磁共振成像表觀擴散系數對前列腺癌分級診斷的價值

鄭信德，陳財忠，繆熙音，郭怡菁

復旦大學附屬中山醫院放射診斷科，上海 200032

·論著·

磁共振成像表觀擴散系數對前列腺癌分級診斷的價值

鄭信德，陳財忠*，繆熙音，郭怡菁

復旦大學附屬中山醫院放射診斷科，上海 200032

目的回顧分析前列腺癌、前列腺增生及正常前列腺的磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)信號差異，探討表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)在前列腺癌分級中的價值。方法收集復旦大學附屬中山醫院2013年1月至2014年3月收治的前列腺癌患者40例(包括高危組和低中危組)和前列腺增生患者11例，均經手術或穿刺病理診斷證實；同時，入組正常對照組20例，均為健康志愿者。對3組患者及志愿者進行常規MRI檢查及彌散加權成像(magnetic resonance diffusion weighted imaging，DWI)檢查，比較各組的T2WI信號強度、T1WI平掃動靜脈期的信號強度和ADC值，并將前列腺癌的ADC值與Gleason評分進行相關分析，確定利用ADC值鑒別高危與低中危前列腺癌的臨界值。結果在T2WI信號強度和ADC值方面，前列腺癌組、前列腺增生組和正常對照組依次遞增，3組間差異均有統計學意義(P<0.05)；在T1WI信號強度方面，只有正常前列腺中央帶的動靜脈期信號強度差值顯著高于前列腺癌組和前列腺增生組，差異有統計學意義(P<0.05)。前列腺癌的ADC值與Gleason評分負相關(r=-0.401，P=0.010)，即Gleason評分越高，ADC值越小。以ADC值0.70×10-3mm2/s為臨界值，鑒別診斷低中危組和高危組前列腺癌的敏感度為 96.4%，特異度為58.3%。結論T2WI信號強度和ADC值可用于鑒別前列腺癌、前列腺增生及正常前列腺，T1WI動靜脈期信號差值也有一定的參考價值；前列腺癌ADC值與Gleason評分有一定的相關性，提示ADC值可用于前列腺癌臨床危險度的分級診斷。

前列腺腫瘤；磁共振成像；腫瘤分級

前列腺癌是發達國家最常見的實質性腫瘤之一，占男性腫瘤的15%。2012年，美國大約有 241 740 例前列腺癌新發病例，且每6例確診患者中就有1例死亡[1]。據一項全球調查研究顯示，前列腺癌在184個國家中位居男性高發腫瘤的前3位[2]。前列腺癌在亞洲地區的發病率和死亡率雖不及歐美地區，但有逐年上升的趨勢，可能與生活方式的西化有關[3]。

前列腺癌的診斷和分級對指導臨床醫師選擇治療方案及判斷患者預后具有重要意義。前列腺腫瘤的鑒別診斷及其惡性程度的無創評估是近年來前列腺癌磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)研究的兩大熱點[4]。因此，本研究通過比較前列腺癌、前列腺增生和正常前列腺的MRI彌散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)檢查信號強度差異，分析表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)值與Gleason評分的關系，以期為前列腺癌的診斷及分級提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集復旦大學附屬中山醫院2013年1月至2014年3月收治的前列腺癌患者40例，年齡54～84歲，平均(68.5±13.1)歲。所有前列腺癌患者均經病理證實：其中，經根治術的手術標本病理證實者33例，腫瘤體積占前列腺體積的1%～80%，平均17.6%；經穿刺活檢病理證實者7例。前列腺癌患者主要癥狀為排尿困難、尿潴留、血尿和血精等；血清前列腺特異性抗原(PSA)水平為4.9～1 340.0 ng/mL，平均70.0 ng/mL；Gleason評分為6～10分，平均7.3分。所有前列腺癌患者在接受根治術或穿刺活檢前均進行過常規MRI-DWI檢查，在接受MRI檢查前均未接受過任何治療。穿刺活檢患者系在B超引導下接受直腸穿刺活檢，采用六分區法將前列腺分為基底部、體部和尖部3部分，再以中央溝為界分為左右兩側；穿刺所得前列腺組織，采用Gleason評分標準進行評價。

