表觀擴散系數(shù)鑒別前列腺中央腺體癌和前列腺增生的價值

王翠艷，朱向玉，王 靜，張新娟，邱秀玲，魏煜龍，王光彬

隨著MR主磁場提高、線圈改進及MR波譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)、擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)、灌注加權成像(perfusion weighted imaging，PWI)等新技術的應用，MRI對前列腺癌(prostate cancer，PCa)診斷的準確度獲得了較大的提高，敏感性和特異性分別達到89%和77%[1]。但諸多研究大多定位于外周帶(peripheral zone，PZ)癌，而25%～30%的PCa位于中央腺體(central gland，CG)[2]，病變與周圍組織信號對比差，易受增生結節(jié)干擾，因此難以檢出。另外，由于CG位置較深，經(jīng)直腸超聲引導下穿刺難以穿到，也使得這一部分癌容易漏診。因此，我們分析一組PCa和良性前列腺增生(benign prostate hyperplasia，BPH)患者的表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)，以探討ADC值在鑒別CG區(qū)PCa和BPH的應用價值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

收集2007年1月－2010年3月期間在我所行前列腺MR檢查、經(jīng)電鏡內(nèi)切或根治術切片病理證實為CG區(qū)PCa患者共23例作為PCa組，年齡41～78歲(平均年齡61.5±4.5歲)；并從同期患者中隨機選擇年齡相匹配、病理結果證實為BPH的患者23例作為BPH組，年齡45～81歲(平均年齡62.1±4.8歲)。

1.2 MRI掃描參數(shù)

采用Sonata 1.5 T掃描儀(Siemens，Germany)，腹部相控陣線圈，患者中度充盈膀胱行仰臥位掃描。掃描序列包括：橫軸位T1WI(TR/TE=420/9.2 ms)、FS-T2WI(TR/TE=3800/139 ms)、DWI(b值分別取300、500和800 s/mm2)。DWI采用單次激發(fā)EPI序列，參數(shù)如下：b=300時，TR/TE=3500/53.3 ms，矩陣128×128，NEX 4，掃描時間56 s；b=500時，TR/TE=3500/59.0 ms，矩陣128×128，NEX 4，掃描時間56 s；b=800時，TR/TE=3500/65.3 ms，矩陣128×128，NEX 4，掃描時間56 s。以上序列掃描層厚均為4 mm，層間隔0 mm。

1.3 DWI分析方法

信噪比(signal to noise ratio，SNR)測量與計算：設定相同大小(100 mm2)感興趣區(qū)(regions of interest，ROI)于前列腺CG區(qū)和掃描范圍內(nèi)人體組織之外的相同位置，分別測量每個b值DWI的圖像平均信號強度(signal intensity，SI)及空氣信號強度標準差(standard deviation，SD)。SNR計算公式為：SNR=SI/SD。

ADC值測量：在機器自動生成的ADC圖上分別測量不同b值條件下PCa和BPH的ADC值，采用手動描繪ROI法，PCa組根據(jù)病理提示及ADC圖上信號差異逐層描繪ROI，取所有層面病灶ADC值的平均值作為該次測量值；BPH組逐層描繪整體CG為ROI，同樣取所有層面ADC值的平均值作為該次測量值；所有研究對象均重復測量3次，取平均值作為最終ADC值。

1.4 統(tǒng)計分析

圖像質(zhì)量分析采用配對t檢驗比較3種不同b值所測得DWI圖像SNR值之間差異有無統(tǒng)計學意義。ADC值分析包括：對3種不同b值所測得ADC值進行配對t檢驗，比較相互之間差異有無統(tǒng)計學意義；利用獨立樣本t檢驗比較PCa組和BPH組分別在不同b值條件下所得ADC值有無差異；以病理結果PCa(=1)和BPH(=0)為金標準進行ROC分析，計算曲線下面積(area under the curve，Az)，得出不同b值ADC診斷CG區(qū)PCa的最佳臨界值及相應的敏感性、特異性。統(tǒng)計學分析均采用SPSS 10.0統(tǒng)計軟件，以P＜0.05作為有統(tǒng)計學意義的檢驗水平。

