经直肠剪切波超声弹性成像模式联合弹性模量在前列腺癌诊断中的应用价值

吴 凡，张明博，王一茹，杨莹莹，李盈盈

中国人民解放军总医院第一医学中心超声诊断科，北京 100853

前列腺癌是老年男性泌尿生殖系统常见的恶性肿瘤之一，在我国的发病率呈逐年上升趋势，多数地区确诊的患者中晚期比例高于欧美国家[1]。经直肠超声是检查前列腺的常用手段，但其病灶的显示率只有50%～70%[2]。随着医学技术的不断发展，剪切波弹性成像技术大大提高了前列腺癌的检出率，但在以往研究中只是通过测定弹性模量值来诊断前列腺病灶的良恶性，不同研究的诊断界值有所差别[3- 6]。本研究回顾性分析了79例前列腺癌及良性前列腺增生(benign prostatic hyperplasia，BPH)患者的临床资料，探讨了经直肠剪切波超声弹性成像中弹性模式与弹性模量联合应用在前列腺癌诊断方面的应用价值，希望建立一种新的评估方法来提高超声弹性成像对前列腺癌的诊断效能。

资料和方法

资料来源2016年4月至2018年5月在中国人民解放军总医院第一医学中心行手术或行超声引导下穿刺活检病理确诊的前列腺癌及BPH患者79例，纳入标准：(1)行经直肠前列腺常规超声、经直肠剪切波超声弹性成像、前列腺穿刺活检和/或前列腺手术切除的患者；(2)所有患者在穿刺或手术前1周内接受经直肠常规超声和剪切波超声弹性成像检查；(3)良性患者随访1年前列腺特异性抗原(prostate specific antigen，PSA)无明显增加，且影像学病灶无明显变化或消失或者两次前列腺穿刺活检均为良性结果；(4)恶性患者在我院手术治疗或明确诊断后接受非手术治疗。排除标准：恶性病变病理结果不是前列腺癌(如膀胱癌、前列腺肉瘤等)。本研究经中国人民解放军总医院第一医学中心伦理委员会批准，所有患者均豁免知情同意。

超声检查采用Supersonic Aixplorer多普勒彩色超声诊断仪(法国Aixen-Provence)，选取经直肠探头SE12- 3，探头频率为3～12 MHz。

经直肠常规超声检查：患者取左侧卧位，屈膝，先整体动态扫查整个腺体，记录前列腺大小，有无常规超声可见的病灶，若有可见病灶，描述可见病灶的数目、大小、回声、形态、边界、是否包膜侵犯、内腺-外腺分界、血流情况等。

剪切波超声弹性成像检查：选择经直肠常规超声可见的病灶进行检查，如果没有发现病灶，选择前列腺最大横切面进行检查。实时双幅显示弹性图像和灰阶图像，弹性成像量程选择90 kPa，探头不可过度加压，每个切面至少稳定3～5 s，待信号稳定后再冻结获取弹性图像[2]。

剪切波超声弹性成像图像分析和测量方法：(1)弹性模式的分析：前列腺整体弹性图像分布是否对称。对称性分布包括：前列腺整体弹性分布均匀；双侧内腺均较外腺硬且左右对称；内外腺交界处硬且左右对称。其他情况均属于非对称性分布。(2)弹性模量的测量：测量弹性模量时，避开结石钙化区域，常规超声或弹性图像显示病灶时，测量病灶的弹性模量(包括最大值Emax和平均值Emean)；常规超声与弹性图像均未显示病灶时，测量最大横切面腺体实质的弹性模量。

统计学处理采用SPSS 19.0统计软件和Medcalc软件[7]：(1)计数资料采用例数表示，用卡方检验分别分析比较常规超声、剪切波弹性成像中弹性模式评估前列腺病灶良恶性的效能。(2)对计量资料进行正态性检验，符合正态分布的计量资料以均数±标准差表示，组间比较采用独立样本t检验；不符合正态分布的计量资料以M(Q1，Q3)表示，组间比较采用非参数检验。以病理结果为金标准，绘制Emean、Emax诊断前列腺癌的受试者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线，约登指数(敏感度+特异度-1)最大时所对应的弹性模量值为最佳截断点，分析弹性模量对于前列腺癌的诊断效能。(3)应变量为病理结果(是否患前列腺癌)，前列腺癌组设为1，前列腺增生组设为0，自变量为弹性模量Emean和弹性模式(图像整体对称设为0，非对称设为1)，建立Logistic回归方程，产生各自变量回归系数，再将各自变量值带入回归方程，计算联合诊断前列腺癌的预测概率，以病理结果为金标准，根据各个预测概率做ROC曲线[8]。比较常规超声、弹性模量、弹性模式、弹性模量联合弹性模式4种方法对前列腺癌的诊断价值，即比较ROC曲线下面积，P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