另外，收集同期經穿刺活檢病理證實的前列腺增生患者11例，年齡54～78歲，平均(66.2±11.5)歲；正常對照組20例，年齡30～77歲，平均(60.5±14.7)歲，均為健康志愿者，無泌尿系統疾病，PSA值在正常范圍，MRI未見異常。

1.2 檢查方法 運用Siemens Avanto 1.5T MRI掃描儀行MRI-DWI檢查。MRI檢查以體線圈為射頻發射線圈，以腹部相控陣線圈為接收線圈。患者取仰臥位，行前列腺軸位TSE T2WI掃描：重復時間(TR)2 400 ms，回波時間(TE)108 ms；層厚4 mm；視野(FOV)20 cm ×20 cm；激勵次數(NEX) 2次；矩陣320×272。冠狀位TSE T2WI掃描：TR 2 510 ms，TE 108 ms；層厚4 mm；FOV 22 cm×22 cm；NEX 2次；矩陣320×192。矢狀位TSE T2WI掃描：參數同冠狀位。并行TSE T1WI掃描：TR 560 ms，TE 9.4 ms；層厚4 mm；FOV 20 cm×20 cm；NEX 2次；矩陣320×224。T1WI三期增強掃描所用造影劑為釓噴酸葡胺注射液30 mL，以1.6 mL/s速度自肘靜脈注入，18～20 s后開始動脈期掃描。DWI檢查：TR 3 300 ms，TE 69 ms；層厚6 mm；FOV 36 cm×36 cm；矩陣128×100。擴散敏感系數(b值)分別采用0 s/mm2和800 s/mm2，取層面選擇、頻率編碼和相位編碼3個方向。

1.3 圖像分析 在工作站上分別測量前列腺癌、前列腺增生和正常前列腺的T2WI信號強度、T1WI平掃、動脈期、靜脈期的信號強度及ADC值。由于前列腺癌中85%具有多灶性[5]，故在測量時選擇體積最大的病灶進行測量；對于無明顯結節的前列腺癌，則選擇T2WI信號及ADC值最低的區域進行測量。每例患者的數據均由2名從事泌尿生殖系統影像診斷的醫師分別測量，結果取平均值；二者測量時感興趣區(region of interest，ROI)的面積要盡可能一致，ROI的位置根據病理證實為前列腺癌和前列腺增生的區域來選取，盡量避開外周帶與中央腺體的交界處、前列腺周圍脂肪、精囊根部、血管、出血或鈣化灶。

1.4 統計學處理 采用SPSS 20.0軟件對檢測結果進行統計學處理。首先分別對3組圖像的T2WI信號強度、T1WI平掃及增強信號強度和ADC值進行正態性檢驗和方差齊性檢驗，若符合標準，則進行單因素方差分析，并采用LSD法進行組間比較；若不符合，則進行Kruskal-Wallis 檢驗，并采用Mann-Whitney檢驗進行組間兩兩比較。然后對前列腺癌組的ADC值與Gleason評分進行Pearson相關分析，再根據2009版《中國泌尿外科疾病診斷治療指南》前列腺癌危險因素分析標準(Gleason評分≤6分為低危，7分為中危，≥8分為高危)，將40例前列腺癌患者分為低中危組(Gleason評分<8)和高危組(Gleason評分≥8)，對2組患者生存情況分別進行受試者工作特征(ROC)曲線分析，并計算曲線下面積，從而判斷低中危組與高危組的臨界值。檢驗水準(α)為0.05。

2 結 果

2.1 前列腺癌患者的MRI信號特征 40例前列腺癌患者的MRI特點包括：T1WI為低信號或稍高信號，T2WI為低信號，DWI為高信號，ADC值為低信號；動態增強后動脈期輕中度強化，靜脈期持續強化(圖1)。

圖1 前列腺癌患者的MRI信號特征

2.2 前列腺癌、前列腺增生和正常前列腺的MRI信號差異 結果(表1)表明：3組數據中ADC值符合正態分布，方差齊性檢驗顯示F=0.952(P>0.01)，方差分析顯示F=90.597(P<0.001)，組間兩兩比較顯示3組ADC值間的差異均有統計學意義(P<0.05)；其中，前列腺癌組的ADC值明顯低于前列腺增生組和正常前列腺組，尤以正常前列腺外周帶的ADC值最高。

