体素内不相干运动扩散加权成像在前列腺癌诊断中的应用

韩思圆，李春媚，崔亚东，刘明，朱锦霞，陈敏*

1.北京医院放射科 国家老年医学中心 中国医学科学院老年医学研究院，北京 100730；2.北京协和医学院研究生院，北京 100005；3.首都医科大学宣武医院放射科，北京 100053；4.磁共振成像脑信息学北京市重点实验室，北京 100053；5.北京医院泌尿外科 国家老年医学中心 中国医学科学院老年医学研究院，北京 100730；6.西门子医疗系统有限公司MR 科研合作部，北京 100102；*通讯作者 陈敏 cjr.chenmin@vip.163.com

前列腺癌的发病率居世界男性恶性肿瘤第2 位，居我国男性恶性肿瘤第6 位。随着我国经济发展和人口老龄化进展，前列腺癌的发病率和病死率逐渐升高[1-2]。MRI 是前列腺癌诊断和评估的重要方法。体素内不相干运动扩散加权成像（intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI）不仅可以显示体素内水分子扩散情况，而且可以显示微循环即灌注情况，既往研究对IVIM-DWI 在前列腺癌方面的应用进行了不同程度的探索[3-5]，证实其对前列腺癌的诊断、鉴别和评估均有一定意义。然而，以上研究的病理参照标准主要是穿刺活检，有明显的取样误差，往往无法准确反映前列腺癌病灶的数目与侵袭性。本研究以前列腺癌根治术病理大切片为对照，探索术前IVIM-DWI在前列腺癌诊断及危险分层预测方面的应用价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 纳入2018年5月—2019年12月北京医院临床怀疑前列腺癌并行前列腺IVIM-DWI 检查、未接受前列腺疾病相关治疗的患者。排除标准：①无前列腺癌根治术病理大切片结果；②MRI 检查与手术间隔超过2 个月；③MRI 图像质量较差无法进行后处理。本研究得到伦理委员会批准，所有患者均已签署知情同意书。

共纳入157例患者，排除无病理大切片结果者108例、MRI 与手术间隔超过2 个月1例及MRI 图像无法进行后续图像处理20例，最终纳入28例，年龄53～79 岁，平均（67.4±6.2）岁；术前血清前列腺特异性抗原（prostate specific antigen，PSA）8.72（3.22～14.22）ng/ml。术后病理根据国际泌尿病理学学会（International Society of Urological Pathology，ISUP）[6]分组结果分为1 组（Gleason 评分=3+3）6例（21.4%）、2 组（Gleason 评分=3+4）11例（39.3%）、3 组（Gleason 评分=4+3）9例（32.1%）、4 组（Gleason评分≥4+4）2例（7.1%）。根据局限性前列腺癌临床危险分层指南[7]，前列腺癌进行危险分级，中危组18例，其中低-中危组6例，中-中危组12例，高危组10例。

1.2 检查方法 采用GE 3.0T MR 扫描仪，常规序列包括T2WI 压脂序列（轴位、冠状位、矢状位）、T2WI（轴位）、T1（轴位大视野）及IVIM-DWI 序列。扫描参数见表1。

表1 前列腺MRI 不同序列扫描参数

1.3 手术及病理 手术方式采取前列腺癌根治术，切除前列腺、双侧精囊腺及输精管，活检标本完全石蜡包埋并制成前列腺大切片，大切片层厚5 mm。肿瘤病灶在大切片标本上做分区标示。淋巴结切除范围包括双侧髂内、髂外及闭孔区淋巴结。

1.4 图像分析 由分别具有5年和15年工作经验的2 名放射科医师根据病理大切片中的病灶标示完成与MRI 图像之间的匹配工作。将前列腺分为尖部、中部、底部3 个层面，每个层面以尿道为中心分为4 个象限，每个象限区分移行带与非移行带，每个区域内出现的病灶在影像及病理大切片上的形态位置相近时，则认为匹配病灶。先由具有5年工作经验的放射科医师进行病灶匹配工作，然后由具有15年工作经验的放射科医师进行核验，意见不一致时，由2 名医师讨论得出一致结果。IVIM 图像传输至Siemens syngo.via Frontier 后处理工作站使用MR Body Diffusion Toolbox 软件进行后处理。选择匹配成功的癌灶最大层面，手动勾画感兴趣区（ROI），包括前列腺癌灶（PCa-ROI）、外周带非癌区（pz-ROI）及移行带非癌区（tz-ROI），勾画过程中尽量选择中心区域，避开病灶边缘及坏死区域，测量ROI 的ADC 值、无扩散信号强度（S0值）、真实的分子扩散系数（D 值）、伪扩散系数（D*值）、灌注分数（f 值），并计算b=2000 s/mm2时的DWI 信号强度（DWI computed，C 值）（图1）。

