超高b值扩散加权成像及体素内不相干运动成像用于前列腺癌诊断

曾 桔，印隆林

(1.四川省骨科医院医学影像科，四川 成都 610041；2.四川省医学科学院·四川省人民医院放射科，四川 成都 610072)

前列腺癌(prostate cancer, PCa)是欧美国家男性发病率最高的恶性肿瘤之一，在我国发病率亦呈逐年上升趋势[1]。多参数MRI(multi-parametric MRI, mp-MRI)为无创诊断PCa的最佳影像学方法，轴位T2WI及扩散加权成像(dffusion-weighted imaging, DWI)技术是其主要技术，但常规DWI采用单指数成像模型，b值取600～1 000 s/mm2，其T2透过效应及微循环水平灌注效应可在一定程度上影响诊断结果。超高b值(b>1 000 s/mm2)DWI能减少微循环灌注效应并抑制T2透过效应。体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion, IVIM)成像能完全区分纯水分子扩散运动和灌注效应，反映组织扩散及灌注情况，目前超高b值DWI诊断PCa的价值已得到肯定[2]。IVIM成像已用于多种肿瘤[3-4]，但其对PCa的价值尚有较大争议。本研究观察超高b值DWI(b=0、2 000 s/mm2)及IVIM成像(b=0～2 000 s/mm2)鉴别诊断PCa与BPH及预测PCa分化程度的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2018年11月—2019年5月55例于四川省人民医院接受前列腺IVIM-DWI并经直肠超声引导穿刺活检或手术病理确诊为PCa或前列腺增生(benign prostate hyperplasia, BPH)患者。纳入标准：①临床及影像学资料完整；②MR检查前未接受治疗，且6周内未接受穿刺活检。排除标准：①图像质量不佳；②病灶过小，无法准确勾画边界；③MRI未检出病灶，但病理证实为T1期隐匿PCa。

1.2 仪器及方法 采用Siemens 1.5T MAGNETON Aera MR仪，24通道体部相控阵线圈，仰卧位头先进，使盆腔处于线圈中，以耻骨联合上缘为中心线，扫描范围完整包含前列腺及精囊腺，采集常规轴位T1WI/T2WI、冠状位T2WI、高分辨轴位及矢状位T2WI、IVIM-DWI。IVIM-DWI采用单次激发自旋平面回波序列(single-shot spin echo-echo planar imaging，SS-SE-EPI)，b值取0、50、100、150、200、400、600、800、1 000、1 500、2 000 s/mm2，TR/TE 5 800 ms/79 ms，层厚/层间距3 mm/0.5 mm，视野402 mm×380 mm，矩阵146×136。

1.3 病理分级 采用Gleason评分系统评价PCa病理分级，≤6分为低危PCa，≥7分为中高危PCa[5]。

1.4 图像分析 由2名各具10年以上腹盆腔影像学诊断经验的副主任医师及1名具有2年腹盆部影像学诊断经验的住院医师共同阅片，重点观察病灶一般特征及DWI表现。将原始数据导入Siemens后处理工作站，于b=0、2 000 s/mm2的DWI重建ADC图上勾画病灶ROI，并测量其ADC值。将IVIM图像导入MITK(Medical Imaging Interaction Toolkit)软件进行后处理，获得b值=0～2 000 s/mm2的DWI序列拟合而成的IVIM图，参考病理结果及MRI信号特点，沿病灶边缘手动勾画ROI，尽量包含整个病灶但不超越其边缘，并避开精囊腺、血管等结构，于病灶3个最大层面上进行测量，并取其均值为最终结果，记录各参数值，包括纯水分子扩散系数(D)值、灌注相关扩散系数(D*)值和灌注分数(f)值，并获得IVIM双指数拟合曲线。