3組T2WI信號強度測量值不符合正態分布，Kruskal-Wallis檢驗顯示3組的T2WI信號強度差異有統計學意義(χ2=45.513，P<0.05)，組內兩兩比較差異經Mann-Whitney檢驗顯示差異有統計學意義(P<0.05)；其中，前列腺癌組T2WI值明顯低于前列腺增生組和正常前列腺組，尤以正常前列腺外周帶的T2WI值最高。

3組T1WI信號強度測量值也不符合正態分布，Kruskal-Wallis檢驗顯示T1WI信號強度各數據(包括平掃、動脈期、靜脈期的信號強度，動脈期與平掃的差值，以及靜脈期與動脈期的差值)中，只有正常前列腺中央帶的動靜脈期信號強度差值與前列腺癌、前列腺增生間差異有統計學意義(Mann-Whitney檢驗，P<0.05)，前者明顯高于后2者，尤以前列腺增生組最低；其余各項數據均顯示組間差異無統計學意義。

表1 前列腺癌、前列腺增生、正常前列腺外周帶及中央帶的MRI信號測量值

2.3 前列腺癌MRI診斷的ADC值與Gleason評分的關系 對前列腺癌組測得病灶的ADC值與其Gleason評分進行Pearson相關分析，得出相關系數r=-0.401，P=0.010。由此可以認為，ADC值與Gleason評分之間明顯負相關(圖2)。

根據臨床危險度分級，將前列腺癌分為低中危組(Gleason評分<8)和高危組(Gleason評分≥8)，2組ADC值的ROC曲線分析(圖3)顯示：曲線下面積為0.799，當ADC值為0.70×10-3mm2/s時，分級判斷的敏感度為96.4%，特異度為58.3%。

圖2 前列腺癌MRI診斷ADC值與Gleason評分的相關散點圖

圖3 ADC值對低中危組(Gleason評分<8)和高危組(Gleason評分≥8)前列腺癌診斷的ROC曲線

3 討 論

目前，超聲引導下穿刺活檢是診斷前列腺癌的金標準，通過穿刺所得的Gleason評分還可作為判斷前列腺癌分化程度和預后情況的主要根據。然而，穿刺活檢有一定的漏診率，每年有大量的穿刺結果為假陰性[6]，再加上這是一種有創性檢查，部分患者存在心理障礙，且穿刺后可能出現出血、感染、疼痛、尿潴留和性功能障礙等一系列并發癥，故難以作為長期檢測的方法。

歐洲泌尿生殖放射學會(European Society of Urogenital Radiology，ESUR)推薦T2WI+DWI+DCE-MRI作為前列腺癌診斷的掃描方案[7]；但也有研究對比了多種掃描方案后認為，T2WI+DWI對前列腺癌的診斷效能僅略低于T2WI+DWI+DCE-MRI和T2WI+DWI+DCE-MRI+MRS，因此推薦T2WI+DWI作為前列腺癌篩查的常規掃描序列[8]。本研究結果顯示，前列腺癌、前列腺增生和正常前列腺外周帶3組間的ADC值和T2WI信號強度差異均有統計學意義，而3組間T1WI的信號強度及強化差值的差異均無統計學意義，前列腺癌和前列腺增生僅與正常中央腺體的T1WI動靜脈期強化差值有明顯差異。這些結果說明，日常工作中的動態增強掃描對于前列腺癌的診斷意義可能小于ADC值和T2WI信號強度。

Issa等[9]研究認為，腫瘤組織水分子運動減低是因為具有更高核質比的腫瘤上皮細胞代替了富含水的腺泡結構，正常前列腺腺泡是沿尿道周圍向外輻射的線性分布，而腫瘤上皮細胞的存在會破壞這種正常結構，同時腺體的內部結構本身也可能發生紊亂，以上因素的共同結果是使ADC值下降。而正常前列腺外周帶間質疏松，平滑肌分布稀疏，實質主要由大而豐富的腺泡構成，腺腔內為含蛋白少的稀薄液體，相應的水分子擴散受限程度較小，因此T2WI信號高，ADC值高。前列腺增生腺體較正常前列腺排列更緊密，間質成分更多，限制了水分子的擴散，但其細胞密度及細胞形態功能仍接近正常前列腺組織，故其水分子運動受限程度介于前列腺癌和正常前列腺外周帶之間。ADC值即能夠有效地反映前列腺癌、前列腺增生及正常外周組織中這種微觀流動效應的差別[10]。

