MR擴(kuò)散張量成像定量參數(shù)FA和ADC值在前列腺移行帶結(jié)節(jié)良惡性分級(jí)中的應(yīng)用價(jià)值

可贊，王良，鄧明，閔祥德，蔡杰，馮朝燕，李拔森

MR擴(kuò)散張量成像定量參數(shù)FA和ADC值在前列腺移行帶結(jié)節(jié)良惡性分級(jí)中的應(yīng)用價(jià)值

可贊，王良*，鄧明，閔祥德，蔡杰，馮朝燕，李拔森

目的 探討MR擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)定量參數(shù)各向異性值(fractional anisotropy, FA)及表觀擴(kuò)散系數(shù)值(apparent diffusion coefficient, ADC)在前列腺移行帶(transition zone, TZ)結(jié)節(jié)良惡性分級(jí)中的應(yīng)用價(jià)值。材料與方法回顧性搜集84例TZ有異常結(jié)節(jié)信號(hào)病例，均經(jīng)靶向超聲引導(dǎo)下直腸穿刺活檢病理證實(shí)：54例為移行帶前列腺癌(transition zone-prostate cancer, TZ-PCa)，30例為良性前列腺增生(benign prostatic hyperplasia，BPH)。根據(jù)病理結(jié)果將患者分為3組：BPH、Gleason評(píng)分(GS)≤3+4=7、GS≥4+3=7，所有患者均行前列腺常規(guī)MRI檢查及DTI掃描，測(cè)量感興趣區(qū)的FA值和ADC值，統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用單因素方差分析(ANOVA)。結(jié)果3組患者的平均FA值分別為150.52±29.63、215.21±54.59、251.01±59.47，總體差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=32.882，P=0.000)；組間比較，BPH組與其他2組的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.000)，GS≤3+4=7與GS≥4+3=7組間差別無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.081)；3組患者的平均ADC值(×10–6mm2/s)分別為1606.11±234.64、854.00±172.29、742.78±115.91，總體差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=202.928, P=0.000)；組間比較，BPH組與其他2組均存在差異(P=0.000)，GS≤3+4=7與GS≥4+3=7組間差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.040)。結(jié)論DTI定量參數(shù)FA和ADC值在鑒別TZ結(jié)節(jié)良惡性方面有較高的價(jià)值，ADC值在惡性結(jié)節(jié)的高低危分級(jí)方面更具優(yōu)勢(shì)。

前列腺腫瘤；彌散張量成像

Received 27 Jan 2016, Accepted 28 Mar 2016

ACKNOWLEDGMENTSThis work was part of project of the National Natural Science Foundation of China (No. 81171307).

前列腺移行帶(transition zone, TZ)位于尿道前列腺部?jī)蓚?cè)，前鄰前肌纖維基質(zhì)，后貼前列腺中央帶(central zone, CZ)，兩側(cè)包繞前列腺外周帶(peripheral zone, PZ)，體積最小，約占前列腺總體積的5%[1]。隨著男性年齡的增長(zhǎng)，TZ的體積可能會(huì)逐漸增大，并產(chǎn)生異常信號(hào)的結(jié)節(jié)，正確判斷結(jié)節(jié)性質(zhì)的良惡性，不僅影響臨床治療方案的選擇，也影響患者未來的生活質(zhì)量。近年來，前列腺癌(prostate cancer，PCa)的發(fā)病率正逐年升高[2]，其中約有25%～30%的PCa發(fā)生于TZ[3-4]；Akin等[5]的研究表明：TZ的腫瘤灶更易局限于器官內(nèi)，即TZ相較于PZ來說，早期發(fā)現(xiàn)并確診惡性病灶，患者的預(yù)后可能會(huì)更好。目前的MRI技術(shù)對(duì)提高前列腺TZ異常信號(hào)結(jié)節(jié)的檢出已有了一定的研究[6-8]，而基于彌散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging, DWI)技術(shù)發(fā)展起來的擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)技術(shù)，隨著3.0 T場(chǎng)強(qiáng)、超快速平面回波序列及并行采集技術(shù)的應(yīng)用日趨成熟，已從中樞系統(tǒng)逐步應(yīng)用于體部，且對(duì)正常前列腺及PZ-PCa也有了初步的探究[9-11]。但DTI對(duì)于前列腺TZ異常信號(hào)結(jié)節(jié)的疾病診斷與鑒別分級(jí)的應(yīng)用研究還較少，筆者旨在探討其定量參數(shù)表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient, ADC)值和各向異性(fractional anisotropy, FA)值在前列腺移行帶結(jié)節(jié)分級(jí)中的應(yīng)用價(jià)值比較。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

