磁共振擴(kuò)散峰度成像在前列腺癌中的研究現(xiàn)狀

鐘 燕（綜述） 葉慧義（審校）

磁共振擴(kuò)散峰度成像在前列腺癌中的研究現(xiàn)狀

鐘 燕（綜述） 葉慧義（審校）

前列腺腫瘤；磁共振成像；擴(kuò)散加權(quán)成像；擴(kuò)散峰值成像；綜述

前列腺癌在不同國家和地區(qū)的發(fā)病率和死亡率不同，在亞洲總體發(fā)病率和死亡率較低[1]，但在中國其發(fā)病率和死亡率呈逐年上升趨勢[2]。擴(kuò)散加權(quán)成像（DWI）是一種無創(chuàng)的、檢查活體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散情況的功能MRI，是多參數(shù)MRI掃描前列腺最有效的方法之一。既往研究表明，DWI診斷前列腺癌具有較高的靈敏度和特異度[3-7]。DWI序列已經(jīng)寫入第2版前列腺影像報告和數(shù)據(jù)系統(tǒng)（prostate imaging-reporting and data system，PI-RADS）指南[8]，并指出外周帶疾病評分以DWI結(jié)果為主。擴(kuò)散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）是DWI的擴(kuò)展，通過評估每個體素內(nèi)的非高斯擴(kuò)散進(jìn)一步量化水?dāng)U散，能更準(zhǔn)確地評估組織微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性[9]。鑒于DKI的臨床可行性和堅實的理論框架，其已經(jīng)大量應(yīng)用于臨床研究。近年來，DKI在前列腺成像中的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注[10-14]。本文就DKI的原理及在前列腺癌中的研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述。

1 DKI的原理

傳統(tǒng)的DWI基于水分子擴(kuò)散呈高斯分布，即水分子不受任何限制自由擴(kuò)散。因此，擴(kuò)散加權(quán)的MR信號隨著b值的增加呈單指數(shù)衰減。然而，在活體組織內(nèi)，特別是在腫瘤中水分子的擴(kuò)散受到細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器等屏障的限制，導(dǎo)致水分子的非自由擴(kuò)散，即非高斯擴(kuò)散。Jensen等[15]于2005年提出了非高斯擴(kuò)散加權(quán)模型，稱為DKI。該模型包括峰度和擴(kuò)散系數(shù)的計算。峰度量化組織擴(kuò)散與高斯模型的偏差；擴(kuò)散系數(shù)是非高斯偏差校正的擴(kuò)散系數(shù)。由于組織擴(kuò)散與高斯模型的偏差取決于水?dāng)U散的組織的復(fù)雜性，因此擴(kuò)散峰度可以作為評價組織微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的客觀指標(biāo)。DKI信號衰減方程見公式（1）。

S=S0×exp（－b×D+b2·D2×K/6） （1）

其中，S是特定b值的DWI信號；S0是沒有擴(kuò)散加權(quán)的基線信號；K是無量綱的表觀擴(kuò)散峰度，K=0時為一個完美的高斯曲線，K值越大表示擴(kuò)散與完美高斯模型的偏差越大；D是被校正后的表觀擴(kuò)散系數(shù)。

2 體部DKI采集

DKI采用與傳統(tǒng)DWI相同類型的脈沖序列（自旋回波平面成像），但采集至少需要3個不同的b值，而且至少包括b值在1000 s/mm2以上和以下的各1個，以成功擬合非高斯信號衰減曲線。關(guān)于最小b值的選擇，有文獻(xiàn)報道當(dāng)使用低b值時K值可能受體素內(nèi)不相干運(yùn)動灌注和組織結(jié)構(gòu)的影響[16-17]，只使用高b值（＞200 s/mm2）K值主要取決于組織結(jié)構(gòu)[10]，因此選擇較高的小b值應(yīng)大于200 s/mm2[16]。與腦組織相比，在體部隨著b值的增加組織信號衰減更快，同時T2衰減也更快，因此最大b值的最佳選擇應(yīng)低于腦組織的最大b值（2000～3000 s/mm2），推薦體部DKI最大b值在1500～2000 s/mm2。在體部DKI擴(kuò)散敏感梯度場施加的方向與中樞神經(jīng)系統(tǒng)不同，只需3個方向即可[15-16]。

