單指數(shù)、雙指數(shù)、拉伸指數(shù)DWI模型鑒別前列腺癌與基質(zhì)型前列腺增生的價(jià)值研究

吳慧，吳靜，蔚納，錢洛丹，蔚曉玉，賈宇珊，高陽(yáng)，牛廣明

前列腺癌(prostate cancer，PCa)是西方發(fā)達(dá)國(guó)家男性最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，在美國(guó)，PCa已經(jīng)成為第二位危害男性健康的惡性腫瘤。盡管我國(guó)癌的發(fā)病率遠(yuǎn)低于西方國(guó)家，但隨著人口老齡化和飲食結(jié)構(gòu)的西方化，PCa發(fā)病率及病死率不斷上升[1]。所以對(duì)PCa的早期、準(zhǔn)確診斷意義重大。MRI具有較高的軟組織分辨率及多方位成像的特點(diǎn)，能較好地顯示前列腺的解剖結(jié)構(gòu)及毗鄰組織關(guān)系，在PCa的診斷中具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，有助于PCa的檢出、定性和分期，有助于醫(yī)生制定個(gè)性化的治療方案，有助于內(nèi)分泌治療后或手術(shù)后患者療效評(píng)估或復(fù)發(fā)的檢出。即便如此，部分PCa與基質(zhì)型前列腺增生(stromal prostate hyperplasia，SH)的磁共振表現(xiàn)仍存在著重疊，不易鑒別。近年來(lái)，一些新的功能成像序列應(yīng)用而生，體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(introvoxel incoherent motion，IVIM)無(wú)需注射對(duì)比劑，通過(guò)計(jì)算彌散系數(shù)D值、假性彌散D*值及灌注分?jǐn)?shù)f值檢測(cè)活體組織的擴(kuò)散和灌注信息，拉伸指數(shù)模型則通過(guò)計(jì)算水分子的擴(kuò)散異質(zhì)性指數(shù)α和分布擴(kuò)散指數(shù)DDC反映更復(fù)雜的組織生物學(xué)特征，揭示疾病的病理生理學(xué)改變，為疾病的診斷提供更多依據(jù)。本研究的目的是評(píng)估單指數(shù)，雙指數(shù)和拉伸指數(shù)模型各參數(shù)在鑒別PCa與SH中的能力。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

本研究已獲得本院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，所有患者都簽署了知情同意書(shū)?；仡櫺苑治?017年1月至2019年1月在我院進(jìn)行前列腺M(fèi)RI檢查的患者44例(50病灶)，經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)下12針穿刺活檢證實(shí)的PCa 24例(28個(gè)病灶)，SH 20例(22個(gè)病灶)，PCa中14個(gè)病灶位于外周帶，6個(gè)病灶位于移行帶，8個(gè)病灶外周帶及移行帶均受累。Gleason評(píng)分8例7分，8例8分，8例9分，4例10分。PCa患者年齡56～84歲，平均71歲；SH診斷標(biāo)準(zhǔn)：穿刺活檢為前列腺增生，T2WI表現(xiàn)為低信號(hào)結(jié)節(jié)。SH患者年齡50～84歲，平均69歲。PCa患者血清PSA范圍16.75～100.00 ng/ml，中位數(shù)為78.77 ng/ml；SH患者PSA范圍2.47～30.06 ng/ml，中位數(shù)為14.89 ng/ml。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：(1) PCa或SH病灶直徑大于8 mm，ROI 1～2 mm2；(2)超聲引導(dǎo)下前列腺穿刺活檢于MRI檢查后2周內(nèi)；(3)患者檢查前未行內(nèi)分泌治療、放化療或局部治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1) MRI掃描圖像質(zhì)量差，不符合本研究的要求；(2)腫瘤體積過(guò)小，瘤灶在多b值DWI圖像上無(wú)法準(zhǔn)確劃取ROI；(3)病理結(jié)果描述區(qū)域與MRI圖像不匹配；(4)未經(jīng)超聲引導(dǎo)下穿刺活檢；(5)超聲引導(dǎo)下前列腺穿刺活檢于MRI檢查后2周后。

1.2 掃描方法

所有磁共振掃描均在3.0 T GE MR Discovery 750 掃描機(jī)上完成，采用8通道體部線圈，檢查前空腹，清潔洗腸，排空膀胱，以減少腸道及膀胱運(yùn)動(dòng)偽影。