2 結果

2.1 CG區(qū)PCa與BPH的MRI及DWI表現(xiàn)

23例PCa中有14例病灶局限于CG，9例累及PZ但病灶中心位于CG，均為單發(fā)病灶，直徑≥5 mm，病理結果均為腺癌。在MRI上表現(xiàn)為T2WI均勻或不均勻低信號，無明顯包膜，與增生的CG難以區(qū)分，T1WI呈等信號。在DWI上表現(xiàn)為高信號，并隨著b值增高，與周圍組織對比增加，相應ADC圖上呈低信號(圖1)。

23例BPH患者病理結果顯示腺體增生為主15例，纖維基質(zhì)增生為主8例，在MRI上表現(xiàn)無法區(qū)分，T2WI信號都不均勻，可見多發(fā)信號、大小不等結節(jié)，T1WI多為等信號，其中3例見小灶性高信號或低信號區(qū)(病理提示為鈣化)。在DWI上表現(xiàn)為低于正常PZ的不均勻信號，相應ADC圖信號亦不均勻，低于PZ但高于PCa。

2.2 圖像質(zhì)量分析結果

三種不同b值DWI圖像SNR平均值分別為：b=300時SNR=35.94±6.46，b=500時SNR=29.02±5.29，b=800時SNR=23.18±4.38。經(jīng)配對t檢驗，相互之間差異具有顯著統(tǒng)計學意義，P＜0.001。

2.3 ADC分析結果

PCa組不同b值所得ADC均數(shù)分別為b=300時(1.41±0.33)×10-3mm2/s，b=500時(1.22±0.30)×10-3mm2/s，b=800時(1.00±0.25)×10-3mm2/s，配對t檢驗結果顯示兩兩之間差異具有顯著統(tǒng)計學意義，P＜0.001。BPH組不同b值所得ADC均數(shù)分別為b=300時(1.88±0.13)×10-3mm2/s，b=500時(1.67±0.08)×10-3mm2/s，b=800時(1.41±0.11)×10-3mm2/s，配對t檢驗結果顯示兩兩之間差異具有顯著統(tǒng)計學意義，P＜0.001。

經(jīng)獨立樣本t檢驗，PCa組與BPH組在不同b值條件下得到的ADC值之間差異均具有顯著統(tǒng)計學意義，P＜0.001。PCa組在不同b值水平所得ADC值均高于BPH組，但有部分重疊。以病理結果PCa(=1)和BPH(=0)為金標準描繪ROC曲線(圖2)，得到b=300、500、800時，Az分別為0.89、0.91、0.94；當b=800時，取診斷界值1.295、1.305、1.320時，ADC診斷CG區(qū)PCa的敏感性和特異性分別為91.3%和82.6%，87%和87%，78.3%和95.7%。

圖1 CG區(qū)PCa患者前列腺橫軸位MRI，箭標所示為參照病理得出PCa病灶。1A為FS-T2WI，病灶呈較均勻略低信號，與周圍CG似有邊界，很難區(qū)分二者。1B為T1WI，無法區(qū)分病灶與周圍CG。1C、1D、1E分別為b=300、500、800時的DWI圖像，顯示病灶呈高信號并依次升高，與周圍CG信號差別越來越明顯。1F、1G、1H分別為b=300、500、800時的ADC圖像，顯示病灶呈低信號，與周圍CG信號差別較明顯

圖2 以病理結果為金標準，不同b值條件下，ADC值診斷CG區(qū)PCa的ROC曲線。從圖中可以看出，b=800時Az最大

3 討論

3.1 DWI成像原理與PCa病理基礎

DWI成像的基礎是自由水分子的隨機運動，用ADC值來反映組織內(nèi)水分子擴散變化。水分子的隨機運動由其所處的環(huán)境決定，組織細胞的形態(tài)、大小、排列、分布、通透性，以及細胞外間隙和液體的多少，直接影響著組織的擴散程度。前列腺的CG和PZ腺體分布不同，導管數(shù)量、細胞大小都不同，所以正常前列腺CG和PZ水分子的擴散是不同的。當CG發(fā)生癌變時，癌組織替代了富含水的腺體結構，癌細胞體積變小、細胞核增大或出現(xiàn)核分裂像，細胞器增大，胞漿較少，核與細胞質(zhì)比例增加，細胞內(nèi)水分子運動受限，細胞內(nèi)擴散下降；腺體呈不規(guī)則排列，雜亂分布，互相融合直至腺體減少；正常的結締組織網(wǎng)架喪失，可出現(xiàn)更致密的異常間質(zhì)組織緊緊包繞于周圍，導致單位體積內(nèi)有形成分增加；另外，惡性組織對周圍淋巴管、血管等結構的浸潤，以及腺腔內(nèi)的黏液淤積或出現(xiàn)結晶體均會進一步加強對水分子擴散的限制。綜合的結果是DWI信號上升，ADC值降低[3,4]。本研究中PCa組的DWI信號在三種b值條件下均高于周圍CG組織，ADC值降低。

