統計學意義；前列腺外周帶及中央腺slow ADC值、f值總體上隨年齡段升高呈上升趨勢(表5，6；圖1～3)。

表2　slow ADC值(×10-3mm2/s)各年齡組重現性結果Tab. 2 The results of the reproducibility for slow ADC value (×10-3mm2/s) in every group

表3　fast ADC值(×10-3mm2/s)各年齡組重現性結果Tab. 3 The results of the reproducibility for fast ADC value (×10-3mm2/s) in every group.

表4　f值各年齡組重現性結果Tab. 4 The results of the reproducibility for f value in every group.

3　討論

表5　各年齡組間fast ADC、slow ADC及f值的平均值Tab. 5 The mean values of fast ADC, slow ADC and f inThree groups

表6　fast ADC值、slow ADC值及f值各年齡組間LSD-t檢驗P值結果Tab. 6 The P values of LSD-tTest betweenThree groupsTo fast ADC, slow ADC and f value

MRI是目前公認的較為有效的前列腺無創性檢查方法，尤其是DWI在前列腺癌的檢出方面有明顯的優勢。近年來，隨著定量影像學的發展，基于雙指數擴散衰減模式的IVIM-DWI逐漸應用于臨床研究中。

圖1　外周帶及中央腺各參數隨年齡變化趨勢。組A～C所代表年齡段分別為15～30歲、31～50歲、≥51歲，fast ADC值及slow ADC值(×10-3mm2/s)。slow ADC值外周帶組B、C間及中央腺組A、B間差異無統計學意義，fast ADC值外周帶及中央腺各組兩兩間均無顯著性差異，f值中央腺組A、B間差異無統計學意義，外周帶與中央腺slow ADC值及f值隨年齡增大總體呈上升趨勢Fig. 1TheTrend of every parameter in both PZ and CG with age changing. Group A, B, C represent different age ranges, which is 15—30 years, 31—50 years, ≥51 years respectively. Fast ADC value and slow ADC values (×10-3mm2/s）.There is no signifcant difference for slow ADC values between group B and C in PZ， as well as group A and B in CG. Fast ADC values have no signifcant difference betweenThree groups.The difference of f values is not signifcant between group A and B in CG. In general， it presents an elevatedTrend for slow ADC values and f values in both PZ and CG.

IVIM理論是由Le Bihan[5]于1985年提出，他認為組織微循環中血液的水分子流動是一種偽擴散運動，傳統的DWI中應用單指數模型得到的ADC值并不能反映真實的水擴散。基于體素不相干運動理論，在一組包含高b值(>200 s/mm2)與低b值(≤200 s/mm2)的掃描序列下，應用雙指數數學模型對衰減信號進行分析、處理，將組織中由血液灌注引起的信號衰減從總的衰減信號中剝離出來，得到一組既能反應組織真正擴散特性，又能反應其灌注特性的參數。主要參數為慢擴散系數(slow ADC)、快擴散系數(fast ADC)及快擴散比例(fraction of fast component，f)。

圖2　不同年齡段病例外周帶各參數比較。A1～A4、B1～B4、C1～C4分別為24歲、45歲、62歲男性健康志愿者的T2WI、slow ADC 圖、fast ADC圖及f圖，于外周帶兩側分別放置感興趣區ROI1、RIO2，彩圖中藍色到紅色的變化代表參數值由低到高，對比觀察各參數不同年齡段外周代的偽彩圖，slow ADC及f值隨年齡增大呈升高趨勢，fast ADC值不同年齡段間變化不明顯 圖3 不同年齡段病例中央腺各參數比較。A1～A4、B1～B4、C1～C4分別為24歲、45歲、62歲男性健康志愿者的T2WI、slow ADC 圖、fast ADC圖及f圖，于中央腺兩側分別放置感興趣區ROI3、RIO4，彩圖中藍色到紅色的變化代表參數值由低到高，對比觀察各參數不同年齡段中央腺的偽彩圖，slow ADC及f值隨年齡增大呈升高趨勢，fast ADC值不同年齡段間變化不明顯，同外周代呈現相同的變化趨勢Fig. 2The comparison of parameters in PZ forThree cases in different groups. A1—A4, B1—B4, C1—C4 representsT2WI, slow ADC maps, fast ADC maps and f maps forThree volunteers of 24 years, 45 years and 62 years respectively. Regions of interest 1 and 2 (ROI1, RIO2) are set in both side of PZ symmetrically,The change of colour from blueTo red representsThe values from lowTo high. An elevatedTrend with age was observed in slow ADC values and f values， whileThe change of fast ADC values betweenThree cases is not signifcant. Fig. 3The comparison of parameters in CG forThree cases in different groups. A1—A4, B1—B4, C1—C4 representsT2WI, slow ADC maps, fast ADC maps and f maps forThree volunteers of 24 years, 45 years and 62 years respectively. Regions of interest 3 and 4 (ROI 3, RIO 4) are set in both side of CG symmetrically,The change of colour from blueTo red representsThe values from lowTo high. An elevatedTrend with age was observed in slow ADC values and f values, whileThe change of fast ADC values betweenThree cases is not signifcant， as well as observed in PZ ofThe same cases.

