IVIM-DWI对外周带前列腺癌的诊断价值

杜舒曼， 张林

(1.石河子大学 医学院， 新疆 石河子 832000； 2.石河子大学 医学院第一附属医院 MR室， 新疆 石河子 832000)

前列腺癌(prostate cancer, PCa)是全球男性泌尿生殖系统常见的恶性肿瘤，其发病率和死亡率在我国呈逐年上升的趋势[1]，严重威胁中老年男性的健康.核磁共振成像(MRI)是目前公认最佳的前列腺癌影像学诊断方法[2]，随着MRI技术的发展，体内非相干运动扩散加权成像(IVIM-DWI)可以在不使用造影剂的情况下同时提供有关肿瘤灌注和扩散特征的信息，对肾功能不全的患者有重要意义.目前临床上诊断前列腺癌的金标准是经直肠前列腺穿刺活检，但此为有创检查，且存在一定的漏检率，本研究在应用无创的影像技术手段的基础之上，寻求提高前列腺癌的诊断率的新方法，通过分析体素内不相干运动定量参数对外周带前列腺良恶性病灶的诊断及鉴别诊断价值，旨在为临床前列腺疾病的诊断及治疗提供参考.

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性收集2017年11月至2018年9月临床怀疑为外周带前列腺癌，并在我院接受MRI检查的51例前列腺病变患者，年龄51～90岁，平均(71.2±9.9)岁.

纳入标准：(1)均行T2WI、T1WI及IVIM扫描；(2)病理检查结果均于MR检查后两周内获得；(3)病灶位于外周带；排除标准：(1)MRI检查前进行过手术、穿刺、放化疗及内分泌治疗；(2)在MRI检查中无前列腺病灶；(3)任何序列不完整或所获得图像质量不佳，无法分析者；

本研究经石河子大学医学院第一附属医院伦理委员会批准并取得患者知情同意.

1.2 仪器与方法

采用GE 3.0T 750MR扫描仪及8通道体部专用相控阵线圈.扫描范围从髂前上棘至会阴水平，线圈中心对耻骨联合上缘.

常规MRI：行轴位T1WI、矢冠轴T2WI、DWI扫描.Ax T1 FSE Big FOV:TR841 ms，TE8.9 ms，层厚5 mm， 间距1 mm，FOV为 400 mm×400 mm，矩阵为320×224.轴位Ax fs T2 PROPELLER检查：采用快速自旋回波序列(FSE)，TR 1270 ms，TE 65 ms，层厚3.0 mm，0.5 mm间距，FOV为240 mm×240 mm，矩阵为384×384.DWI检查：采用自旋平面回波成像(EPI)，b值采用0 s/mm2和1 000 s/mm2，TR 3 600 ms，TE 58 ms，层厚4.0 mm，0间距，FOV为400 mm×400 mm，矩阵为128×160.IVIM序列：采用轴位扫描，扫描参数：TR 4 000 ms，TE 85.7 ms，层厚 3.0 mm，间距0.5 mm，FOV 400 mm×400 mm，矩阵128×96，共选取14个b值(0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1 000、1 200、1 500、2 000 s/mm2).

1.3 图像分析及数据处理

通过GE AW 4.6工作站MADC软件对图像进行后处理，由两位分别具有8年和2年泌尿生殖MRI诊断经验的医师结合超声引导穿刺点的位置对应MRI原始图像上异常信号结节灶勾画兴趣区(region of interest，ROI)，ROI位于病灶的实性部分，同时避开尿道、钙化、囊变坏死灶等，每个病灶重复测量3次后，取其平均值作为最终的ADC、D、D*及f值.本研究采用双指数模型算法(mono-exponential模型)，计算各模型拟合的参数值.

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 病理结果

51例外周带前列腺病变患者中，PCa 23例(27个病灶)，良性前列腺增生(BPH)/慢性前列腺炎(CP) 28例(36个病灶)；PCa组年龄51～88岁，平均(75.6±8.3)岁；BPH/CP组年龄 52～90岁，平均(72.2±7.9)岁.

2.2 PCa与BPH两组之间IVIM定量参数比较

PCa组和BPH组的定量参数ADC、D和f值均显著低于BPH/CP组，各参数值具有统计学差异(P<0.05)，即在之间IVIM成像多参数对比具有统计学差异(如图1，2所示)；D*值在PCa组和BPH/CP组之间的无统计学差异(P>0.05),即在两组之间IVIM成像多参数对比无统计学差异，如表1所示.