前列腺癌和BPH患者一般情况的比较79例患者中，经病理确诊的前列腺癌41例，BPH 38例，所有患者的平均年龄为(65.9±9.2)岁(38～85岁)，中位PSA为13.0(7.67，21.7)ng/ml，中位前列腺体积为45.3(33.4，74.1)ml，中位PSA密度为0.22(0.11，0.51)ng/ml。前列腺癌组患者的年龄(t=-2.1，P=0.04)、PSA(z=-5.0，P<0.001)和PSA密度(z=-6.5，P<0.001)均明显大于BPH组(表1)。

前列腺癌和BPH患者常规超声、弹性模式和弹性模量特征的比较前列腺癌的常规超声多表现为低回声、形状不规则、边界不清晰、包膜不完整、内外限分界不清楚、血流信号丰富等特征，当病灶满足3个或以上特征时，常规超声即诊断为前列腺癌。本组79例患者中，42例常规超声未见到病灶，其中前列腺癌8例，BPH 34例；37例常规超声可见病灶，其中前列腺癌33例，BPH 4例；两组差异有统计学意义(χ2=42.5，P<0.001)。

前列腺剪切波弹性成像中整体图像分布情况显示，46例整体分布不对称，其中前列腺癌40例，BPH 6例；33例整体分布对称，其中前列腺癌1例，BPH 32例；两组差异有统计学意义(χ2=54.2，P<0.001)。

前列腺癌组的弹性模量Emean和Emax分别为(92.8±21.5)和(114.2±29.8)kPa，均明显高于BPH组的(56.7±14.0)(t=-8.8，P<0.001)和(68.4±17.2)kPa(t=-8.3，P<0.001)。当Emean值为72.5 kPa时，诊断效能最好(图1)。在剪切波弹性图像上即表现为图像颜色更趋近于红色，反应病灶的质地硬度更高。

常规超声、弹性模式、弹性模量和弹性模式与弹性模量联合对前列腺癌的诊断价值将经Logistic回归产生的各自变量回归系数带入方程，得到Logit(P)=-9.97+3.979X(弹性模式)+0.103X(Emean)，统计分析结果显示，弹性模式与弹性模量联合诊断时曲线下面积(area under the curve，AUC)最大，与常规超声(P=0.000)、弹性模式(P=0.035)和弹性模量(P=0.006)差异均有统计学意义，联合诊断预测概率的最佳Cutoff值为0.45(表2～4，图2)。临床应用中将X(弹性模式)值和X(Emean)值带入公式，得出的P值大于此值诊断为恶性，小于此值诊断为良性(图3、4)。联合诊断的敏感性为95.1%、特异性为89.5%、阳性预测值为90.7%、阴性预测值为94.4%、准确性为92.4%(表3)。

讨 论

我国前列腺癌发病率近年来呈持续快速增长趋势，诊断前列腺疾病的检查方法也不断进步。经直肠超声是筛查前列腺癌的常用方法，但是前列腺良性结节在常规超声检查上很难与恶性结节区分，有些恶性病变在普通二维超声上并不能被发现[9]。剪切波弹性成像技术原理是通过多点激励，声辐射力源产生幅度更强的平面剪切波，快速在不同深度通过连续聚焦推进超声束，所产生的剪切波汇聚成马赫锥形，被探头阵列内的扫描器探测到，然后用彩色编码技术实时显示该组织的弹性图，组织硬度越大，在弹性图像上显示为红色，反之，组织的硬度越小，显示为蓝色。剪切波弹性成像通过彩色编码表示组织受压出现的弹性改变，反映出病灶和正常组织在硬度上的差异，从而鉴别良、恶性[10]。相比于普通常规超声，其在前列腺癌诊断方面具有更高的诊断价值[11]。

表1 前列腺癌和BPH患者的一般资料的比较Table 1 Comparisons of general data between prostate cancer patients and BPH patients

BPH：良性前列腺增生
BPH：benign prostatic hyperplasia

ROC：受试者工作特征曲线
ROC：receiver operating characteristic
图1弹性模量Emean、Emax诊断前列腺癌的ROC曲线
Fig1ROC curve of elastic modulus Emean and Emax for diagnosis of prostate cancer

目前大多数研究主要集中在将应用剪切波弹性成像测得的弹性模量数值来作为诊断前列腺病变良恶性的标准[12- 14]，其组织病理学机制如下：(1)肿瘤内血管过度增长，使肿瘤细胞微血管密度增加；(2)前列腺癌病灶内肿瘤细胞和间质细胞分布的密度和排列方式与正常前列腺组织不同，且在不断生长过程中向周围前列腺组织侵犯，破坏正常组织细胞结构，使结缔组织增生和胶原沉积，导致肿瘤内硬度增加[15]。