1.2.1 常規(guī)序列

軸位、矢位及冠位的T2WI及軸位的T1WI序列、DWI序列(b=0、1500)。Ax -T2WI，TR 3440 ms，TE 85 ms，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm， Matrix 320×192，層厚4.0 mm，層間隔1.0 mm。Sag-T2WI，TR 4467 ms，TE 68 ms， FOV 240 mm×240 mm， Matrix 288×224，層厚3.0 mm，層間隔2.0 mm。Cor-T2WI，TR 3249 ms，TE 80 ms，F(xiàn)OV 400 mm×400 mm，Matrix 288×224，層厚3.0 mm，層間隔2.0 mm。DWI，TR 3600 ms，TE 68 ms， FOV 280 mm×280 mm，Matrix 128×128，層厚4.0 mm，層間隔1.0 mm。掃描范圍包括前列腺及精囊腺。

1.2.2 多b值DWI

b值選擇：13個(gè)b值，分別是0、10、25、50、75、100、150、200、400、800、1200、1500、2000 s/mm2。掃描參數(shù)：TR 5000 ms，TE 70.6 ms，激勵(lì)次數(shù)分別為2、3、3、1、1、2、2、2、4、6、8、10、10，層厚4.0 mm，層間隔1.0 mm，F(xiàn)OV 240 mm×192 mm，Matrix 128×96，掃描時(shí)間為 13 min 10 s。

表1 PCa與SH DWI不同模型參數(shù)值比較(±s)Tab. 1 Comparison of ADC , D, D*, f, DDC, α values of PCa and SH (±s)

表1 PCa與SH DWI不同模型參數(shù)值比較(±s)Tab. 1 Comparison of ADC , D, D*, f, DDC, α values of PCa and SH (±s)

組織類型ROI (個(gè))單指數(shù)模型雙指數(shù)模型拉伸指數(shù)模型ADC值(×10-3 mm2/s )D值(×10-3 mm2/s)D*值(×10-3 mm2/s)f值DDC (×10-3 mm2/s )α值PCa 280.72±0.140.57±0.1117.96±13.390.30±0.080.71±0.140.63±0.03 SH221.14±0.130.94±0.1210.28±4.960.29±0.051.30±0.170.76±0.05 P值＜0.05＜0.05＜0.050.507＜0.05＜0.05

1.3 圖像及數(shù)據(jù)分析

掃描結(jié)束后將所有DWI及多b值DWI的圖像傳輸至 GE function工作站(AW 4.6)，選擇ADC、MADC后處理，由磁共振2名多年資(分別為8年和15年)盆腔專業(yè)醫(yī)師對(duì)照超聲引導(dǎo)前列腺穿刺確定癌或增生的部位，在DWI及多b值DWI的圖像(結(jié)合T2WI)手工繪制感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，分別計(jì)算出對(duì)應(yīng)區(qū)域的ADC、D、D*、f、DDC、α值，原則是每個(gè)病灶最大范圍連續(xù)3個(gè)層面勾勒ROI，測(cè)其平均值，劃取時(shí)避開(kāi)周圍脂肪、尿道、精囊腺、直腸及病變內(nèi)的出血及鈣化區(qū)。對(duì)于腫瘤定位，將每個(gè)患者的前列腺進(jìn)一步分成12個(gè)區(qū)域，對(duì)應(yīng)于12針前列腺穿刺活檢的部位，軸位圖像層除以3分為底，體和尖三部分(如果不能被3除盡量丟棄精囊和周邊區(qū)域的層面)，然后由中央溝分成左右，分析中僅包括病理學(xué)和MRI檢查相匹配的病灶。SH診斷標(biāo)準(zhǔn)：穿刺病理為癌，T2WI表現(xiàn)為低信號(hào)結(jié)節(jié)。各模型計(jì)算公式：?jiǎn)沃笖?shù)模型Sb/S0=exp (-b×ADC)，雙指數(shù)模型Sb/S0=f×exp [-b×(D+D*)]+(1-f)×exp (-b×D)，拉伸指數(shù)模型Sb/S0=exp [-( b×DDC) α]。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果

分別計(jì)算PCa組和SH組DWI單指數(shù)模型ADC值、IVIM雙指數(shù)模型D、D*、f值及拉伸指數(shù)模型DDC、α值(圖1，2)，2名觀察者的測(cè)量值具有良好的一致性(一致性ICC≥0.90)。PCa組的ADC、D、DDC、α (0.72±0.14×10-3mm2/s，0.57±0.11×10-3mm2/s，0.71±0.14×10-3mm2/s，0.63±0.03)均低于SH組(1.14±0.13×10-3mm2/s，0.94±0.12×10-3mm2/s，1.30±0.17×10-3mm2/s，0.76±0.05)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；PCa組的D*(17.96±13.39×10-3mm2/s)高于SH組(10.28±4.96×10-3mm2/s)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；PCa組的f值(0.30±0.08)略高于SH組(0.29±0.05)，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。

表2 ADC, D, D*, DDC, f，α診斷PCa的效能比較Tab. 2 Diagnostic efficiency of ADC， D， D*, DDC, f，α value for prostate cancer

