3.0 T磁共振擴散峰度成像聯(lián)合擴散加權成像評估侵襲性前列腺癌

張麗君，邢 偉，邢士軍

蘇州大學附屬第三醫(yī)院影像科，江蘇 常州 213000

前列腺癌在男性患者致死原因中居第6位[1]。前列腺癌患者的治療方取決于腫瘤的侵襲性、疾病分級和對復發(fā)風險的評估[2]。MRI是前列腺檢查的首選方法。然而，由于受到出血或壞死等因素的影響，常規(guī)前列腺MRI有一定的局限性，因此，亟需功能性MRI進一步對腫瘤組織微環(huán)境和微結(jié)構進行補充[3]。

研究表明，擴散加權成像（DWI）得到的表觀彌散系數(shù)（ADC）在前列腺癌病例中具有不同的Gleason評分，并且具有明顯的重疊[4-5]。另外，由于單指數(shù)模型計算的ADC大于真實擴散情況，因此，ADC在評估過程中有可能會對腫瘤病灶造成過度評估[6]。擴散峰度成像（DKI）反應了水分子的非高斯分布，并得到表觀峰度系數(shù)（Kapp）[7]，可用于評估組織分化程度，反映細胞膜、細胞器、細胞內(nèi)外環(huán)境等組織微結(jié)構的復雜性，以及微觀結(jié)構變化對水分子擴散的影響[8-11]。但目前鮮有關于DKI參數(shù)和DWI參數(shù)聯(lián)合診斷價值的研究。因此，本研究旨在探討DKI聯(lián)合DWI在診斷和評估侵襲性前列腺癌中價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象

回顧性分析2015年5月～2019年6月在蘇州大學附屬第三醫(yī)院接受前列腺MRI檢查的男性患者共110例。納入標準：檢查前無激素治療或放射治療史；檢查后1月行前列腺穿刺活檢；所有患者均采用統(tǒng)一的序列參數(shù)進行掃描。排除標準：缺乏DKI序列（n=10）；存在對診斷形成干擾的偽影：人工髖關節(jié)植入（n=2），腸道氣體干擾（n=10）；缺乏病理結(jié)果（n=8）。經(jīng)篩選后排除30例患者，最終納入本研究患者共80例。本研究經(jīng)蘇州大學附屬第三醫(yī)院倫理審查委員會批準。

1.2 MRI掃描方法

MRI檢查采用Siemens Verio 3.0 T MR掃描儀，采用8通道腹部相控陣線圈。掃描中心為恥骨聯(lián)合上方2.0 cm處，常規(guī)獲取軸位T1WI圖像（TR/TE 450.0 ms /8.7 ms；層厚3 mm；層距1.0 mm；FOV 340 mm×340 mm；矩陣256×256），軸位、冠狀位和矢狀位T2WI圖像（TR/TE 4 000.0 ms/67.0 ms；層厚3 mm；無間距掃描；FOV 200 mm×200 mm；矩陣 256×256）。DKI采用單次激發(fā)平面回波序列（TR/TE，4 500.0 ms/95.0 ms；層厚 3 mm；無間距掃描；FOV 200 mm×200 mm；矩陣102×160），激勵次數(shù)2，b=200、500、1 000、1 500、2 000 s/mm2，DKI總采集時間約為4.5 min，所有患者均采用相同的掃描序列和參數(shù)。部分患者還進行了動態(tài)對比增強MRI，但未在本研究中評估。

1.3 圖像分析

采用美國MatLab 2013b軟件獲取DKI參數(shù)，DKI模型公式為：

式中S0是b=0s/mm2時的信號強度，Sb是任意b值DKI信號強度，Dapp是非高斯分布的表觀擴散系數(shù)，Kapp是非高斯分布表觀擴散峰度系數(shù)。

