體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像及動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI在前列腺癌診斷及分級(jí)中的應(yīng)用

徐曦，張冬，黃家喜，馬孟杰，羅良平

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；

前列腺癌是男性泌尿生殖系統(tǒng)最常見(jiàn)的腫瘤之一，其發(fā)病率僅次于肺癌，我國(guó)前列腺癌的發(fā)病率和死亡率逐步上升[1]。準(zhǔn)確的術(shù)前診斷對(duì)于臨床制訂治療方案及評(píng)估預(yù)后具有重要意義。MRI是目前公認(rèn)的診斷前列腺癌的最佳影像學(xué)檢查方法[2]。常規(guī)T2WI、T1WI增強(qiáng)檢查可以良好地顯示富含血管的腫瘤組織，但由于前列腺整體是一個(gè)富含血供的組織，因此對(duì)前列腺癌的診斷效能低[3]。動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI（dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCEMRI）可以定量評(píng)價(jià)組織的血流灌注及通透性改變，提高前列腺癌的診斷率。體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像（intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI）是近年興起的一項(xiàng) MRI新技術(shù)，可以無(wú)創(chuàng)、定量地評(píng)價(jià)組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散及微血管的灌注信息，為前列腺癌的診斷提供了新的視角。本研究擬探討IVIM-DWI及DCE-MRI各定量參數(shù)鑒別診斷前列腺癌與良性前列腺增生的價(jià)值，同時(shí)根據(jù)前列腺癌的Gleason評(píng)分結(jié)果，分析各定量參數(shù)在前列腺癌不同分級(jí)中的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 納入標(biāo)準(zhǔn)：①在暨南大學(xué)第一附屬醫(yī)院行前列腺 MRI檢查，初診為前列腺癌或良性前列腺增生；②接受前列腺 MRI檢查后于暨南大學(xué)第一附屬醫(yī)院行穿刺或手術(shù)病理證實(shí)為前列腺癌或前列腺增生。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①接受前列腺M(fèi)RI檢查前4周內(nèi)曾行前列腺穿刺或前列腺手術(shù)；②既往診斷為前列腺癌或良性前列腺增生，接受過(guò)內(nèi)分泌治療或放射治療。

根據(jù)納入及排除標(biāo)準(zhǔn)，于2013年6月－2015年11月納入24例前列腺癌患者和21例良性前列腺增生患者。前列腺癌患者年齡55～88歲，平均（74±8）歲。良性前列腺增生患者年齡54～88歲，平均（70±9）歲。

Gleason評(píng)分系統(tǒng)以5級(jí)分類(lèi)為基礎(chǔ)，第1級(jí)1分，表示癌灶分化好，每升高1級(jí)增加1分，第5級(jí)5分，表示癌灶未分化[2]。為便于指導(dǎo)治療及評(píng)估預(yù)后，依據(jù)Gleason評(píng)分將24例前列腺癌分為高危組（Gleason評(píng)分8～10分）10例、中危組（Gleason評(píng)分7分）8例、低危組（Gleason評(píng)分≤6分）6例。

1.2 MRI檢查 所有納入患者均采用GE 3.0T MR掃描儀（GE Healthcare Discovery MR 750）完成MRI檢查，所有數(shù)據(jù)由8通道torsal相控陣表面線(xiàn)圈采集。分別于軸位、冠狀位及矢狀位行T2WI propeller掃描，在軸位依次行IVIM-DWI及DCE-MRI掃描，掃描參數(shù)：①T2WI propeller序列：TR 7130 ms，TE 110 ms，視野（FOV）340 mm×340 mm，矩陣352×352，層厚4 mm，層間隙0.5 mm，激勵(lì)次數(shù)2次。②軸位IVIM-DWI序列：使用單次激發(fā)自旋回波成像序列，TR 2000 ms，TE 80 ms，15個(gè)不同的 b值（0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1000、1200、1500、2000、3000 s/mm2），預(yù)制相對(duì)應(yīng)的激勵(lì)次數(shù)分別為4、2、2、3、3、4、4、6、6、8、8、10、10次，F(xiàn)OV 340 mm×340 mm，矩陣128×160，層厚4 mm，層間隙0.5 mm，帶寬250 kHz。③軸位 DCE-MRI序列：采用 LAVA-XV序列，TR 2.9 ms，TE 1.4 ms，反轉(zhuǎn)角12°，進(jìn)行軸位掃描，矩陣224×192，層厚4.0 mm，層間距0 mm，F(xiàn)OV 290 mm×290 mm，每個(gè)期相6 s，共60個(gè)期相。造影劑為馬根維顯，注射劑量為15 ml，注射后用生理鹽水20 ml沖管，注射速度2.5 ml/s。增強(qiáng)掃描前行反轉(zhuǎn)角分別為 3°、6°、9°、12°、15°的 FSPGR 平掃序列，用于計(jì)算DCE-MRI后處理時(shí)T1值。

