DCE-MRI聯合DWI定量分析在前列腺癌診斷中的應用價值

馬向征 王世威 許茂盛 喻迎星 呂錕 龐佩佩

DCE-MRI聯合DWI定量分析在前列腺癌診斷中的應用價值

馬向征 王世威 許茂盛 喻迎星 呂錕 龐佩佩

目的探討動態對比增強磁共振成像（DCE-MRI）聯合彌散加權成像（DWI）定量分析在前列腺癌（PCa）診斷中的應用價值。方法選取81例前列腺疾病患者，其中PCa44例、良性前列腺增生（BPH）37例，均行常規MRI、DWI和DCE-MRI檢查，測量并比較兩組患者病灶區域的血管滲透性參數（Ktrans、Kep、Ve、Vp）和表觀擴散系數（ADC）值；應用ROC曲線分析以上參數診斷PCa的效能，應用logistic回歸計算ADC值聯合血管滲透性參數診斷PCa的效能。結果PCa組Ktrans、Kep、Ve、Vp和ADC值分別為（2．40±1．13）min-1、（1．90±0．72）min-1、0．82±0．24、0．31±0．25和（0．93±0．43）×10-3mm2/s，BPH組分別為（1．07±1．08）min-1、（1．04±0．48）min-1、0．64±0．37、0．43±0．36和（1．74±0．38）×10-3mm2/s；其中PCa組Ktrans、Kep、Ve均高于BPH組（均P＜0．05），BPH組ADC值高于PCa組（P＜0．05）。Ktrans、Kep、Ve和ADC值診斷PCa的靈敏度分別為84．1%、68．2%、79．5%和86．5%，特異度分別為75．7%、86．5%、70．3%和84．1%（均P＜0．05）；Vp無明顯診斷價值（P＝0．211）。ADC值聯合血管滲透性參數診斷PCa的效能分析，當2個參數聯合時，Kep+ADC的診斷效能最好（AUC=0．939）；當3個參數聯合時，診斷效能未見明顯提高；當4個參數聯合時，Ktrans+Kep+Ve+ADC的診斷效能有所提高（AUC=0．940），明顯高于單個參數的診斷效能。結論DCE-MRI聯合DWI定量分析在PCa診斷中具有較高的應用價值，Kep和ADC值可作為診斷PCa的主要參數，以提高PCa的診斷效能和前列腺良惡性病變的鑒別診斷。

前列腺癌動態對比增強磁共振成像彌散加權成像

前列腺癌（prostate cancer，PCa）是目前全世界范圍內老年男性發病率最高的惡性腫瘤[1]。我國PCa發病率呈逐年上升趨勢[2]，已成為危害老年男性生命健康的重要疾病。MRI是診斷PCa的最佳影像學檢查方法，但傳統的MRI檢查技術缺乏特異性，且診斷準確性不高。多模態MRI在無創的前提下，可以提供病變血流灌注、水分子擴散特性及物質代謝等信息，對PCa的診斷和鑒別診斷、惡性程度的分級、療效及預后評估等具有重要的應用價值[3]。動態對比增強磁共振成像（dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI）可以提供腫瘤血管滲透性方面的定量分析參數，但是部分參數的準確性還在探索中；彌散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）能對PCa組織結構及細胞特性進行定量分析，但易受磁化偽影干擾而產生變形。本文就DCE-MRI聯合DWI定量分析在PCa診斷中的應用價值作一探討，現報道如下。

1 對象和方法

1.1 對象選擇2014年10月至2016年1月因前列腺特異性抗原（PSA）升高而臨床懷疑PCa的患者81例，年齡52～96（73±9）歲。均經常規MRI、DWI和DCEMRI檢查，1周內經穿刺活檢或手術病理證實為PCa44例，年齡59～85（74±7）歲；良性前列腺增生（BPH）37例，年齡52～96（72±11）歲；兩組患者年齡比較差異無統計學意義（P＞0.05）。納入標準：（1）無MRI檢查禁忌證；（2）MRI檢查前未經過內分泌、放療等非手術治療；（3）MRI檢查前1個月內未進行過前列腺穿刺活檢。本研究獲得醫院倫理委員會的批準，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 檢查方法使用3.0T超導磁共振掃描儀（Verio，德國Siemens公司），采用16通道體部相控陣表面線圈。患者檢查前禁食、禁水4h，以減少腸道內容物的影響；檢查時排空膀胱，消除膀胱蠕動偽影。取患者仰臥位、腳先進，掃描中心位于恥骨聯合上方約2cm處；被檢查者佩戴專用耳機，以減少噪音的影響。（1）常規掃描采用快速翻轉恢復壓脂序列橫斷位T2WI、矢狀位T2WI和冠狀位T2WI，掃描參數：TR 4 000ms，TE 96ms，層厚3mm，FOV 240mm×240mm，采集矩陣320×320，激勵次數2。（2）DWI采用單次激發平面回波序列進行橫斷面掃描，具體參數：TR 4 500ms，TE 93ms，層厚4mm，FOV 260mm×221mm，采集矩陣160×120，激勵次數4，b值選擇50和700s/mm2，掃描結束后自動重建出表觀擴散系數（ADC）圖。（3）DCE-MRI采用三維容積內插體部掃描序列橫斷位T1WI，對比劑采用釓噴酸葡胺（北京北陸藥業有限公司），經肘靜脈以0.1mmol/kg的劑量、2ml/s的速率團注，注射完畢后加注0.9%氯化鈉溶液10ml。掃描參數：TR 5.80ms，TE 2.17ms，層厚3.60mm，FOV 260mm×211mm，采集矩陣352×352，激勵次數1，掃描次數15。