ADC采用常規(guī)單指數(shù)模型根據(jù)以下公式得到：

式中S0是b=0s/mm2時的信號強度，Sb是任意b值DKI信號強度，b是擴散敏感系數(shù)，ADC是表觀擴散系數(shù)。

由2名分別具有8年和10年泌尿系統(tǒng)疾病MRI診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)師，在已知病理結(jié)果及臨床資料但不知道病理組織學分級的情況下，分別對圖像進行解釋和分析。2名醫(yī)師分別測量DKI參數(shù)后，取平均值作為最終結(jié)果以便進一步分析。結(jié)合軸位T2WI和DKI圖像在前列腺癌和前列腺增生病灶區(qū)域內(nèi)手動勾畫感興趣區(qū)（ROI），并以6區(qū)12針穿刺區(qū)域作為參考，勾畫穿刺區(qū)域病灶ROI。若病灶覆蓋超過2個針的區(qū)域且區(qū)域組織病理學結(jié)果不同，則以較高GS結(jié)果為準。前列腺增生患者僅勾畫增生區(qū)域作為ROI。勾畫ROI時避開尿道、鈣化、出血、壞死和囊變區(qū)域。最后，經(jīng)MatLab 2013b軟件獲得DKI參數(shù)，包括Kapp值，并得到ADC值。

1.4 前列腺穿刺活檢

前列腺穿刺活檢由具有10年或以上相關經(jīng)驗的泌尿外科醫(yī)生進行，常規(guī)在超聲引導下采用6區(qū)12針系統(tǒng)穿刺方法，必要時，對可疑病變重復穿刺1針。隨后將標本收集到編號瓶中，由具有20年或以上泌尿系疾病診斷經(jīng)驗的病理學醫(yī)師進行病理診斷，并按照GS評分系統(tǒng)將前列腺癌樣本分為低級別組（GS≤3+3）和中、高級別組（GS≥3+4）。

1.5 統(tǒng)計分析

使用SPSS21.0進行統(tǒng)計分析。使用組內(nèi)相關系數(shù)（ICC）評估2名醫(yī)師之間測量結(jié)果的一致性強度：ICC值0.00～0.20為較差；0.21～0.40為一般；0.41～0.60為中等；0.61～0.80為較強；0.81～1.00為很強。Kolmogorov-Smirnov檢驗計量資料是否符合正態(tài)分布，符合正態(tài)分布的計量資料用均數(shù)±標準差表示，并采用兩獨立樣本t檢驗比較前列腺癌和前列腺增生之間、低與中、高級別前列腺癌之間的ADC和Kapp值；不符合正態(tài)分布時采用Mann-Whitney檢驗。采用Logistic回歸分析和ROC曲線評估ADC、Kapp以及ADC+Kapp診斷及區(qū)分不同級別前列腺癌的效能，并采用DeLong檢驗比較其曲線下面積。選擇Youden指數(shù)最大的切點作為最佳臨界值，計算其對應的敏感度、特異度。采用Fisher精確概率法檢測ADC、Kapp以及ADC+Kapp敏感度、特異性度之間的差異。采用Spearman相關分析評估ADC和Kapp之間的相關性。以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料

80例經(jīng)前列腺穿刺活檢確診并行前列腺MRI和DKI檢查的患者中，前列腺癌患者49例，前列腺增生患者31例；49例前列腺癌患者共繪制65個ROI，包括低級別前列腺癌26個，中、高級別前列腺癌39個。49例前列腺癌患者，年齡72.7歲（53～90歲），PSA 10.1 ng/mL（1.0～656.0 ng/mL）；共檢出65個病灶，GS≤3+3的26例（40.00%），GS=3+4的19例（29.23%），GS=4+3的2例（3.08%），GS≥4+4的18例（27.69%）。前列腺癌位置：外周帶54例（39.00%），移形帶36例（26.00%）。兩名放射科醫(yī)師測量ADC和Kapp的一致性較好（ICC=0.985，95%CI: 0.977-0.990；ICC=0.969，95%CI: 0.953-0.980）。

2.2 ADC和Kapp值比較

相比前列腺增生和低級別前列腺癌，中、高級別前列腺癌的ADC值顯著降低，Kapp值顯著增高（均P＜0.01）。前列腺癌外周帶和移行帶之間ADC值和Kapp值差異無統(tǒng)計學意義（P=0.129、0.803，表1）。ADC與Kapp之間表現(xiàn)為負相關關系（r=-0.714，P＜0.05），ADC值與GS分級之間亦表現(xiàn)為負相關（r=-0.676，P＜0.01），Kapp值與GS分級之間表現(xiàn)為正相關（r=0.601，P＜0.01）。相比前列腺增生，前列腺癌的ADC值顯著降低，Kapp值顯著升高；相比低級別前列腺癌，中、高級別前列腺癌ADC值較低Kapp值較高（圖1）。