图1 男，67 岁，前列腺腺癌，腺泡型，Gleason 评分3+4=7 分，危险分层中-中危组。A 为T2 图像，红色ROI 为癌灶，褐色ROI 为正常移行带，黑色ROI 为正常外周带，癌灶位于左侧外周带4-5 点钟方向；B～G 分别为ADC、S0、D、D*、f、C 值伪彩图，癌灶的6 个对应参数分别为0.80×10-3 mm2/s、1.01×10-3 mm2/s、0.92×10-3 mm2/s、10.50×10-3 mm2/s、7.70%、159.70，移行带非癌区的6 个对应参数分别为1.04×10-3 mm2/s、1.16×10-3 mm2/s、1.07×10-3 mm2/s、18.04×10-3 mm2/s、14.96%、119.2，外周带非癌区6 个对应参数分别为1.52×10-3 mm2/s、1.61×10-3 mm2/s、1.33×10-3 mm2/s、21.25×10-3 mm2/s、13.04%、101.8；H 为病理大切片，病灶位于左侧外周带

1.5 统计学方法 应用SPSS 22.0 和Medcale 19.3 软件，符合正态分布的计量资料以±s表示，两组间比较采用独立样本t检验，多组间比较用单因素方差分析，两两比较采用事后多重比较。不符合正态分布的计量资料以M（Qr）表示，采用Kruskal-Wallis检验。采用受试者工作特征（ROC）曲线评价各参数对前列腺癌的诊断效能，计算曲线下面积（AUC）。采用Spearman 秩相关分析各参数与Gleason 评分间的关系。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 前列腺癌与非癌组织参数比较 前列腺癌与外周带非癌区及移行带非癌区的ADC值、S0值、D值及C值比较，差异有统计学意义（P＜0.001，表2）。

2.2 IVIM-DWI 各参数的诊断效能 IVIM 参数对前 列腺癌与非癌组织（包括移行带与外周带）的鉴别诊断效能见表3。IVIM 各参数中，D 值的AUC 最大，与ADC 值的AUC 比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。

2.3 IVIM-DWI 各参数与Gleason 评分的相关性 前列腺癌灶的ADC 值、S0值、D 值、D*值、f 值、C 值与Gleason 评分无显著相关性（ρ=-0.183、0.022、-0.055、-0.142、0.250、0.129，P均＞0.05）。

2.4 不同危险分层的组间比较 前列腺癌危险分层中，中危组和高危组间ADC 值、D 值、C 值比较，差异均有统计学意义（P均＜0.05，表4）。低-中危组、中-中危组、高危组间C 值比较，差异有统计学意义（P=0.019）；低-中危组和中-中危组、低-中危组和高危组间各参数比较，差异无统计学意义，中-中危组ADC 值、D 值高于高危组（P均＜0.05），C 值低于高危组（P=0.005）。

表2 前列腺癌与外周带非癌区、移行带非癌区IVIM-DWI 参数比较

表3 IVIM参数对前列腺癌与非癌组织的鉴别诊断效能

图2 IVIM各参数及ADC值诊断效能的ROC曲 线

表4 中危组与高危组ADC 值、D 值、D*值、f 值、C 值比较（±s）

表4 中危组与高危组ADC 值、D 值、D*值、f 值、C 值比较（±s）

注：与高危组比较，*P＜0.05，#P＜0.01。ADC为表观扩散系数，S0为无扩散信号强度，D为真实的分子扩散系数，D*为伪扩散系数，f为灌注分数，C为b=2000 s/mm2时的DWI信号强度

组别例数 ADC 值 （×10-3mm2/s） S0值 （×10-3mm2/s） D 值 （×10-3mm2/s） D*值 （×10-3mm2/s） f 值（%） C 值 中危组 18 0.84±0.19* 1.17±0.22 0.87±0.20* 17.0±7.7 12.9±4.0 195±56# 中-低危组 6 0.82±0.18 1.28±0.29 0.84±0.17 16.9±8.8 12.8±3.2 213±40 中-中危组 12 0.84±0.20* 1.11±0.17 0.89±0.21* 17.0±7.5 13.0±4.5 186±61# 高危组 10 0.68±0.11 1.19±0.23 0.71±0.16 21.8±9.3 14.0±5.3 259±56

3 讨论

MRI 诊断前列腺病变具有高度敏感性和特异性，成为前列腺影像学检查的首选，DWI 为前列腺癌的诊断提供重要信息，但ADC 只是建立一个简单的单指数模型，不能完全显示组织中水分子扩散受灌注影响情况。IVIM 由Le 等[8]于1986年首次提出，可以一定程度上体现图像体素内非相关运动[9]，如毛细血管网内血液循环（即灌注）的信息。