3 DKI在前列腺癌診斷和鑒別診斷中的應(yīng)用

大多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)DWI相比，DKI可以更好地鑒別前列腺癌和正常前列腺組織及良性前列腺組織[10-12,18]。Rosenkrantz等[10]評價DKI檢出前列腺外周帶癌的可行性，發(fā)現(xiàn)癌灶的K值明顯大于良性外周帶（0.96±0.24比0.57±0.07，P＜0.001）；相對于ADC值和D值，K值區(qū)分外周帶前列腺癌與良性外周帶的敏感度更高（93.3%比78.5%和83.5%，P＜0.001），而特異度相同（95.7%，P＞0.99）。初步研究結(jié)果表明，DKI對前列腺癌的診斷價值明顯高于DWI。Quentin等[11]評估DKI在前列腺M(fèi)RI常規(guī)臨床應(yīng)用中的可行性，前瞻性納入21例前列腺癌患者和10例無任何前列腺病史的志愿者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)前列腺癌的軸向峰度和平均峰度顯著高于正常外周帶（P＜0.001）（圖1）、中央腺體（P=0.01）和前列腺炎（P=0.03）；而中央腺體的軸向峰度和平均峰度（1.40±0.12、1.44±0.17）與前列腺炎（1.50±0.17、1.41±0.19）之間無顯著差異。該結(jié)果表明，DKI可用于前列腺M(fèi)RI常規(guī)臨床中，盡管有一些重疊，但DKI參數(shù)可區(qū)分前列腺癌與中心腺體或正常外周帶。Suo等[12]研究發(fā)現(xiàn)，與ADC值比較，良性外周帶和前列腺癌的D值和K值重疊較少。Tamura等[18]報道前列腺癌和基質(zhì)良性前列腺增生（benign prostatic hyperplasia，BPH）的K值顯著高于良性外周帶（1.19±0.24比0.99±0.28，P＜0.001；1.19±0.24比 0.63±0.23，P＜0.001）。受試者工作特性曲線分析發(fā)現(xiàn)前列腺癌和良性外周帶的K值和ADC值的曲線下面積無顯著差異，然而K值在3個參數(shù)中靈敏度最高。盡管前列腺癌和基質(zhì)BPH之間的K值差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.051），但是前列腺癌的K值總體趨勢大于基質(zhì)BPH。這一結(jié)果可能具有一定的臨床價值，因為用常規(guī)MRI區(qū)分移行帶BPH與前列腺癌比較困難，而DKI可以提供區(qū)分前列腺癌與BPH的額外信息。特別是對經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)穿刺活檢為陰性而前列腺特異性抗原升高者，DKI可能是檢出前列腺癌的有用工具。然而，仍然需要進(jìn)一步增加樣本量來證實這一結(jié)果。Roethke等[13]研究得出不同的結(jié)論，該研究結(jié)果表明DKI和ADC值鑒別前列腺癌和良性前列腺組織無顯著差異。

圖1 男，74歲，移行帶前列腺癌，Gleason評分7分。T2WI癌灶呈低信號（箭），正常外周帶呈高信號（箭頭，A）；DWI圖示癌灶擴(kuò)散受限呈高信號（箭），正常外周帶呈低信號（箭頭，B）；癌灶K值為0.976（箭），正常外周帶K值為0.527（箭頭，C）；癌灶D值為0.959×10－3mm2/s（箭），正常外周帶D值為1.800×10－3mm2/s（箭頭，D）