1.5 统计学方法 采用SPSS 17.0统计分析软件及MedCalc软件。以±s表示符合正态分布的计量资料，组间比较采用独立样本t检验。针对差异有统计学意义的参数绘制其鉴别PCa与PBH以及PCa组内高、低分亚组的ROC曲线，分析其诊断效能。采用Spearman相关分析观察PCa组各MRI参数值与Gleason评分的相关性，|r|≥0.8为高度相关，0.5≤|r|<0.8为中度相关，0.3≤|r|<0.5为低度相关，0<|r|<0.3为弱相关。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

共纳入44例患者，24例PCa(PCa组)，年龄69～77岁，平均(73.04±1.95)岁，血清PSA 4.10～1 000.00 ng/ml，平均(158.03±256.73)ng/ml；20例BPH(BPH组)，年龄69～76岁，平均(72.70±1.72)岁，血清PSA 2.00～41.90 ng/ml,平均(15.20±10.56)ng/ml。根据Gleason评分结果将PCa组进一步分为低分亚组(n=6)及高分亚组(n=18)。

2.1 影像学表现 PCa组11例病灶位于外周带，5例局限于移行带，8例同时累及外周带及移行带；10例病灶呈类圆形，14为不规则形；16例病灶边界不清楚；T2WI呈均匀低信号，DWI呈明显高信号，ADC图呈明显低信号(图1)。BPH组病灶移行带均不同程度增大，T2WI移行带内散在混杂信号结节，大部分结节有完整包膜，15例DWI及ADC图呈等信号，5例DWI为稍高信号，相应ADC图呈稍低信号(图2)。

图1 患者男，72岁，PCa A.轴位T2WI示前列腺低信号肿块(红箭)，解剖结构显示不清； B.DWI(b=2 000 s/mm2)病灶呈明显高信号； C.ADC图病灶呈明显低信号，ADC=0.61×10-3 mm2/s； D.IVIM-DWI病灶呈稍高信号； E.IVIM双指数拟合曲线，D=0.65×10-3 mm2/s，D*=15.90×10-3 mm2/s，f=0.29

图2 患者男，67岁，BPH A.轴位T2WI示前列腺移行带右侧低信号结节(红箭)； B.DWI(b=2 000 s/mm2)病灶呈稍高信号； C.ADC图病灶呈稍低信号，ADC=0.91×10-3 mm2/s； D.IVIM-DWI病灶呈稍高信号； E.IVIM双指数拟合曲线，D=0.95×10-3 mm2/s，D*=6.96×10-3 mm2/s，f=0.14

2.2 PCa组与BPH组各参数值比较 PCa组ADC值及D值低于PBH组(P均<0.05)，但组间D*及f值差异无统计学意义(P均>0.05)，见表1。ROC曲线(图3)显示，ADC=0.76×10-3mm2/s时，其鉴别PCa与PBH的敏感度、特异度分别为0.96、1.00；D=0.79×10-3mm2/s时，其敏感度、特异度分别为0.92、1.00；ADC值的AUC(0.99)与D(0.98)差异无统计学意义(P均>0.05)。见表2。

表1 PCa与BPH组各参数值比较(±s)

表1 PCa与BPH组各参数值比较(±s)

组别ADC值(×10-3 mm2/s)D值(×10-3 mm2/s)D*值(×10-3 mm2/s)f值PCa组(n=24)0.60±0.100.68±0.149.63±3.820.16±0.05BPH组(n=20)1.07±0.121.26±0.228.60±2.620.17±0.04t值-14.24-10.871.01-0.75P值<0.01<0.010.320.46

表2 ADC值及D值鉴别诊断PCa的ROC曲线分析结果

2.3 PCa组内参数值比较 低分亚组ADC值及D值均高于高分亚组(P均<0.05)，而D*值及f值与高分亚组差异无统计学意义(P均>0.05)，见表3。ROC曲线(图4)显示，ADC=0.55×10-3mm2/s时，其鉴别PCa与BPH的敏感度、特异度分别为0.56、1.00；D=0.66×10-3mm2/s时，敏感度、特异度分别为0.67、1.00，ADC值的AUC(0.76)小于D值(0.88，P<0.05)。见表4。