Issa等[9]報道的正常外周帶平均ADC值分別為(1.91±0.46)×10-3mm2/s。李飛宇等[11]對腺體型增生、間質型增生和前列腺癌的ADC值進行測量，所得結果的平均值分別為(1.80±0.20)×10-3mm2/s、(1.56±0.18)×10-3mm2/s和(1.27±0.21)×10-3mm2/s。Oto等[12]測得腺體型增生的ADC值為(1.73±0.28)×10-3mm2/s，基質型增生為(1.27±0.21)×10-3mm2/s。Sato等[13]研究顯示，前列腺癌的平均ADC值為(1.11±0.41)×10-3mm2/s，正常外周帶為(1.68±0.40)×10-3mm2/s。本研究結果顯示，前列腺增生的平均ADC值為(1.41±0.20)×10-3mm2/s，前列腺癌為(0.94±0.21)×10-3mm2/s，正常外周帶為(1.70±0.21)×10-3mm2/s，這些數據均與以往研究結果具有一致性。

本研究還發現，前列腺癌的ADC值與Gleason評分負相關(r=-0.401，P=0.010)。可能的解釋是，增多的癌細胞加重了前列腺腺體基質的纖維化，并使其結構更加扭曲，從而導致高級別腫瘤的水分子運動相對更加受限，與Turkbey等[14]的研究結果基本一致。另外，本研究還計算出了鑒別診斷低中危組與高危組前列腺癌的ADC臨界值，認為ADC值為0.70×10-3mm2/s時，判斷前列腺癌臨床危險度的敏感性和特異性都較好，可以此實現前列腺癌惡性程度的無創評估。

本研究尚存在一定的局限性：(1)樣本量小，所得結論還需更大樣本量的研究加以驗證；(2)通過穿刺病理結果確定ROI，可能會對數據測量產生一定的主觀偏倚，但本研究旨在探討前列腺癌與前列腺增生、正常前列腺的信號差異，并分析前列腺癌ADC值與Gleason評分的關系，而非探討MRI的診斷效能，因此采用這種方法可以更準確地選取病灶位置，確保結果的可靠性；(3)沒有測量T1WI和T2WI值，而是直接測量信號強度，與真實的T1WI和T2WI值可能存在誤差，但是考慮到T1mapping和T2mapping在臨床工作中并沒有列入常規檢查，因此本研究對于放射科醫師日常工作中診斷前列腺癌仍具有一定的參考價值。

綜上所述，T2WI信號強度和ADC值可用來鑒別前列腺癌、前列腺增生及正常前列腺，另外T1WI動靜脈期信號差值也有一定的參考價值；前列腺癌ADC值與Gleason評分有一定相關性，設定ADC臨界值有助于判定前列腺癌的臨床危險度分級。

[ 1 ] SIEGEL R, NAISHADHAM D, JEMAL A. Cancer statistics, 2012[J]. CA Cancer J Clin, 2012, 62(1):10-29.

[ 2 ] BRAY F, JEMAL A, GREY N, et al. Global cancer transitions according to the Human Development Index (2008-2030): a population-based study[J]. Lancet Oncol, 2012, 13(8):790-801.

[ 3 ] XIA S J, CUI D, JIANG Q. An overview of prostate diseases and their characteristics specific to Asian men[J]. Asian J Androl, 2012, 14(3):458-464.

[ 4 ] 王 良. 前列腺癌磁共振診斷的優越性和局限性[J]. 放射學實踐, 2014(5):466-468.

[ 5 ] BONEKAMP D, JACOBS M A, EL-KHOULI R, et al. Advancements in MR imaging of the prostate: from diagnosis to interventions[J]. Radiographics, 2011, 31(3):677-703.

[ 6 ] THOMPSON J E, VAN LEEUWEN P J, MOSES D, et al. The diagnostic performance of multiparametric magnetic resonance imaging to detect significant prostate cancer[J]. J Urol, 2016, 195(5):1428-1435.

[ 7 ] BARENTSZ J O, RICHENBERG J, CLEMENTS R, et al. ESUR prostate MR guidelines 2012[J]. Eur Radiol, 2012, 22(4):746-757.