1.3 圖像后處理 IVIM-DWI圖像后處理：根據(jù)經(jīng)典雙指數(shù)模型，應(yīng)用GE AW 4.5后處理工作站內(nèi)置軟件，分析圖像數(shù)據(jù)的信號(hào)衰減，計(jì)算真實(shí)的擴(kuò)散系數(shù)（D）、偽擴(kuò)散系數(shù)（D*）及灌注分?jǐn)?shù)（f）。結(jié)合 T2WI、DWI序列及臨床經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)下穿刺病理結(jié)果或根治術(shù)后大體標(biāo)本切片位置，設(shè)置相應(yīng)的感興趣區(qū)（ROI），ROI的放置應(yīng)避開(kāi)囊變、壞死區(qū)域及粗大的鈣化結(jié)節(jié)，ROI面積盡可能大，每個(gè)病灶ROI取3個(gè)斷面重復(fù)勾畫(huà)3次后取平均值，見(jiàn)圖1B。

DCE圖像后處理：根據(jù)Extended Tofts模型，應(yīng)用 GE AW 4.5后處理工作站 cine tool軟件，對(duì)DCE-MRI圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理分析，得到容量轉(zhuǎn)移常數(shù)（Ktrans）、速率常數(shù)（Kep）、血管外細(xì)胞外間隙容積分?jǐn)?shù)（Ve）及血管空間容積分?jǐn)?shù)（Vp）。結(jié)合 T2WI、DWI序列及臨床經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)下穿刺病理結(jié)果或根治術(shù)后大體標(biāo)本切片位置，設(shè)置相應(yīng)ROI，同時(shí)與IVIM-DWI后處理過(guò)程中的ROI層面及位置盡可能相對(duì)應(yīng)。ROI放置于各分區(qū)強(qiáng)化明顯的區(qū)域，同時(shí)應(yīng)避免囊變、壞死區(qū)域及粗大的鈣化結(jié)節(jié)，ROI面積盡可能大，每個(gè)病灶ROI取3個(gè)斷面重復(fù)勾畫(huà)3次后取平均值，見(jiàn)圖1C。所有數(shù)據(jù)處理分析由2名經(jīng)驗(yàn)豐富的影像科醫(yī)師共同進(jìn)行，意見(jiàn)不一致者去除。

圖1 男，84歲，總前列腺特異性抗原為35.05 ng/ml，游離前列腺特異性抗原/總前列腺特異性抗原為8.06%，前列腺癌；常規(guī)T1WI、T2WI及DWI圖（A）；病理證實(shí)右側(cè)外周帶底部（箭）為前列腺癌病灶。IVIM-DWI各相關(guān)參數(shù)偽彩圖，病理證實(shí)ROI1為癌灶區(qū)，ROI2為良性前列腺增生區(qū)，ROI1和ROI2的表觀擴(kuò)散系數(shù)值分別為0.814×10-3 mm2/s、1.030×10-3 mm2/s，D值分別為0.583×10-3 mm2/s、0.675×10-3 mm2/s，D*值分別為4.630×10-3 mm2/s、3.990×10-3 mm2/s，f值分別為0.281、0.551（B）；DCE-MRI各相關(guān)參數(shù)偽彩圖，ROI1和ROI2的Ktrans值分別為0.391/min、0.309/min，Kep值分別為0.866/min、0.705/min，Ve值分別為0.447、0.478，Vp值分別為0.030、0.002（C）

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 13.0軟件，計(jì)量資料以±s表示，前列腺癌組與良性前列腺增生組各功能MRI定量參數(shù)比較采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)。前列腺癌不同Gleason評(píng)分組間各功能MRI定量參數(shù)比較采用Kruskal-WallisH檢驗(yàn)，組間兩兩比較采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)，P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 前列腺癌組與良性前列腺增生組各功能MRI定量參數(shù)比較 前列腺癌組Ktrans、Kep、Vp及D*值較良性前列腺增生組增大，Ve、D、f值較良性前列腺增生組減小，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見(jiàn)表1。