BPH包含的成分比較復雜，腺體增生時由于富含水，局部總的擴散活動增強，DWI信號衰減，ADC值增大；纖維基質(zhì)增生時大量纖維組織使細胞外間隙減小，自由水的運動受限，擴散減弱，DWI信號增強，ADC值變小。因此，BPH的DWI特征取決于增生纖維、肌組織和腺體的比例[5]。本研究中BPH組在不同b值條件下DWI和ADC圖上均表現(xiàn)為不均勻信號，所測ADC平均值無明顯下降。

3.2 DWI成像質(zhì)量分析

本研究中DWI成像采用EPI序列，b值取300、500、800 s/mm2時，所測SNR逐漸降低，彼此之間差異具有顯著性統(tǒng)計學意義。b值增加，擴散敏感性增加，但參與成像的水分子數(shù)量減少，直接導致SNR降低，另外磁敏感性增加，偽影也會加重，所以在實際應用中，并不是b值越高越好，需要權衡考慮。

3.3 ADC診斷價值

ADC是代表組織水分子擴散特性的參數(shù)，理論上與b值大小無關，但本研究中三種不同b值所測相同組織的ADC值并不相同，而且彼此之間差異具有顯著統(tǒng)計學意義，可能與b值不同所造成的圖像SNR不同會影響實際測值，另外所加梯度場不同，水分子所處的磁場環(huán)境亦不同，也可能會影響ADC值。該現(xiàn)象提示在研究不同組織ADC差異時，要在相同b值條件下進行。

CG區(qū)BPH發(fā)生率較高，因增生組織不同，病理差異較大，在常規(guī)MRI上信號多不均勻，導致與PCa鑒別困難。動態(tài)增強掃描對CG區(qū)內(nèi)PCa的檢出價值文獻報道也不一致，穿刺活檢雖然是診斷PCa的有效手段，但穿刺組織長度有限，對CG區(qū)內(nèi)PCa漏診率較高。近期國內(nèi)有報道MRS對CG區(qū)PCa診斷有價值[6]，但MRS受干擾因素較多，操作技術要求高，且成像時間長(1次掃描需7～16 min不等)，有待于從硬件和軟件上進一步提高。PCa病理基礎改變?yōu)镈WI鑒別PCa和BPH提供良好依據(jù)，Sato等對23例PCa的ADC值與非癌組織的ADC值進行比較，得出癌與非癌組織的ADC值差異有統(tǒng)計學意義[7]。另有多位學者研究PCa與BPH和正常前列腺組織的ADC差異[8,9]，但大都定位于PZ的PCa。本組數(shù)據(jù)顯示，CG區(qū)PCa與BPH在不同b值條件下得到的ADC值之間差異均具有顯著統(tǒng)計學意義，PCa的ADC值均低于BPH，與文獻報道一致。利用ROC分析得出三種不同b值條件下ADC鑒別CG區(qū)PCa和BPH的效能均較高，以b=800時最高，Az值為0.94，取最佳臨界值為1.305時，敏感性、特異性均為87%。但由于b值越高，SNR越低，并不是b值越高越好，本研究考慮到SNR的因素，未選擇更高b值。另外，DWI掃描時間短(1 min)，操作簡單，受干擾相對較少，為鑒別CG區(qū)PCa和BPH提供一種可選方法。

4 結論

ADC值能夠反映CG內(nèi)PCa水分子擴散運動下降的情況，在ADC圖上表現(xiàn)為明顯低信號，病灶區(qū)ADC值明顯下降，與BPH表現(xiàn)具有顯著差異，因此運用ADC值有助于CG內(nèi)PCa和BPH的鑒別，對于提高CG內(nèi)PCa的檢出率具有重大意義。不同b值得到ADC值會有差異，應在相同b值條件下進行比較。

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