PET/CT和多參數(shù)磁共振成像圖像紋理分析診斷移行帶前列腺癌的價值

劉春利，石華錚，劉夢苓，李笑笑，張文瑞，孫 健

1.上海市全景醫(yī)學(xué)影像診斷（徐匯）中心PET/CT室，上海 200233；

2.上海市全景醫(yī)學(xué)影像診斷（虹口）中心PET/CT室，上海 200437

前列腺癌是老年男性常見疾病之一。隨著多參數(shù)磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）的運用，臨床早期診斷前列腺癌有了巨大進步。然而，位于移行帶（transition zone，TZ）的腫瘤診斷效率仍然不及周圍帶（peripheral zone，PZ）（靈敏度/特異度為0.53/0.83vs0.80/0.97）［1-2］。近年來，計算機輔助分析醫(yī)學(xué)圖像（紋理分析）給臨床提供了許多肉眼無法識別的信息，可用于疾病診斷和病理學(xué)特征分析［3-5］。

本研究擬對移行帶前列腺癌的多參數(shù)MRI［包括T1WI、T2WI和擴散加權(quán)成像（diffusionweighted imaging，DWI）］和18F-FDG PET/CT圖像上的腫瘤和非腫瘤區(qū)域進行紋理分析，比較各種圖像鑒別診斷的效率，分析聯(lián)合診斷的效果，以期提高臨床診斷移行帶前列腺癌的效率。

1 資料和方法

1.1 臨床資料

收集2017年7月—2019年6月在上海市全景醫(yī)學(xué)影像診斷中心疑診為前列腺癌而接受前列腺MRI及全身18F-FDG PET/CT檢查的患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：① MRI和18F-FDG PET/CT圖像資料完整，圖像質(zhì)量能用于紋理分析用；② 有明確的病理學(xué)檢查結(jié)果，包括穿刺活檢和手術(shù)后病理學(xué)檢查；③ 腫瘤位于移行帶。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 腫瘤位于周圍帶；② 盆腔或腰骶部有金屬植入物影響圖像質(zhì)量；③ 近期前列腺有穿刺或手術(shù)史。

1.2 18F-FDG PET/CT檢查方法

使用德國Siemens公司的Biograph mCT Flow 64 PET/CT掃描儀。檢查前空腹6 h以上，并將血糖控制在6.5 mmol/L內(nèi)。靜息平臥15 min后，靜脈注射18F-FDG顯像劑10 mCi（1 mCi=37 MBq）。暗光條件下安靜休息1 h后，行全身FDG代謝顯像及螺旋CT斷層顯像。顯像范圍為顱頂部至股骨中上段。每個床位的圖像采集時間為3 min，共獲得6個床位的掃描顯像。使用軸向視野為21.6 cm的高分辨率全身掃描儀獲得PET數(shù)據(jù)。PET圖像經(jīng)衰減校正、迭代重建與CT斷層圖像融合后進行多幅顯示。

1.3 MRI檢查方法

采用德國Siemens公司的Skyra 3.0T磁共振掃描機。常規(guī)MRI檢查序列：① T1WI快速自旋回波序列（turbo spin echo，TSE），橫斷面小視野掃描，重復(fù)時間（repetition time，TR）/回波時間（echo time，TE）為550 ms/12 ms，層厚3 mm，層距0.6 mm，掃描視野（field of view，F(xiàn)OV）為20 cm×20 cm，矩陣240×320。② 橫斷面T2WI TSE序列，TR/TE為6 500 ms/97 ms，層厚3 mm，層距0.6 mm，F(xiàn)OV為20 cm×20 cm，矩陣256×320。③ DWI采用平面回波成像（echo planar imaging，EPI）序列，b值分別為50、400、800 s/mm2，TR/TE為8 800 ms/87 ms，層厚3 mm，層距0.6 mm，F(xiàn)OV為20 cm×17 cm，矩陣85×124。

1.4 圖像分析方法

由兩名高年資影像學(xué)診斷醫(yī)師根據(jù)病理學(xué)檢查結(jié)果，分別在同一患者PET/CT、T1WI、T2WI、DWI對應(yīng)腫瘤橫斷面最大層面上勾畫感興趣區(qū)（region of interest，ROI），要求盡量包含全部病灶；非腫瘤區(qū)ROI選擇腫瘤同層圖像的非腫瘤區(qū)（圖1）。

