磁共振成像在前列腺癌早期筛查中的应用价值

张亚飞 黄冉冉 张国伟

1.滨州医学院医学影像学院，山东 烟台 264003； 2.烟台市烟台山医院影像科，山东 烟台 264003

前列腺癌（prostate cancer， PCa）是老年男性泌尿生殖系统常见的恶性肿瘤之一，发病率位列男性恶性肿瘤第2位［1］；因其症状隐蔽，早期病灶不易被发现。近年来，PCa有年轻化的趋势，且年轻PCa患者预后比老年患者更差［2］。老年男性患者因前列腺增生较为普遍，PCa与前列腺增生的临床表现相似，往往被患者、临床医生疏漏，确诊时常为PCa晚期，多伴有其他部位转移。目前我国PCa筛查不仅参与率低，且确诊患者五年生存率较西方国家也有极大差距［2］。PCa的早期筛查对于具有临床诊治意义的早期PCa患者尤为重要，可早诊早治、改善预后、提高生活质量、显著降低死亡率。

PCa的早期筛查方法众多，随着磁共振技术的快速发展，超高场强磁共振的成像序列多、软组织分辨率高、成像速度快及图像质量好，在PCa早期筛查中呈现明显优势。国内外学者一致认为因前列腺肿瘤病变的磁共振信号变化具有特征性，可提高诊断的准确性，有助于减少临床实践中的过度检测和过度治疗［3-4］。

目前常用于前列腺筛查的磁共振技术主要包括高分辨小FOV的T2WI FS序列、T1WI序列、DWI序列和DCE-MRI等。

1 高分辨小FOV的T2WI FS序列

高分辨小FOV的T2WI FS序列，较常规T2WI序列剔除了脂肪组织的影响，可以提高前列腺的组织分辨率，更利于观察前列腺的中央带（central zone，CZ）、结合带（transition zone，TZ）、外周带（peripheral zone，PZ）及病灶、转移情况。一项关于PZ癌的多参数MR成像研究认为，当患者配合度较差或外部因素影响弥散成像（diffusion weighted imaging，DWI）或磁共振动态增强成像（dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCEMRI）质量时［5］，T2WI FS可以结合其他序列，对可疑病灶进一步对照比较。Christophe等［6］对PCa患者术前及术后病理对照MR多参数研究发现， T2WI FS的影像学特征是预测前列腺外侵犯的最重要的标准，而前列腺外侵犯的诊断对于患者实现最佳手术策略、安全保存神经血管束以及进行剂量与强度调整放疗至关重要。

2 T1WI序列

T1WI序列可有效识别前列腺内出血灶对其他序列的影响，使DWI及DCE-MRI感兴趣区的测量数值更加准确。Panda等［7］结合T2WI、T1WI及表观扩散系数（apparent diffusion coefficient， ADC）值研究TZ癌发现，T1WI提高了TZ癌和正常TZ组织的鉴别能力。另有研究将T1WI图像与DWI和T2WI图像配准，然后用完整的卷积神经网络对前列腺完整腺体边界分割优于之前单纯基于T2WI的分割方案，可以获得更好的诊断效能［8］。

