3.0T前列腺體素內不相干運動DWI的b值優化研究

曹夢姣， 趙文露， 魏超剛， 王君鑫， 溫茹， 武江芬， 曹鵬， 沈鈞康

前列腺癌(prostate cancer，PCa)是男性泌尿系統常見的惡性腫瘤之一。世界范圍內，PCa的發病率在男性所有惡性腫瘤中位居第二位[1]，在中國等亞洲國家，伴隨人口總數增長、人口老齡化和人們生活習慣的改變，其發病率逐年上升[2]。

體素內不相干運動(intravoxelincoherentmotion，IVIM)成像由Le Bihan等[3]于20世紀80年代首次提出，基于對磁共振圖像體素中水分子的微觀運動反映的真實性。以往研究表明IVIM-DWI參數較單指數模型DWI所得ADC值能提高鑒別良、惡性組織的準確性[4]。在活體生物組織中，這些運動包括水分子的真性擴散及微循環灌注形成的假性擴散[3,5]。

IVIM-DWI基于雙指數模型，在施加足夠不同b值進行DWI采樣時，采用最小二乘法求解，試圖避開血液灌注及組織內單純水分子運動的影響，獲得微循環灌注信息[6]，計算出擴散系數D(純水分子擴散效應)、灌注分數f(微循環所致的灌注效應占總體擴散效應的容積比率)和偽擴散系數D*(微灌注所致的擴散效應)。然而在臨床常規多參數磁共振成像(multiparametric MRI,Mp-MRI)檢查中，b值是影響擴散效應的一個重要因素，b值越高，擴散效應越明顯，目前就前列腺DWI的b值設置尚未達成共識[7]。多b值IVIM序列掃描需延長掃描時間，在臨床常規應用中受到了限制，因此優選出一組掃描耗時相對較短，同時又滿足臨床診斷要求的b值組合尤為重要。本研究旨在對前列腺IVIM-DWI檢查的不同b值組合進行分析，以期獲得既能縮短掃描時間，又能保持IVIM-DWI定量參數診斷價值的b值組合。

材料與方法

搜集本院2015年2月-2015年11月間行前列腺常規MRI和IVIM-DWI掃描并經穿刺病理證實的47例前列腺疾病患者，其中前列腺癌23例，良性前列腺增生24例，患者年齡62～81歲，平均(64.24±3.63)歲。

病例納入標準：①具有完整的臨床資料及IVIM-DWI掃描圖像，掃描參數保持一致；②均經直腸超聲引導下前列腺系統穿刺活檢證實為前列腺癌或良性前列腺增生；③MRI檢查前(間隔6周以上)未進行前列腺穿刺活檢和相關治療；均在MRI檢查后4周內獲得穿刺病理結果。

采用Philips Ingenia 3.0T掃描儀行前列腺MRI檢查，接收線圈為32通道腹部相控陣線圈，行常規MRI和IVIM-DWI檢查。IVIM-DWI掃描參數：TR 6000 ms，TE 77 ms，視野260 mm×260 mm。設置四組不同的b值組合，分別為：①b值分別取0、10、100、200、1000 s/mm2(A組)，掃描時間為3 min 18 s；②b值分別取0、10、50、100、200、1000 s/mm2(B組)，掃描時間為3 min 54 s；③b值分別取0、10、20、50、100、200、1000 s/mm2(C組)，掃描時間為4 min 30 s；④b值分別取0、10、 20、50、100、200、500、1000 s/mm2(D組)，掃描時間為5min 42 s。

將得到的IVIM-DWI原始數據導入后處理軟件Firevoxel，根據穿刺病理結果，在前列腺癌患者所獲IVIM圖像上的前列腺癌區橫斷面面積最大層面設置3處興趣區(ROI)，在前列腺增生患者所獲IVIM圖像上的橫斷面面積最大層面，分別在移行帶非癌區和外周帶非癌區設置3處ROI，勾畫ROI時盡量避開尿道、出血、結石、血管等區域，且ROI大小盡量保持一致。同一病例四組不同b值IVIM圖像上的ROI設置位于同一層面同一位置。分別應用IVIM模型對四組b值所得圖像進行后處理,在前列腺癌區、移行帶非癌區和外周帶非癌區測量得到相應的D值、f值和D*值，取3處ROI測量的平均值作為最終的各定量參數值(圖1)。

采用SPSS 21.0統計軟件進行統計學分析。采用方差分析比較前列腺癌區、移行帶非癌區、外周帶非癌區三者間四組不同b值測得的D值、f值、D*值差異是否具有統計學意義；如該參數值在前列腺癌區、移行帶非癌區、外周帶非癌區之間差異有統計學意義，則繼續采用LSD-t檢驗進行兩兩比較。以P<0.05為差異有統計學意義。

圖1 前列腺癌患者。a) DWI(b值=1000s/mm2)圖像示癌區ROI； b) 前列腺癌區ROI的D值偽彩圖； c) 前列腺癌區ROI的f值偽彩圖； d) 前列腺癌區ROI的D*值偽彩圖； e) 病理圖 Gleason評分為3+4分。

