高級擴散加權(quán)成像比單指數(shù)DWI在鑒別移行帶前列腺癌與前列腺增生的優(yōu)勢

任慧鵬，范晴，王曉虎，任轉(zhuǎn)琴

前列腺癌(prostate cancer，PCa)發(fā)病率逐年上升，已成為我國70歲以上男性第一高發(fā)泌尿系腫瘤[1]。約20%的PCa發(fā)生在位置較深的移行帶(transition zone，TZ)[2]，前列腺增生(benign prostatic hyperplasia，BPH)更是好發(fā)于移行帶，兩者臨床表現(xiàn)相似，故早期診斷TZ-PCa有重要的臨床意義。

MRI已成為前列腺檢查的首選方法，擴散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging，DWI)在前列腺癌臨床診斷中受到越來越多的應用[3]，但是TZ-PCa與BPH的ADC值仍存在一定重疊[4-5]。高級擴散加權(quán)成像包含了體素內(nèi)不相干運動DWI (introvoxel incoherent movement DWI，IVIM-DWI)、拉伸指數(shù)DWI模型(stretched exponential DWI model，SEM)、擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)等非高斯擴散后處理模型[6]，這些模型通過多b值、高b值多維度分析，能更加真實和精確地反映組織擴散特性。本研究探討IVIM-DWI的慢速擴散系數(shù)(ADC slow )、SEM的擴散分布系數(shù)(distributed diffusion coefficient，DDC)及DKI的平均峰度(mean kurtosis，MK)等在TZ-PCa與BPH的鑒別診斷是否優(yōu)于單指數(shù)DWI的ADC值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

收集2017年10月至2018年11月在我院接受前列腺MRI檢查的病例104例，納入標準：(1)配合良好，圖像清晰，掃描序列完整；(2) MRI檢查前未進行穿刺活檢或治療；(3)病變位于前列腺移行帶；(4) MRI檢查后2周內(nèi)在我院行經(jīng)直腸超聲引導下穿刺活檢或前列腺根治性手術(shù)取得病理結(jié)果。排除標準：(1)掃描序列不全，圖像質(zhì)量差；(2)檢查前接受穿刺或治療；(3)移行帶及外周帶均受累。所有患者檢查前均簽署了知情同意書。根據(jù)病理結(jié)果分為TZ-Ca組48例，26例行超聲引導下穿刺活檢，22例行根治性手術(shù)，Gleason評分為6～10分，其中3例為6分，8例為3+4=7分，10例為4+3=7分，15例為8分，7例為9分，5例為10分，平均年齡(76.4±5.7)歲，平均前列腺特異性抗原(prostate specific antigen，PSA)為(25.5±7.6) ng/ml；BPH組56例，49例行超聲引導下穿刺活檢，7例行根治性手術(shù)，其中間質(zhì)為主型12例，腺體為主型9例，混合型35例，平均年齡(67.3±3.8)歲，平均PSA為(8.2±4.6) ng/ml。本研究為回顧性研究，已通過寶雞市中心醫(yī)院倫理委員會審核批準。

1.2 MRI檢查方法

采用GE 3.0 T 750w MR掃描儀，體部相控陣線圈?；颊邫z查前禁食、禁水4 h，適量儲尿。對所有患者進行常規(guī)MRI序列、單指數(shù)DWI、多b值DWI (multiple b-value diffusion weighted imaging，Mb-DWI)及DKI序列掃描。單指數(shù)DWI掃描參數(shù)：TR 5000 ms，TE 100ms，矩陣128×128，F(xiàn)OV 370 mm×370 mm，b值0、1500 s/mm2，NEX為6。Mb-DWI掃描參數(shù)：TR 4000 ms，TE 92.5 ms，矩陣128×52，F(xiàn)OV 340 mm×136 mm，b值0、20、50、80、100、150、200、400、800、1000、1500、2000、2500 s/mm2，NEX為2、2、2、2、2、2、2、2、6、8、8、10、10。DKI掃描參數(shù)：TR 5000 ms，TE 92.5 ms，矩陣128×128，F(xiàn)OV 420 mm×420 mm，b值0、1000、2000 s/mm2，NEX為1。

