DWI單、雙指數(shù)模型對中央腺體前列腺癌及良性前列腺增生的鑒別診斷價值

陳 陽，陽青松，陸建平

1.復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放射診斷科，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院腫瘤學(xué)系，上海 200032；2.海軍軍醫(yī)大學(xué)（第二軍醫(yī)大學(xué)）長海醫(yī)院影像科，上海 200433

在美國男性人群中，前列腺癌（prostate cancer，PCa）是除皮膚癌之外發(fā)病率最高的癌癥，死亡率居第2位［1-2］。在我國，近年來PCa的發(fā)病率及死亡率明顯增高［3］。通常認(rèn)為，癌灶體積的50%以上位于中央腺體（central gland，CG）的PCa即為CGPCa［4］，占所有PCa的25%～30%［4］。與外周帶PCa相比，雖然CGPCa發(fā)病率、病理學(xué)分期、Gleason評分較低，但如果不進(jìn)行治療，約16% CGPCa可出現(xiàn)進(jìn)展［5-9］；約16% CGPCa在前列腺切除術(shù)后可復(fù)發(fā)［10］；高級別CGPCa預(yù)后情況與外周帶PCa相仿［10］。因此，臨床上需要及時、準(zhǔn)確地對CGPCa作出診斷。

良性前列腺增生（benign prostatic hyperplasia，BPH）亦主要發(fā)生在前列腺CG，可分為基質(zhì)型增生（stromal hyperplasia，SH）和腺體型增生（glandular hyperplasia，GH）兩種病理學(xué)類型。由于BPH臨床表現(xiàn)、實驗室檢查、影像學(xué)表現(xiàn)均與CGPCa有部分重疊，傳統(tǒng)的檢查方法如前列腺特異性抗原（prostate-specific antigen，PSA）檢測、直腸指檢、T2WI不能有效地區(qū)分兩者；經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)下系統(tǒng)穿刺具有盲目性、有創(chuàng)性，還可能引起感染、出血等并發(fā)癥［11］。因此，無創(chuàng)性鑒別CGPCa與BPH一直是臨床工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

彌散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）可以檢測水分子的布朗運(yùn)動，并可通過單指數(shù)及雙指數(shù)模型定量地反映組織彌散及血流灌注信息。前列腺影像報告和數(shù)據(jù)系統(tǒng)2.0中明確指出，DWI是診斷外周帶PCa的主要序列［12］，然而DWI對CGPCa的診斷價值尚存在爭議［13-15］。目前，有關(guān)綜合運(yùn)用DWI單指數(shù)及雙指數(shù)模型診斷CGPCa的研究有限。本研究旨在探索DWI單指數(shù)及雙指數(shù)模型對CGPCa、SH和GH的鑒別診斷價值。

1 材料和方法

1.1 研究對象

回顧性分析2014年8月1日—2016年7月31日在海軍軍醫(yī)大學(xué)（第二軍醫(yī)大學(xué)）長海醫(yī)院行前列腺M(fèi)RI檢查的患者資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：MRI檢查序列包含T1WI、T2WI和多b值（0、50、100、150、200、500、800、1 000、1 500、2 000 s/mm2）DWI；MRI檢查后行前列腺穿刺活檢術(shù)，病理學(xué)檢查證實為CGPCa。排除標(biāo)準(zhǔn)：MRI檢查前進(jìn)行過前列腺穿刺術(shù)或PCa放療、化療、內(nèi)分泌、手術(shù)等治療；有其他惡性腫瘤病史；圖像質(zhì)量不能滿足診斷需求。共入組36例患者（36個病灶），年齡53～82歲，平均年齡為（70±8）歲；PSA范圍3.217～120.243 ng/mL，中位數(shù)和四分位數(shù)間距為（16.284±42.480）ng/mL；Gleason評分范圍6～10，中位數(shù)和四分位數(shù)間距為（7±3）。

回顧性分析2015年1月1日—2015年12月31日在海軍軍醫(yī)大學(xué)（第二軍醫(yī)大學(xué)）長海醫(yī)院行前列腺M(fèi)RI檢查的患者資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：MRI檢查序列包含T1WI、T2WI和多b值（0、50、100、150、200、500、800、1 000、1 500、2 000 s/mm2）DWI；MRI檢查后行前列腺穿刺活檢術(shù)，病理學(xué)檢查證實為SH或GH的患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：MRI檢查前進(jìn)行過前列腺穿刺活檢術(shù)或前列腺手術(shù)治療；有惡性腫瘤病史；圖像質(zhì)量不能滿足診斷需求。共入組25例SH患者（36個病灶），年齡52～82歲，平均年齡為（64±7）歲；PSA范圍4.166～40.042 ng/mL，平均（11.338±7.608）ng/mL。共入組23例GH患者（36個病灶），年齡53～82歲，平均年齡為（65±7）歲，PSA范圍1.120～40.042 ng/mL，平均（10.741±7.781）ng/mL。