表1 ADC和Kapp值比較Tab.1 Comparison of ADC and Kapp

圖1 男性，72歲，診斷為前列腺癌Fig.1 Male ,72 years old, diagnosed with prostate cancer

2.3 診斷效能比較

Kapp診斷和鑒別前列腺癌GS級別的曲線下面積顯著小于ADC（0.947vs0.978，P＜0.001；0.689vs0.894，P=0.008）。Kapp+ADC診斷和鑒別GS級別的曲線下面積顯著大于Kapp（0.979vs0.947，P=0.013；0.934vs0.689，P＜0.001）；Kapp+ADC診斷和鑒別GS級別的曲線下面積高于ADC，但是差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05，表2、圖2）。

ADC和Kapp鑒別前列腺癌和前列腺增生的敏感性和特異性均較高（ADC：0.925、0.922；Kapp：0.911、0.868）；ADC和Kapp鑒別低級別和中、高級別前列腺癌的敏感性和特異性亦較高（ADC：0.892、0.868；Kapp：0.679、0.730）。Kapp+ADC相比Kapp鑒別低級別與中、高級別前列腺癌時特異性增高（0.838vs0.730，P=0.035），敏感度雖然增高，但差異無統(tǒng)計學意義（0.906vs0.679，P＞0.05）。Kapp+ADC鑒別低級別與中、高級別前列腺癌的敏感性和特異性相比ADC差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05，表2）。

表2 ADC、Kapp及聯(lián)合診斷效能比較Tab.2 Comparison of ADC, Kapp and combined diagnostic efficacy

圖2 ROC曲線顯示ADC、Kapp以及ADC+Kapp用于診斷和評估前列腺癌的診斷效能Fig.2 Diagnostic efficiency of ADC, Kapp and ADC+Kapp for diagnosis and evaluation of prostate cancer by ROC curve

3 討論

DKI圖像的獲取需要至少3個b值，本研究采用5個b值（200、500、1 000、1 500、2 000 s/mm2）以獲得DKI圖像。有研究表明，組織內(nèi)灌注對低b值（≤200 s/mm2）時的擴散有顯著影響，而b值超過2 000 s/mm2時信噪比和圖像質(zhì)量下降[12]。基于本研究，我們建議在實際工作用使用3個以上的b值，包括至少2個大于0且小于1 000 s/mm2的b值，并使用足夠高的b值，這些b值可以確保信號強度衰減曲線的曲率偏離高斯分布[13]。因此，在成像過程中選擇2 000 s/mm2的高b值有助于獲取信號強度衰減并使得圖像信噪比得以保證[14]。雖然最小b值可以使用0 s/mm2，但稍高的最小b值200 s/mm2有助于減少血管灌注和體內(nèi)不相干運動的影響[15]。至于ROI的勾畫，各參數(shù)的準確測量不可避免地受到不同ROI大小和位置的影響。本研究中選擇了勾畫3個ROI，包括病灶最大層面以及其相鄰的上下層面，以在最大程度上覆蓋病灶，而不是在1個單獨的層面上勾畫ROI。3個層面的ROI選擇可以減少誤差，提高結(jié)果的可靠性。

目前，GS評分廣泛應用于前列腺癌分級，較高的GS提示腫瘤低分化和預后差[16]。研究表明GS是預測前列腺癌復發(fā)和死亡率的重要指標[17]。超聲引導下穿刺活檢是確診前列腺癌的首選診斷方法，并廣泛用于評估腫瘤侵襲性和指導治療方案[18]。因此，本研究采用穿刺活檢病理學結(jié)果作為金標準，進而評估DKI診斷前列腺癌和評估腫瘤侵襲性的價值。本研究顯示，前列腺癌和前列腺增生之間、低級別前列腺癌與中、高級別前列腺癌之間ADC值和Kapp值存在顯著差異，這與早前相關研究結(jié)果一致[19]。本研究發(fā)現(xiàn)，與低級別前列腺癌（GS≤3+3）相比，中、高級別前列腺癌（GS≥3+4）的ADC值降低，Kapp值升高。ADC值主要反映組織中水分子的擴散程度；Kapp值為表觀擴散峰度，主要反映在非高斯分布背景下發(fā)生的組織擴散的峰值分布，隨著組織微觀結(jié)構的復雜性增加而升高[20]。前列腺增生組織富含腺體，這導致水分子擴散自由度增高。相比之下，前列腺癌組織的特征是腺體結(jié)構破壞，核質(zhì)比增加和細胞間隙縮小，這些微觀結(jié)構的變化使得其組織復雜性增加，非高斯分布模型可能更適于描述前列腺癌組織微觀結(jié)構的復雜性。細胞外和細胞內(nèi)空間的變化導致水分子運動受到限制，進而導致前列腺癌的ADC值降低和Kapp值增加。

