IVIM-DWI 比值法對移行區(qū)前列腺癌的鑒別診斷及風險評估

徐翯 張雪君

前列腺癌（prostate cancer，PCa）是男性泌尿系統(tǒng)常見的惡性腫瘤，早期篩查能提高其檢出率[1]。臨床診斷中的“金標準”是組織穿刺活檢，但出血、感染等穿刺并發(fā)癥會給病人帶來一定的痛苦。近年來，MRI 因其無創(chuàng)性已作為盆腔疾病的常規(guī)檢查手段。良性前列腺增生（benign prostatic hyperplasia，BPH）最易發(fā)生于移行區(qū)，分成腺體樣增生和基質(zhì)樣增生兩類，其中基質(zhì)性增生和移行區(qū)正常組織以及PCa 在T2WI 上的表現(xiàn)較難區(qū)分[2]，因此應(yīng)用常規(guī)MR 影像診斷前列腺移行區(qū)疾病較為困難。以擴散加權(quán)成像（DWI）為基礎(chǔ)，Le Bihan 等[3]提出體素內(nèi)不相干運動擴散加權(quán)成像（intravoxel incoherent motion-DWI,IVIM-DWI）的理論，不同b 值能夠?qū)呙杞M織內(nèi)水分子擴散運動和微循環(huán)血液流動區(qū)別表達。目前，關(guān)于IVIM-DWI 比值法診斷前列腺疾病的研究鮮有報道，本研究嘗試通過對受檢病人前列腺的IVIM-DWI 檢查，計算移行區(qū)的表觀擴散系數(shù)（ADC）和純擴散系數(shù)（D）值（水分子擴散效應(yīng)），以及病灶區(qū)與對側(cè)非病灶區(qū)相應(yīng)2 個參數(shù)的比值（ADCratio和Dratio）來評估IVIM-DWI 對前列腺移行區(qū)疾病的診斷價值及風險，以達到輔助臨床治療的目的。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性收集2019 年3 月—2021年3 月間就診于天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院泌尿外科的前列腺疾病病人97 例，包括PCa 病人35 例，BPH病人62 例；年齡48～84 歲，平均（63.2±10.6）歲；血清前列腺特異性抗原（prostate specific antigen，PSA）為4.1～168.0 ng/mL，平均（24.5±16.8）ng/mL。納入標準：①臨床資料完整且有病理結(jié)果；②均行IVIMDWI 掃描，且影像質(zhì)量符合診斷要求；③均在MRI檢查后10 d 內(nèi)完成術(shù)前經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)下穿刺活檢或術(shù)后病理，結(jié)果顯示腫瘤位置在移行區(qū)；④病人系初次就診，既往無內(nèi)分泌藥物治療史，未行其他有創(chuàng)性檢查。排除標準：病理結(jié)果因解剖定位不準確而無法匹配MRI 影像。

1.2 設(shè)備與方法 采用GE MR 750 3.0 T MR 掃描設(shè)備，腹部相控陣線圈。病人取仰臥位，足先進。掃描范圍從L4椎體到盆底，中心定位在恥骨聯(lián)合上方5 cm。囑病人掃描前適時飲水，使膀胱呈中度充盈。應(yīng)用GE 螺旋槳技術(shù)（PROPELLER）抑制腹壁運動偽影，掃描序列和參數(shù)包括：橫斷面、矢狀面和冠狀面T2WI 序列，TR 9 850 ms，TE 71 ms，層厚4 mm，層間距1 mm，矩陣320×320，F(xiàn)OV 40 cm×40 cm；IVIMDWI 應(yīng)用單激發(fā)平面回波成像（single shot-echo planar imaging,SS-EPI）序列，TR、TE 分別為2 600 ms和58.4 ms，層厚4 mm，層間距1 mm，F(xiàn)OV 40 cm×40 cm，矩陣128×128，b 值選擇0、10、20、30、50、80、100、150、200、400、600、1 000 s/mm2。