1.2 MRI檢查

本研究采用Siemens Magnetom 3.0 T Skyra 超導(dǎo)型MRI儀，由內(nèi)置體部線圈發(fā)射射頻，腹部相控陣線圈與脊柱相控陣線圈組合而成的體表線圈接收MRI信號。MRI檢查序列包括：軸位T2WI掃描、軸位T1WI掃描、10個b值（0、50、100、150、200、500、800、1 000、1 500、2 000 s/mm2）軸位DWI掃描。MRI掃描參數(shù)見表1。

表1 磁共振掃描參數(shù)Tab.1 Imaging protocols for MRI

1.3 穿刺實施及病理學(xué)檢查

由兩名經(jīng)驗豐富的放射科醫(yī)師根據(jù)MRI影像表現(xiàn)對患者前列腺進(jìn)行評估。在T2WI上，CG內(nèi)出現(xiàn)低信號病灶，邊緣模糊、浸潤，DWI明顯受限、ADC值明顯減低，應(yīng)高度懷疑為CGPCa。先對可疑病灶行MRI-超聲融合靶向穿刺，穿刺標(biāo)本放入標(biāo)有穿刺部位的標(biāo)本盒中進(jìn)行病理學(xué)檢查；接著進(jìn)行經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)下前列腺12針系統(tǒng)穿刺活檢術(shù)，并對標(biāo)本進(jìn)行病理學(xué)檢查。對于MRI評估沒有可疑CGPCa的患者，直接進(jìn)行經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)下前列腺12針系統(tǒng)穿刺活檢術(shù)。

MRI-超聲融合靶向穿刺的具體流程：將MRI數(shù)據(jù)導(dǎo)入GE LOGIQ E9超聲儀中，與超聲圖像進(jìn)行融合；由放射科醫(yī)師根據(jù)MRI圖像指出可疑CGPCa病灶位置，與超聲圖像匹配后由泌尿外科醫(yī)師進(jìn)行靶向穿刺。經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)下前列腺12針系統(tǒng)穿刺術(shù)是將前列腺從上到下分為底部、中部、尖部三個部分，每個部分再分為左側(cè)外周帶、右側(cè)外周帶、左側(cè)中央腺體、右側(cè)中央腺體，共12個區(qū)域，每個區(qū)域各穿刺1針。

1.4 病理學(xué)檢查結(jié)果與MRI圖像的匹配、感興趣區(qū)（region of interest，ROI）選取

將多b值DWI圖像導(dǎo)入Siemens后處理平臺，以前列腺穿刺病理學(xué)檢查結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，參考T2WI在DWI上找到相應(yīng)病灶。CGPCa在T2WI上表現(xiàn)為低信號，邊緣模糊，DWI為高信號；SH、GH病灶表現(xiàn)為T2WI上低或高信號病灶，范圍較局限。確定病灶后，選取最大平面，以盡可能大的范圍劃定感興趣區(qū)（region of interest，ROI），每個病灶選取一個ROI。劃定ROI時，要避開尿道、囊變、出血等區(qū)域。劃定ROI后，由后處理軟件自動計算出相應(yīng)參數(shù)。CGPCa、SH、GH三組患者ROI面積中位數(shù)和四分位數(shù)間距分別為（90.50±202.50）、（85.50±60.00）和（40.50±39.75）mm2（圖1）。

DWI單指數(shù)模型計算公式：S/S0=exp（-bADCtotal），S為信號強(qiáng)度，S0為b=0信號強(qiáng)度，ADCtotal為表觀彌散系數(shù)。雙指數(shù)模型計算公式：S/S0=fexp（-bADCfast）+（1-f）exp（-bADCslow），S為不同b值信號強(qiáng)度，S0為b=0時信號強(qiáng)度，ADCslow為慢彌散系數(shù)，ADCfast為快彌散系數(shù)，f為快彌散成分比例。