图3 ADC值及D值鉴别诊断PCa与BPH的ROC曲线 图4 ADC值和D值鉴别PCa组中高低分亚组的ROC曲线

表3 PCa组内低、高分亚组间各参数值比较(±s)

表3 PCa组内低、高分亚组间各参数值比较(±s)

组别ADC值(×10-3 mm2/s)D值(×10-3 mm2/s)D*值(×10-3 mm2/s)f值低分亚组(n=6)0.67±0.110.82±0.1510.77±4.480.15±0.03高分亚组(n=18)0.57±0.090.63±0.099.24±3.640.17±0.05t值2.283.860.84-0.81P值0.03<0.010.410.43

表4 ADC值及D值鉴别Gleason评分低分及高分PCa的ROC曲线分析结果

2.4 PCa组各MRI参数值与Gleason评分的相关性 ADC值与Gleason评分呈低度负相关(rs=-0.41，P<0.05)，D值与Gleason评分呈中度负相关(rs=-0.56，P<0.05)，而D*值及f值与Geason评分均无明显相关(P均>0.05)。

3 讨论

DWI是一种能无创反映活体组织内水分子扩散运动的功能MRI，ADC值以水分子高斯运动为基础，应用单指数模型计算得到线性参数，可量化水分子扩散受限程度[6]。由于生物组织的复杂性，DWI信号同时受多种因素影响，并不以单指数模型呈线性衰减[7]。IVIM成像由LE BIHAN等[8]首次提出，其原理在于活体组织中的水分子除布朗运动外亦存在毛细血管血流不相干运动，施加扩散敏感梯度后，血流灌注也可引起血管内质子群相位不相干而导致信号衰减。IVIM成像能区分纯水分子扩散运动与微循环水平灌注效应，通过双指数拟合模型获得D、D*和f值，提供组织的更多信息。

本研究结果显示PCa组ADC值及D值显著低于BPH组，与既往研究[9-12]一致。肿瘤细胞增殖使其细胞外间隙缩小，细胞核浆比增大、导致细胞内外水分子扩散明显受限，故反映水分子扩散运动的ADC值及D值均降低[7]。KIM等[13]发现DWI b值取2 000 s/mm2时诊断PCa效能优于b=1 000 s/mm2。对于最佳高b值目前尚无公论，在满足信噪比的前提下，b值应选取1 400～2 000 s/mm2或更高[14]。有研究[12]认为D值在mp-MRI中诊断PCa效能最高，本研究中其诊断效能与ADC值无明显差异，可能由于超高b值DWI在一定程度上抑制了T2透过效应及微循环水平灌注效应，使得ADC值反映水分子扩散运动的准确率接近D值。

前列腺动态增强MRI提示PCa血容量高于正常前列腺组织。理论上扩散加权灌注参数应与应用其他技术所测灌注参数一致[10]，即PCa中反映灌注效应的D*值及f值应高于良性前列腺组织。有学者[10]认为组织缺氧及腺体分泌等因素使PCa的f值低于BPH。本研究中PCa的D*值、f值与BPH均无明显差异，与既往研究[9,11-12]结果一致，可能与样本量、b值大小、参数测量重复性及图像质量等因素有关。

PCa病理分级越高，细胞密集程度越大，核浆比越大，水分子扩散受限越明显。D值能完全去除微循环水平灌注效应，比ADC值能更准确反映水分子真实扩散受限程度[15]。本研究结果表明ADC值及D值可预测PCa分化程度，D值的效能优于ADC值，二者均与Gleason评分呈负相关，与宋震宇等[16]的结果相似。

本研究主要不足：①样本量小，未对PCa发生部位进行分类观察；②由于图像配准及经直肠超声引导穿刺活检的局限性，部分ROI勾画可能欠准确；③所测ROI参数均值不能完全反映肿瘤内部的异质性。

综上所述，超高b值DWI与IVIM成像对于PCa有一定应用价值；ADC值鉴别诊断PCa与BPH的效能与D值相当；D值预测PCa病理级别的效能高于ADC值。