1.3圖像分析與處理

應用GE AW 4.6工作站進行圖像重建及參數(shù)值測量。測量參數(shù)包括ADC、ADCslow、DDC及MK。由2名具有5年以上前列腺MRI診斷經(jīng)驗的主治醫(yī)師采用雙盲法對上述參數(shù)進行測量，意見不同時經(jīng)協(xié)商達成一致。應用DWI軟件處理單指數(shù)DWI序列獲得ADC圖；應用MADC軟件處理MB-DWI序列(其中IVIMDWI的b值選取0～1000 s/mm2，SEM的b值選取0～2500 s/mm2)；應用DKI軟件處理DKI序列；通過將后處理圖像與穿刺或手術(shù)部位病理對照確定病灶部位及范圍，于病變最大層面勾畫多個(≥3個)感興趣區(qū)(region of interested,ROI)，ROI面積≥30 mm2，并盡量避開出血、鈣化及壞死區(qū)，計算平均值。

1.4 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 25.0進行數(shù)據(jù)分析。對所有參數(shù)值進行正態(tài)性檢驗及方差齊性檢驗，符合正態(tài)分布后，計量資料以±s表示；采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient，ICC)評價兩名觀察者測量結(jié)果的一致性，若一致性良好(ICC＞0.75)，采用標準差小的結(jié)果進行統(tǒng)計分析；采用兩個獨立樣本t檢驗比較兩組間參數(shù)值差異。繪制ROC曲線，分析各參數(shù)的診斷效能及計算閾值。采用Z檢驗比較諸參數(shù)曲線下面積(area under the curve，AUC)的差異性。以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 各參數(shù)的測量結(jié)果

2名觀察者對兩組各參數(shù)的測量結(jié)果一致性良好，ICC均＞0.75(表1)

2.2 兩組間單指數(shù)DWI及高級擴散加權(quán)成像參數(shù)值比較

TZ-PCa組ADC、ADCslow、DDC值明顯低于BPH組，MK值明顯高于BPH組(P均＜0.001)；見圖1～3、表2。

2.3 單指數(shù)DWI、高級擴散加權(quán)成像(IVIM-DWI、SEM、DKI)參數(shù)值診斷效能比較

AUC由高到低依次為：ADCslow+DDC+MK、MK、DCC、ADCslow、ADC，其中ADCslow+DDC+MK、MK、DCC與ADC的AUC存在統(tǒng)計學差異(P均＜0.05)，ADCslow+DDC+MK、MK、DCC及ADCslow間的AUC無統(tǒng)計學差異，ADCslow+DDC+MK的敏感度和特異度均為100%(圖4，表3)。

表1 2名觀察者對兩組各參數(shù)測量的ICC結(jié)果Tab. 1 ICC measured by two observers for each parameter of two groups

表2 兩組間ADC、ADCslow、DDC及MK值比較(±s)Tab. 2 Comparison of ADC，ADCslow，DDC and MK values between the two groups (±s)

表2 兩組間ADC、ADCslow、DDC及MK值比較(±s)Tab. 2 Comparison of ADC，ADCslow，DDC and MK values between the two groups (±s)

注：ADC、ADCslow及DDC的單位為×10-3 mm2/s

組別ADCADCslowDDCMK TZ-PCa0.718±0.032 0.605±0.024 0.578±0.036 1.097±0.030 BPH0.938±0.034 1.129±0.039 1.391±0.073 0.644±0.028 t值-5.622-6.304-9.91910.982 P值＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001

表3 ADC、ADCslow、DDC、MK值及ADCslow+DDC+MK鑒別診斷TZ-PCa與BPH效能比較Tab.3 Comparison of ADC, ADCslow, DDC, MK and ADCslow+DDC+MK in differential diagnosis of TZ-PCa and BPH