本研究中，移行帶前列腺癌具有比外周帶前列腺癌更高的ADC值和更低的Kapp值，然而差異無統(tǒng)計學意義，與早前相關研究結(jié)果一致[21]。有研究報道了3項不同研究中外周帶前列腺癌和移行帶前列腺癌的ADC值，發(fā)現(xiàn)外周帶前列腺癌具有比移行帶前列腺癌更高的ADC值[21]，另外2項研究結(jié)果則與此相反，然而，外周帶和移行帶前列腺癌的ADC值比較均無差異（P＞0.05），這與本研究相似。由于b值的選取和ROI繪制的方法不同，本研究中的ADC值與先前研究中的ADC值略有不同。多數(shù)移行帶前列腺癌病例都是所謂的偶發(fā)性非侵襲性癌，而外周帶前列腺癌則更具侵襲性[22]。本研究亦發(fā)現(xiàn)高ADC值和低Kapp值與低GS級別前列腺癌相關，這表示其侵襲性較低。因此，這可以解釋低侵襲性的移行帶前列腺癌具有更高的ADC值和更低的Kapp值，盡管差異沒有統(tǒng)計學意義。

本研究結(jié)果表明，ADC值與Kapp值診斷前列腺增生和前列腺癌的曲線下面積值均較高，鑒別低級別前列腺癌與中、高級別前列腺癌的曲線下面積為中到高。這表明ADC和Kapp均可作為診斷和評估前列腺癌侵襲性的定量參數(shù)。在前列腺癌的診斷和分級中，Kapp的診斷效能明顯低于ADC，這兩個指標的組合在診斷和分級前列腺癌方面的診斷效能明顯高于單獨的Kapp，而與沒有顯著性差異的ADC相比則略高，與先前相關研究報道結(jié)果一致[20]。與Kapp相比，二者聯(lián)合顯著增加了對前列腺癌分級的特異性。

有研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)DWI相比，DKI并沒有表現(xiàn)出更多的診斷價值[7, 23]。在本研究中，使用相同的b值計算ADC和Kapp，結(jié)果亦無差異。然而，本研究中的ADC顯示出比早前研究中使用2個常規(guī)b值（0和1 000 s/mm2）診斷和分級前列腺癌時稍好的診斷效能能（0.978vs0.921、0.829）。這表明使用5個b值比使用2個b值從常規(guī)DWI序列得到的ADC可以提高診斷效能。然而，由于本研究中未使用2個b值的常規(guī)DWI序列，因此，ADC計算中b值的改變對診斷效能的影響尚需要進一步研究。本研究觀察到Kapp值與ADC高度負相關，與前列腺癌的GS呈現(xiàn)強烈的負相關，與之前的研究結(jié)果一致[8]。該結(jié)果表明這2個參數(shù)所提供的信息可能有部分重疊，這種重疊也可以解釋ADC和Kapp聯(lián)合在前列腺癌的診斷和評估中與單獨的ADC相比沒有表現(xiàn)出更多價值的原因。

本研究亦有局限性，首先，本研究是一項回顧性研究，可能會存在選擇偏倚，樣本量較少，代表性不高。其次，病理結(jié)果是通過經(jīng)直腸超聲引導的活檢獲得的，取樣位置和取材數(shù)量有限，這可能導致病理結(jié)果與MRI結(jié)論不一致。再次，低級別前列腺癌樣本比例相對較少，導致總體樣本惡性程度相對較高。4級和3級通常是交叉的，本研究沒有詳細區(qū)分3+4=7和4+3=7，而是將3+4和4+3歸為高級別前列腺癌，這可能會影響結(jié)論的可靠性。因此，進一步研究應擴大樣本量并使用前列腺切除術后病理學結(jié)果作為標準，以更好地評估MRI的診斷效能。

綜上所述，ADC和Kapp均可作為診斷和評估前列腺癌侵襲性的定量參數(shù)；DKI聯(lián)合DWI診斷和評估前列腺癌的侵襲性并沒有表現(xiàn)出比單獨應用DWI具有更高的診斷效能。