3.1不同年齡段正常前列腺中央腺及外周帶各參數可重現性分析

隨著磁共振儀器硬件的不斷發展，除了腦組織以外，腹部臟器如肝臟、腎臟、胰腺及前列腺的IVIM-DWI的研究也不斷開展。已有多個研究結果顯示，除了slow ADC值，fast ADC值及f值在疾病狀態與正常組織間存在明顯的改變[6-9]，這在診斷疾病及評價臟器功能方面有很大的幫助。但是在這些參數作為定量指標廣泛應用于臨床實踐之前，研究并分析這些參數的可重現性是很有必要的。可重現性(Reproducibility)[10-11]是指在實驗時間、地點、測量方法、檢查者及實驗設備可變狀態下，應用相同實驗材料，在不同實驗狀態下獲得的結果之間的一致性分析，用來評價檢測方法的穩定性。

本研究中不同年齡段健康志愿者前列腺中央腺及外周帶IVIM-DWI各參數可重現性分析顯示，除A組fast ADC值外，其余相關參數前后兩次的測量結果均沒有顯著差異，因此IVIM-DWI各相關參數測量的可重復性良好，對前列腺擴散指標的測量可以提供穩定的實驗數據。A組年齡段健康志愿者前列腺中央腺體積較小，中央腺結構顯示欠清晰，容易與周圍組織產生容積效應，而且前后兩次放置的ROI很難在同一層面，因此造成兩次測量數據存在差異，導致可重現性差。這一點同時也反映出fast ADC值相對于其他各參數具有較差的穩定性[12]。

3.2IVIM-DWI各參數隨年齡變化趨勢分析

對各年齡段slow ADC值、fast ADC值及f值變化的統計分析結果顯示，隨著年齡的升高，slow ADC值及f值隨年齡的升高呈上升的趨勢，而fast ADC值在各年齡段之間無統計學差異。前列腺主要由腺體組織、前列腺液及基質成分組成。腺體組織主要是指由上皮細胞包繞形成的腺泡及腺管結構，在性激素的刺激下上皮細胞分泌前列腺液儲存在腺泡中，并通過腺管最終排入尿道。基質成分主要包括平滑肌組織、結締組織、纖維母細胞、淋巴組織、神經及血管。隨著年齡的增長及激素水平的變化，前列腺組織在細胞水平也發生著顯著的變化[13]，如上皮細胞的減少，細胞外基質的沉積等。

slow ADC值，即純擴散系數，主要反應組織中真實的水分子擴散運動。隨著年齡的升高，前列腺組織內的上皮成分逐漸減少而基質成分逐漸增多，尤其在50歲以后，這種變化更加明顯[14]。Roger等的研究結果顯示，上皮成分中的水分子擴散ADC值約0.4 ± 0.1×10-3mm2/s，而基質成分中的水分子擴散ADC值接近0.7 ± 0.1×10-3mm2/s，明顯高于上皮組織中的水分子擴散。這說明了基質成分中的水分子擴散更加自由，隨著年齡的增大，外周帶及中央腺中的上皮成分逐漸減少而基質成分逐漸增多，slow ADC值也逐漸升高；同時slow ADC值所反映的這種趨勢與Arenas等[15]的研究結果也相一致。

隨著年齡的增長，前列腺的體積也逐漸增大，其血液灌注水平也相應提高[4]，因此其灌注分數f值也逐漸上升。按照Le Bihan[5]的理論，組織微循環灌注中的水分子運動在宏觀水平上也可以被看作為一種擴散運動，由偽擴散系數fast ADC值及灌注分數f值反映。雖然f 值隨年齡升高，然而fast ADC值在各年齡組間卻無顯著性差異。這可能是由于腺體組織內前列腺液的流動在一定程度上也參與了Le Bihan[5]理論中的偽擴散運動，導致fast ADC值對血液灌注的變化不敏感，而且相對于slow ADC值及f值，fast ADC值的相對不穩定性也可能導致其無法準確反映組織的灌注特性[12，16]。Pang等[17]關于前列腺癌的研究及Woo等[18]對于肝細胞癌的研究結果同樣顯示，與fast ADC值相比，f值對灌注水平的變化更加敏感。

