3.0T多參數(shù)MRI對(duì)前列腺良惡性病變的診斷價(jià)值

趙蓮萍　ZHAO Lianping　高　鵬　GAO Peng　張文文　ZHANG Wenwen　黃　剛　HUANG Gang　周　星　ZHOU Xing　王　平　WANG Ping

3.0T多參數(shù)MRI對(duì)前列腺良惡性病變的診斷價(jià)值

趙蓮萍1,2ZHAO Lianping高鵬2GAO Peng張文文1ZHANG Wenwen黃剛1HUANG Gang周星1ZHOU Xing王平1WANG Ping

作者單位
1.甘肅省人民醫(yī)院放射科甘肅蘭州730000
2.暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心廣東廣州510632

1.Department of Radiology, Gansu Provincial Hospital, Lanzhou730000, China

2.Medical Imaging Center, the First Affiliated Hospital of Jinan University, Guangzhou 510632, China

Address Correspondence to: ZHAO Lianping

E-mail: lotuszlp@foxmail.com

R445.2；R737.25

中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2016年 第24卷 第10期：778-782，784

Chinese Journal of Medical Imaging 2016 Volume 24 (10): 778-782, 784

目的前列腺良惡性病變?cè)趶浬⒓訖?quán)成像（DWI）、磁共振波譜成像（MRS）及動(dòng)態(tài)磁共振增強(qiáng)（DCE-MR）表現(xiàn)中存在部分重疊，多參數(shù)MR的聯(lián)合應(yīng)用具有重要診斷價(jià)值。本研究擬探討多參數(shù)成像對(duì)前列腺良惡性病變的診斷價(jià)值及參數(shù)優(yōu)選。資料與方法收集2012年12月－2014年9月于甘肅省人民醫(yī)院就診的前列腺特異性抗原（PSA）異常，且符合研究標(biāo)準(zhǔn)的59例患者。后根據(jù)手術(shù)或穿刺病理結(jié)果分別納入前列腺癌組（29例）和非癌組（30例）。以3.0T MR行前列腺DWI、1H-MRS及DCE-MRI掃描。測(cè)量表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC）、1H-MRS的CC/C、DCE-MRI參數(shù)容量轉(zhuǎn)移常數(shù)（Ktrans）、速率常數(shù)（Kep）、血管外細(xì)胞外容積分?jǐn)?shù)（Ve）及初始曲線(xiàn)下面積（iAUC）值，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果各參數(shù)ROC曲線(xiàn)分析顯示，對(duì)前列腺癌的診斷效能由高到低依次為ADC（AUC=0.97）、Ktrans（AUC=0.95）、iAUC（AUC=0.93）、CC/C（AUC=0.90）、Kep（AUC=0.88）和Ve（AUC=0.79）。經(jīng)Fisher判別分析，ADC、Ktrans及CC/C被引入判別方程，經(jīng)回顧性誤判分析，其診斷敏感度為89.6%、特異度為100%。結(jié)論DWI、1H-MRS及DCE-MR中以ADC診斷效能最高，Ktrans次之。ADC、Ktrans及CC/C多參數(shù)聯(lián)合應(yīng)用時(shí)診斷效能顯著提高，以特異度尤為明顯。

前列腺腫瘤；前列腺疾??；磁共振成像；擴(kuò)散加權(quán)成像；磁共振波譜學(xué)；圖像增強(qiáng)；診斷，鑒別

前列腺癌是男性生殖系統(tǒng)常見(jiàn)的惡性腫瘤，其發(fā)病率僅次于肺癌和結(jié)直腸癌[1]。準(zhǔn)確評(píng)價(jià)腫瘤的位置和范圍對(duì)患者治療方案的制訂至關(guān)重要[2-3]。既往以MRI T1、T2加權(quán)成像診斷前列腺癌，但效能較低。近年來(lái)，不少學(xué)者將擴(kuò)散加權(quán)成像（DWI）[4]、磁共振波譜成像（MRS）[5]、動(dòng)態(tài)磁共振增強(qiáng)（dynamic contrast enhanced MR，DCE- MR）[6]等新技術(shù)應(yīng)用于前列腺良惡性病變，可從病變的生物學(xué)角度評(píng)價(jià)其性質(zhì)。然而諸多研究表明，前列腺良惡性病變?cè)贒WI、MRS[7]及DCE-MR[8]表現(xiàn)中存在部分重疊。因此，多參數(shù)MR的聯(lián)合應(yīng)用提高診斷效能顯得尤為重要。目前，多參數(shù)MR聯(lián)合應(yīng)用于前列腺良惡性病變鑒別診斷的研究較少。故本研究通過(guò)對(duì)血清前列腺特異性抗原（prostatespecific antigen，PSA）篩查異常的患者行DWI、1H-MRS及DCE-MR多參數(shù)成像檢查及分析，旨在建立前列腺癌診斷預(yù)測(cè)模型，提高前列腺癌早期診斷率，為穿刺活檢提供依據(jù)。