如图A-E所示，男，62岁，PCa患者.ROI区为病灶区.A：轴位T2WI右侧外周带见结节状低信号灶，边界不清(箭头)；B～E：分别为与轴位T2WI同一层面IVIM-DWI序列各参数的伪彩图(依次为ADC、D、D*、f值的图).B：ADC值、C：D值的伪彩图显示右侧前列腺外周带相应区域表现为结节样低信号，D值的平均值为0.519×10-3mm2/s.D：D*值为11.9.E：f值的伪彩图显示为结节状低信号，f值的均值为20.8%.

图1 男，62岁，PCa患者

Fig.1 A 62-year-old man with PCa

A:轴位T2WI右侧外周带见条片状高信号灶(箭头)；B～E：分别为与轴位T2WI同一层IVIM-DWI序列参数的伪彩图.B:ADC值;C:D值的伪彩图显示右侧前列腺外周带相应区域表现为高信号，较正常前列腺组织偏高，D值的均值为1.08×10-3mm2/s.D:D*值为3.82.E:f值的伪彩图显示为等高信号,f值的均值为67.4%.

图2 男，72岁，BPH患者

Fig.2 A 72-year-old man with BPH

表1外周带良恶性组各参数值的比较

组别ADC/(×10-3mm2·s-1)D/(×10-3mm2·s-1)D∗/(×10-3mm2·s-1)f/%PCa0.751±0.1690.562±0.1364.922±1.80728.400±11.500BPH/CP1.119±0.1330.766±0.1155.147±1.73441.100±5.900t-9.671-6.414-0.501-5.209P<0.001<0.0010.618<0.001

2.3 PCa与BPH两组之间ROC曲线下各参数分析

IVIM各参数之间，AUC由高到低依次为ADC(0.951)>D(0.866)>f(0.837)；ADC值的AUC、敏感度及特异度均高于f值，ADC值的敏感度高于D值，但D值的特异度更高.而D*则无统计学差异(表2、图3).

表2示各IVIM参数鉴别外周带良恶性病灶的诊断效能

Table2DiagnosticefficacyofIVIMparametersindifferentiatingbenignandmalignantperipherallesions

IVIM参数AUC(95%可信区间)敏感度/%特异度/%P值ADC0.951(0.865～0.989)88.986.1<0.001D0.863(0.753～0.936)70.491.7<0.001D∗0.541(0.411～0.667)55.661.10.581f0.837(0.722～0.918)77.880.6<0.001

随着曲线下面积增大，其诊断价值越高

Fig.3 As shown in Fig.3, the ROC curve of IVIM parameters in diagnosing peripheral PCa is more valuable as the area under the curve increases

3 讨论

3.1 关于MRI IVIM-DWI的研究进展

临床上怀疑前列腺癌患者多进行穿刺活检确诊，小的病灶容易漏诊，假阴性率较高.在常规T2WI上良恶性病灶均可表现为等、低、稍高或混杂信号，导致前列腺病变定性诊断难度很大[3].DWI目前被认为是前列腺外周带多参数MRI成像(mpMRI)检查的重要组成部分，已被确定为检测PCa的重要序列[4].DWI可通过对活体组织内水分子扩散特性的程度来区分病灶组织的良恶性，被认为是肿瘤检测和表征的关键工具.ADC值反映组织内细胞外水分子的弥散情况和毛细血管内微循环灌注共同作用的结果[5].然而，作为DWI的可能改进，有必要分别评估扩散的两个组成部分.微血管灌注效应是影响DWI诊断准确性的重要原因，微血管的灌注效应影响越大，是良恶性前列腺组织ADC值重叠较大的重要原因.基于非高斯扩散的IVIM-DWI双指数模型采用多个弥散敏感因子，无须引入对比剂，能区分血管灌注与真水分子组织扩散信息，能更准确地反映组织的病理生理变化，可用于肿瘤的检出、诊断、分期、监测疗效及预后评估.