1.3 影像分析 應(yīng)用美國GE 公司ADW4.6 后處理工作站選取IVIM-DWI 序列，采用多參數(shù)功能軟件mADC 處理影像，以b=200 s/mm2值作為高低b值的臨界值，獲取ADC 和D 值的偽彩圖。根據(jù)病理結(jié)果提供的病變位置，結(jié)合T2WI 和各參數(shù)偽彩圖，在移行帶病灶區(qū)和對側(cè)非病灶區(qū)選取興趣區(qū)（ROI），自動生成ADC 和D 值后計算病灶區(qū)與對側(cè)非病灶區(qū)各參數(shù)對應(yīng)的比值（ADCratio和Dratio）。ROI應(yīng)在病灶最大層面的移行區(qū)選取，排除外周區(qū)和移行區(qū)交界處，注意避開出血、鈣化和壞死等區(qū)域，每個ROI 的參數(shù)均測量3 次并計算其平均值。

1.4 Gleason 評分及風險程度劃分 依據(jù)腫瘤分化程度和生長方式進行Gleason 評分[4]，該評分由病變主要和次要結(jié)構(gòu)類型構(gòu)成，評分越高，惡性程度越高，預(yù)后越差。將Gleason 評分≥7 分定義為高風險，Gleason 評分≤6 分定義為低風險。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 25.0 軟件分析數(shù)據(jù)，符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標準差（x±s）表示，2 組間比較采用獨立樣本t 檢驗。采用受試者操作特征（ROC）曲線評估組間各參數(shù)比值的診斷效能，并計算曲線下面積（AUC）、敏感度、特異度和準確度。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 PCa、BPH 病人的病灶區(qū)和對側(cè)非病灶區(qū)IVIM-DWI 參數(shù)比較 PCa 組病灶區(qū)的ADC 值和D 值均低于對側(cè)非病灶區(qū)（P＜0.05），而BPH 組病灶區(qū)與對側(cè)非病灶區(qū)ADC 值的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05）（表1，圖1、2）。

圖1 PCa 病人，67 歲。A 圖為T2WI 影像，顯示左側(cè)中央帶呈低信號改變（箭）；B 圖為DWI 影像，病灶區(qū)呈高信號，擴散受限；C、D 圖為IVIM 參數(shù)ADC 和D 值偽彩圖，顯示病灶區(qū)ADC 值、D 值數(shù)值均低于對側(cè)非病灶區(qū)。

表1 PCa、BPH 的病灶區(qū)與非病灶區(qū)IVIM-DWI參數(shù)比較 （×10-3 mm2/s）

2.2 PCa 和BPH 病人間IVIM-DWI 參數(shù)比較 PCa病人的ADCratio和Dratio均低于BPH 病人（均P＜0.05），見表2。

表2 PCa 和BPH 病人間IVIM-DWI 參數(shù)比較

2.3 PCa 高、低風險組間IVIM-DWI 參數(shù)的比較35 例PCa 病人中，12 例為低風險，21 例為高風險，2例（Gleason 評分分別為5 分、6 分）因在MR 影像上表現(xiàn)不明顯，無法精確確定腫瘤邊界，故不做Gleason 評分分析。PCa 高風險組的ADCratio和Dratio均低于低風險組（均P＜0.05），見表3。

表3 PCa 高低風險組間IVIM-DWI 參數(shù)比較

2.4 IVIM-DWI 參數(shù)鑒別移行區(qū)PCa 和BPH 的診斷效能 IVIM-DWI 參數(shù)中，ADCratio為0.782 時鑒別移行區(qū)PCa 和BPH 的AUC 更高（0.925），其敏感度、特異度和準確度分別為91.2%、89.0%、90.1%（表4，圖3）。

圖3 ADCratio 和Dratio 鑒別移行區(qū)PCa 和BPH 的ROC 曲線

表4 IVIM-DWI 參數(shù)鑒別移行區(qū)PCa 和BPH 的診斷效能

2.5 IVIM-DWI 參數(shù)鑒別有無臨床意義PCa 的診斷效能 IVIM-DWI 參數(shù)中，ADCratio為0.707 時鑒別有無臨床意義PCa 的AUC 更高（0.846），其敏感度、特異度和準確度分別為80.2%、91.1%、87.4%（表5，圖4）。

