Quantitative analysis of dynamic contrast-enhanced MRI in distinguishing different grades of prostate cancer

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(1.Department of Radiology, Peking University Third Hospital, Beijing 100191, China; 2.CT/MRI Division, the Central Hospital of Handan, Handan 056001, China)

前列腺癌是男性常見惡性腫瘤，患者預后受多種因素影響，個體差異較顯著[1]。前列腺癌的侵襲性是影響預后的重要因素。高級別前列腺癌病情進展迅速，需及早采取前列腺癌根治術或放療等積極治療措施；而低級別前列腺癌則進展緩慢甚至長期無進展，僅需進行主動監(jiān)測[2]。準確預測前列腺癌級別，可為個體化治療提供依據(jù)。不同分級腫瘤的組織生物學特性各異。對比劑在不同病理組織中的藥物代謝動力學不同，而動態(tài)對比增強MRI(dynamic contrast-enhanced MRI, DCE-MRI)可定量分析腫瘤組織的微血管密度及血管通透性等，從而評價腫瘤的生理特性。本研究探討DCE-MRI定量分析在鑒別高、低級別前列腺癌中的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2014年1月—2016年3月于我院接受前列腺根治術并經(jīng)術后病理證實為前列腺癌的26例患者，年齡50～82歲，中位年齡72歲；前列腺特異性抗原(prostate specific antigen, PSA)3.87～451.00 μg/L，中位值為17.74 μg/L；術前均接受前列腺DCE-MRI，且無內(nèi)分泌、放療等非手術治療史，MR檢查前1個月內(nèi)未接受前列腺穿刺活檢。

1.2 儀器與方法 采用GE Discovery 750 3.0T MR掃描儀，8通道相控陣心臟線圈。掃描序列及參數(shù)：①矢狀位、冠狀位和軸位快速恢復FSE T2W，TR 4 417～6 573 ms，TE 96～106 ms，矩陣288×288，F(xiàn)OV 22 cm×22 cm，層厚4.0 mm，層間距0.4 mm；②常規(guī)軸位FSE序列T1W，TR 750 ms，TE 7.08 ms，矩陣320×224，F(xiàn)OV 32 cm×32 cm，層厚5.0 mm，層間距 0.5 mm；③DWI，TR 5 000 ms，TE 61.30 ms，矩陣128×128，F(xiàn)OV 30 cm×30 cm，b值為0、1 000 s/mm2，層厚4.0 mm，層間距0.4 mm；④動態(tài)增強掃描采用軸位三維容積超快速多期動態(tài)序列T1W，TR 4.30 ms，TE 1.95 ms，矩陣256×128，F(xiàn)OV 28 cm×28 cm，層厚3.60 mm，層間距0.72 mm。注射對比劑前先掃描蒙片，后以高壓注射器經(jīng)肘前靜脈注射對比劑Gd-DTPA，劑量為0.2 mmol/kg體質(zhì)量，流率 2 ml/s，以同樣流率注射20 ml生理鹽水，于注射對比劑的同時開始掃描，單期掃描時間5.5 s，共采集50期。

1.3 圖像分析 將DCE-MRI數(shù)據(jù)傳至GE AW 4.6工作站，首先應用Gen IQ工具對數(shù)據(jù)集進行后處理，再以3D SynchroView軟件定量分析病灶。由2名分別具有8年和5年前列腺癌診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)師根據(jù)第2版前列腺影像報告和數(shù)據(jù)系統(tǒng)(prostate imaging reporting and data system version 2， PI-RADS V2)共同分析圖像，如2名醫(yī)師意見不一致，則排除該病例。根據(jù)前列腺癌根治術后大體標本確定癌灶區(qū)域，以DWI為主，結(jié)合T2WI、ADC及DCE圖確定外周帶和中央腺體癌灶，在癌灶中心層面放置ROI(面積30～97 mm2)，使其完全位于癌灶范圍內(nèi)，盡量避開外周帶與中央腺體交界處、前列腺與直腸相鄰處，以及尿道、射精管、精阜、精囊根部、出血、囊變及鈣化灶。獲得DCE-MRI定量參數(shù)值，包括轉(zhuǎn)運常數(shù)(Ktrans)、速率常數(shù)(Kep)及血管外細胞外間隙體積百分數(shù)(Ve)；均重復測量2次，取平均值。