3 DWI序列

DWI序列用于活体中评价分子扩散运动的最佳无创性检查方法，主要采用平面回波成像技术施加扩散敏感梯度场；其中衡量扩散敏感梯度的参数用b值表示，与施加的扩散敏感梯度的大小和持续时间有关，理论上b值越高，诊断效能越高，但超高b值带来的图像信噪比减低，图像失真较重，不利于前列腺病灶的对比观察［9］，故选择合理的b值可提高前列腺病灶的检出率，并缩短扫描时间。除了DWI图像直观的信号改变，经后处理获得的ADC图，可直接消除T2穿透效应［10］，获得病变真实的弥散信息。曲源等［11］研究多b值在诊断前列腺病变中的价值认为，前列腺病变DWI序列有明显的信号改变，不同b值的DWI图像所测得的ADC值有助于正常组织、良性前列腺增生症（benign prostatic hyperplasia， BPH）和PCa的鉴别诊断。多个研究证实，前列腺良、恶性病变ADC值的差异有统计学意义，定量的ADC值作为检测指标可提升PCa的检出率［12］。黄松等［13］探讨ADC值对于PCa诊断及恶性程度Gleason评分的相关性也发现，DWI联合ADC值不仅对PCa的诊断价值较好，且ADC值与恶性程度Gleason评分呈负相关。扶昭等［14］对PCa转移及非转移淋巴结研究发现， ADC值对周围淋巴结转移的诊断有鉴别作用。虽然不同设备厂家的磁共振存在差异，但ADC值改变始终被证明与肿瘤分级、肿瘤侵袭性和病理分期呈明显相关性，是PCa研究的充分证据指标［15］。有研究证实，即使在不同MR硬件和成像环境中，经过定量成像生物标志物联盟评估， ADC值表现出其结果的稳定性，有良好的可重复性和可再现性［16］。

DWI技术作为多参数MRI检查和PCa评估的重要组成部分、PI-RADS评分中的决定序列，近年来研发了各种模型来定量地将DWI信号与前列腺组织的微观结构特征联系起来，目前临床应用的DWI模型有单指数ADC模型、双指数模型（biexponential mode，BE）、体素内非相干运动（intravoxel incoherent motion，IVIM）、扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）和扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）［17］。单指数 ADC 模型数值量化的是组织内水分子弥散及毛细血管灌注的综合效益，信号强度随着扩散权重的增加而呈指数式衰减［9］，操作简单。BE、IVIM模型则通过参数进一步量化区分组织内水分子扩散及微循环血流灌注扩散情况，获取纯水分子扩散系数，对PCa诊断具有重要价值［18］。DTI是单指数ADC模型的推广，可以获取有序组织中的各向异性扩散系数（fractional anisotropy， FA），描述分子扩散的方向依赖性，更好地反映组织纤维变化情况［17，19］；Gholizadeh 等［20］对PCa周围浸润的DTI研究发现纤维束密度的增加有统计学意义，且与PCa活检结果纤维密度的增加一致，并与癌症侵袭性相关。DKI模型是为了量化在高b值时（≥ 1 000 s/mm2）与指数信号衰减的偏差，评估扩散位移概率分布的峰度，常采用无因次数K值及峰度修正后的扩散系数Dk评估［17］；Brancato等［21］认为， K与Gleason得分呈显著正相关，Dk与Gleason得分呈显著负相关，PCa中K值显著降低，这可能与中高级别病变前列腺结构样腺泡的逐渐破坏以及细胞和间质密度越来越高有关，中高级别病变的k值显著升高，表明水扩散减少，可能与显微结构复杂性增加有关。尽管DWI相关模型众多，但不同的模型在前列腺病变的诊断中提供了相似的诊断效能，目前研究认为，没有任何非高斯和双指数拟合模型具有明显优于单指数ADC模型的诊断能力，在临床中使用简单的单指数ADC和直方图分析可能更适合于评估PCa肿瘤的侵袭性［22-23］。DWI技术用极少的时间成本换取了重要诊断信息，在最新的PI-RADSv2.1更新中认为，因DWI图像获得的ADC值在PCa诊断中的重要性，使得它成为磁共振前列腺筛查技术中的重要成员［24］。