圖4 ADCratio 和Dratio 鑒別有無臨床意義PCa 的ROC 曲線

表5 IVIM-DWI 參數(shù)鑒別有無臨床意義PCa 的診斷效能

3 討論

75%的PCa 發(fā)生于外周帶組織[5]，外周帶內(nèi)腺體飽滿，分泌液體較多，在T2WI 上呈高信號。PCa 病變內(nèi)充滿大量的腫瘤組織，破壞了原有組織結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致黏蛋白和液體占比顯著減低，在T2WI 上呈低信號改變，與外周帶的常規(guī)影像表現(xiàn)形成天然對比，利于診斷。發(fā)生在移行區(qū)的PCa 的影像診斷較困難，由于該區(qū)腺體較少，T2WI 同樣表現(xiàn)為低信號，因此信號對比較差。BPH 在病理學(xué)上分為腺體型和基質(zhì)型，其中基質(zhì)型增生改變與PCa 有相似之處，組織排列緊密，腺體減少，T2WI 上均呈低信號。

DWI 作為功能MR 成像可探測病變組織內(nèi)水分子擴散運動水平，生成的ADC 值可提高對腫瘤的診斷能力。Le Bihan 等[3]提出的IVIM-DWI 理論模型進一步優(yōu)化DWI 序列，通過多b 值的組合，可以細分組織內(nèi)單純水分子擴散運動和微循環(huán)血液流動，較單指數(shù)模型DWI 序列更具優(yōu)勢，已得到影像科醫(yī)生的認可。根據(jù)IVIM 具體理論模型得出，較低b 值更利于發(fā)現(xiàn)血液微循環(huán)運動，灌注效應(yīng)較擴散效應(yīng)權(quán)重更大；而高b 值更能表達純水分子擴散效應(yīng)。Pesapane 等[6]認為IVIM 雙指數(shù)模型較常規(guī)DWI更具信服力，且在對比PCa、BPH 和健康人前列腺組織后發(fā)現(xiàn)，PCa 的ADC 和D 值最低。韓等[7]研究發(fā)現(xiàn)，相比BPH，PCa 組織的D 值明顯降低，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。冷等[8]研究表明，前列腺中央?yún)^(qū)PCa的D 值顯著低于BPH，兩者差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。Barrett 等[9]通過前列腺DWI 定量分析發(fā)現(xiàn)，b 值的排列組合干擾擴散系數(shù)的計算，腫瘤與正常組織ADC 的比值可更可靠地鑒別PCa。上述研究均肯定了IVIM 的診斷價值，但和傳統(tǒng)DWI 相比結(jié)果不盡相同。分析原因是由于IVIM-DWI 的數(shù)據(jù)計算至少需要4 個不同b 值填充雙指數(shù)模型，因此b 值是IVIM 的核心。然而既往b 值的大小和數(shù)量并沒有統(tǒng)一標準，掃描IVIM-DWI 序列時，多數(shù)研究的b 值數(shù)量為4~11 個。曹等[10]認為當選取5 個b 值時，既可保證較短的掃描時間，又可以獲得較優(yōu)的鑒別診斷能力。IVIM 理論上表明b 值數(shù)量越多，特別是低b 值（b＜200 s/mm2）數(shù)量增加，數(shù)值間差距減小，血液微循環(huán)灌注效應(yīng)的計算精確度越高。周等[11]的回顧性薈萃分析顯示，IVIM 掃描序列中最大b 值超過1 000 s/mm2且合計b 值＞10 個時，診斷特異度可達到0.89，因此b 值數(shù)量以及最大值的選擇會明顯影響D 值診斷PCa 的準確度。本研究中共應(yīng)用12 個b 值（0~1 000 s/mm2），兼顧了低b 值的選擇和整體b值的數(shù)量，以保證準確獲得ADC 值和D 值。

圖2 BPH 病人，71 歲。A 圖為T2WI 影像，顯示左側(cè)中央帶信號減低，與外周帶邊界不清（箭）；B 圖為DWI 影像，左側(cè)病灶區(qū)信號較對側(cè)略顯增高；C 和D 圖為IVIM 參數(shù)ADC 和D 值偽彩圖，顯示病灶區(qū)ADC 值、D 值相比對側(cè)非病灶區(qū)無明顯變化。