1.4 病理分級采用 Gleason分級法進行前列腺癌病理分級，按病灶的主要和次要分化程度分別評分，將二者得分相加，獲得最終得分，并根據(jù)得分將前列腺癌分為低級別組[Gleason評分≤6分或3(主要分化程度)+4(次要分化程度)=7分)]和高級別組[Gleason評分4(主要分化程度)+3(次要分化程度)=7分或最終Gleason評分≥8分)][3-4]。

1.5 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件。計量資料用±s表示，以獨立樣本t檢驗比較低級別與高級別前列腺癌Ktrans、Kep、Ve值的差異，并繪制ROC曲線，評價其鑒別高級別與低級別前列腺癌的診斷效能。采用Pearson相關分析評價DCE-MRI定量參數(shù)與Gleason評分的相關性。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

26例中，外周帶癌12例，中央腺體癌14例；低級別前列腺癌10例(Gleason評分6分6例，7分4例)，高級別前列腺癌16例(Gleason評分7分4例，8分4例，9分6例，10分2例)。

高級別組Ktrans值及Kep值均高于低級別組(P均<0.05)，2組間Ve值差異無統(tǒng)計學意義(P=0.994)；見表1，圖1、2。ROC曲線分析結(jié)果顯示，Ktrans值及Kep值區(qū)分高級別與低級別前列腺癌的ROC曲線下面積分別為0.872及0.737(P均<0.05)，見圖3。以Ktrans=0.25/min為界值時，診斷高級別前列腺癌的敏感度和特異度分別為81.3%和80.0%；以Kep=1.62/min為界值時，診斷高級別前列腺癌的敏感度和特異度分別為68.8%和70.0%。

前列腺癌Ktrans、Kep、Ve值與Gleason評分均無明顯相關(r=0.194、0.374、-0.130，P=0.343、0.060、0.526)。

表1 前列腺癌低級別組與高級別組各DCE-MRI參數(shù)結(jié)果比較(±s)

表1 前列腺癌低級別組與高級別組各DCE-MRI參數(shù)結(jié)果比較(±s)

組別Ktrans(/min)Kep(/min)Ve低級別組(n=10)0.22±0.071.24±0.570.21±0.08高級別組(n=16)0.36±0.101.82±0.660.21±0.10t值3.6522.2980.007P值0.0010.0310.994

3 討論

前列腺癌的Gleason評分結(jié)果是選擇治療方法和判斷預后的重要指標，級別越高，腫瘤侵襲性越強[5]。研究[6]表明，Gleason評分≥7分的前列腺癌血清PSA水平顯著增高，常伴有被膜外侵犯、精囊腺浸潤和陽性手術切緣，且淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的發(fā)生率顯著升高。因此，對于中、高級別前列腺癌，傳統(tǒng)上采用前列腺癌根治術。低級別前列腺癌病情進展緩慢甚至長期無進展，很多低級別前列腺癌終生都不會對患者造成重要影響，而前列腺癌根治術可能伴有嚴重并發(fā)癥，故對低級別前列腺癌多只需進行主動監(jiān)測[2,7]。近年來，臨床研究及治療指南[3-4]認為Gleason評分為3+4=7分的前列腺癌具有較高的生物學惰性及較好的預后，也推薦采用主動監(jiān)測，以避免過度治療。本研究根據(jù)治療策略將前列腺癌分為低級別組和高級別組，將Gleason評分3+4=7分的前列腺癌納入低級別組，Gleason評分4+3=7分或≥8分者納入高級別組，符合目前臨床治療原則。