1　資料與方法

1.1研究對(duì)象收集2012年12月－2014年9月在甘肅省人民醫(yī)院就診的PSA篩查異常的患者共64例。納入標(biāo)準(zhǔn)：①PSA≥4 ng/ml；②順利完成多參數(shù)MR檢查序列，包括常規(guī)T1WI、T2WI、DWI、1H-MRS及DCE-MR；③經(jīng)手術(shù)或穿刺活檢病理證實(shí)為前列腺癌或良性病變。排除標(biāo)準(zhǔn)：①M(fèi)RI檢查中配合欠佳參數(shù)無(wú)法測(cè)量者；②DCE-MR掃描過(guò)程中直腸蠕動(dòng)幅度較大以致前列腺位置改變明顯，在動(dòng)態(tài)掃描各期不能完全對(duì)應(yīng)者或1H-MRS掃描基線(xiàn)不穩(wěn)致各主要代謝物峰值不能辨認(rèn)者；③檢查前已行內(nèi)分泌治療或放療者；④MRI檢查后3個(gè)月內(nèi)未行手術(shù)或穿刺活檢者。MRI檢查前均填寫(xiě)知情同意書(shū)。最終符合納入標(biāo)準(zhǔn)的59例患者中，15例行前列腺癌根治術(shù)，44例行經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)下前列腺穿刺活檢術(shù)（12針?lè)ǎ渲?例活檢為良性前列腺增生后行經(jīng)尿道前列腺氣化電切術(shù)。病理結(jié)果示29例為前列腺癌（前列腺癌組），其中臨床TNM分期10例為T(mén)2期、19例為T(mén)3期，病理Gleason評(píng)分5分1例、6分3例、7分16例、8分9例；30例為前列腺良性病變（非癌組），其中良性前列腺增生13例、良性前列腺增生伴慢性炎17例。前列腺癌組年齡57～82歲，平均（70.97±6.18）歲；非癌組年齡41～90歲，平均（70.69±9.93）歲，兩組年齡差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=0.132，P＞0.05）。

1.2儀器與方法采用Siemens 3.0T超導(dǎo)型MR掃描儀，18通道相控陣體線(xiàn)圈。檢查前半小時(shí)排尿排便，以免膀胱過(guò)度充盈或腸內(nèi)容物影響前列腺的觀察。掃描序列包括：軸位FSE-T1WI，冠狀位、矢狀位FSET2WI，軸位壓脂F(xiàn)S-T2WI，DWI（b=0、800 s/mm2），1H-MRS及DCE-MR。各序列掃描參數(shù)見(jiàn)表1。其中1H-MRS掃描均在動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描之前，以冠狀位、矢狀位、軸位T2WI在3個(gè)方位上定位，掃描范圍包括整個(gè)前列腺，周?chē)Ｒ?guī)添加8條飽和帶，掃描開(kāi)始前手動(dòng)或自動(dòng)勻場(chǎng)；DCE-MR造影劑選用Gd-DTPA，采用高壓注射器自手背靜脈注射，劑量0.1 mmol/kg，注射速度3 ml/s。造影劑注射完畢后以等量等速生理鹽水沖管，以保證造影劑完全注入體內(nèi)。

表1　各序列掃描參數(shù)