圖1 ROI選取及DWI單、雙指數(shù)模型參數(shù)獲得Fig.1 ROI and parameter value maps of monoexponential and biexponential DWI models

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。首先，分別對CGPCa、SH、GH三組患者的ADCtotal、ADCfast、ADCslow、f值數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗，采用進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)描述。其次，對各組數(shù)據(jù)進(jìn)行方差齊性檢驗，采用方差分析、LSD-t檢驗比較各參數(shù)差異性。將SH與GH患者共同作為BPH組，比較各參數(shù)對CGPCa的診斷效能。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 單指數(shù)模型參數(shù)均數(shù)比較

單指數(shù)模型參數(shù)ADCtotal3組病理學(xué)類型均數(shù)差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.000 1）。進(jìn)一步對3組均數(shù)進(jìn)行多重比較：3組患者兩兩之間ADCtotal差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.000 1）。因此，GH ADCtotal最大，SH ADCtotal明顯大于CGPCa ADCtotal（表2、3）。

表2 前列腺CG不同病理類型病灶各參數(shù)比較Tab.2 Comparisons of ADCtotal,ADCfast,ADCslow,f value of lesions with different pathological types in prostate central gland（）

表2 前列腺CG不同病理類型病灶各參數(shù)比較Tab.2 Comparisons of ADCtotal,ADCfast,ADCslow,f value of lesions with different pathological types in prostate central gland（）

表3 ADCtotal、ADCslow、f值各病理類型均數(shù)的多重比較Tab.3 Multiple comparisons of ADCtotal,ADCslow,f value of lesions with different pathological types in prostate central gland

2.2 雙指數(shù)模型各參數(shù)均數(shù)比較

3組病理類型ADCslow差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.000 1）。進(jìn)一步對三組均數(shù)進(jìn)行多重比較：CGPCa、SH與GH兩兩之間ADCslow差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.000 1）。GH ADCslow明顯高于CGPCa ADCslow和SH ADCslow，SH ADCslow明顯高于CGPCa ADCslow（表2、表3）。

3組病理類型f值均數(shù)差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.006）。進(jìn)一步對三組均數(shù)進(jìn)行多重比較：CGPCa與SH之間f值均數(shù)差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.002）；CGPCa與GH、GH與SH之間f值均數(shù)差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.053、P=0.201）。因此，SH f值明顯高于CGPCa（表2、3）。

3組病理學(xué)類型ADCfast均數(shù)差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.685，表2）。

2.3 各參數(shù)對CGPCa的診斷效能

ROC曲線分析：單指數(shù)模型參數(shù)ADCtotal、雙指數(shù)模型參數(shù)ADCslow診斷CGPCa ROC曲線的曲線下面積均為0.998，診斷效能均較高，且兩者之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.480）。ADCtotal臨界值為0.690×10-3mm2/s，ADCslow臨界值為0.670×10-3mm2/s，兩參數(shù)在臨界值的特異度均為100%，靈敏度均為97.22%（表4，圖2）。

雙指數(shù)模型參數(shù)f值診斷CGPCa ROC曲線的曲線下面積為0.674，與ADCtotal、ADCslow曲線的曲線下面積比較，P均＜0.000 1。f值臨界值為0.197×10-3，特異度為47.22%，靈敏度為86.11%（表4，圖2）。

雙指數(shù)模型參數(shù)ADCfast診斷CGPCa ROC曲線的曲線下面積為0.580，臨界值為0.078×10-3mm2/s，特異度為41.67%，靈敏度為77.78%（表4，圖2）。

表4 ADCtotal、ADCfast、ADCslow、f值對CGPCa的診斷效能Tab.4 Diagnostic efficiency of ADCtotal,ADCfast,ADCslow,f value for CGPCa

圖2 ADCtotal、ADCfast、ADCslow、f 值診斷CGPCa ROC曲線Fig.2 ROC curves of all parameters for diagnosis of CGPCa