圖1 患者78歲，中央腺體高級別前列腺癌 A.T2WI示前列腺中央腺體局灶性低信號結(jié)節(jié)； B.DWI示結(jié)節(jié)呈高信號； C.ADC圖示結(jié)節(jié)呈低信號； D.Ktrans圖，Ktrans值為0.54/min； E.Kep圖，Kep值為3.75/min； F.Ve圖，Ve值為0.15

圖2 患者78歲，外周帶高級別前列腺癌 A.T2WI示前列腺右側(cè)外周帶局灶性低信號結(jié)節(jié)； B.DWI結(jié)節(jié)呈明顯高信號； C.ADC圖示結(jié)節(jié)呈低信號； D.Ktrans圖，Ktrans值為0.35/min； E. Kep圖，Kep值為1.97/min； F.Ve圖，Ve值為0.196

圖3 Ktrans值和Kep值鑒別高、低級別前列腺癌ROC曲線

研究[8-9]表明，前列腺癌Gleason評分結(jié)果與微血管密度相關，腫瘤級別越高、分化程度越差，細胞代謝和增殖就越快，新生微血管增多，血管壁通透性和細胞外血管外間隙比例越高，對比劑交換速率越快。有學者[10]發(fā)現(xiàn)，與分化較好的前列腺癌相比，分化較差的前列腺癌表現(xiàn)出更強及更快的早期強化。Ktrans是單位時間內(nèi)對比劑從血液進入到組織間隙的轉(zhuǎn)運容積，取決于血流量、毛細血管滲透性及表面積；理論上腫瘤級別越高，Ktrans值越大，與前列腺癌Gleason評分呈正相關[11-12]。本研究中高級別組Ktrans值明顯高于低級別組(P<0.05)，但相關性分析顯示Ktrans值與前列腺癌Gleason評分無明顯相關，分析其原因，可能是本研究樣本量較少，未能完全體現(xiàn)各Gleason分級間Ktrans值的差異。本研究中Ktrans值區(qū)分前列腺高級別癌和低級別癌的ROC曲線下面積為0.872，敏感度和特異度分別為81.3%和80.0%，提示其具有較高的診斷效能。本研究只將前列腺癌分為高級別組及低級別組，增大了組別間Ktrans值的差異，提高了Ktrans值鑒別高、低級別前列腺癌的診斷效能。

Kep是單位時間內(nèi)由血管外細胞外間隙回流入血管的對比劑量，理論上Kep值與腫瘤級別相關。但大多數(shù)研究[13-15]結(jié)果表明Kep值與Gleason評分無相關性，而Vos等[12]的研究發(fā)現(xiàn)Kep值可評估外周帶前列腺癌的侵襲性，并可用于鑒別外周帶低級別與中、高級別前列腺癌。本研究中高級別組Kep值高于低級別組(P<0.05)，但Kep值與前列腺癌Gleason評分無明顯相關，分析原因，除樣本量較少外，還在于理論上Kep=Ktrans/Ve，Kep值大小可能受Ktrans、Ve值的影響因素(微血管通透性、滲漏到血管外細胞外間隙對比劑的量、血管內(nèi)外的滲透壓等)的干擾，變異性較大[16]。有關Kep值的診斷價值需要進一步驗證。

Ve是指單位體積組織內(nèi)血管外細胞外間隙體積百分比，反映組織壞死及組織細胞化程度。本研究中高級別與低級別組的Ve值差異無統(tǒng)計學意義(P=0.994)，Ve值與Gleason評分亦無明顯相關，可能提示高級別前列腺癌與低級別前列腺癌的組織血管外細胞外間隙內(nèi)成分差異較小。

本研究的局限性：①樣本量較少，結(jié)果可能存在偏倚；②未將各序列圖像顯示不明確的病灶納入研究，可能產(chǎn)生選擇性偏倚。

綜上所述，DCE-MRI定量參數(shù)Ktrans及Kep值有助于鑒別高、低級別前列腺癌，特別是Ktrans值具有較高診斷效能，可為臨床制定治療計劃提供參考。

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