表1 前列腺癌組與良性前列腺增生組DCE-MRI及IVIM-MRI各定量參數(shù)比較（±s）

表1 前列腺癌組與良性前列腺增生組DCE-MRI及IVIM-MRI各定量參數(shù)比較（±s）

注：D：真實(shí)的擴(kuò)散系數(shù)；D*：偽擴(kuò)散系數(shù)；f：灌注分?jǐn)?shù)；Ktrans：容量轉(zhuǎn)移常數(shù)；Kep：速率常數(shù)；Ve：血管外細(xì)胞外間隙容積分?jǐn)?shù)；Vp：血管空間容積分?jǐn)?shù)

2.2 DCE-MRI、IVIM-MRI各參數(shù)鑒別前列腺癌與良性前列腺增生的診斷效能 IVIM-MRI及DCE-MRI各定量參數(shù)的診斷效能從高到低依次為：f值>D值>Kep值>D*值>Ktrans值>Vp值>Ve值，見(jiàn)表2及圖2。

表2 DCE-MRI、IVIM-MRI各定量參數(shù)鑒別前列腺癌與良性前列腺增生的診斷效能

圖2 DCE-MRI各參數(shù)Ktrans、Kep、Ve及Vp值（A）以及IVIM-MRI參數(shù)D、D*及f值（B）鑒別診斷前列腺癌與良性前列腺增生的ROC曲線(xiàn)

2.3 前列腺癌不同GS評(píng)分組間MRI定量參數(shù)比較前列腺癌Gleason評(píng)分低危組、中危組及高危組間D、Kep、D*、f值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見(jiàn)表3。隨著腫瘤Gleason評(píng)分升高，D值逐漸減小，D*值逐漸增大，而Kep值及f值呈先增大后減小的趨勢(shì)。其余各參數(shù)組間趨勢(shì)表現(xiàn)并不明顯。

表3 前列腺癌Gleason評(píng)分低危組、中危組及高危組間各參數(shù)比較（±s）

表3 前列腺癌Gleason評(píng)分低危組、中危組及高危組間各參數(shù)比較（±s）

注：與低危組比較，*P<0.05；與中危組比較，#P<0.05。D：真實(shí)的擴(kuò)散系數(shù)；D*：偽擴(kuò)散系數(shù)；f：灌注分?jǐn)?shù)；Ktrans：容量轉(zhuǎn)移常數(shù)；Kep：速率常數(shù)；Ve：血管外細(xì)胞外間隙容積分?jǐn)?shù)；Vp：血管空間容積分?jǐn)?shù)

3 討論

近年來(lái)隨著人口的老齡化，前列腺癌的發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)。目前常用的影像學(xué)檢查包括經(jīng)直腸超聲、CT和MRI。經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)下穿刺活檢是術(shù)前確診前列腺癌的“金標(biāo)準(zhǔn)”。MRI具有很好的空間分辨率，DCE-MRI及IVIM-DWI的運(yùn)用為前列腺癌的診斷及分級(jí)提供了新的視角。

DCE-MRI可以對(duì)前列腺組織內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及量化，客觀地反映組織內(nèi)的微血管特性。通過(guò)Extended Tofts模型，可以得到Ktrans、Kep、Ve、Vp值。Ktrans值主要反映血管壁通透性的改變，Vp值反映組織內(nèi)微血管數(shù)量的異常[4]。前列腺癌組織代謝旺盛，血流灌注豐富，其中毛細(xì)血管壁不完整，腫瘤血管具有較大的通透性，因此前列腺癌組中Ktrans、Kep及Vp值均明顯高于良性前列腺增生組，與既往研究結(jié)果一致[5-6]。由于腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)較快，細(xì)胞數(shù)目較多，單個(gè)體素內(nèi)血管外細(xì)胞外空間明顯減小，故前列腺癌組的Ve值明顯低于良性前列腺增生組。

IVIM-DWI應(yīng)用經(jīng)典的雙指數(shù)函數(shù)模型對(duì)不同b值下采集到的DWI圖像進(jìn)行分析，得到D、D*、f值。由于前列腺癌灶內(nèi)惡性上皮細(xì)胞和腺體不規(guī)則分布并排列緊密，水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受限，故D值明顯減低，與既往研究結(jié)果一致[7-8]。本研究中，前列腺癌組D*值增大，而f值減小。對(duì)于D*及f值的研究結(jié)果國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道不一致[8-10]，其原因可能與采取的 b值范圍及最高b值有關(guān)。在小b值下，血液的磁化占整個(gè)擴(kuò)散信號(hào)衰減的主要成分，更多的小b值分布有利于D*值對(duì)微循環(huán)灌注信息的表達(dá)[11]。Pang等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在最高b值均不超過(guò)750 s/mm2的情況下，前列腺癌的f值較周?chē)＝M織增高；而當(dāng)最高b值超過(guò)750 s/mm2時(shí)，前列腺癌的f值則開(kāi)始減低。本研究推測(cè)，高b值下前列腺癌中f值可能受血流灌注量及血管通透性的雙重影響，其減小可能與癌灶中的血管通透性異常有關(guān)[13]。由于前列腺癌中毛細(xì)血管壁不完整具有較大的通透性，血管壁對(duì)血管中水分子的屏障作用減弱，導(dǎo)致一部分血管內(nèi)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增加。

