擴散加權成像聯合動態增強MRI診斷前列腺癌的定量分析研究

何永勝，戚 軒，許 敏，徐 琦，鄭奇傳

1. 安徽省馬鞍山市人民醫院影像科，安徽 馬鞍山 243000；

2. 安徽省馬鞍山市人民醫院泌尿科，安徽 馬鞍山 243000

·論著·

擴散加權成像聯合動態增強MRI診斷前列腺癌的定量分析研究

何永勝1，戚 軒1，許 敏1，徐 琦1，鄭奇傳2

1. 安徽省馬鞍山市人民醫院影像科，安徽 馬鞍山 243000；

2. 安徽省馬鞍山市人民醫院泌尿科，安徽 馬鞍山 243000

目的：探討MR擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)和動態增強MRI(dynamic contrast enhanced MRI，DCE-MRI)定量參數分析對前列腺癌的診斷價值。方法：回顧性分析23例前列腺癌(prostate carcinoma，PCa)及40例前列腺增生(benign prostate hyperplasia，BPH)患者常規MRI、DWI及DCE-MRI資料，獲得表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)以及血管滲透性定量參數容積轉運常數(volume transfer constant，Ktrans)、速率常數(rate constant，Kep)、血管外細胞外間隙容積分數(extravascular extracellular space volume fraction，Ve)。以病理結果為金標準，比較4種參數在前列腺癌與前列腺增生之間的差異，應用受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析4種參數及ADC-Ktrans聯合診斷前列腺癌的靈敏度、特異度、約登指數。結果：ADC、Ktrans、Kep、Ve值在前列腺良惡性病變診斷中差異均有顯著統計學意義(P＜0.01)，其中ADC、Ktrans及ADC-Ktrans的靈敏度、特異度及約登指數分別為87.5%、91.3%、78.8%，90.0%、87.0%、77.0%，90.0%、91.3%、81.3%。結論：定量參數ADC、Ktrans、Kep及Ve值對前列腺病變診斷具有一定的價值，ADC-Ktrans聯合的靈敏度、特異度及約登指數高于任何單一參數，具有更高的前列腺癌診斷價值。

擴散加權成像；動態增強；定量參數；前列腺癌

前列腺癌(prostate carcinoma，PCa)是歐美國家老年男性最常見的惡性腫瘤之一[1]，近年來在我國的發病率也明顯上升。MRI是一種較理想的影像學檢查方法，包括常規MRI、擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)及動態增強MRI (dynamic contrast enhanced MRI，DCE-MRI)等。但由于增生結節、壞死及炎性反應的存在，增加了常規MRI檢出癌灶的困難[2]，漏診、誤診率相對較高。隨著DWI、DCE-MRI等定量影像學檢查技術的進步，前列腺病變的MRI診斷由常規形態學向反映細胞學及微循環灌注等方向發展。DWI及DCE-MRI對前列腺疾病的診斷價值已得到Langer等[3]研究證實。本研究旨在探討DWI聯合DCE-MRI定量參數分析對前列腺良惡性病變的診斷價值。

1 資料和方法

1.1 研究對象

收集2015年5月—2016年4月于安徽省馬鞍山市人民醫院經病理證實的63例前列腺病變患者資料，均行常規MRI、DWI及DCE-MRI檢查，其中PCa 23例，前列腺增生(benign prostate hyperplasia，BPH) 40例。前列腺特異性抗原(prostate specific antigen，PSA)值4.1～100 ng/mL，年齡50～84歲，平均71.87歲。檢查前均未行穿刺活檢和治療，且于檢查后2周內經手術或超聲引導下穿刺活檢病理證實。