圖 1 位于移行帶的前列腺癌多模態(tài)圖像

ROI的勾畫和直方圖紋理分析由MaZda軟件完成，參數(shù)包括峰度、熵、偏度、均值。

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理

腫瘤區(qū)和非腫瘤區(qū)各組圖像紋理參數(shù)的差異分析采用t檢驗（方差齊性數(shù)據(jù)）或非參數(shù)檢驗Mann-WhitneyU檢驗（非方差齊性數(shù)據(jù)），P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

經(jīng)過上述統(tǒng)計，篩選出基于PET/CT、T1WI、T2WI和DWI圖像，腫瘤和非腫瘤區(qū)紋理特征差異有統(tǒng)計學(xué)意義的參數(shù)，用受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線分析方法分別評價各參數(shù)在檢出移行帶前列腺癌方面的效率，用曲線下面積（area of curve，AUC）表示。根據(jù)上述方法篩選出的有統(tǒng)計學(xué)意義的參數(shù)，并得到ROC曲線建立的鑒別診斷閾值，分別用每個參數(shù)對每個ROI區(qū)域進行診斷分類，診斷為陽性（腫瘤）記為1分，最后統(tǒng)計每個病灶的總得分，再用ROC曲線分析方法評價聯(lián)合各參數(shù)（總得分）在檢出移行帶前列腺癌方面的效率，用AUC表示。［-（0.188±0.433），P=0.030，圖2］。其余各指標(biāo)腫瘤區(qū)及非腫瘤區(qū)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

最終納入本研究的移行帶前列腺癌患者共36例，年齡為55～83歲，中位年齡68.5歲，共納入研究病灶36個（當(dāng)患者出現(xiàn)多個癌灶時，只選取發(fā)生在移行帶且長徑最大的病灶），病灶最大徑為0.8～3.5 cm，平均值為（2.2±0.8）cm。

腫瘤區(qū)和非腫瘤區(qū)的PET/CT、T1WI、T2WI和DWI圖像的直方圖紋理特征參數(shù)見表1，腫瘤區(qū)PET/CT和DWI圖像的均值（分別為167.5±17.1和76.8±18.3）高于非腫瘤區(qū)（分別為115.3±15.8和54.6±10.8），差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P均＜0.001）；腫瘤區(qū)T1WI圖像偏度（0.166±0.447）大于非腫瘤區(qū)

表 1 腫瘤區(qū)和非腫瘤區(qū)PET/CT和多參數(shù)MRI圖像紋理特征

圖 2 腫瘤區(qū)和非腫瘤區(qū)相關(guān)圖像紋理特征參數(shù)比較

經(jīng)ROC曲線分析，PET/CT均值用于檢出腫瘤的靈敏度為93.8%，特異度為81.2%，AUC為0.863（95% CI：0.709～1.000）；DWI圖像的均值檢出腫瘤的靈敏度為75.0%，特異度為87.5%，AUC為0.863（95% CI：0.737～0.989）；T1WI圖像的偏度檢出腫瘤的靈敏度為87.5%，特異度為68.7%，AUC為0.711（95% CI：0.522～0.900）。聯(lián)合上述三指標(biāo)，檢出腫瘤的靈敏度為100.0%，特異度為93.7%，AUC為0.992（95% CI：0.972～1.000）（圖3）。

圖 3 基于PET/CT均值、DWI均值、T1WI偏度及聯(lián)合多參數(shù)模型檢出移行帶前列腺癌效能的ROC曲線

3 討 論

前列腺癌作為老年男性常見的惡性腫瘤，隨著人口老齡化，其發(fā)病率越來越高。MRI的軟組織分辨率高，同時可以進行多參數(shù)MRI（T1WI、T2WI、DWI和增強掃描）檢查，在早期前列腺癌的檢出和治療中發(fā)揮著重要作用，尤其是發(fā)生在外周帶的前列腺癌，多參數(shù)MRI檢出率較高，靈敏度為80%，特異度為97%［1］。但是，目前的多參數(shù)MRI對移行帶的前列腺癌檢出率相對較低，還需要臨床進一步研究以提高檢出率。