1.3圖像與數(shù)據(jù)處理圖像后處理均在Siemens MMWP version：VE40工作站進(jìn)行，包括：①在工作站viewing界面測(cè)量可疑瘤灶表觀彌散系數(shù)（ADC）值；②1H-MRS序列應(yīng)用工作站MRS分析軟件對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)后處理，分別測(cè)量前列腺代謝產(chǎn)物膽堿（choline，Cho）、肌酸（creatine，Cr）和枸椽酸鹽（citrate，Cit）的波峰譜線(xiàn)，記錄（Cho+Cr）/Cit（CC/C）比值；③DCE-MR應(yīng)用工作站Tissue 4D軟件以Tofts藥代動(dòng)力學(xué)“雙室”模型分別計(jì)算定量參數(shù)容量轉(zhuǎn)移常數(shù)（Ktrans）、速率常數(shù)（Kep）、血管外細(xì)胞外容積分?jǐn)?shù)（Ve）及初始曲線(xiàn)下面積（iAUC）值[9]。所有數(shù)據(jù)經(jīng)2名放射科主治醫(yī)師選擇病灶最大層面測(cè)量后取其平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。可疑瘤灶感興趣區(qū)（ROI）由2名醫(yī)師共同確定，以常規(guī)T1、T2序列為基礎(chǔ)，選擇在DWI上顯示相對(duì)高信號(hào)、ADC值明顯減低，且在DCE-MR上顯示為相對(duì)血供較豐富的區(qū)域，避開(kāi)囊變壞死區(qū)。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS 13.0軟件。前列腺癌組和非癌組間ADC、CC/C及DCE-MR參數(shù)（Ktrans、Kep、Ve和iAUC）診斷價(jià)值的比較分別行受試者工作特征（ROC）曲線(xiàn)分析其診斷效能，再利用Fisher判別進(jìn)行逐步判別，篩選最具有診斷價(jià)值的指標(biāo)，建立判別函數(shù)。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1ROC曲線(xiàn)分析前列腺癌組和非癌組的ADC值、1H-MRS（CC/C）及DCE-MR（Ktrans、 Kep、Ve和iAUC）參數(shù)見(jiàn)表2。ROC曲線(xiàn)分析顯示，諸參數(shù)的診斷效能由高到低依次為ADC（AUC=0.97）、Ktrans（AUC=0.95）、iAUC（AUC=0.93）、CC/C（AUC=0.90）、Kep（AUC=0.88）和Ve（AUC=0.79）。見(jiàn)圖1、2及表3。

表2　前列腺癌組和非癌組的ADC值、1H-MRS及DCE-MR參數(shù)比較

圖1　A～F分別為ADC、CC/C、Ktrans、Kep、Ve及iAUC的ROC曲線(xiàn)

圖2　DWI、ADC、MRS及DCE-MR參數(shù)圖。前列腺癌灶在DWI呈明顯高信號(hào)（箭，A）；前列腺癌灶在ADC圖呈低信號(hào)（箭，B）；前列腺癌灶Ci峰減低（箭），Cho峰增高（箭頭，C）；前列腺癌灶的DCE-MR后處理圖（箭），可分別測(cè)量病灶的Ktrans、Kep、Ve及iAUC值（D）

2.2ADC值、1H-MRS及DCE-MR參數(shù)判別分析對(duì)前列腺癌組和非癌組的ADC、CC/C、Ktrans、Kep、Ve和iAUC值進(jìn)行Fisher判別分析，采用逐步引入判別法，最終有3個(gè)參數(shù)被引入判別方程，得出癌組（F1）和非癌組（F2）判別函數(shù)公式見(jiàn)（1）、（2）。

判別規(guī)則為：將個(gè)體各變量值分別代入2個(gè)判別函數(shù)中，若F1＞F2則判為前列腺癌，反之則判為前列腺良性病變。利用該判別函數(shù)進(jìn)行回顧性誤判分析，29例前列腺癌患者有3例誤判為良性前列腺病變，30例良性前列腺病變均判為良性病變，無(wú)誤判者（敏感度=89.6%、特異度=100%）。

表3　ADC值、1H-MRS及DCE-MR諸參數(shù)在前列腺良惡性病變中的ROC曲線(xiàn)分析

3　討論

本研究采用多參數(shù)MR成像對(duì)前列腺良惡性病變的診斷價(jià)值進(jìn)行研究，ROC曲線(xiàn)分析結(jié)果顯示ADC、CC/C、Ktrans及iAUC診斷效能較高，AUC均＞0.90，其中以ADC值的診斷效能最高（AUC=0.97）。Fisher判別分析顯示當(dāng)ADC、Ktrans及CC/C多參數(shù)聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，對(duì)鑒別前列腺良惡性病的診斷效能顯著提高，以特異度最為顯著。