1.2 設備和參數

采用GE公司Signa HDxt 1.5 T超導磁共振掃描儀，8通道體部相控陣線圈。① 常規MRI T1WI (TR/TE：260/11 ms)、T2WI (TR/TE：1 500/102 ms)。② DWI (TR/TE：4 600/76.5 ms；矩陣：192×156；b值：0、800 s/mm2)。常規MRI及DWI層厚/間隔：5/1 mm。③ DCE-MRI：采用3D LAVA序列，掃面范圍為精囊腺至前列腺基底部。TR/TE：3.6/1.7 ms；矩陣：256×170；視野(field of view，FOV)：40 cm×40 cm；層厚：4.2 mm，40層/組。先行多翻轉角掃描(2°、6°、8°、10°、15°)，隨后以15°反轉角進行連續40組(7 s/組)掃描，第2期結束以2.5 mL/s的速率按0.2 mmol/kg注入對比劑(GE公司歐乃影)，再注入10 mL 0.9% NaCl注射液沖洗。

1.3 圖像處理及數據測定

由兩名主治醫師同時根據前列腺常規MRI、DWI及DCE-MRI圖像進行診斷。當兩名醫師意見不一致時，通過討論得出結論。DCE-MRI定量分析采用Omni-Kinetics 血流動力學定量分析軟件(GE公司Healthcare)，DCE-MRI定量分析采用Tofts雙室模型，血管輸入函數(arterial input function，AIF)曲線通過勾畫AIF感興趣區(region of interest，ROI)獲得，所有數據的AIF ROI均取相同大小、相同部位。血流動力學模型采用Extended Tofts Linear，定量分析獲取微血管滲透性定量參數，包括容積轉運常數(volume transfer constant，Ktrans)，速率常數(rate constant，Kep)、血管外細胞外間隙容積分數(extravascular extracellular space volume fraction，Ve)。DWI分析采用GE工作站自帶軟件，獲得病灶表現擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)值(b=800 s/mm2)。對照穿刺或手術病理結果，結合T1WI、T2WI、DCE-MRI及DWI圖像確定ROI，盡量保證大小一致，若遇到尿道、出血、壞死、囊變及血管等區域時應避開。各參數連續測量3次，取平均值。

1.4 統計學處理

采用SPSS 19.0統計學軟件分析數據，以病理結果為金標準，采用獨立樣本t檢驗分析良惡性組之間ADC、Ktrans、Kep、Ve的差異，P＜0.05為有統計學意義。對4種參數進行受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析，獲得曲線下面積(area under curve，AUC)及最佳診斷界值。用Binary Logistic回歸分析中的Enter法測出ADC-Ktrans聯合分析的預測概率值，并計算4種參數及ADC-Ktrans診斷的靈敏度、特異度、約登指數。

2 結 果

2.1 常規MRI表現

63例患者前列腺均呈不同程度增大，信號欠均勻。23例PCa患者中18例表現為T2WI低信號，占78.3%，5例表現為不均勻高低混雜信號，病灶平均最大徑為(2.51±1.21) cm，4例病變局限于中央腺體區域(圖1A)，與BPH鑒別困難，9例可見突破包膜向外周侵犯。40例BPH均發生于中央腺體區域，T2WI表現為混雜信號(圖2A)，13例外周帶明顯受壓變薄，2例突出壓迫膀胱。

2.2 PCa與BPH 的ADC值比較分析

23例PCa患者中，19例表現為DWI高信號，占82.6%。40例BPH患者中，3例表現為DWI高信號，占7.5%。PCa與BPH的ADC值分別為(0.952±0.242)×10-3mm2/s、(1.336±0.215)×10-3mm2/s，兩者之間差異有顯著統計學意義(P＜0.01)(表1)。ADC值AUC為0.873(圖3)，最佳診斷界值為1.180×10-3mm2/s時，靈敏度為87.5%，特異度為91.3% (表2)。

2.3 PCa與BPH 的DCE-MRI定量參數分析

PCa與BPH的Ktrans、Kep、Ve值分別為(0.499±0.173) min-1、(0.215±0.099) min-1，(2.373±0.970) min-1、(1.340±0.598) min-1，0.241±0.101、0.170±0.069，差異有顯著統計學意義(P＜0.01)(表1)。3種參數AUC分別為0.932、0.836、0.710，最佳診斷界值分別為0.312 min-1、1.702 min-1、0.213 9 (圖3)，診斷價值較高的為Ktrans，其靈敏度、特異度分別為90.0%、87.0%(表2)。