IVIM 的常规参数中，S0是经过计算获得的没有扩散时的信号强度；D 值代表水分子真实扩散速度，通常是基于相对高的b 值（b＞200 s/mm2）数据计算得到；D*值代表体素内微循环灌注相关扩散响应，通常是基于相对低的b 值（b＜200 s/mm2）数据计算得到；f 值是灌注效应占总体扩散效应的百分比，体现灌注信息。本研究结果显示，前列腺癌组的S0值及D 值显著低于移行带非癌区及外周带非癌区，与既往研究结果一致[10-12]，同时前列腺癌ADC 值显著低于移行带非癌区及外周带非癌区，C 值显著高于非癌区，这主要是因为前列腺癌组织细胞增殖明显，排列紧密，核浆比增高，导致水分子扩散受限引起的。

IVIM 序列所选取b 值范围不同，会引起各参数结果的差异。Pang 等[13]的研究表明，当b 值＜750 s/mm2时，前列腺癌的f 值高于良性前列腺增生结节（benign prostatic hyperplasia，BPH），与动态对比增强磁共振成像（dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI）结果相似；当b 值＞750 s/mm2时，前列腺癌的f 值比BPH 低，与DCE 结果相反。宋曼等[14]的研究提示前列腺癌的D*值及f 值高于非癌组织，这可能与所选取的b 值偏低，D*值、f 值反映了前列腺癌组织中血管密度增大，血流灌注增加。有研究提示前列腺癌的D*值、f 值低于非癌组织[15-17]，可能是所选取b 值范围偏大，影响了D*值、f 值对局部微循环灌注信息的表达；Liu 等[17]提出也可能由于前列腺肿瘤进展导致血管通透性增加，间质液压增加超过临界值，从而引起D*值、f 值减小，但这一猜想并未得到验证。Shinmoto 等[18]及本研究结果提示前列腺癌的D*值、f 值与非癌组织无显著差异，可能与2 项研究b 值选取横跨750 s/mm2且并无明显倾向有关。

本研究结果显示，D 值作为IVIM 代表性参数对前列腺癌与非癌组织的诊断价值较高，与既往相关研究[19-23]结果一致，表明前列腺癌组织与正常组织相比，其细胞组织结构改变，且D 值能较好地反映这种改变。尽管与ADC 值比较，在特异度为100%时D 值的敏感度稍低，但两者无显著差异。

目前，多数IVIM 研究报道D 值与前列腺癌的Gleason 评分有很高的相关性[21,24]，这可能与高Gleason 评分的前列腺癌筛状结构占比更高有关。Valerio 等[22]研究发现D*值与Gleason 评分有相关性，很少文献报道相同结果，可能与高评分前列腺癌高血流灌注有关，但标准差较大也提示这可能是统计偏差所致。然而Pesapane 等[23]和本研究结果提示IVIM 各参数与Gleason 评分无显著相关性，其可能原因为：①病灶选择偏倚，本研究病理参考为大切片，能发现更多小且Gleason 评分更低的病灶；②与b 值选择有关；③部分参数变异度较大。

美国泌尿学会2018年前列腺癌诊疗指南将前列腺癌分成不同危险等级以指导临床治疗方案的选择[7]：极低危险的局限性前列腺癌强烈建议主动监测；低危局限性前列腺癌建议主动监测或采取手术、放疗及其他治疗方案；中危局限性前列腺癌建议前列腺癌根治术或放疗合并雄激素剥夺疗法（androgen deprivation therapy，ADT），也可尝试其他治疗方案；高危局限性前列腺癌强烈建议前列腺癌根治术或放疗联合ADT。本研究结果显示前列腺癌高危组的D 值、ADC值显著低于中危组，而C 值显著高于中危组，这可能与高危组前列腺癌组织较中危组癌组织的细胞增殖更为明显、水分子扩散更受限有关。目前关于前列腺癌危险分层多基于Gleason 评分[14]，本研究贴合诊疗指南，不仅依据Gleason 评分，还结合了临床PSA 水平和T 分期，可以更好地进行前列腺癌危险等级，为临床治疗方式的选择提供信息。

本研究的局限性为：①本研究为单中心研究，病例收集有一定的选择偏倚。②病理大切片固定后病灶会出现形变，与影像位置的对应存在误差。

总之，IVIM-DWI 在前列腺癌的诊断、危险分层及预测免疫组化结果中有一定的意义，可以辅助临床选择前列腺癌的治疗方式。