DWI可較敏感地檢測(cè)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受限，以ADC值的大小反映其狀況。本研究中，前列腺癌組ADC顯著低于非癌組，原因在于腫瘤細(xì)胞異常增殖，細(xì)胞核及細(xì)胞器大，胞質(zhì)少，核漿比增加，致使水分子在細(xì)胞內(nèi)外均擴(kuò)散受限。本研究中各參數(shù)獨(dú)立應(yīng)用時(shí)，ADC的診斷效能最高，與Cho等[6]的結(jié)果一致。其AUC為0.97，最佳診斷界值為0.81×10-3mm2/s，此時(shí)診斷前列腺癌的敏感度為95.8%、特異度為87.1%。但不同研究報(bào)道中ADC的診斷界值差異較大，位于1.17×10-3～1.35×10-3mm2/s[6,10-11]。目前尚無(wú)大規(guī)模數(shù)據(jù)提出ADC對(duì)前列腺癌的診斷標(biāo)準(zhǔn)，原因在于：①盡管理論上ADC不受設(shè)備影響，但掃描序列及參數(shù)設(shè)置可能會(huì)影響ADC的計(jì)算；②手工測(cè)量存在一定的誤差，尤其對(duì)于較小的病灶測(cè)量差異較大；③研究對(duì)象的年齡不同可能會(huì)影響ADC的大小[12]。前列腺癌組的ADC顯著低于非癌組，且研究報(bào)道其與前列腺癌Gleason評(píng)分呈負(fù)相關(guān)[13-14]。盡管如此，Nagel等[15]認(rèn)為在實(shí)際應(yīng)用中，前列腺良性病變（炎癥）的ADC與惡性病變有較大重疊，故聯(lián)合其他技術(shù)手段進(jìn)行診斷尤為必要。

MRS是目前唯一可無(wú)創(chuàng)檢測(cè)活組織代謝產(chǎn)物的影像手段，在前列腺主要觀察Cit、Cho和Cr的改變并計(jì)算CC/C比值。Cit由前列腺上皮分泌并濃縮，故腺上皮內(nèi)Cit濃度較高。前列腺癌由于腺上皮被異常細(xì)胞替代，致其分泌濃縮Cit功能受損，故癌組織中Cit降低甚至消失。Cho與細(xì)胞膜合成和降解有關(guān)，癌組織細(xì)胞增殖快，Cho含量較正常組織增加。而Cr與能量代謝有關(guān)。本研究顯示，前列腺癌組CC/C顯著高于非癌組，其AUC為0.90、最佳診斷界值為0.99，與李春媚等[16]研究結(jié)果一致。此界值在本研究中診斷前列腺癌的敏感度為87.5%、特異度為87.1%。在彭濤等[5]關(guān)于DWI和1H-MRS對(duì)前列腺癌鑒別診斷價(jià)值的對(duì)比研究中，CC/C（AUC=0.844）的診斷效能低于ADC（AUC=0.966），與本研究結(jié)果一致，提示MRS可作為其他MR技術(shù)的重要補(bǔ)充手段來(lái)提高前列腺良惡性病變的診斷效能。

DCE-MR通過(guò)Tofts藥代動(dòng)力學(xué)“雙室”模型計(jì)算的Ktrans、Kep、Ve及iAUC值可定量反映腫瘤微血管的生理學(xué)特性。Ktrans為對(duì)比劑容量轉(zhuǎn)換常數(shù)，描述造影劑從血管泄漏到細(xì)胞外血管外間隙的速率，大小取決于血流量、毛細(xì)血管滲透性及表面積；Kep為回流速率常數(shù)，代表單位時(shí)間內(nèi)對(duì)比劑從組織間隙進(jìn)入血管的量；Ve為容積分?jǐn)?shù)；iAUC代表血流動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)下面積的綜合值。本研究中，Ktrans、Kep、Ve及iAUC值在前列腺癌組顯著高于非癌組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。ROC曲線(xiàn)分析結(jié)果顯示，在DCE-MR諸參數(shù)中，Ktrans值對(duì)前列腺癌的診斷效能最高，AUC為0.95，但仍略低于ADC的診斷效能。Ktrans最佳診斷界值為0.171/min，敏感度為87.5%、特異度為93.5%。該界值略低于Cho等[6]報(bào)道的界值（0.184 /min）。有研究認(rèn)為Ktrans值與Gleason評(píng)分呈正相關(guān)[14,17]；另有研究認(rèn)為部分良惡性病變Ktrans值存在重疊，不宜憑單一技術(shù)診斷[8]。目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中對(duì)DCE-MR在前列腺疾病的應(yīng)用研究多集中在Ktrans的診斷價(jià)值[18-19]，iAUC的研究?jī)H見(jiàn)少數(shù)[6]。本研究中，其診斷效能僅次于Ktrans，AUC為0.93，最佳診斷界值為21.34 [mmol/(L·min)]，敏感度為87.5%、特異度為87.1%。Cho等[6]亦認(rèn)為iAUC在前列腺良惡性病變中有顯著差異，故在以后的研究中，除關(guān)注Ktrans值以外，iAUC的診斷價(jià)值亦當(dāng)重視。