4 DKI在評價前列腺癌侵襲性方面的應(yīng)用

既往研究證實，Gleason評分是預(yù)測前列腺癌生物侵襲性和預(yù)后的最有用的指標(biāo)之一。然而，根據(jù)有創(chuàng)的活檢作出的Gleason評分通常不能反映整個前列腺的病理特征。因此需要一種非侵入性的方法來準(zhǔn)確作出治療之前的Gleason評分。既往神經(jīng)膠質(zhì)瘤研究中，DKI在預(yù)測腫瘤級別方面比標(biāo)準(zhǔn)ADC值更準(zhǔn)確[19]，即腫瘤級別越高，其微結(jié)構(gòu)異質(zhì)性越不均勻。鑒于前列腺癌復(fù)雜的組織學(xué)構(gòu)成，其包含不同比例的良性和惡性基質(zhì)、上皮和腺體成分，DKI同樣也可能作為一種更有效的模型評估前列腺癌。Rosenkrantz等[10]研究發(fā)現(xiàn)，外周帶癌Gleason評分高的K值高于Gleason評分低者（1.05±0.26比0.89±0.20，P＜0.001），區(qū)別高級別與低級別前列腺癌K值的曲線下面積明顯高于ADC值（0.70比0.62，P=0.010）。K值在區(qū)分高級別與低級別前列腺癌時敏感度顯著高于ADC值與D值（68.6%比51.0%和49.0%，P＜0.004），但特異度有所減低（70.0%比81.4%和82.9%，P＜0.023）。Suo等[12]報道K值在Gleason評分6分、7分和≥8分的腫瘤中顯著不同（P=0.001），K值與Gleason評分呈正相關(guān)（r=0.729，P＜0.001）。Wang等[20]采用DKI直方圖回顧性分析49個低級別癌灶和79個高級別癌灶，發(fā)現(xiàn)第90百分位數(shù)的K值可以更好地鑒別診斷低級別和高級別前列腺癌；隨著前列腺癌Gleason評分的增加，D值顯著減低，K值明顯升高。研究結(jié)果表明，采用DKI直方圖區(qū)別前列腺癌病理級別是可行的。Quentin等[11]指出軸向峰度與Gleason評分之間呈弱相關(guān)（r=0.19）。Roethke等[13]評估和驗證DKI用于前列腺癌Gleason分級，結(jié)果發(fā)現(xiàn)評估前列腺癌侵襲性的DKI（D、K）和ADC值的亞組分析提示鑒別高級別與低級別前列腺癌有顯著差異（P＜0.05）。然而，這項研究結(jié)果表明與標(biāo)準(zhǔn)ADC值相比，DKI對外周帶前列腺癌的檢出和分級無顯著益處。對于臨床常規(guī)應(yīng)用，DWI單指數(shù)擬合的ADC值仍然是表征前列腺外周帶癌的標(biāo)準(zhǔn)。

5 DKI各參數(shù)與組織病理學(xué)的相關(guān)性

既往研究結(jié)果表明，K值和腫瘤侵襲性之間存在相關(guān)性[10,12,20]，然而未分析DKI的生物物理基礎(chǔ)與前列腺癌中組織成分變化的相關(guān)性。Lawrence等[21]研究發(fā)現(xiàn)，與正常組織相比，外周帶腫瘤的細(xì)胞結(jié)構(gòu)增加（P＜0.0001），纖維肌性基質(zhì)（P＜0.05）和管腔間隙減少（P＜0.0001）。與腫瘤Gleason評分≤3+4分相比，Gleason評分≥4+3分腫瘤細(xì)胞結(jié)構(gòu)顯著增加，而纖維肌性基質(zhì)顯著減少（P＜0.05）。腫瘤K值中位數(shù)和細(xì)胞結(jié)構(gòu)呈正相關(guān)（ρ=0.50），與纖維肌性基質(zhì)呈負(fù)相關(guān)（ρ=－0.45）。正常組織D值中位數(shù)與管腔間隙呈正相關(guān)（ρ=0.65），與細(xì)胞結(jié)構(gòu)呈負(fù)相關(guān)（ρ=－0.49）。腫瘤和正常組織之間的K值和D值中位數(shù)顯著不同（P＜0.0001），但僅K值中位數(shù)在Gleason評分≤3+4分和≥4+3分之間有差異（P＜0.05）。結(jié)果表明，外周帶腫瘤細(xì)胞的異質(zhì)性增加由平均K值反映，而正常前列腺更均勻的管腔間隙和細(xì)胞結(jié)構(gòu)由D值反映。該研究結(jié)果為低級別和高級別外周帶腫瘤之間的K值中位數(shù)的差異提供了可能的生物學(xué)基礎(chǔ)。K值與腫瘤組織的相關(guān)性和D值與正常組織的相關(guān)性之間的差異可以通過水?dāng)U散的生物物理性質(zhì)來解釋。研究結(jié)果支持DKI在探測腫瘤組織的異質(zhì)性的假說。