4 DCE-MRI

DCE-MRI作为一种功能性成像技术，可获得对比剂在血液中的分布及其在血管内和血管外运动的动态信息，反映肿瘤微循环和灌注等定量的血流动力学参数，可以明确区分PCa与良性前列腺病灶，提高肿瘤的检出率［25-26］。其原理与肿瘤内部新生血管形成有关，癌性病灶的特征性改变为血管密度和管壁通透性增加，血管密度高的肿瘤对比正常组织会造成早期大量的造影剂内流，从而使其迅速达到强化峰值，管壁通透性增加使造影剂快速流出［27］。这一过程用时间强度曲线（time intensity curve，TIC）来描述，前列腺增生病灶动态增强表现为流入型或平台型强化曲线，而PCa病灶动态增强早期病灶迅速强化之后其强化程度迅速下降，呈现流出型曲线［28］，需要鉴别的是不同病灶的TIC曲线存在重叠现象，血供丰富的增生结节也可产生类PCa的强化曲线［29］。DCE-MRI可进一步定量分析，参数包括血管渗透性参数容量转移常数（transfer constant，Ktrans）、速率常数（rate constantrate，Kep）、血管外细胞外间隙容积比（the volume of the extravascular extracellular space，Ve）。Ktrans可以评估对比剂从血浆经血管壁扩散到间隙，代表血管通透性；Ve和Kep则评估对比剂从血管外间隙扩散回血浆内的参数，Ktrans和Kep被认为与肿瘤内的微血管密度有关，而Ve则与肿瘤内的细胞密度有关，因此Ktrans、Kep和Ve可以反映肿瘤的组织病理学特征［27］。Zhu等［30］研究认为， DCE-MRI定量参数 Ktrans、kep 及ADC值为PCa与BPH的鉴别诊断提供了有效的参考，为PCa的侵袭性分级提供了更精确、可靠的定量参数。而Meyer等［27］试图将PCa的DCE-MRI参数与Gleason评分相关联，发现Ktrans的相关性最高，但DCE-MRI不能用于预测PCa中的Gleason评分，因此不能区分临床显著性肿瘤和非显著性肿瘤。虽然DCE-MRI经过定性、半定量及定量的处理方式可提供多种参数评估前列腺病灶，但研究发现，半定量和定量参数没有提供额外的改进，并没有提高PCa的检出率，不能区分临床显著与非显著PCa，仅对穿刺活检前癌结节的评级产生影响［31］。

临床实践中DCE-MRI成像比其他序列更耗时，并且使用的造影剂存在固有成本和可能发生的副作用［27］。DCE-MRI图像质量对外部因素依赖较大，如技术人员注射对比剂速度不同、患者间基础血流速度不同、各厂家提供的后处理软件有区别等，均会影响其图像质量与后处理，进而影响前列腺病灶的诊断效能［32］。由此DCE-MRI在整个磁共振前列腺筛查中带来了最高的成本和最大的不良事件的风险。因此在前列腺筛查中不建议使用DCE-MRI。

目前在临床工作中多采用磁共振多参数联合成像，可以从不同方向、不同角度提供诊断信息，优劣互补［33］，提供准确可靠的诊断结果及解剖学观察，从而最大限度提高前列腺病变的诊断效能［34］。但Mp-MRI中存在扫描序列过多、检查时间长、固有成本高等不利因素，限制了其在前列腺快速筛查中的广泛应用。Bass等［35］进行了一项系统回顾和荟萃分析发现，众多双参数MRI研究，仅使用T2WI和DWI已被认可为是一种可行的替代方法，可获得较高特异性和诊断符合率。Wallström等［36］也认为，双参数MRI在低风险情况下是一个合理的选择，使更多PSA筛查人群可以按更低的成本进行MRI检查，不仅避免静脉通路的侵入性，在癌症检测方面并不逊色于多参数MRI，且假阳性更少。因PCa的发生与其体积、信号变化具有较强相关性，而DCE、DWI序列均可敏感地观察到这种变化［37］；与DCE-MRI相比，T2WI联合DWI无需注射对比剂，避免了因造影剂毒性作用出现的过敏等不良反应，更多的研究证实DWI模型参数诊断效能高于DCE-MRI各定量参数［32］，剔除DCE也未使局部病灶分期准确性降低［38］，提示DCE-MRI在前列腺筛查中的价值较为局限。

综上所述，高分辨小FOV的T2WI FS、T1WI、DWI序列能提供基础的解剖学观察、病灶信号改变、扩散情况，在成像速度、诊断效能等方面具有明显优势，而且通过ADC值的测量，可以快速有效地进行前列腺癌的筛查。未来随着磁共振技术的不断完善，前列腺癌的早诊早治将变成现实。

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