本研究具有一定的局限性。首先，樣本量較少及各年齡組人數分布的不均勻可能對研究結果產生偏倚；其次，實驗對象為正常志愿者，實驗結果的分析與闡述缺乏直觀的病理對照，結論的有效性仍需其他學者更多的實驗來證實；最后，本實驗選用15個b值(0～3000 s/ mm2)，目前文獻報道的關于前列腺IVIM-DWI的研究中多選取4～10個b值，而且b值的范圍與分布也不相同，所得各定量參數的范圍存在一定的差異，因此關于前列腺IVIM-DWI研究中b值范圍與分布的標準化仍需進一步探究。

綜上所述，不同年齡段正常前列腺組織的IVIM-DWI各相關參數總體上具有良好的可重現性；應用影像學手段，通過對IVIM-DWI相關參數的分析，可以定量的反應前列腺隨年齡升高而發生的各種細胞水平的變化，為前列腺疾病的診斷及定量分析提供可靠的研究基礎。

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選取我院2015年1月～2016年12月收治60例上肢骨折需行手術患者，ASA分級Ⅰ～Ⅱ級，年齡25～65歲，隨機分為三組，Ⅰ組：靜脈注射生理鹽水2 mL，Ⅱ組：靜脈注射舒芬太尼0.2 μg/kg，Ⅲ組：靜脈注射舒芬太尼0.3 μg/kg，隨后行臂叢神經阻滯。注藥后神經支配區域針刺皮膚刺痛覺消失可開始手術。

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The reproducibility of IVIM-DWI in normal prostate and age-related analysis

ZHANG Dong, WUTing, SHI Chang-zheng, LUO Liang-ping*
Center of Medical Imaging，The Fist Affliated Hospital of Jinan University， Guangzhou 510632, China

*CorrespondenceTo: Luo LP, E-mail:Tluolp@jnu.edu.cn

23 Aug 2015, Accepted 26 Sep 2015

Objective：To investigateThe reproducibility ofThe intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging (IVIM-DWI) derived parameters, and analyzeThe change ofThe IVIM-DWI derived parameters of normal prostate in different age groups. Materials and Methods： Sixty-six volunteers conformedToThe standards were divided intoThree groups (group A, 15—30 years, 13. Group B, 31—50 years, 25. Group C, ≥51 years, 28) and underwentThe scanning of IVIM-DWI with 15 b-factors from 0To 3000 (0, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1500, 2000, 3000 s/ mm2)Twice with an interval of 30 minutes using 3.0T MRI device,The biexponential fts were appliedTo fgure outThe slow ADC， fast ADC and f values.The reproducibility of every parameters were investigated byThe pairedT-test.The differences of every parameters in normal prostate betweenTheThree age groups were assessed using oneway analysis of variance (ANOVA) andThe least significant difference (LSD)T-test. Results： Slow ADC, fast ADC and f values showed good reproducibility in both peripheral zone (PZ) and central gland (CG) ofThree age groups, except fast ADC in CG of group A (P=0.022).The slow ADC and f values ofThe prostate peripheral zone and central gland hadThe upwardTendency with age increasing. Slow ADC showedsignifcant difference between group A and B， group A and C， while had no signifcant difference between group B and C in PZ，and slow ADC showed signifcant difference between group A and C， group B and C， while had no signifcant difference between group A and B in CG. Fast ADC in both PZ and CG betweenThree age groups had no signifcant different. F value show signifcant difference betweenThree age groups in PZ， while in CG f value show signifcant difference between group A and C， group B and C，while had no signifcant difference between group A and B. Conclusions： In general, a good reproducibility of IVIM-DWI derived parameters in normal prostate ofThree age groups was observed. IVIM-DWITechnology refectedThe age-related change of prostateTissues inThe celluar level, andThe derived parameters could set a reliable referenceToThe quantitative analysis of prostate diseases.

Prostate; Magnetic resonance imaging; Age factors

作者單位：
暨南大學附屬第一醫院醫學影像中心，廣州，510632

2015-08-23

R445.2；R697.3

A

10.3969/j.issn.1674-8034.2015.11.010

廣東省社會發展領域科技計劃項目(編號2013B021800161)

羅良平，tluolp@jnu.edu.cn

接受日期：2015-09-26

張冬, 吳婷, 史長征, 等. 正常前列腺組織IVIM-DWI的可重現性研究及年齡相關性分析. 磁共振成像, 2015, 6(11): 848-854.

ACKNOWLEDGMENTSThis article was funded by Social development of science andTechnology plan projects in Guangdong province (No. 2013B021800161).