高級擴散加權成像比單指數DWI在鑒別移行帶前列腺癌與前列腺增生的優勢

任慧鵬，范晴，王曉虎，任轉琴

前列腺癌(prostate cancer，PCa)發病率逐年上升，已成為我國70歲以上男性第一高發泌尿系腫瘤[1]。約20%的PCa發生在位置較深的移行帶(transition zone，TZ)[2]，前列腺增生(benign prostatic hyperplasia，BPH)更是好發于移行帶，兩者臨床表現相似，故早期診斷TZ-PCa有重要的臨床意義。

MRI已成為前列腺檢查的首選方法，擴散加權成像(diffusion-weighted imaging，DWI)在前列腺癌臨床診斷中受到越來越多的應用[3]，但是TZ-PCa與BPH的ADC值仍存在一定重疊[4-5]。高級擴散加權成像包含了體素內不相干運動DWI (introvoxel incoherent movement DWI，IVIM-DWI)、拉伸指數DWI模型(stretched exponential DWI model，SEM)、擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)等非高斯擴散后處理模型[6]，這些模型通過多b值、高b值多維度分析，能更加真實和精確地反映組織擴散特性。本研究探討IVIM-DWI的慢速擴散系數(ADC slow )、SEM的擴散分布系數(distributed diffusion coefficient，DDC)及DKI的平均峰度(mean kurtosis，MK)等在TZ-PCa與BPH的鑒別診斷是否優于單指數DWI的ADC值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

收集2017年10月至2018年11月在我院接受前列腺MRI檢查的病例104例，納入標準：(1)配合良好，圖像清晰，掃描序列完整；(2) MRI檢查前未進行穿刺活檢或治療；(3)病變位于前列腺移行帶；(4) MRI檢查后2周內在我院行經直腸超聲引導下穿刺活檢或前列腺根治性手術取得病理結果。排除標準：(1)掃描序列不全，圖像質量差；(2)檢查前接受穿刺或治療；(3)移行帶及外周帶均受累。所有患者檢查前均簽署了知情同意書。根據病理結果分為TZ-Ca組48例，26例行超聲引導下穿刺活檢，22例行根治性手術，Gleason評分為6～10分，其中3例為6分，8例為3+4=7分，10例為4+3=7分，15例為8分，7例為9分，5例為10分，平均年齡(76.4±5.7)歲，平均前列腺特異性抗原(prostate specific antigen，PSA)為(25.5±7.6) ng/ml；BPH組56例，49例行超聲引導下穿刺活檢，7例行根治性手術，其中間質為主型12例，腺體為主型9例，混合型35例，平均年齡(67.3±3.8)歲，平均PSA為(8.2±4.6) ng/ml。本研究為回顧性研究，已通過寶雞市中心醫院倫理委員會審核批準。

1.2 MRI檢查方法

采用GE 3.0 T 750w MR掃描儀，體部相控陣線圈。患者檢查前禁食、禁水4 h，適量儲尿。對所有患者進行常規MRI序列、單指數DWI、多b值DWI (multiple b-value diffusion weighted imaging，Mb-DWI)及DKI序列掃描。單指數DWI掃描參數：TR 5000 ms，TE 100ms，矩陣128×128，FOV 370 mm×370 mm，b值0、1500 s/mm2，NEX為6。Mb-DWI掃描參數：TR 4000 ms，TE 92.5 ms，矩陣128×52，FOV 340 mm×136 mm，b值0、20、50、80、100、150、200、400、800、1000、1500、2000、2500 s/mm2，NEX為2、2、2、2、2、2、2、2、6、8、8、10、10。DKI掃描參數：TR 5000 ms，TE 92.5 ms，矩陣128×128，FOV 420 mm×420 mm，b值0、1000、2000 s/mm2，NEX為1。

1.3圖像分析與處理

應用GE AW 4.6工作站進行圖像重建及參數值測量。測量參數包括ADC、ADCslow、DDC及MK。由2名具有5年以上前列腺MRI診斷經驗的主治醫師采用雙盲法對上述參數進行測量，意見不同時經協商達成一致。應用DWI軟件處理單指數DWI序列獲得ADC圖；應用MADC軟件處理MB-DWI序列(其中IVIMDWI的b值選取0～1000 s/mm2，SEM的b值選取0～2500 s/mm2)；應用DKI軟件處理DKI序列；通過將后處理圖像與穿刺或手術部位病理對照確定病灶部位及范圍，于病變最大層面勾畫多個(≥3個)感興趣區(region of interested,ROI)，ROI面積≥30 mm2，并盡量避開出血、鈣化及壞死區，計算平均值。