表2 弹性模式和弹性模量Logistic回归参数Table 2 Logistic regression analysis with elastic mode and elastic modulus

表3 常规超声、弹性模量、弹性模式、弹性模式与弹性模量联合对前列腺癌的诊断价值(%)Table 3 Diagnostic values of conventional ultrasound，elastic mode，elastic modulus，and mode+elastic modulus(%)

表4 常规超声、弹性模式、弹性模量及两者联合对前列腺癌的诊断效能比较Table 4 Comparison of diagnostic efficiencies among conventional ultrasound，elastic mode，elastic modulus，and elastic mode + elastic modulus

图2常规超声、弹性模式、弹性模量、弹性模量联合弹性模式诊断前列腺癌的ROC曲线
Fig2ROC curve of conventional ultrasound，elastic mode，elastic modulus，and elastic mode+elastic modulus in the diagnosis of prostate cancer

A.二维超声可见病灶呈类圆形低回声，边界清楚，形态规则，包膜完整，无血流信号，从以上表现可以推断病灶更趋向于良性；B.SWE 图像上呈不对称分布，病灶处硬，弹性模量Emean为64 kPa，经弹性联合诊断，诊断为恶性的预测概率为0.64，大于0.45，因此诊断为恶性，与病理结果相符
A.conventional ultrasound shows an oval hypoechoic lesion with clear margin，regular shape，intact capsule，and no blood flow signal，which tends to be benign；B.SWE images shows asymmetric distribution of the mass，the lesions were hard and the elastic modulus was 64 kPa，the combined diagnosis of elasticity showed that the predictive probability of malignancy was 0.64，greater than 0.45，therefore，it was diagnosed as a malignancy，which was consistent with the pathological results
图3前列腺癌患者超声图
Fig3Ultrasonography of patients with prostate cancer

A.二维超声上可见前列腺体积明显增大，但未见明确病灶；B.弹性图像呈现整体不对称性，经联合诊断，诊断为恶性的预测概率为0.26，小于0.45，因此联合诊断结果为良性，与病理结果相符
A.conventional ultrasound shows that the volume of prostate increased significantly，but no lesion was found；B.elastogram shows overall asymmetry，the predictive probability of diagnosis of malignancy was 0.26，less than 0.45，therefore，the combined diagnosis was a benign mass，which was consistent with the pathological results
图4良性前列腺增生患者超声图
Fig4Ultrasonography of benign prostatic hyperplasia

实时定量检测前列腺不同位置的弹性模量，可以提高前列腺癌诊断的准确性[5，16- 17]，已有的研究多着重于建立诊断前列腺癌的弹性模量界值，然而诊断界值不同研究有较大差别[5，16- 18]，其原因如下：(1)弹性模量的数值可能受到测量位置、感兴趣区大小、病灶硬度不均匀、病灶含钙化等因素的影响；(2)少数纤维化的良性病变也可质地硬。因而，本课题组提出了弹性模式的概念，希望可以提高弹性成像诊断的准确性。

本研究在分析弹性模式的时候，主要看图像彩色的整体对称性。BPH病例由于内外腺体的挤压，导致内外腺之间细胞排列致密[2]，弹性图像上表现为较其他部位硬度稍高，但图像整体表现还是对称的。在前列腺癌患者中，肿瘤组织质地硬且硬度不均，在弹性图像上呈现整体不对称的彩色，甚至部分组织太硬无法产生剪切波信号，导致图像上出现无信号区。还有一些浸润生长的肿瘤边界不清，常规超声很难发现，这时弹性图像便发挥了优势，提高了诊断的准确性。

本研究结果显示，当弹性模式与弹性模量联合应用时，诊断前列腺癌的效能更高。而从4种诊断模式描绘出的ROC曲线分析结果显示，当弹性模式与弹性模量联合应用时，其AUC为0.975，明显高于仅仅应用弹性模量的0.930。剪切波弹性成像的弹性模量与弹性模式联合应用，对前列腺癌的诊断效能更高，联合诊断的敏感性为95.1%、特异性为89.5%、阳性预测值为90.7%、阴性预测值为94.4%、准确性为92.4%。

综上，本研究结果显示，剪切波弹性模式可成为诊断前列腺癌良恶性的一种新的影像指标。本研究利用弹性模式与弹性模量联合应用，建立了新的前列腺经直肠剪切波超声弹性成像评估方法，具有比单独应用弹性模量更高地诊断价值。当然，本研究也存在以下局限性：(1)当病灶太小时，其内部结构改变并不能引起其硬度与周围正常组织太大的差别，在弹性图像上亦无法显示出彩色差异，因此无法识别。(2)需要进一步大样本的验证。