表1 四組IVIM-DWI測得的D、f和D*值在癌區與非癌區之間的差異性結果

結 果

1.病理結果

47例患者中前列腺癌23例，良性前列腺增生24例，前列腺癌區共23個，移行帶非癌區共21個,外周帶非癌區共17個。

2.四組IVIM-DWI各參數在癌區與非癌區之間的差異性分析結果

四組IVIM-DWI測得的D值在前列腺癌區、移行帶非癌區、外周帶非癌區之間差異有統計學意義(P<0.05)；而四組IVIM-DWI測得的f值、D*值在前列腺癌區、移行帶非癌區、外周帶非癌區之間差異均無統計學意義(P值均>0.05，表1)。

3.四組IVIM-DWI測得的D值在前列腺癌區、移行帶非癌區、外周帶非癌區間的兩兩比較結果

四組IVIM-DWI測得的D值在前列腺癌區與移行帶非癌區之間差異有統計學意義(P<0.05)，且移行帶非癌區高于前列腺癌區；D值在前列腺癌區與外周帶非癌區之間差異有統計學意義(P<0.05)，從均值差來看，外周帶非癌區對應的D值高于前列腺癌區；D值在移行帶非癌區與外周帶非癌區之間差異有統計學意義(P<0.05)，從均值差來看，外周帶非癌區對應的D值高于移行帶非癌區(表2)。

表2 四組IVIM-DWI測得的D值在不同區域間的均值差

注：*P<0.05。

討 論

1.前列腺IVIM-DWI的b值選擇

Pang等[8]在前列腺IVIM-DWI研究時采用了5個b值(0、188、375、563和750 s/mm2)的不同組合，評價各b值組合所測參數值在前列腺Mp-MRI中的應用價值，研究結果表明IVIM各參數值可因b值不同而發生相應變化。

本研究對8個b值(0、10、20、50、100、200、500、1000 s/mm2)分成四組行前列腺IVIM-DWI掃描所獲的IVIM參數中，f值和D*值在前列腺癌區、移行帶非癌區、外周帶非癌區間的差異均無統計學意義(P>0.05)，f值在以往文獻中稍有爭議，D?pfert等[9]所測得的前列腺癌區f值明顯低于非癌區(P<0.05)，而Shinmoto[10]等則認為f值在前列腺癌區與良性增生區間差異無統計學意義(P>0.05)。本研究結果顯示D值在前列腺癌區與移行帶非癌區、前列腺癌區與外周帶非癌區、移行帶非癌區與外周帶非癌區間差異均有統計學意義(P<0.05)，這與以往文獻的研究結果相符[8,10,11]，其原因是腫瘤組織內細胞密度較大、細胞排列紊亂、細胞核質比及細胞間質成分減少等因素限制了組織內水分子的擴散運動，即水分子的真性擴散明顯受限，導致代表單純水分子擴散的D值降低，其降低程度大于非癌組織。本研究中四組IVIM-DWI掃描所測得的移行帶非癌區的D值均低于外周帶非癌區，且兩者間差異具有統計學意義(P<0.05)，究其原因可能為本組研究的納入對象均為60歲以上男性，移行帶存在不同程度的良性增生，增生區細胞特別是基質及纖維成分增加，局部增生組織致密，水分子的真性擴散相應受限，使得代表單純水分子擴散的D值降低，而外周帶非癌區的腺體組織富含水分，水分子的真性擴散并未受到限制，故而導致兩者間的D值產生差異。

本研究結果表明采用的四種b值組合進行前列腺IVIM-DWI掃描所測得的D值均可為作為評價指標，為前列腺癌組織、移行帶非癌組織、外周帶非癌組織間的鑒別診斷提供量化評價依據。以往的前列腺IVIM-DWI研究中，b值的數量在5～10個之間[8,10]，但較多的b值需要較長的采集時間，影響臨床工作效率。本研究中A組的b值數量為5個(0、10、100、200、1000s/mm2),可達到鑒別診斷前列腺癌區、移行帶非癌區、外周帶非癌區的要求，且掃描時間最短，為3分18秒，較D組的圖像采集時間(5分42秒)減少了42%，建議在臨床前列腺IVIM-DWI掃描中使用。

本研究結果顯示，f值和D*值在前列腺癌區、移行帶和外周帶非癌區間的差異均無統計學意義(P>0.05)，不能作為前列腺癌組織與非癌組織的鑒別診斷指標。這可能與f值、D*值測量的可重復性差有關[12]，也可能由于f值和D*值為灌注相關參數，對管道結構內液體的流動及腺體分泌較敏感[10]。

2.本研究的不足和展望

本研究的不足之處：①納入患者均經穿刺活檢病理證實，前列腺尖部病變和早期侵襲性低的微小癌灶易被漏穿，可導致病理結果的假陰性；②未行前列腺大切片與其MRI圖像的對照研究，僅以穿刺病理結果作為最終診斷，而穿刺活檢病理與MRI圖像間的匹配難以達到理想的擬合度；③由于掃描時間和后處理軟件的限制，所選b值數量受到一定的限制。由于目前IVIM-DWI技術在前列腺疾病診斷中的應用尚不成熟，缺乏公認的b值組合設置標準和統一的IVIM-DWI后處理軟件，筆者在今后的工作中將針對上述不足完善設計，增大樣本量，作進一步的深入研究。