1.2.2 圖像處理將圖像傳至Siemens syngo MR B17工作站，由2位中級以上職稱的腹部影像學專業醫師共同閱片，且意見一致。閱片中重點觀察和記錄病灶的具體位置、形態、最大徑、信號強度、鄰近器官或組織的改變。（1）DWI掃描完成后自動生成ADC圖，由其中一位影像醫師參照其他序列圖像測量病灶部位ADC值，在ADC圖上的病灶部位放置感興趣區（ROI，放置原則：選取病灶中心層面放置ROI；沿病灶邊緣放置ROI，包含整個病灶；盡量避開外周區與中央區腺體交界處、精囊根部、血管、鈣化灶、出血或偽影等），若病灶為多發，選取最大者進行測量。每個病灶重復勾畫3次ROI，取3次測量的平均值作為病灶部位的ADC值。（2）DCEMRI定量分析由同一位影像學專業醫師使用血流動力學定量分析軟件Omni-Kinetics（美國GE醫療）進行后處理。首先將多期DCE-MRI序列導入軟件，選擇股動脈層面勾畫圓形ROI得到該區域內正常供血血管的時間-濃度曲線，作為動脈輸入函數（AIF）曲線，再將AIF曲線作為參照，選擇Extended Tofts Linear雙室模型對病灶層面進行血管滲透性定量分析，獲得血管滲透性參數：容量轉移常數（Ktrans）、速率常數（Kep）、血管外細胞外間隙容積比（Ve）和血漿內對比劑容積分數（Vp）。在動態對比增強原始圖像上勾畫病灶ROI，軟件自動分析所畫區域的Ktrans、Kep、Ve和Vp值并生成各參數的紅藍偽彩圖像。ROI的放置原則與測量ADC值時相同，每個病灶重復勾畫ROI 3次，取其平均值。

1.3 統計學處理應用SPSS22.0統計軟件，血管滲透性參數（Ktrans、Kep、Ve、Vp）和ADC值均符合正態性分布，用表示，兩組間比較采用兩獨立樣本t檢驗。以病理結果為金標準，應用MedCalc軟件繪制血管滲透性參數和ADC值的ROC曲線，并計算AUC，以最大約登指數為最佳診斷切點值，確定診斷最佳閾值和診斷效能；應用logistic回歸計算ADC值聯合血管滲透性參數對PCa的診斷效能。

2 結果

2.1 影像學表現44例PCa組織樣本中，多發病灶15例；病灶位于外周區30例，移行區10例，同時累及外周區和移行區4例，典型病例影像學表現見圖1a-f（插頁）。37例BPH組織樣本中，伴有多發結節21例；病灶全部位于移行區，典型病例影像學表現見圖2a-f（插頁）。

2.2 兩組患者血管滲透性參數及ADC值比較PCa組Ktrans、Kep、Ve均高于BPH組（均P＜0.05）；BPH組ADC值高于PCa組（P＜0.05），見表1。

表1 兩組患者血管滲透性參數及ADC值比較

2.3 血管滲透性參數及ADC值診斷PCa的效能分析Ktrans、Kep、Ve和ADC值診斷PCa的靈敏度、特異度均較高（均P＜0.01），Vp無明顯診斷價值（P＞0.05），見表2和圖3。

表2 血管滲透性參數Ktrans、Kep、Ve、Vp和ADC值診斷PCa的效能分析

2.4 ADC值聯合血管滲透性參數診斷PCa的效能分析應用logistic回歸計算ADC值聯合血管滲透性參數診斷PCa的效能，當2個參數聯合時，Kep+ADC的診斷效能最好（AUC=0.939）；當3個參數聯合時，診斷效能未見明顯提高；當4個參數聯合時，Ktrans+Kep+Ve+ADC的診斷效能有所提高（AUC=0.940），明顯高于單個參數的診斷效能，見表3。