3 討論

PCa起源于前列腺腺泡或?qū)Ч苌掀?，約80%的PCa發(fā)生在外周帶，約20%發(fā)生在移行帶。BPH則發(fā)生在包繞尿道周圍的移行帶。以往有學者研究發(fā)現(xiàn)T2WI難以將富含纖維基質(zhì)的間質(zhì)增生結(jié)節(jié)和TZ-PCa相鑒別[7]。PI-RADS V2的普及率也不是很高，其評分為主觀評分，準確性受人為因素影響較大[8]，因此難以做到同質(zhì)化診斷。所以TZ-PCa和BPH的鑒別經(jīng)常給臨床診斷工作帶來挑戰(zhàn)。隨著DWI多種數(shù)學模型的不斷發(fā)展，諸多可量化的參數(shù)被用于鑒別兩者的研究中。

單指數(shù)模型DWI可以檢測活體內(nèi)水分子擴散運動速率，其ADC值可定量評估腫瘤組織細胞密集度及核漿比等病理特征。以往研究顯示TZ-PCa的ADC值明顯低于BPH[9]，但Gupta等[10]研究結(jié)果顯示ADC值在TZPCa與BPH間存在較多重疊，包括BPH與高級別PCa；Oto等[11]及Liu等[7]發(fā)現(xiàn)間質(zhì)增生結(jié)節(jié)與TZ-PCa間的ADC值存在較大重疊，這是因為致密的纖維基質(zhì)排列和腺體的減少導致了間質(zhì)增生結(jié)節(jié)內(nèi)水分子擴散運動受限[12]；除此之外，Nagel等[13]還發(fā)現(xiàn)了TZ-PCa與前列腺炎之間的ADC值也存在重疊現(xiàn)象。本研究結(jié)果顯示TZ-PCa的ADC值明顯低于BPH (P＜0.001)，但兩組間的ADC值依然存在部分重疊，與上述研究結(jié)果相似，因為單指數(shù)模型DWI忽視了組織結(jié)構(gòu)的復雜性，其ADC值包含了組織內(nèi)血流灌注信息，導致描述擴散信息不夠精確。

高級擴散加權(quán)成像包括了IVIM-DWI、SEM、DKI等多b值多維度分析、基于非高斯擴散的模型，其多種參數(shù)能夠反映病變組織更加復雜的擴散特性。

IVIM-DWI是用多b值掃描來擬合雙指數(shù)模型，從而提取出了高b值的擴散特性和低b值的灌注特性，ADCslow值免受了低b值狀態(tài)下灌注對擴散的影響，能更準確地反映擴散特性。SEM的分布擴散系數(shù)DDC代表多指數(shù)衰減中一個平均化的ADC值。既往研究發(fā)現(xiàn)ADCslow及DDC在TZ-PCa與BPH鑒別診斷中表現(xiàn)優(yōu)異，在與ADC值的比較研究中，F(xiàn)eng等[14]在不同b值范圍的DWI對比研究中發(fā)現(xiàn)在各個b值范圍內(nèi)(0～1000 s/mm2、0～2000 s/mm2、0～3200 s/mm2、0～4500 s/mm2) ADCslow的AUC均小于ADC值，但DDC值在低b值范圍(0～1000 s/mm2)的診斷能力高于ADC值(P=0.014)，Li等[15]及陳雨菲等[16]在采用0～2000 s/mm2的較高b值范圍時發(fā)現(xiàn)DDC值較ADC值依然無明顯診斷優(yōu)勢，Li等[15]的研究結(jié)果還顯示ADCslow的AUC小于ADC值(0.835與0.856)。上述結(jié)果可能和b值數(shù)量及高低有關(guān)，低b值反映血流灌注效應，高b值反映水分子擴散效應，隨著b值增多，ADCslow值的準確度會增加，高b值范圍計算出的DDC值診斷能力要優(yōu)于低b值范圍。本研究中IVIM-DWI采用10個b值(0～1000 s/mm2)，SEM采用13個b值(0～2500 s/mm2)，結(jié)果顯示TZ-PCa的ADCslow、DDC值明顯低于BPH組(P均＜0.001)，因為PCa細胞排列緊密，核漿比高，腺體破壞，限制了水分子自由運動，ADC、ADCslow、DDC值均降低，其中ADCslow去除了灌注因素的影響，DDC值則是多b值多區(qū)間的ADC值按體積分數(shù)加權(quán)比的總和，從而能更加精確地反映組織內(nèi)水分子單純擴散受限特性，兩者鑒別Ca和BPH的能力增大。本研究結(jié)果顯示ADCslow的AUC大于ADC值(0.989與0.927)，兩者無明顯統(tǒng)計學差異(Z=1.944，P=0.052)，但是ADCslow診斷的敏感度和特異度高于ADC值，DDC的診斷效能則優(yōu)于ADC值(Z=1.994，P=0.046)?？傊?，IVIM-DWI及SEM較單指數(shù)DWI在TZ-PCa與BPH的鑒別中體現(xiàn)出更多優(yōu)勢。