回顧性分析2014年9月至2015年9月于我院行前列腺M(fèi)RI的患者，納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)患者檢查序列完整，包括常規(guī)掃描序列和DTI；(2)患者M(jìn)RI掃描后經(jīng)穿刺活檢證實(shí)為PCa或BPH，其中將腫瘤體積的70%位于TZ作為TZ-PCa的納入標(biāo)準(zhǔn)[12]，后根據(jù)Muller等[13]的研究將納入的TZ-PCa患者分為GS≤3+4=7和GS≥4+3=7兩組；(3)患者行MRI檢查前，無前列腺穿刺活檢史、無內(nèi)分泌治療或放療等相關(guān)治療史。排除MRI掃描有禁忌、掃描圖像質(zhì)量差及運(yùn)動(dòng)偽影重影響診斷者。經(jīng)嚴(yán)格篩查，最終84例前列腺TZ有異常信號(hào)結(jié)節(jié)的患者納入研究，其中BPH為30例，年齡58～81歲，平均(68.8±6.2)歲；TZ-PCa為54例，年齡52～88歲，平均(69.0±9.6)歲，其中合并外周帶癌22例，腫瘤單發(fā)23例，多發(fā)31例。

1.2 檢查方法

所有患者均采用德國(guó)Siemens 3.0 T Skyra MR掃描儀行前列腺T1WI、T2WI及DTI掃描；射頻發(fā)射線圈采用體線圈，接收線圈為腹部32通道相控陣線圈。檢查前，患者均適度充盈膀胱取仰臥位，以前列腺為掃描中心。掃描參數(shù)如下：(1)前列腺矢狀面、冠狀面及軸面均采用快速自旋回波T2WI (TSE-T2WI): TR 6874 ms，TE 104 ms，層厚3 mm，無間距掃描，F(xiàn)OV 180 mm×180 mm，激勵(lì)次數(shù)2次，矩陣384×384。(2)前列腺軸面快速自旋回波T1WI (TSE-T1WI)：TR 807 ms，TE 13 ms，層厚5 mm，無間距掃描，F(xiàn)OV 300 mm×350 mm，激勵(lì)次數(shù)1次，矩陣286×320。(3) DTI采用前列腺軸面單次激發(fā)自旋平面回波成像(SE-EPI) TR 4900 ms，TE 89 ms，F(xiàn)OV 300 mm×240 mm，矩陣220× 240，層厚3.0 mm，無間距掃描，擴(kuò)散敏感梯度方向數(shù)為20，回波鏈長(zhǎng)度1，擴(kuò)散加權(quán)系數(shù)b=800 s/mm2。所有序列總成像時(shí)間為9 min 54 s。

1.3 圖像分析

將患者的所有掃描圖像傳輸至西門子數(shù)據(jù)處理工作站Syngo VE40B，DTI掃描數(shù)據(jù)經(jīng)Neuro 3D軟件處理生成ADC圖和FA圖，根據(jù)病檢提示及T2WI顯示的異常信號(hào)灶對(duì)病灶進(jìn)行定位，采用手動(dòng)描繪法選取位于TZ的病灶的最大層面沿病灶邊緣描繪ROI，但未超過病灶邊緣，同時(shí)避開尿道、鈣化、囊變壞死灶等，每個(gè)病灶測(cè)三次，取平均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 三組患者FA值和ADC值結(jié)果比較

經(jīng)檢驗(yàn)，所有數(shù)據(jù)均滿足正態(tài)性(P＞0.300)；各組間ADC值及FA值均不滿足方差齊性(P值分別為0.001和0.010)，故采用Welch近似F檢驗(yàn)分別進(jìn)行3組間FA值及ADC值差異比較：3組患者中，BPH組的ADC值最高，F(xiàn)A值最低；GS≥4+3=7組的ADC值最低，F(xiàn)A值最高；3組間FA和ADC值差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=32.882, P=0.000; F=202.928, P=0.000)(表1)。后采用Dunnett T3檢驗(yàn)分別進(jìn)行組間兩兩比較：FA值結(jié)果顯示，BPH與GS≤ 3+4=7、BPH與GS≥4+3=7組間差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.000, P=0.000)，GS≤3+4=7與GS≥4+3=7組間差別無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.081)；ADC值結(jié)果顯示，BPH與GS≤3+4=7、BPH與GS≥4+3=7、GS≤3+4=7與GS≥4+3=7組間差別均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值分別為0.000、0.000、0.040)(表2)。