圖3 血管滲透性參數和ADC值診斷PCa擬合的ROC曲線

表3 ADC值聯合血管滲透性參數診斷PCa的效能分析

3 討論

DCE-MRI是通過觀察對比劑隨時間擴散到血管外細胞外間隙的過程，從而了解腫瘤新生血管形成情況的一種成像方法。與BPH相比，PCa的新生血管具有數量多、走行亂、滲透高等特點，DCE-MRI通過定量測量病灶區域的Ktrans、Kep、Ve和Vp等血管滲透性參數，可以間接反映新生血管的數量、通透性等特點，進而評估病灶的血流動力學特征和代謝特征[4]。何為等[5]將26例PCa劃分了468個分區（中央腺體癌區115個、中央腺體非癌區142個、外周帶癌區68個和外周帶非癌區143個），發現各分區間的Ktrans、Kep和Ve比較差異均有統計學意義，故認為DCE-MRI有助于PCa的診斷與鑒別診斷。王世威等[6]對經手術病理證實的17例中央區PCa和22例BPH患者行DCE-MRI掃描，發現Ktrans和Ve判斷中央區PCa與BPH的靈敏度分別為73.4%和54.3%，特異度分別為82.7%和47.9%，認為Ktrans具有很高的診斷價值，而Ve診斷意義不大。本研究結果顯示PCa組與BPH組Ktrans、Kep和Ve比較差異均有統計學意義，對PCa的診斷具有較高的靈敏度和特異度，而Vp在兩組之間比較差異無統計學意義，對PCa的診斷價值不大；與相關文獻報道一致[7]。Baur等[8]研究認為采用現行的評分標準和檢查方法已能對PCa作出較好的診斷，DCE-MRI的應用似乎沒有明顯提高診斷PCa的準確性。Hoeks等[9]指出，與單獨應用T2WI比較，T2WI聯合DCE-MRI能提高診斷PCa的效能，但其診斷符合率僅為66%。DCE-MRI對PCa具有確切的診斷價值，但其應用價值以及不同序列優化組合方面有待進一步研究。

DWI是通過對生物組織內水分子的擴散運動特征進行成像，無創地反映水分子在活體組織中的布朗運動狀態的一種成像方法，在中樞神經系統疾病的應用較為廣泛，近年來亦被應用于體部腫瘤的診斷與鑒別診斷。DWI的主要評估參數是ADC值，它反映水分子擴散運動的速度和范圍，與腫瘤的生長和癌變組織的侵襲性有關，ADC值越低說明該區域水分子的擴散受限程度越明顯。Nagel等[10]對88例前列腺疾病患者行DWI掃描并與病理結果對照，發現前列腺炎與PCa的ADC值比較差異有統計學意義，認為DWI在無創診斷PCa方面具有較高的應用價值。Itatani等[11]對117例經手術證實為低危PCa（Gleason評分≤6分）患者行DWI檢查，并應用ROC曲線分析顯示ADC值診斷PCa的靈敏度和特異度分別為76.5%和81.0%，ADC值的截斷值為1.04× 10-3mm2/s。Katahira等[12]將201例PCa患者的MRI表現與病理結果對照，發現T2WI結合DWI能明顯提高PCa的檢出率，其診斷靈敏度、特異度和AUC分別為73.2%、89.7%和0.842，指出T2WI結合DWI可作為臨床篩查PCa的常規診斷序列。本研究結果顯示ADC值診斷PCa的靈敏度和特異度分別為86.5%和84.1%，具有較高的診斷效能。

由于PCa在MRI上的表現形式多樣，每一種MRI成像方法都有其優勢和局限性，單純依靠一種方法正確診斷PCa比較困難；而多參數聯合的MRI成像可以提供前列腺解剖結構、物質代謝及組織學特性等充足信息，其在PCa診斷與療效評估中的應用研究是當前熱點。Iwazawa等[13]研究發現伴有血清PSA升高的患者，DCE-MRI聯合DWI掃描對PCa的檢出率優于僅DCE-MRI掃描，表明DWI診斷PCa具有較高的靈敏度和準確性，而DCE-MRI聯合DWI診斷PCa的靈敏度和準確性未見明顯提高。Ivan等[14]對55例PCa患者進行多參數MRI掃描，結果顯示DCE-MRI的Ktrans聯合DWI成像的ADC值診斷PCa的靈敏度、特異度、準確性和AUC分別為71%、86%、78%和0.79，相對于其他2種MRI檢查方法聯合診斷PCa，DCE-MRI聯合DWI的診斷效能最高。歐洲泌尿生殖放射學會制定的診療指南推薦前列腺檢查行多參數聯合的MRI檢查方法[15]。我國2014年制定的前列腺MR檢查和診斷共識中指出，對常規掃描無陽性發現而臨床表現高度懷疑為PCa或需對確診的PCa進行分期時，推薦T1WI+T2WI+DWI+ DCE-MRI組合的掃描方案[4]。本研究對ADC值聯合血管滲透性參數診斷PCa的效能進行分析，結果顯示Ktrans+Kep+Ve+ADC診斷PCa的靈敏度、特異度均較單個參數大幅提高，尤其相對于DCE-MRI的單個血管滲透性參數提高幅度較為明顯。值得注意的是，Kep+ADC診斷效能（AUC=0.939）與4個參數聯合診斷效能（AUC= 0.940）相近，提示Kep、ADC可作為DCE-MRI聯合DWI定量分析診斷PCa的主要參數，以提高診斷效能。