在本研究中，我們運用直方圖紋理特征分析方法，分析了發(fā)生于中央移行帶的前列腺癌在PET/CT和多參數(shù)MRI圖像上的直方圖紋理特征，通過比較腫瘤區(qū)域和非腫瘤區(qū)域紋理特征參數(shù)的差異，發(fā)現(xiàn)腫瘤和非腫瘤區(qū)域PET/CT、DWI圖像的均值和T1WI圖像的偏度差異有統(tǒng)計學(xué)意義。腫瘤區(qū)域PET/CT圖像的均值大于非腫瘤區(qū)域，反映了腫瘤組織的18F-FDG代謝率高于非腫瘤組織。腫瘤區(qū)域DWI圖像的均值大于非腫瘤區(qū)域，反映了腫瘤組織的水分子擴散受限程度大于非腫瘤組織。而腫瘤區(qū)域T1WI圖像的偏度大于非腫瘤區(qū)域，腫瘤區(qū)域的數(shù)據(jù)分布是右偏度，非腫瘤區(qū)域的數(shù)據(jù)分布為左偏度，反映了腫瘤區(qū)域的數(shù)據(jù)位于均值右邊的比位于左邊的少，而非腫瘤區(qū)域的數(shù)據(jù)位于均值左邊的比位于右邊的少。通常T1WI不作為診斷依據(jù)，在前列腺癌的鑒別診斷中臨床價值有限，但本研究的初步結(jié)果顯示，腫瘤和非腫瘤組織的某些T1WI圖像紋理特征對鑒別診斷有一定的價值，這也從側(cè)面反映了利用圖像紋理分析技術(shù)得到的圖像表面特征信息通常是人類肉眼無法準(zhǔn)確判斷的，其在疾病鑒別診斷、病理學(xué)分級及預(yù)后判斷中均具有重要的臨床實踐意義［6-7］。

惡性腫瘤細胞代謝旺盛，較正常細胞消耗更多的葡萄糖，因而18F-FDG攝取也較正常細胞多，從而使腫瘤顯像［8］，但其在組織中的攝取沒有特異性，腫瘤病灶與正常前列腺組織、前列腺增生會發(fā)生重疊攝取，有研究［9］結(jié)果顯示，18F-FDG PET/CT診斷前列腺癌的靈敏度、特異度分別為63.1%和85.1%，其臨床應(yīng)用有一定的局限性。在本研究中，我們運用紋理分析方法，發(fā)現(xiàn)位于移行帶的腫瘤區(qū)域和非腫瘤區(qū)域在18F-FDG PET/CT圖像紋理均值特征上存在差異，并以此為檢出指標(biāo)，檢出腫瘤的靈敏度和特異度分別為93.8%和81.2%。DWI通過檢測水分子的擴散運動，反映組織內(nèi)的微觀結(jié)構(gòu)的細微變化。前列腺腫瘤組織和非腫瘤組織的病理基礎(chǔ)不同，前列腺增生組織的水分子擴散受限程度高于正常前列腺組織，但低于前列腺癌。相關(guān)研究［10］報道DWI的信號強度變化對前列腺癌的診斷靈敏度和特異度分別為57%～93%和57%～100%。本研究運用紋理分析，發(fā)現(xiàn)位于移行帶的腫瘤區(qū)域和非腫瘤區(qū)域在DWI圖像紋理均值特征上存在差異，并以此為檢出指標(biāo)，檢出腫瘤的靈敏度和特異度分別為75.0%和87.5%，與運用DWI的定量指標(biāo)表現(xiàn)擴散系數(shù)的結(jié)果類似。而聯(lián)合運用篩選出來的PET/CT和多參數(shù)MRI圖像紋理特征，可以較顯著地提高移行帶前列腺癌的檢出率。

本研究的不足之處：① 樣本量較小，部分為穿刺活檢，在影像學(xué)圖像與病理學(xué)檢查報告的匹配過程中可能會存在誤差，從而對研究結(jié)果產(chǎn)生影響；② 沒有將基于圖像紋理特征的移行帶前列腺癌的檢出率與基于定量化指標(biāo)的檢出率進行對照。

總之，本研究發(fā)現(xiàn)運用圖像紋理分析方法分析PET/CT和多參數(shù)MRI圖像可有效地檢出發(fā)生于移行帶的前列腺癌，為移行帶前列腺癌的檢出和診斷提供了新的思路和方法。