[ 8 ] 沈鈞康, 趙文露, 楊 毅, 等. 1.5T MR功能成像序列聯合T2WI對前列腺癌篩查的臨床價值[J]. 中華放射學雜志, 2014, 48(1):38-42.

[ 9 ] ISSA B.Invivomeasurement of the apparent diffusion coefficient in normal and malignant prostatic tissues using echo-planar imaging[J]. J Magn Reson Imaging,2002,16(2):196-200.

[10] 王霄英, 丁建平, 周良平, 等. 前列腺癌的MR擴散成像初步研究[J]. 中華放射學雜志, 2005, 39(11):1207-1209.

[11] 李飛宇, 王霄英, 許玉峰, 等. 良性前列腺增生的ADC值定量分析[J]. 實用放射學雜志, 2007, 23(5):661-664.

[12] OTO A, KAYHAN A, JIANG Y, et al. Prostate cancer: differentiation of central gland cancer from benign prostatic hyperplasia by using diffusion-weighted and dynamic contrast-enhanced MR imaging[J]. Radiology, 2010, 257(3):715-723.

[13] SATO C, NAGANAWA S, NAKAMURA T, et al. Differentiation of noncancerous tissue and cancer lesions by apparent diffusion coefficient values in transition and peripheral zones of the prostate[J]. J Magn Reson Imaging, 2005, 21(3):258-262.

[14] TURKBEY B, SHAH V P, PANG Y, et al. Is apparent diffusion coefficient associated with clinical risk scores for prostate cancers that are visible on 3-T MR images?[J]. Radiology, 2011, 258(2):488-495.

Diagnosis value of apparent diffusion coefficient of magnetic resonance imaging in grading of prostate cancer

ZHENG Xin-de, CHEN Cai-zhong*, MIAO Xi-yin, GUO Yi-jing

Department of Diagnostic Radiology, Zhongshan Hospital, Fudan University, Shanghai 200032, China

Objective： To retrospectively analyze the magnetic resonance imaging (MRI) signal differences between prostate cancer, benign prostatic hyperplasia, and normal prostate, and to explore the value of apparent diffusion coefficient (ADC) in prostate cancer grading.MethodsForty cases of prostate cancer and eleven cases of benign prostatic hyperplasia in Zhongshan Hospital Affiliated to Fudan University between January 2013 to March 2014 were enrolled, which were all confirmed by surgery or biopsy. At the same time, 20 normal cases were arranged as the control group, which were healthy volunteers. All the patients and volunteers were obtained informed consent. The T2WI signal intensity, T1WI signal intensity (including unenhanced, arterial and venous phase) and ADC value of the three groups were compared after MRI and magnetic resonance diffusion weighted imaging (DWI). Then the correlation between ADC value of prostate cancer and Gleason score was analyzed to determine the critical value of ADC in the identification of high-risk and low-risk prostate cancer.ResultsIn terms of T2WI signal intensity and ADC values, there were significant differences among the three groups (P<0.05). In terms of T1WI signal intensity, only the difference of dynamic and venous phase in central gland of normal prostate was significantly different from that in prostate cancer and benign prostatic hyperplasia (P<0.05)，with the former higher than the latter two. The ADC value of prostate cancer was negatively correlated with Gleason score (r=-0.401,P=0.010). The higher the Gleason score, the smaller the ADC value. When the critical value of ADC was 0.70×10-3mm2/s, the sensitivity of identifying low/intermediate-risk group and high-risk group for prostate cancer was 96.4%, and the specificity was 58.3%.ConclusionsT2WI signal intensity and ADC value can be used to identify prostate cancer, benign prostatic hyperplasia, and normal prostate. T2WI signal differences of dynamic and venous phase also have a certain reference value. The ADC value of prostate cancer is related to Gleason score, suggesting that it may be used for grading the clinical risk of prostate cancer.

prostatic neoplasms; magnetic resonance imaging; neoplasm grading

2016-12-19接受日期2017-09-01

鄭信德，技師. E-mail: zhenghuiade@126.com

*通信作者(Corresponding author). Tel: 021-64041990-2876, E-mail: chen.caizhong@zs-hospital.sh.cn

10.12025/j.issn.1008-6358.2017.20161164

R 737.25

A

[本文編輯] 葉 婷， 張藝鳴