由于人體組織微觀結(jié)構(gòu)復雜，水分子運動表現(xiàn)為更加復雜的非高斯擴散方式，DKI用峰度的概念量化了水分子在復雜環(huán)境中擴散位移與水分子高斯分布擴散位移間的偏離程度[17]，更加真實地反映了水分子擴散受限程度及擴散的不均質(zhì)性，從而進一步揭示了組織結(jié)構(gòu)的復雜程度。MK值為各個方向上的平均峰度，其值越大表明擴散受限越嚴重，組織結(jié)構(gòu)越復雜。Yi等[18]在一項關(guān)于DKI與單指數(shù)DWI對前列腺癌診斷效能比較的Mete分析研究中發(fā)現(xiàn)MK值與ADC值的診斷效能無明顯差異。Tamura等[19]和Rosenkrantz等[20]的研究均顯示MK值在鑒別PCa和BPH的AUC大于ADC值，雖然無統(tǒng)計學差異，但是敏感度高于ADC值。Feng等[14]及Mazzoni等[21]的研究則發(fā)現(xiàn)MK值鑒別TZ-PCa和BPH的診斷效能高于ADC值。本研究顯示TZ-PCa組的MK值明顯高于BPH組(P均＜0.001)，且MK值的診斷效能高于ADC值(Z=2.081，P=0.037)，與Feng等[14]及Mazzoni等[21]的研究結(jié)果一致。筆者認為前列腺癌組織較增生組織內(nèi)部排列更加緊密、紊亂，結(jié)構(gòu)更加復雜，其內(nèi)水分子擴散偏離高斯分布的程度遠大于BPH組織，所以TZ-PCa組的MK值明顯高于BPH組，MK值較ADC值更能反映組織內(nèi)水分子擴散的不均質(zhì)性及受限的程度，其鑒別TZ-PCa與BPH的能力優(yōu)于單指數(shù)DWI的ADC值。

本研究中筆者還發(fā)現(xiàn)ADCslow+DDC+MK聯(lián)合診斷的效能亦明顯優(yōu)于ADC值(Z=2.374，P=0.018)，AUC高達1，雖然和ADCslow、DDC、MK之間的診斷效能無統(tǒng)計學差異(P均＞0.05)，但敏感度及特異度高于后三個參數(shù)，均高達100%，說明三個參數(shù)在體現(xiàn)水分子擴散及微觀結(jié)構(gòu)方面存在互補性，聯(lián)合參數(shù)可進一步提高診斷的敏感度和特異度。本研究樣本量較小，可能存在統(tǒng)計偏倚，其穩(wěn)定性有待大樣本量進一步研究驗證。

綜上所述，高級擴散加權(quán)成像較單指數(shù)DWI能夠更加精確地探測前列腺組織水分子擴散特性及微觀結(jié)構(gòu)復雜程度，其在TZ-PCa和BPH的鑒別診斷中效能優(yōu)于單指數(shù)DWI，可以為前列腺癌的臨床診斷提供更加精確可靠的量化參數(shù)。

利益沖突：無