圖1 PCa患者MRI表現

圖2 BPH患者MRI表現

圖3 ADC、Ktrans、Kep、Ve及Ktrans-ADC的ROC曲線

表1 前列腺良惡性病變的ADC值及DCE-MRI定量參數分析結果

表2 不同定量參數分析對PCa與BPH的診斷效能比較

2.4 ADC-Ktrans對PCa與BPH的診斷分析

根據對ADC-Ktrans聯合進行Logistic回歸分析的預測概率值，得出AUC為0.961，靈敏度為90.0%，特異度為91.3%，約登指數為81.3% (表2、圖3)。

3 討 論

PCa大部分發生于前列腺外周帶，常規MRI診斷PCa的關鍵是T2WI高信號的外周帶中發現低信號結節。病理基礎主要為正常前列腺外周帶內含有較豐富的腺體和管狀結構，含水量較高，T2WI呈明顯高信號，而PCa病灶內細胞增大，排列緊密，含水量相對較少，導致T2WI信號減低。此外，少數發生于中央腺體區的PCa常受增生結節的干擾而造成誤診，特別是當增生結節以肌纖維增生為主時，T2WI呈稍低信號，類似于PCa的表現[4]。PCa常規增強掃描與T2WI相比，并不能提供更多有價值的診斷信息[5-6]。本研究中4例PCa病灶局限于中央腺體，僅依靠常規掃描難以診斷，且常規MRI無法對結果進行定量評估，診斷結果也往往受醫師自身經驗所限，因此有很多局限性。

DWI上PCa病灶大多呈高信號，ADC圖呈明顯低信號。這主要是因為PCa多由緊密堆積的腺體構成，間質含量較少，腫瘤組織取代含水的腺泡結構，自由水分子擴散受限。而BPH結節在DWI上表現類似于正常前列腺。本研究23例PCa患者中19例呈高信號，PCa區ADC值顯著低于BPH區，具有顯著統計學意義(P＜0.01)，有助于兩者鑒別及定性診斷，與Oto等報道[7-11]一致。本研究中，常規MRI誤診為BPH的4例患者均在DWI上顯示為高信號結節，ADC值明顯降低，同時DWI能敏感顯示PCa侵犯鄰近組織、淋巴結轉移及骨轉移[12]。雖然DWI可反映前列腺病變分子水平信息，但仍存在漏診現象。本研究中DWI假陰性率為12.5%，這可能是受DWI圖像仍有空間分辨率、信噪比低及易受磁場不均勻影響等所致，且前列腺毗鄰直腸膀胱，BPH結節內易出現鈣化、纖維化及出血等改變而造成局部磁場不均勻。本研究中，DWI漏診的3例病變均位于邊緣交界處，使病變無法明確顯示，無法準確測量ADC值，因此要結合常規與增強MRI圖像。

前列腺定量DCE-MRI藥代動力學模型多采用Extended Tofts Linear雙室模型，對時間-信號曲線進行分析計算，從而獲得Ktrans、Kep和Ve值等。徐嬿等研究[13-15]顯示，PCa和BPH組織的Ktrans、Kep、Ve值分別為(0.312±0.085) min-1、(0.213±0.046) min-1，(0.818±0.098) min-1、(0.537±0.076) min-1，0.379±0.031，0.324±0.034，均有統計學差異(P＜0.01)。本研究結果表明，PCa的Ktrans、Kep及Ve值均明顯高于BPH，與徐嬿等的研究結果相似。Ktrans和Kep是反映血管密度及滲透性的主要指標。PCa病灶生長代謝旺盛，血管密度較BPH高，且血管內皮生長因子大量表達，新生血管滲透性較大，因此Ktrans和Kep較高。本研究中，Ktrans的AUC為0.932，靈敏度、特異度為90.0%、87.0%，顯示出更好的診斷價值。但仍漏診2例PCa，假陰性率為10.0%。究其原因，可能是Ktrans、Kep和Ve值主要反映組織灌注和毛細血管滲透性，其大小與平均微血管密度及血管內皮生長因子表達有關；而PCa的平均微血管密度與腫瘤分化程度相關[16]，分化程度越高，平均微血管密度越低，組織灌注及毛細血管滲透性越小，Ktrans、Kep和Ve值越低。本研究中漏診的2例PCa患者病理分級均為高分化PCa。此外，景國東等[17]認為癌區與非癌區Ve值無統計學差異，對前列腺良惡性病變的診斷無意義，與本研究存在一定的分歧。這可能與不同研究所采用的DCE-MRI掃描時間不一及所用儀器不同等有關。