表3 PCa組與SH組ADC、DDC、D相關(guān)性分析Tab. 3 Correlation analysis between ADC, DDC and D in PCa and SH groups

DDC、D、ADC、α均具有較高診斷效能，ROC曲線下面積AUC分別為0.9961、0.9957、0.9903、0.9573。其診斷閾值分別為0.00097、0.00070、0.00086、0.69 (表2；圖3)。

PCa組和SH組中ADC、D、DDC均具有較好相關(guān)性，在PCa組中ADC與DDC相關(guān)性最強(qiáng)(r=0.852)，D與DDC的相關(guān)系數(shù)r=0.759，ADC與D的相關(guān)系數(shù)r=0.734；在SH組中ADC與D值相關(guān)性最強(qiáng)(r=0.751)，均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表3)。

3 討論

以往文獻(xiàn)可見(jiàn)單指數(shù)、雙指數(shù)模型用于前列腺癌的診斷，但同時(shí)聯(lián)合拉伸指數(shù)模型文獻(xiàn)很少，本文同時(shí)聯(lián)合三種模型，判斷哪個(gè)模型，哪個(gè)參數(shù)鑒別效能更高，雙指數(shù)及拉伸指數(shù)模型是否能取代傳統(tǒng)的單指數(shù)DWI。其次以往可見(jiàn)DWI模型用于鑒別癌與增生，本文主要鑒別基質(zhì)型增生，由于基質(zhì)型增生在T2WI及DWI與癌更相似，更難鑒別。本研究結(jié)果顯示DWI單指數(shù)模型ADC值、IVIM雙指數(shù)模型D及拉伸指數(shù)模型DDC、α值在鑒別前列腺癌與基質(zhì)型前列腺增生均具有較高效能，ROC曲線下面積AUC均＞95%，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，雙指數(shù)及拉伸指數(shù)模型掃描及后處理費(fèi)時(shí)，所以臨床依然推薦使用單指數(shù)的DWI。無(wú)論是癌組還是增生組D、DDC、ADC均具有較好相關(guān)性。

T2WI癌灶與基質(zhì)型增生結(jié)節(jié)均表現(xiàn)為低信號(hào)不易區(qū)分，前列腺癌細(xì)胞排列致密，水分子擴(kuò)散受限，在DWI表現(xiàn)為高信號(hào)，基質(zhì)型增生結(jié)節(jié)富含纖維平滑肌，含水量少，在DWI同樣可以表現(xiàn)為高信號(hào)，也不易區(qū)分。再加上DWI的定量參數(shù)ADC值，除了受水分子擴(kuò)散的影響，其實(shí)同時(shí)還受毛細(xì)血管灌注的影響，ADC值忽略了后者不能準(zhǔn)確反映體素內(nèi)水分子擴(kuò)散情況，IVIM-DWI[2]基于彌散成像的原理，采用多個(gè)彌散敏感因子b值同時(shí)進(jìn)行DWI成像，可將彌散與灌注分離，較高b值時(shí)反映真實(shí)的組織擴(kuò)散，而較低b值反映毛細(xì)血管灌注，得出擴(kuò)散參數(shù)D值及灌注參數(shù)D*、f值，較傳統(tǒng)DWI更真實(shí)反映病變擴(kuò)散特性，同時(shí)提供灌注信息。其實(shí)體素內(nèi)水分子的信號(hào)衰減不是呈單指數(shù)或雙指數(shù)模型那么簡(jiǎn)單，水分子擴(kuò)散的不均一性與多區(qū)間性，導(dǎo)致擴(kuò)散信號(hào)衰減的復(fù)雜性。Bennett等[3]提出了拉伸指數(shù)模型的概念，用擴(kuò)散異質(zhì)性指數(shù)α與分布擴(kuò)散系數(shù)DDC去描述DWI信號(hào)衰減，反映更為復(fù)雜的組織生物學(xué)特征。