1.4 統計學分析

采用SPSS 25.0進行數據分析。對所有參數值進行正態性檢驗及方差齊性檢驗，符合正態分布后，計量資料以±s表示；采用組內相關系數(intraclass correlation coefficient，ICC)評價兩名觀察者測量結果的一致性，若一致性良好(ICC＞0.75)，采用標準差小的結果進行統計分析；采用兩個獨立樣本t檢驗比較兩組間參數值差異。繪制ROC曲線，分析各參數的診斷效能及計算閾值。采用Z檢驗比較諸參數曲線下面積(area under the curve，AUC)的差異性。以P＜0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 各參數的測量結果

2名觀察者對兩組各參數的測量結果一致性良好，ICC均＞0.75(表1)

2.2 兩組間單指數DWI及高級擴散加權成像參數值比較

TZ-PCa組ADC、ADCslow、DDC值明顯低于BPH組，MK值明顯高于BPH組(P均＜0.001)；見圖1～3、表2。

2.3 單指數DWI、高級擴散加權成像(IVIM-DWI、SEM、DKI)參數值診斷效能比較

AUC由高到低依次為：ADCslow+DDC+MK、MK、DCC、ADCslow、ADC，其中ADCslow+DDC+MK、MK、DCC與ADC的AUC存在統計學差異(P均＜0.05)，ADCslow+DDC+MK、MK、DCC及ADCslow間的AUC無統計學差異，ADCslow+DDC+MK的敏感度和特異度均為100%(圖4，表3)。

表1 2名觀察者對兩組各參數測量的ICC結果Tab. 1 ICC measured by two observers for each parameter of two groups

表2 兩組間ADC、ADCslow、DDC及MK值比較(±s)Tab. 2 Comparison of ADC，ADCslow，DDC and MK values between the two groups (±s)

表2 兩組間ADC、ADCslow、DDC及MK值比較(±s)Tab. 2 Comparison of ADC，ADCslow，DDC and MK values between the two groups (±s)

注：ADC、ADCslow及DDC的單位為×10-3 mm2/s

組別ADCADCslowDDCMK TZ-PCa0.718±0.032 0.605±0.024 0.578±0.036 1.097±0.030 BPH0.938±0.034 1.129±0.039 1.391±0.073 0.644±0.028 t值-5.622-6.304-9.91910.982 P值＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001

表3 ADC、ADCslow、DDC、MK值及ADCslow+DDC+MK鑒別診斷TZ-PCa與BPH效能比較Tab.3 Comparison of ADC, ADCslow, DDC, MK and ADCslow+DDC+MK in differential diagnosis of TZ-PCa and BPH

3 討論

PCa起源于前列腺腺泡或導管上皮，約80%的PCa發生在外周帶，約20%發生在移行帶。BPH則發生在包繞尿道周圍的移行帶。以往有學者研究發現T2WI難以將富含纖維基質的間質增生結節和TZ-PCa相鑒別[7]。PI-RADS V2的普及率也不是很高，其評分為主觀評分，準確性受人為因素影響較大[8]，因此難以做到同質化診斷。所以TZ-PCa和BPH的鑒別經常給臨床診斷工作帶來挑戰。隨著DWI多種數學模型的不斷發展，諸多可量化的參數被用于鑒別兩者的研究中。

單指數模型DWI可以檢測活體內水分子擴散運動速率，其ADC值可定量評估腫瘤組織細胞密集度及核漿比等病理特征。以往研究顯示TZ-PCa的ADC值明顯低于BPH[9]，但Gupta等[10]研究結果顯示ADC值在TZPCa與BPH間存在較多重疊，包括BPH與高級別PCa；Oto等[11]及Liu等[7]發現間質增生結節與TZ-PCa間的ADC值存在較大重疊，這是因為致密的纖維基質排列和腺體的減少導致了間質增生結節內水分子擴散運動受限[12]；除此之外，Nagel等[13]還發現了TZ-PCa與前列腺炎之間的ADC值也存在重疊現象。本研究結果顯示TZ-PCa的ADC值明顯低于BPH (P＜0.001)，但兩組間的ADC值依然存在部分重疊，與上述研究結果相似，因為單指數模型DWI忽視了組織結構的復雜性，其ADC值包含了組織內血流灌注信息，導致描述擴散信息不夠精確。