DWI、1H-MRS及DCE-MR與常規(guī)MR掃描聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，可分別從水分子運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞代謝及病灶微血管改變等方面提供病灶的病理生理學(xué)特性，從而提高診斷價(jià)值。Hauth等[20]推薦的多參數(shù)MR方案為T(mén)2WI、DWI、1H-MRS及DCE-MR。其中DWI為多參數(shù)MR的關(guān)鍵技術(shù)，也是最敏感的指標(biāo)。本研究以Fisher兩類(lèi)逐步判別法篩選最有價(jià)值的診斷指標(biāo)，最終ADC、Ktrans及CC/C被逐步引入判別方程，建立判別函數(shù)。經(jīng)回顧性誤判分析，該判別函數(shù)診斷的敏感度為89.6%、特異度為100%。與單一技術(shù)相比，多參數(shù)MR聯(lián)合應(yīng)用時(shí)其診斷效能顯著提高，以特異度最為顯著。29例前列腺癌中有3例被誤判為良性病變，推測(cè)原因在于其中2例病灶較小、1例病灶位于前列腺尖部，導(dǎo)致參數(shù)測(cè)量欠準(zhǔn)確。Fütterer等[21]的系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果認(rèn)為多參數(shù)MR聯(lián)合應(yīng)用可檢出穿刺活檢為陰性的前列腺癌患者，使用該技術(shù)對(duì)可疑前列腺癌的患者進(jìn)行排查可使臨床醫(yī)師有針對(duì)性地進(jìn)行穿刺活檢，避免不必要的創(chuàng)傷，為臨床診治決策提供有力的影像學(xué)依據(jù)。

本研究的特點(diǎn)是統(tǒng)計(jì)分析了多參數(shù)MR對(duì)前列腺良惡性病變的診斷價(jià)值，并用Fisher判別分析篩選最有價(jià)值的診斷指標(biāo)。本研究存在以下不足之處：①樣本量相對(duì)較小，研究結(jié)果尚有待更大樣本量的研究結(jié)果來(lái)證實(shí)；②由于部分患者選擇經(jīng)尿道前列腺電切術(shù)，致影像學(xué)病灶位置不能與病理標(biāo)本一一對(duì)應(yīng)分析；③未對(duì)MR參數(shù)與前列腺癌Gleason分級(jí)進(jìn)行相關(guān)分析。在以后的研究中將收集更大樣本資料，與病理學(xué)資料緊密結(jié)合進(jìn)一步深入研究。

志謝：

感謝暨南大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)教研室林漢生老師對(duì)本研究統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的指導(dǎo)！

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（本文編輯聞浩）

Differential Diagnosis of Benign and Malignant Prostate Diseases Using 3.0T Multi-parametric MRI

PurposeThere are overlaps between benign and malignant prostate lesions on diffusion weighted imaging (DWI), magnetic resonance spectroscopy (MRS) and dynamic contrast-enhanced magnetic resonance (DCE-MR), thus combination of multi MR parameters is important for the correct diagnosis. The aim of this study is to evaluate the multi-parametric MRI techniques in the diagnosis of prostate diseases. Materials and MethodsFifty-nine patients with an abnormal prostate-specific antigen from December 2012 to September 2014 were enrolled in the study. All the patients were divided into cancer group (29 cases) and non-cancer group (30 cases) according to the pathology after surgery or biopsy. MRI including DWI,1H-MRS and DCE-MR was performed at 3.0T MR scanner. Apparent diffusion coefficient (ADC), (choline+Cre)/citrate (CC/C) from1H-MRS, Ktrans, Kep, Veand iAUC from DCE-MR was measured. ResultsThe receiver operating characteristic curve showed that the diagnostic efficacy order from high to low was ADC (AUC=0.97), Ktrans(AUC=0.95), iAUC (AUC=0.93), CC/C (AUC=0.90), Kep(AUC=0.88) and Ve(AUC=0.79), respectively. Fisher discriminant analysis with ADC, Ktransand CC/C introduced into the discriminant equations revealed sensitivity of 89.6% and specificity of 100%. ConclusionAmong all of the parameters, ADC has the highest diagnostic efficiency and Ktransfollowed. The diagnostic efficiency would be improved significantly when combined multi MR parameters including ADC, Ktransand CC/C, especially for the specificity.

Prostatic neoplasms; Prostatic diseases; Magnetic resonance imaging; Diffusion weighted imaging; Magnetic resonance spectroscopy; Image enhancement; Diagnosis, differential

趙蓮萍

10.3969/j.issn.1005-5185.2016.10.017

2016-03-23

2016-05-28