3 討 論

準(zhǔn)確鑒別CGPCa與BPH是臨床工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)，傳統(tǒng)的實驗室檢查、影像學(xué)檢查和前列腺穿刺活檢術(shù)均有一定局限性。DWI是功能學(xué)MRI的基礎(chǔ)，可以定量地反映微觀組織學(xué)信息。單指數(shù)模型是最簡單的DWI模型，該模型假設(shè)DWI信號呈單指數(shù)衰減，用ADCtotal量化。ADCtotal反映組織彌散及毛細(xì)血管灌注的綜合效益，ADCtotal值減小代表水分子運(yùn)動受限，相反，ADCtotal值增大代表水分子運(yùn)動活躍。本研究顯示，CGPCa ADCtotal小于SH和GH，這是因為CGPCa組織細(xì)胞增殖活躍，細(xì)胞數(shù)量較多，細(xì)胞內(nèi)、外間隙縮小，水分子運(yùn)動受限。Hoeks等［16］研究表明，ADCtotal可以用于鑒別CGPCa與CG非癌組織；另有文獻(xiàn)［17-18］報道，PCa ADCtotal小于BPH；Liu等［19］證明ADCtotal柱狀圖分析可以鑒別CGPCa與SH；這些研究結(jié)果均與本研究相似。與GH相比，SH含有更多的細(xì)胞和致密組織，細(xì)胞外液含量較低，因此，理論上SH ADCtotal比GH小，本研究證實了該推測。Noworolski等［20］、Liu等［21］也得出與本研究相似的結(jié)論。

DWI雙指數(shù)模型于20世紀(jì)80年代被提出［22］，最早應(yīng)用于腦部研究中［23］，目前主流觀點(diǎn)支持使用雙成分理論進(jìn)行解釋。雙指數(shù)模型假設(shè)水分子在組織的運(yùn)動由血流灌注和熱運(yùn)動兩種形式構(gòu)成，分別由ADCfast、ADCslow兩個參數(shù)量化；f為快彌散成分比例，是體素內(nèi)毛細(xì)血管容積與體素容積的比值。Le Bihan［24］認(rèn)為，在高b值下，ADCslow可能代表與細(xì)胞膜和相應(yīng)的細(xì)胞骨架相關(guān)的水分子的擴(kuò)散情況，而ADCfast量化的是細(xì)胞內(nèi)、外彌散受限相對較輕的其它水分子的擴(kuò)散情況。結(jié)合前列腺組織實際情況，ADCslow代表受縛于結(jié)締組織、細(xì)胞膜及相應(yīng)細(xì)胞骨架的細(xì)胞結(jié)構(gòu)附近水分子擴(kuò)散情況，ADCfast主要量化的是腺體組織內(nèi)液體和血管內(nèi)、細(xì)胞內(nèi)、血管外細(xì)胞外間隙里自由水?dāng)U散情況［21］。本研究結(jié)果顯示，CGPCa ADCslow比SH、GH低，SH ADCslow低于GH。與GH相比，CGPCa和SH細(xì)胞數(shù)量及致密組織較多，細(xì)胞外間隙較少，導(dǎo)致束縛于細(xì)胞膜及其骨架的水分子增多，因此，代表這部分水分子擴(kuò)散大小的ADCslow較??；而3種病理類型中組織的基本結(jié)構(gòu)相似，因此，代表自由水?dāng)U散情況的ADCfast保持不變。本研究結(jié)果印證了該假說，也解釋了單指數(shù)模型參數(shù)ADCtotal、雙指數(shù)模型參數(shù)ADCslow診斷CGPCa效能相仿的原因。

陽青松等［14］研究表明，CGPCaf值小于SHf值，這與本研究結(jié)果相仿，而其研究得出CGPCaf值小于GH、SHf值小于GH的結(jié)論與本研究不同。陳小溪等［25］研究表明，PCaf值較BPH偏小，這與本研究結(jié)果相仿，但是該研究沒有明確區(qū)分PCa部位和前列腺增生的病理學(xué)類型。Liu等［21］的研究發(fā)現(xiàn)，CGPCaf值與SHf值均數(shù)差異無統(tǒng)計學(xué)意義，而CGPCaf值比GHf值小。總之，不同研究中f值的統(tǒng)計結(jié)果不盡相同，尚需要更多研究證實。

本研究也有一定的局限性：①入組病例數(shù)量較少，仍需要大宗數(shù)據(jù)驗證上述結(jié)果。② 本研究診斷金標(biāo)準(zhǔn)為MRI-超聲融合靶向穿刺及系統(tǒng)穿刺，而非病理學(xué)大切片逐層對照，可能會造成一定偏差。

綜上所述，DWI單指數(shù)模型參數(shù)ADCtotal、雙指數(shù)模型參數(shù)ADCslow均可以反映組織內(nèi)細(xì)胞結(jié)構(gòu)附近的水分子的彌散情況，對鑒別CGPCa與BPH具有較大價值。