2.2 移行帶異常信號(hào)結(jié)節(jié)灶的影像表現(xiàn)

分別選取了一組移行帶惡性結(jié)節(jié)(圖1)和良性結(jié)節(jié)(圖2)的T2WI、ADC圖、FA圖及相應(yīng)病理圖。從中可見，惡性結(jié)節(jié)在T2WI及ADC圖上表現(xiàn)為較均勻的低信號(hào)，而良性結(jié)節(jié)在T2WI及ADC圖上較惡性結(jié)節(jié)來說，信號(hào)稍高。

表1 三組患者的ADC、FA值差異Tab. 1 The difference of ADC and FA value in 3 groups

表2 三組患者的ADC值和FA值組間兩兩比較Tab. 2 The multiple comparison of ADC and FA values in inter-groups

3 討論

3.1 三組患者FA值、ADC值差異分析

通常認(rèn)為，ADC值代表水分子的彌散程度，且與腫瘤的生長(zhǎng)和癌變組織的侵襲性有關(guān)[14]。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析TZ-PCa的2組患者(GS≤3+4=7與GS≥4+3=7)的ADC值明顯低于BPH組，這可能是由于腫瘤為短時(shí)間內(nèi)單細(xì)胞克隆新生物，其內(nèi)細(xì)胞核漿比增高，其外細(xì)胞排列紊亂，密集度增加，細(xì)胞外間隙降低從而使水分子運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散受限，相應(yīng)的ADC值降低，這與Reischauer等[15]的研究相一致。而BPH組大多以腺體增生為主：腺體的增多，使腺液分泌增加，同時(shí)細(xì)胞排列疏松，水分子擴(kuò)散自由，相應(yīng)的ADC值較高；即使以基質(zhì)增生為主的BPH，雖水分子擴(kuò)散會(huì)受到一定的限制，但其程度遠(yuǎn)不如腫瘤組織明顯，故其ADC值較腫瘤組織來說仍較高。Li等[16]有關(guān)前列腺外周帶癌與Gleason評(píng)分的相關(guān)性研究中提出：腫瘤的ADC值與Gleason評(píng)分呈負(fù)相關(guān)，即Gleason評(píng)分越高其ADC值越低，但本研究未進(jìn)行相關(guān)性分析，其理論是否同樣適用于TZ-PCa，有待于進(jìn)一步研究。其次，在進(jìn)行組間兩兩比較時(shí)，GS≤3+4=7與GS≥4+3=7組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這與以往學(xué)者的研究結(jié)果相似，即腫瘤組織無論在外周帶還是移行帶，其腫瘤特征相似，對(duì)水分子的自由擴(kuò)散作用也相似，因此ADC在腫瘤位于TZ的高低危險(xiǎn)度分級(jí)成為可能。

此外，DTI另一個(gè)重要參數(shù)FA值：是水分子各向異性成分占整個(gè)水分子擴(kuò)散的比例，其取值范圍為0～1，F(xiàn)A值越接近于1，說明該組織的擴(kuò)散異性越大，而當(dāng)FA＞0.4時(shí)，通常認(rèn)為其為全向組織結(jié)構(gòu)[17]。本研究結(jié)果顯示：TZ-PCa的2組患者FA值明顯高于BPH組，其原因可能為腫瘤是局部惡性增殖，破壞了正常細(xì)胞間的連接，細(xì)胞的正常形態(tài)及排列消失，導(dǎo)致腫瘤內(nèi)水分子自由擴(kuò)散空間減小，水分子沿腫瘤生長(zhǎng)方向的擴(kuò)散明顯增多，即各向異性增大，這與Gürses等[11]和Par等[17]在研究TZ-PCa的FA值(0.292±0.082、0.35± 0.11)相似。而BPH內(nèi)雖有增生組織，但就其整體而言增殖與凋亡保持相對(duì)平衡，細(xì)胞正常排列，水分子各方向的自由擴(kuò)散程度基本相等，即表現(xiàn)為各向同性，Par等[17]研究中BPH的FA值為0.24±0.05，其結(jié)果與本研究結(jié)果相似。GS≤3+4=7與GS≥4+3=7組間比較時(shí)，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這可能是因?yàn)镕A值本身的不穩(wěn)定從而造成差異不明顯。目前，對(duì)于PCa的FA值仍存在爭(zhēng)議，相較于正常組織來說，其可高[11,15,18]、可低[19]或無明顯差異[15,18]，其中原因可能來自于不同研究中所用儀器、受試人群情況及采用的擴(kuò)散梯度方向個(gè)數(shù)、b值等不同造成，有待于進(jìn)一步研究。