本研究結(jié)果：PCa組的ADC、D、DDC值均低于SH組，主要是因?yàn)槟[瘤在短時(shí)間內(nèi)新細(xì)胞的單細(xì)胞克隆，細(xì)胞核漿比例增加，外層細(xì)胞排列紊亂，密度增加，細(xì)胞外間隙減少[4-5]。同時(shí)腫瘤細(xì)胞上的鈉鉀泵功能減退，Na+、Cl-進(jìn)入細(xì)胞增加，導(dǎo)致細(xì)胞水腫，這些原因共同造成了PCa區(qū)域水分子彌散受限，使得ADC、D、DDC值降低。本研究進(jìn)一步得出D、DDC、ADC在診斷PCa中均具有較高效能，且D、DDC的AUC略高于ADC，可能由于IVIM雙指數(shù)模型的D值排除了灌注因素的干擾，較ADC更真實(shí)地反映病變擴(kuò)散特征，這與莫樹(shù)群等[6]的研究一致。DDC是多指數(shù)衰減中的一個(gè)平均化的ADC值，可以看作是每個(gè)部分連續(xù)分布ADC值的加權(quán)，擬合度更佳，更能準(zhǔn)確地描述組織擴(kuò)散[7]，研究中也證明了這點(diǎn)，閔祥德等[8]、陳雨菲等[9]、Li等[10]也得出了同樣的結(jié)論。但三者之間差異并不顯著(P＞0.05)。本研究還得出：無(wú)論在PCa組還是SH組，D、DDC及ADC均具有較好相關(guān)性。在PCa組中ADC＞DDC＞D；在SH組中DDC＞ADC＞D。

筆者認(rèn)為PCa組的D*值高于SH組，由于PCa組織血供豐富，其內(nèi)的微血管密度、血管通透性及血流量等血流灌注指標(biāo)均明顯高于增生[11-12]。PCa組的f值略高于SH組，但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能由于f值不僅包含微循環(huán)灌注，也包含了腺管內(nèi)液體的流動(dòng)、腺體的分泌等，這些生理活動(dòng)難以同灌注效應(yīng)相區(qū)別，從而導(dǎo)致f值偏離實(shí)際水平[13]。也有學(xué)者認(rèn)為D*及f值均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[14]或是f值有意義而D*無(wú)意義[15]。報(bào)道不盡相同，說(shuō)明f值及D*值很不穩(wěn)定，其值是否有效，很大程度上依賴于b值選擇的正確與否[16-17]，本研究中D*有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義可能與選取的低b值較多，激勵(lì)次數(shù)相對(duì)較大有關(guān)，從而使得模型準(zhǔn)確度提高。擴(kuò)散異質(zhì)性指數(shù)a，與體素內(nèi)水分子擴(kuò)散的不均質(zhì)性有關(guān)，范圍0～1。當(dāng)α=1時(shí)，DDC實(shí)際上等于ADC值，呈單指數(shù)衰減，體素內(nèi)擴(kuò)散均勻；相反，當(dāng)α趨近于0時(shí)，呈復(fù)雜的多指數(shù)衰減，體素內(nèi)不均質(zhì)性明顯[18]。研究結(jié)果顯示，PCa的α值低于SH，是由于癌組織的擴(kuò)散不均質(zhì)性所致：可能是由于PCa組織細(xì)胞及細(xì)胞核的異形性[19-20]，PCa區(qū)域體素內(nèi)小的壞死或囊變、微血管增殖等[21]，都可以導(dǎo)致體素內(nèi)不均質(zhì)性增加，致使α值減低。Gleason評(píng)分是的PCa惡性程度和預(yù)后評(píng)價(jià)重要依據(jù)之一，但需經(jīng)穿刺或手術(shù)等有創(chuàng)途徑后獲得，Gleason評(píng)分是與組織的不均質(zhì)性相關(guān)，組織的不均質(zhì)性與體素內(nèi)擴(kuò)散的不均質(zhì)性α值可能存在一定的關(guān)系，如二者具有一定相關(guān)性，我們術(shù)前便可無(wú)創(chuàng)性評(píng)價(jià)PCa危險(xiǎn)程度和判斷預(yù)后，這將是我們下一步研究的重點(diǎn)。

本研究的不足之處：(1)納入病例均為穿刺活檢證實(shí)，對(duì)于移行帶前緣或小癌灶可能導(dǎo)致假陰性結(jié)果；(2)未作前列腺大切片與其MRI圖像的對(duì)照研究，僅以穿刺病理結(jié)果作為最終診斷，而穿刺活檢病理與MRI圖像間的匹配難以達(dá)到理想的擬合度；(3)未將移行帶的癌與外周帶的癌區(qū)分。(4)由于移行帶癌病例數(shù)過(guò)少， 未單獨(dú)做移行帶癌與基質(zhì)型增生的鑒別。

綜上所述，雙指數(shù)模型D值、拉伸指數(shù)模型DDC及α值和單指數(shù)模型ADC值在診斷PCa中效能均很高，D、DDC、α的AUC略高于ADC，但差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)價(jià)值，所以臨床仍推薦應(yīng)用單指數(shù)模型DWI。隨著MRI各種新技術(shù)不斷問(wèn)世并應(yīng)用于臨床，多參數(shù)多模態(tài)的MRI將可能成為PCa定性、分級(jí)、指導(dǎo)穿刺活檢、明確腫瘤浸潤(rùn)范圍和判斷治療效果的全新的影像學(xué)標(biāo)記物。

利益沖突：無(wú)。