既往研究[12]表明，IVIM 模型可能會將前列腺腺體分泌液體的行為誤認為血液的微循環(huán)運動，而干擾ADC 值和D 值的計算，導(dǎo)致結(jié)果不能真實代表純水分子擴散水平。此外，He 等[13]認為不同個體之間由于生理狀態(tài)和代謝的影響，前列腺組織的表觀擴散水平不盡相同。本研究引入IVIM 系數(shù)比值的概念，即癌組織區(qū)與對側(cè)非癌區(qū)ADC 和D 值的比值，進一步降低個體間差異對結(jié)果的影響。此方法曾用于肝癌病例等研究，但應(yīng)用PCa 方面鮮有報道。Wu 等[14]研究發(fā)現(xiàn)ADCratio和Dratio可以獨立評價肝細胞癌的動脈栓塞治療效果，預(yù)測無進展生存期。本研究結(jié)果顯示，移行區(qū)PCa 組織的ADCratio和Dratio值均低于BPH 組。PCa 中ADCratio和Dratio值下降的主要原因是由于癌細胞生長迅速，無序增殖，導(dǎo)致組織細胞排列致密，擴散程度降低；同時腫瘤細胞取代健康腺體，使得分泌液體減少，限制水分子的無序擴散。比值法消除了個體間代謝的差異，使得結(jié)果更加準確，可重復(fù)性更高。

Gleason 評分系統(tǒng)是目前評估PCa 惡性程度最常用的評分系統(tǒng)，Gleason 評分越高，其惡性程度及侵襲性越高[15]。有研究[16]表明，對于低風險（無臨床意義）PCa（Gleason 評分＜7），不需要立即治療，觀察和積極監(jiān)測即可；中風險PCa（Gleason 評分=7）采用單藥治療；高風險PCa（Gleason 評分＞7）采用聯(lián)合治療為最佳治療方案。因此，鑒別有無臨床意義的PCa是制定臨床治療方案的關(guān)鍵。穿刺活檢雖然是診斷PCa 的“金標準”，但會帶來一系列并發(fā)癥，MRI檢查不僅無創(chuàng)而且同時具備了Gleason 評分的潛力。Barbieri 等[17]研究表明ADC 值在高級別和低級別PCa之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義。Pesapane 等[6]發(fā)現(xiàn)IVIMDWI 可有效區(qū)分低級別和中、高級別Gleason 評分的PCa，并有望成為釓對比增強MRI 的替代選擇。本研究結(jié)果表明，ADCratio和Dratio均能在一定程度上鑒別PCa 是否有臨床意義。這是由于前列腺組織間的異質(zhì)性增加，其中包括新生毛細血管、纖維肌間質(zhì)和上皮等增加了腫瘤侵襲性。Gleason 評分越高，腫瘤組織體積越小，數(shù)量越多，導(dǎo)致腫瘤細胞排列更致密，擴散受限更明顯，擴散系數(shù)進一步降低，腫瘤組織和非癌組織間的對比增強，這種改變更易在比值法中檢測到。但考慮到PCa 本身的進展性和不同Gleason 評分對應(yīng)的治療策略，IVIM 只能輔助臨床診斷，尚無法完全替代穿刺活檢。

在鑒別前列腺移行區(qū)PCa 和BPH 以及辨別有無臨床意義的PCa 時，ADCratio和Dratio均有較高的AUC、敏感度和特異度，提示IVIM-DWI 比值法作為無創(chuàng)檢查在臨床中的價值。雖然D 值更接近組織的真實擴散水平，但Dratio值的診斷效能并不優(yōu)于ADCratio值，原因可能是比值法降低了個體間不同代謝水平的差異，使數(shù)值更符合實際結(jié)果。另外，獲得ADC 值所需的b 值數(shù)量少，可重復(fù)性高，掃描時間短，這些都更有利于應(yīng)用在臨床治療中。

本研究仍存在不足之處：首先，納入病例數(shù)量不足，特別是不同Gleason 評分的樣本數(shù)量不夠豐富，會因樣本偏倚而導(dǎo)致誤差；其次，部分病理分析結(jié)果來自活檢組織穿刺，穿刺活檢雖然是“金標準”，但仍與術(shù)后病理有所偏差；最后，本研究沒有解決影像信噪比的影響以及大體標本上病變位置與影像上病變位置的一一對應(yīng)關(guān)系，可能造成數(shù)據(jù)測量差異。在后續(xù)的研究中應(yīng)繼續(xù)收集病例，擴大樣本量，完善研究方案；在保證影像分辨力的前提下，增加信噪比；以術(shù)后病理為依據(jù)，進一步分析IVIM 其他定量參數(shù)與PCa 的關(guān)系。

綜上所述，通過IVIM-DWI 比值法計算得出的ADCratio和Dratio對移行區(qū)PCa 有較高的診斷價值，同時能夠在一定程度上預(yù)測Gleason 分級，但尚不能在臨床治療中替代穿刺活檢。