6 DKI在低風(fēng)險前列腺癌患者主動監(jiān)測中的應(yīng)用

主動監(jiān)測是低風(fēng)險前列腺癌患者早期積極根治的一種替代方法。最近的英國國家衛(wèi)生與保健優(yōu)化研究所（NICE）推薦[22]規(guī)定，做出主動監(jiān)測的初步?jīng)Q定后應(yīng)該用MRI而非常規(guī)活檢來發(fā)現(xiàn)疾病的進(jìn)展。既往研究表明，測量以主動監(jiān)測候選人為基線的前列腺腫瘤的ADC值降低與重復(fù)活檢和選擇推遲干預(yù)的腫瘤升級相關(guān)[22-23]。Rosenkrantz等[24]納入58例前列腺癌主動監(jiān)測候選人，以根治性前列腺術(shù)標(biāo)本為參考，前列腺切除術(shù)后進(jìn)展病理特征使用2種不同嚴(yán)格性的方案定義，比較2種方案中前列腺根治術(shù)后病理結(jié)果有進(jìn)展患者和無進(jìn)展患者D值、K值和ADC值的差異，結(jié)果2種方案中病理結(jié)果有進(jìn)展組的D值顯著低于病理結(jié)果無進(jìn)展組；在更嚴(yán)格方案中盡管有進(jìn)展的患者K值趨向較無進(jìn)展者高，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.072）；而2種方案中兩組ADC值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，不嚴(yán)格方案K值差異也無統(tǒng)計學(xué)意義。盡管受試者工作特性曲線分析使用任何一種方案各參數(shù)預(yù)測最終進(jìn)展病理結(jié)果的曲線下面積無顯著差異，但是D值的曲線下面積（0.691～0.743）大于ADC值（0.569～0.655）或K值（0.617～0.714）。初步研究結(jié)果表明，與標(biāo)準(zhǔn)DWI比較，DKI在主動監(jiān)測候選者危險分層中具有更大的作用。

綜上所述，DKI是一種新的DWI模型，可以量化非高斯水?dāng)U散，能更好地反映組織微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。采用DKI區(qū)分前列腺癌和正常前列腺組織及良性前列腺組織、評估前列腺癌的侵襲性及確定主動監(jiān)測是可行的，并具有一定的優(yōu)勢。DKI可以幫助侵襲性增加或組織異質(zhì)性的區(qū)域直接采樣，因此有助于未來評估疾病的組織病理學(xué)。然而關(guān)于Gleason評分與DKI各參數(shù)之間的相關(guān)性的定量組織學(xué)、主動監(jiān)測的研究尚少，未見DKI參數(shù)評估新生血管的存在以及評估前列腺癌治療效果的研究，因此DKI具有廣闊的研究前景。

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R735.7；R730.42

2016-12-21

2017-02-18

（本文編輯 張春輝）

解放軍總醫(yī)院放射科 北京 100853

葉慧義 E-mail: 13701100368@163.com

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.03.018