目前对于b值数量、大小的选择仍无统一规范.Pang等[6]研究者认为采用2个以上的低b值(b小于200 s/mm2)时，会提高反映微循环灌注的准确性.同时有研究表明，当b值较小时，受组织微循环灌注的影响较大，b值越大，灌注因素所致信号衰减越小，真水分子扩散所占比重越大，越能真实反映组织的纯水分子扩散情况[7].本研究主要在3方面做了改进：(1)本研究的14个b值中包括6个低b值，最大b值达2 000 s/mm2，旨在获得更精确的参数信息.(2)Feng等[8]研究者认为，IVIM定量参数值受TE值的影响较大，为了减少TE值对参数值的影响，本研究在IVIM数据采集时在保证图像合适信噪比的前提下，尽量使用最小的TE值.(3)力争在形态学角度难以辨别的结节病变之前采用无创、可反复检测的手段来评估病灶.

3.2 本研究结果较以往研究的异同之处

本研究结果显示前列腺癌组的ADC值、D值明显低于前列腺增生组，与以往研究较一致[9].考虑可能由于癌组织内癌细胞恶性增殖，排列紧密，正常腺体结构破坏，细胞间隙减小，且核质比增大等因素限制了组织内水分子的弥散运动所致.两者之间的差异亦可能是由于PCa组织中存在丰富的纤维化成分或其他微观结构差异，其中反应性基质的特征在于肌成纤维细胞的增加和细胞外基质产生的相应扩增[10].此外，肿瘤细胞膜上的钠钾泵功能减退，导致细胞水肿，进一步加重水分子扩散受限[11-12].D值反映组织的纯水分子扩散效应，理论上应比复合参数ADC值有更高的诊断价值.此外，本研究结果中ADC的AUC及敏感度均高于D值，PCa组和BPH组的D值较ADC值有更明显的交叉重叠，提示ADC值有着更高的诊断价值.

f为灌注分数，代表灌注相关扩散效应占总体扩散效应的容积比率，以百分数(%)表示，与组织微循环的血容量相关.本研究发现PCa组的f值低于BPH组，两组之间差异有统计学意义，与冯朝燕等[13]的研究结果一致，而不同于冷晓明等[14]认为PCa组的f值较高.考虑由于较高b值的不同选择有关，且有文献报道，f值大小不仅受微循环灌注的影响，还与腺体的分泌、腺管内液体的流动等有关，因此导致f值不稳定，重复性较差.

D*值为假性扩散系数，代表毛细血管血流灌注效应，反映了组织微循环血流速度、平均毛细血管长度；本研究的前列腺癌组与前列腺增生组的D*值差异无统计学意义，与以往研究较一致[15]，前列腺癌的生长和侵袭依赖新生血管，肿瘤组织微血管生成增多，但血管多不成熟，微循环解剖结构的扭曲，通畅性差，使得毛细血管的血流速度并没有增加.有学者认为于灌注衍生参数(尤其是D*和f)的组织之间差异分化的另一个原因可能与PCa的生物学背景有关，可能继发于由营养因子缺乏引起的前列腺实质的慢性炎症，或荷尔蒙有关[16]，慢性炎症与胶原纤维的沉积一起可以减少水分子的布朗运动.前列腺癌的发展与由大量未成熟，渗漏的血管组成的丰富血液供应的发展有关[17]因此血管灌注对PCa中DWI信号贡献不大.虽然血管灌注影响的临床价值可能有限，但仍需排除高度可变的灌注成分，以提高扩散系数在诊断，预后或治疗反应中的临床效用[18]，由腺体分泌物引起的主动转运也可能难以与微毛细管灌注分离.

3.3 本研究的局限性

首先，没有比较前列腺不同区域的诊断效果，未来的研究应该允许外周带和移行带中的PCa之间更具可比性的区别;其次，需要更大的患者群体来找到各参数值与肿瘤的侵袭性和病理分级的真实相关性.

总之，前列腺外周带由于常并发前列腺炎，且可因病灶大小不一、内部结构成分及血流动力学的不同，可呈现出较多不典型的影像表现，在临床工作中前列腺良恶性病灶常常相混淆.IVIM技术作为MRI功能成像可提供多个参数量化指标，对组织微观结构的变化更精确地反映.以ADC值及D值的诊断均较高，以ADC值对外周带前列腺癌诊断效能最优，对诊断与鉴别具有重要的临床意义.考虑到由于钆基造影剂引起的肾源性系统性纤维化的日益关注，这一点尤为重要.IVIM测量有望纳入当前的MP-MRI范例，并有可能成为钆增强动态增加磁共振扫描(DCE MRI)的合适替代方案.