3.2 影響DTI診斷前列腺TZ疾病的因素分析

國(guó)內(nèi)外不同文獻(xiàn)對(duì)DTI在診斷前列腺TZ疾病價(jià)值方面的研究結(jié)果有所差異，筆者分析其影響因素主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：(1)年齡：鞏濤等[20]和李飛宇等[21]研究發(fā)現(xiàn)，ADC值和FA值在不同年齡段的正常成人前列腺PZ表現(xiàn)不同，與年齡具有相關(guān)性，隨著年齡的增大，ADC值逐漸升高，F(xiàn)A值逐漸降低，而正常TZ是否也具有類似表現(xiàn)，目前還沒有文獻(xiàn)報(bào)道；張冬等[22]在進(jìn)行前列腺組織IVIM-DWI與年齡相關(guān)性研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨年齡的增長(zhǎng)，前列腺各區(qū)帶的部分相關(guān)參數(shù)會(huì)發(fā)生改變，這可能與前列腺其本身組織結(jié)構(gòu)隨年齡增長(zhǎng)而變化相關(guān)，故在進(jìn)行患者篩選時(shí)也要考慮到年齡的因素，從而盡量避免年齡差異帶來的影響。(2) b值的選取：b值是DTI的重要影響因素，其過小易受T2WI的影響，從而產(chǎn)生T2投射效應(yīng)(T2 shine-through effect)，所測(cè)值不能真實(shí)反映組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；b值過大，圖像信噪比明顯下降，易產(chǎn)生磁敏感偽影影響圖像質(zhì)量。智德波等[23]在DWI中不同b值的最優(yōu)組合模型研究中發(fā)現(xiàn)不同b值分段具有不同最優(yōu)擬合模型，多模型組合分析可為臨床提供更精準(zhǔn)的幫助；其他相關(guān)文獻(xiàn)研究中b值的選取有300 s/mm2、500 s/mm2、700 s/mm2、800 s/mm2和1000 s/mm2等，本研究中權(quán)衡上述影響后選取b=800 s/mm2，其圖像質(zhì)量滿足本研究要求。(3)擴(kuò)散敏感梯度方向數(shù)；Kim等[24]研究不同擴(kuò)散敏感梯度方向數(shù)對(duì)圖像質(zhì)量以及ADC值和FA值的影響，研究中12名正常成年男性分別接受擴(kuò)散敏感梯度方向數(shù)為6、15、32的3次DTI掃描，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同擴(kuò)散敏感梯度方向數(shù)對(duì)圖像質(zhì)量沒有明顯影響，前列腺中央腺體區(qū)的ADC值和FA值差異也無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但該研究的受試對(duì)象為正常人，而對(duì)于前列腺有疾病的患者，該研究結(jié)論是否支持還有待于進(jìn)一步研究。此外，Reischauer等[15]研究發(fā)現(xiàn)，前列腺DTI掃描采用小FOV可以提高ADC值和FA值的準(zhǔn)確性，從而為高分辨率DTI對(duì)提高前列腺疾病檢出的準(zhǔn)確性提供一種新方法。