DWI掃描時間短，臨床應用方便，但是空間分辨率較低；DCE-MRI空間分辨率高，但需要注入對比劑行增強掃描，存在發生不良反應的風險。DCE-MRI聯合DWI定量分析通過參數的合理選擇可以提高PCa的診斷效能，有利于前列腺良惡性病變的鑒別診斷，為臨床提供客觀、系統的影像學依據。但本研究亦存在一定的局限性：（1）部分患者在B超定位下穿刺活檢，測量數值與實際病變部位可能存在誤差；（2）ROI放置在病灶最大橫斷面，操作簡單、重復性好，但未考慮其他層面的病灶組織，可能會影響數值的精準測量；（3）DWI能夠無創檢測活體組織中水分子的擴散運動基于高斯擴散理論，認為DWI影像信號隨著b值的增加呈單指數函數衰減。實際上受細胞膜、細胞內外間隔等擴散障礙物的影響，生物組織中水分子的擴散比自由水的擴散復雜，組織中水分子的位移偏離高斯分布，一定程度上違背單指數模型，可能會降低PCa的檢出率。后續將基于體素內不均一運動（IVIM）的雙指數模型與基于泰勒展開式的擴散峰度成像（DKI）模型對前列腺良惡性病變的診斷價值進行深入研究，以期提高PCa的檢出率和診斷效能。

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Application of quantitative DCE-MRI combined with DWI in diagnosis of prostate cancer

ObjectiveTo evaluate the application of quantitative dynamic contrast-enhanced MRI(DCE-MRI)combined with diffusion weighted imaging(DWI)in diagnosis of prostate cancer(PCa)．MethodsEighty one patients with prostate diseases,including 44 patients with PCa and 37 patients with benign prostatic hyperplasia(BPH),undergoing conventional MRI, DWI and DCE-MRI examinations were enrolled in the study．The apparent diffusion coefficient(ADC)values and the quantitative permeability parameters Ktrans、Kep、Ve、Vpof the lesions were calculated and compared between PCa patients and BPH patients．The diagnosis value of each parameter was evaluated by ROC curve,and the diagnosrtic efficiency of the ADC combined with the permeability parameters was analyzed by logistic analysis．ResultsThe Ktrans、Kep、Ve、Vpand ADC values of the malignant lesions were(2．40±1．13)min-1,(1．90±0．72)min-1,0．82±0．24,0．31±0．25 and(0．93±0．43)×10-3mm2/s,while those of the benign lesions were(1．07±1．08)min-1,(1．04±0．48)min-1,0．64±0．37,0．43±0．36 and(1．74±0．38)×10-3mm2/s,respectively．The Ktrans,Kepand Veof PCa patients were higher than those of BPH patients(P＜0．05),while the ADC of BPH patients was higher than that of PCa patients(P＜0．05)．The sensitivity of the Ktrans,Kep,Veand ADC values was 84．1%,68．2%,79．5%,86．5%and the specificity was 75．7%,86．5%,70．3%,84．1%,respectively(P＜0．05)．There was no significant difference in Vp(P＝0．211)．ADC values combined with permeability parameters in the diagnosis of PCa,Kepplus ADC presented the best diagnostic efficacy when the two parameters combined(AUC＝0．939)．The diagnostic efficacy was not significantly improved when ADC combined with the other two parameters．Ktrans+Kep+Ve+ADC had the higher diagnostic efficiency(AUC＝0．940),which was significantly higher than that of single parameter．ConclusionQuantitative DCE-MRI combined with DWI can increase the diagnostic value for PCa．The parameter Kepand ADC value can be used to improve the diagnostic efficacy,and differential diagnosis of PCa from benign hy-perplasia．

Prostate cancerDynamic contrast-enhanced MRIDiffusion weighted imaging

2016-09-14）

（本文編輯：陳丹）

浙江省醫藥衛生科技計劃項目（2014KYB171）；浙江省中醫藥科技計劃項目（2014ZB042）

310006杭州，浙江中醫藥大學附屬第一醫院醫學影像科（馬向征、王世威、許茂盛、喻迎星、呂錕，呂錕系浙江中醫藥大學在讀碩士研究生）；GE醫療（中國）生命科學部（龐佩佩）

王世威，E-mail：2474721554@qq.com