DWI和DCE-MRI分別從活體水分子擴散特性和血管滲透性等方面對前列腺病變進行定量分析，本研究表明兩者對前列腺良惡性病變的診斷有一定價值。但PCa與BPH等良性病變在任何一個參數中都存在少部分重疊、交叉，兩者的靈敏度和特異度雖優于常規診斷，但單獨使用仍存在局限性。因此，進一步聯合DWI與DCE-MRI定量參數中最優的Ktrans進行分析，其AUC、靈敏度、特異度分別為0.961、90.0%、91.3%，診斷價值優于其他單一參數。由此可見，對于PCa的MRI診斷，聯合運用多個功能影像學成像參數進行定量分析有助于提供更精確的診斷信息，顯著提高診斷的靈敏度、特異度及可靠性。

本研究提示，單一定量參數中Ktrans對PCa表現出優異的診斷效果，而ADC-Ktrans可進一步提高診斷效能。本研究尚存在不足之處，如不同分化程度的PCa惡性程度不同，可能影響參數測量結果；且由于PCa樣本量相對不足，本研究未對其進行區分。

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Quantitative analysis of DWI combined with DCE-MRI in diagnosis of prostate cancer

HE Yongsheng1, QI Xuan1,XU Min1, XU Qi1, ZHENG Qichuan2
(1. Department of Radiology, Maanshan People’s Hospital, Maanshan 243000,Anhui Province, China; 2. Department of Urology, Maanshan People’s Hospital, Maanshan 243000, Anhui Province,China)

Objective:To investigate the value of quantitative parameters of diffusion weighted imaging (DWI) and dynamic contrast enhanced MRI (DCE-MRI) in diagnosing prostate cancer.Methods:A total of 23 patients with prostate cancer (PCa)and 40 patients with benign prostate hyperplasia (BHP) confirmed by histopathology were collected. They all underwent conventional MRI, DWI and DCE-MRI examinations. Then the values of apparent diffusion coefficient (ADC), volume transfer constant (Ktrans),rate constant (Kep) and extravascular extracellular space volume fraction (Ve), were measured and compared between PCa and BPH groups. The receiver operating characteristic (ROC) curve was used to analyze the diagnostic sensitivity, specificity and Youden index of ADC, Ktrans, Kep, Veand ADC-Ktrans.Results:There were statistically significant differences in the diagnostic values of ADC,Ktrans, Kepand Vebetween PCa and BPH groups (P＜0.01). ROC curves showed that the sensitivity, specificity and Youden index of ADC, Ktransand ADC-Ktransin the diagnosis of PCa were 87.5%, 91.3%, 78.8%; 90.0%, 87.0%, 77.0%; and 90.0%, 91.3%, 81.3%,respectively.Conclusion:The quantitative parameters of DWI and DCE-MRI including ADC, Ktrans, Kepand Vehave important value in diagnosing prostate diseases. The sensitivity, specificity and Youden index of ADC-Ktrans are higher than each single parameter.DWI combined with Ktranscould diagnose PCa better.

Diffusion weighted imaging; Dynamic contrast enhanced; Quantitative parameter; Prostate cancer

HE Yongsheng E-mail: heyongsheng881@163.com

R445.2

A

1008-617X(2017)03-0221-06

2016-12-27

2017-02-20）

何永勝 E-mail：heyongsheng881@163.com