高級擴散加權成像包括了IVIM-DWI、SEM、DKI等多b值多維度分析、基于非高斯擴散的模型，其多種參數能夠反映病變組織更加復雜的擴散特性。

IVIM-DWI是用多b值掃描來擬合雙指數模型，從而提取出了高b值的擴散特性和低b值的灌注特性，ADCslow值免受了低b值狀態下灌注對擴散的影響，能更準確地反映擴散特性。SEM的分布擴散系數DDC代表多指數衰減中一個平均化的ADC值。既往研究發現ADCslow及DDC在TZ-PCa與BPH鑒別診斷中表現優異，在與ADC值的比較研究中，Feng等[14]在不同b值范圍的DWI對比研究中發現在各個b值范圍內(0～1000 s/mm2、0～2000 s/mm2、0～3200 s/mm2、0～4500 s/mm2) ADCslow的AUC均小于ADC值，但DDC值在低b值范圍(0～1000 s/mm2)的診斷能力高于ADC值(P=0.014)，Li等[15]及陳雨菲等[16]在采用0～2000 s/mm2的較高b值范圍時發現DDC值較ADC值依然無明顯診斷優勢，Li等[15]的研究結果還顯示ADCslow的AUC小于ADC值(0.835與0.856)。上述結果可能和b值數量及高低有關，低b值反映血流灌注效應，高b值反映水分子擴散效應，隨著b值增多，ADCslow值的準確度會增加，高b值范圍計算出的DDC值診斷能力要優于低b值范圍。本研究中IVIM-DWI采用10個b值(0～1000 s/mm2)，SEM采用13個b值(0～2500 s/mm2)，結果顯示TZ-PCa的ADCslow、DDC值明顯低于BPH組(P均＜0.001)，因為PCa細胞排列緊密，核漿比高，腺體破壞，限制了水分子自由運動，ADC、ADCslow、DDC值均降低，其中ADCslow去除了灌注因素的影響，DDC值則是多b值多區間的ADC值按體積分數加權比的總和，從而能更加精確地反映組織內水分子單純擴散受限特性，兩者鑒別Ca和BPH的能力增大。本研究結果顯示ADCslow的AUC大于ADC值(0.989與0.927)，兩者無明顯統計學差異(Z=1.944，P=0.052)，但是ADCslow診斷的敏感度和特異度高于ADC值，DDC的診斷效能則優于ADC值(Z=1.994，P=0.046)。總之，IVIM-DWI及SEM較單指數DWI在TZ-PCa與BPH的鑒別中體現出更多優勢。

由于人體組織微觀結構復雜，水分子運動表現為更加復雜的非高斯擴散方式，DKI用峰度的概念量化了水分子在復雜環境中擴散位移與水分子高斯分布擴散位移間的偏離程度[17]，更加真實地反映了水分子擴散受限程度及擴散的不均質性，從而進一步揭示了組織結構的復雜程度。MK值為各個方向上的平均峰度，其值越大表明擴散受限越嚴重，組織結構越復雜。Yi等[18]在一項關于DKI與單指數DWI對前列腺癌診斷效能比較的Mete分析研究中發現MK值與ADC值的診斷效能無明顯差異。Tamura等[19]和Rosenkrantz等[20]的研究均顯示MK值在鑒別PCa和BPH的AUC大于ADC值，雖然無統計學差異，但是敏感度高于ADC值。Feng等[14]及Mazzoni等[21]的研究則發現MK值鑒別TZ-PCa和BPH的診斷效能高于ADC值。本研究顯示TZ-PCa組的MK值明顯高于BPH組(P均＜0.001)，且MK值的診斷效能高于ADC值(Z=2.081，P=0.037)，與Feng等[14]及Mazzoni等[21]的研究結果一致。筆者認為前列腺癌組織較增生組織內部排列更加緊密、紊亂，結構更加復雜，其內水分子擴散偏離高斯分布的程度遠大于BPH組織，所以TZ-PCa組的MK值明顯高于BPH組，MK值較ADC值更能反映組織內水分子擴散的不均質性及受限的程度，其鑒別TZ-PCa與BPH的能力優于單指數DWI的ADC值。

本研究中筆者還發現ADCslow+DDC+MK聯合診斷的效能亦明顯優于ADC值(Z=2.374，P=0.018)，AUC高達1，雖然和ADCslow、DDC、MK之間的診斷效能無統計學差異(P均＞0.05)，但敏感度及特異度高于后三個參數，均高達100%，說明三個參數在體現水分子擴散及微觀結構方面存在互補性，聯合參數可進一步提高診斷的敏感度和特異度。本研究樣本量較小，可能存在統計偏倚，其穩定性有待大樣本量進一步研究驗證。

綜上所述，高級擴散加權成像較單指數DWI能夠更加精確地探測前列腺組織水分子擴散特性及微觀結構復雜程度，其在TZ-PCa和BPH的鑒別診斷中效能優于單指數DWI，可以為前列腺癌的臨床診斷提供更加精確可靠的量化參數。

利益沖突：無