圖1 移行帶前列腺癌患者，74歲，PSA=19.018 ng/ml。A：T2WI，可見右側(cè)移行帶占位，呈均勻低信號(hào)；B：ADC圖，可見右側(cè)移行帶區(qū)呈低信號(hào)；C：FA偽彩圖；D：病理圖，送檢組織見癌細(xì)胞，Gleason評(píng)分為3+4=7分(HE ×200) 圖2移行帶前列腺增生患者，77歲，PSA=38.178 ng/ml；A：T2WI可見雙側(cè)移行帶多發(fā)高低混雜信號(hào)結(jié)節(jié)灶；B：ADC圖，可見雙側(cè)移行帶區(qū)呈高信號(hào)；C：FA偽彩圖；D：病理圖。鏡下見良性前列腺組織，局部可見慢性炎性細(xì)胞浸潤(rùn)(HE ×200)Fig. 1 TZ-PCa, 74 years old, PSA=19.018 ng/ml. A: T2WI, the right transition zone showed a homogeneous hypointense lesion. B: ADC map, showed low signal in the right transition zone. C: FA map. D: Pathology indicated: PCa, Gleason: 3+4=7 (HE ×200). Fig. 2 BPH, 77 years old, PSA=38.178 ng/ml. A: T2WI, the transition zone showed multi-nodules with mix signal. B: ADC map, showed high signal in transition zone. C: FA map. D: Pathology indicated: BPH and inflammatory cell infiltrations (HE ×200).

本研究存在以下不足：(1)未對(duì)位于PZ的PCa進(jìn)行比較；(2) DTI參數(shù)較少，未將DTI與其他功能成像序列進(jìn)行比較；(3)所有樣本的GS評(píng)分均為穿刺活檢后的評(píng)分，具有一定局限性；(4)分組應(yīng)細(xì)化，且需增大樣本量。

綜上所述，DTI定量參數(shù)FA和ADC值在分析TZ良惡性結(jié)節(jié)方面具有參考價(jià)值，ADC值對(duì)惡性結(jié)節(jié)進(jìn)一步分級(jí)能提供更大的幫助。參考文獻(xiàn) [References]

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Feasibility study of FA and ADC values by diffusion tensor imaging: classify abnormal signal nodules in prostate transition zone

KE Zan, WANG Liang*, DENG Ming, MIN Xiang-de, CAI Jie, FENG Zhao-yan, LI Ba-sen
Department of Radiology, Tongji Hospital of Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430030, China

Objective:To investigate the diagnostic utility of FA (fractional anisotropy) and ADC (apparent diffusion coefficient) values of diffusion tensor imaging (DTI) in classifying abnormal signal nodules in prostate transition zone (TZ).Materials and Methods:Fifty-four TZ-PCa cases and thirty BPH cases with pathologically confirmed were enrolled in this retrospective study. All the patients were divided into 3 groups: BPH, Gleason score (GS)≤3+4=7, GS≥4+3=7, and underwent with 3.0 T MRI. The FA and ADC values of the region of interest (ROI) were respectively measured, using one-way ANOVA to compare the difference between groups. Results: The mean FA values of the 3 groups were 150.52±29.63, 215.21±54.59, 251.01±59.47, respectively, and there was statistical difference between the groups (F=32.882, P=0.000). Comparison among groups: just BPH with the other two groups had statistical difference (P=0.000, P=0.000). The mean ADC values (×10–6mm2/s) of the 3 groups were 1606.11±234.64, 854.00±172.29, 742.78±115.91, respectively, and there was statistical difference between the groups (F=202.928, P=0.000). Comparison among groups: BPH with the other two groups had statisticaldifference (P=0.000, P=0.000). GS≤3+4=7 and GS≥4+3=7 had statistical difference (P=0.040). Conclusions: The FA and ADC values of DTI have higher value for distinguishing benign and malignant nodules. ADC values has obvious advantages than FA in the further classification.

Prostatic neoplasms; Diffusion tensor imaging

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(編號(hào)：81171307)

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院放射科，武漢 430030

王良，E-mail: wang6@tjh.tjmu.edu.cn

2016-01-27

接受日期：2016-03-28

R445.2；R697.3

A

10.12015/issn.1674-8034.2016.05.003

可贊, 王良, 鄧明, 等. MR擴(kuò)散張量成像定量參數(shù)FA和ADC值在前列腺移行帶結(jié)節(jié)良惡性分級(jí)中的應(yīng)用價(jià)值. 磁共振成像, 2016, 7(5): 332–336.

*Correspondence to: Wang L, E-mail: wang6@tjh.tjmu.edu.cn