本研究通過(guò)繪制各定量參數(shù)的ROC曲線(xiàn)，并計(jì)算曲線(xiàn)下面積比較各參數(shù)對(duì)前列腺癌的診斷效能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，IVIM-MRI各參數(shù)中D值和f值的診斷效能較高。DCE-MRI各參數(shù)中，Ktrans及Kep值的診斷效能中等，其中以Kep的診斷效能最高。Kep與Ktrans及Ve之間的關(guān)系為：Ktrans=Kep×Ve。由于腫瘤中的 Ve值普遍偏低，導(dǎo)致Ktrans值的變化難以體現(xiàn)，故Kep的敏感性更強(qiáng)，與Van Niekerk等[14]的研究結(jié)果一致。既往關(guān)于IVIM-DWI各參數(shù)對(duì)前列腺癌的診斷效能鮮有報(bào)道，同時(shí)由于所采用的b值范圍缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，難以對(duì)其進(jìn)行橫向比較分析。本研究中，IVIM-MRI參數(shù)D值及f值的診斷效能均明顯高于DCE-MRI各定量參數(shù)，且 DCE-MRI在掃描及后處理過(guò)程中受到更多不可控因素的干擾，包括對(duì)比劑的注射速度、患者間基礎(chǔ)血流速度的差異、輸入動(dòng)脈的選擇等，均可能導(dǎo)致各定量參數(shù)的診斷效能下降。因此，IVIM-MRI各定量參數(shù)鑒別前列腺癌及良性前列腺增生更具有優(yōu)勢(shì)。

Gleason病理分級(jí)系統(tǒng)以腫瘤內(nèi)腺體分化程度和腫瘤在間質(zhì)中的生長(zhǎng)方式作為標(biāo)準(zhǔn)，是目前最常用的前列腺癌病理學(xué)分級(jí)系統(tǒng)[10]。Pesapane等[9]研究發(fā)現(xiàn)，表觀擴(kuò)散系數(shù)值能有效鑒別低、中、高危前列腺癌，但I(xiàn)VIM各參數(shù)并無(wú)顯著差異，其原因可能是由于在研究中所設(shè)置的b值過(guò)低。本研究增加b值范圍，結(jié)果顯示隨Gleason評(píng)分升高，D值逐漸減小，D*值逐漸增大，而f值及Kep值呈先增大后減小的趨勢(shì)。在腫瘤由早期到中期的發(fā)展過(guò)程中，隨著血管通透性逐漸增加，間質(zhì)液壓逐漸增加，但未達(dá)到能夠終止血管內(nèi)外被動(dòng)擴(kuò)散這一過(guò)程的臨界點(diǎn)，此時(shí)血管內(nèi)與血管外處于一種壓力順差，Kep值增大。這一壓力差有利于提高腫瘤組織的灌注量，此時(shí)f值主要體現(xiàn)灌注量的增加[15]。隨著腫瘤的進(jìn)展，腫瘤細(xì)胞更加密集以及微血管數(shù)量增多，導(dǎo)致細(xì)胞外血管外間質(zhì)空間變小，間質(zhì)液壓亦增大到臨界點(diǎn)，此時(shí)依靠造影劑被動(dòng)擴(kuò)散機(jī)制的Kep值減小。由于腫瘤血管內(nèi)皮的分化程度減低，血管通透性增加，高危組中的f值也相應(yīng)減低[16]。

本研究的局限性為：①可用于Gleason評(píng)分分組的樣本量較少，各組間樣本分布不均勻，可能導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)結(jié)果的偏差；②部分患者通過(guò)經(jīng)直腸超聲穿刺活檢證實(shí)為前列腺癌，相應(yīng)病灶的定位很難與影像結(jié)果相吻合；③ROI的放置以橫斷面為基礎(chǔ)，盡管每個(gè)病灶選取3個(gè)斷面取平均值，但仍然難以避免腫瘤血管分布的異質(zhì)性。

總之，IVIM-DWI及DCE-MRI各定量參數(shù)可有效鑒別前列腺癌與前列腺增生，其中IVIM-DWI更具優(yōu)勢(shì)。IVIM-DWI參數(shù)中D值減小、D*值增大及f值先增大后減小可提示高級(jí)別的前列腺癌。