扩散峰度成像联合PSA在前列腺癌侵袭性评估中的探讨

段志青，张凯，胡家玮，方少伯，邓熹杨，刘亚洁

大连医科大学附属第二医院 放射科，辽宁 大连 116023

引言

前列腺癌（Prostate Cancer，PCa）是发生在前列腺的上皮性恶性肿瘤，世界发生率位居男性肿瘤的第2位，在我国发病率呈逐年上升的趋势[1-2]。由于PCa具有高度异质性，病灶通常具有不同的侵袭潜能，表现为从缓慢发生的惰性病变到致命性的快速进展，导致预后差异较大[3]。因此有必要在早期区分高低侵袭性状态。

Gleason 评分（Gleason score，GS）是目前最常用的PCa病理结果分级系统，是确定PCa肿瘤侵袭性的“金标准”[4]。临床显著性前列腺癌（Clinically Significant Prostate Cancer，csPCA）具有高侵袭性，判断标准为Gleason 评分≥7分的PCa，生存率低，进展较快，临床上需要积极治疗[5-6]。相反，研究表明非csPCa的10年生存率远高于csPCa，仅需定期随访和主动监测[7-8]。然而，病理取材的穿刺活检术具有侵入性，其结果不仅会受到组织取材标本的限制，导致病理分级的降低，还会引起组织器官的损伤、感染等风险，因此有必要寻求无创方法对PCa进行侵袭性评估。

前列腺特异性抗原（Prostate Specific Antigen，PSA）是检测PCa最具临床意义的血清学标志物[9]。目前被广泛应用于PCa的人群筛查、鉴别诊断与术后评估。然而，由于PSA水平受前列腺体积、患者年龄、炎症、检查前治疗等多种因素影响，诊断特异性较低[10]。

随着功能磁共振技术的迅速发展，使前列腺癌的早期诊断成为可能。其中，扩散峰度成像（Diffusion Kurtosis Imaging，DKI）利用水分子在生物系统中的运动反映组织结构的生理信息，并考虑了组织水分子之间的非高斯扩散，可以更好地反映组织微观结构的复杂程度[11]。主要拟合参数值包括各向异性分数（Fractional Anisotropy，FA）、平均扩散率（Mean Diffusion，MD）、轴向扩散率（Axial Diffusion，Da）、径向扩散率（Radial Diffusion，Dr）、平均扩散峰度（Mean Kurtosis，MK）、轴向峰度（Axial Kurtosis，Ka）、径向峰度（Radial Kurtosis，Kr）。FA代表各向异性成分占整个扩散张量的程度；MD、Da、Dr 反映不同方向水分子扩散情况；MK、Ka、Kr反映不同方向扩散峰度，体现了组织成分的复杂性。多参数可以多维度地从分子水平反映PCa的早期改变，为治疗提供有用的诊断信息。

既往大多数研究[12-17]以病理结果为参考，均发现DKI定量参数在前列腺疾病诊断与分级中的价值。Yao等[18]将PSA与DKI参数联合进行PCa的诊断，结果发现，联合模型鉴别良恶性的效能优于DKI各参数。然而，二者联合进行PCa术前侵袭性评估尚鲜见报道。因此本文首先针对DKI各参数与Gleason 评分进行相关性分析，然后进行DKI各参数以及联合PSA的诊断效能分析，以期探讨其术前无创评估PCa侵袭性的可行性。

1 资料与方法

1.1 临床资料

回顾性地纳入69例在2018年12月至2020年1月于我院接受前列腺MRI检查的患者为研究对象。纳入标准：① 常规MRI及DKI检查后2周内接受经超声穿刺活检，最终病理证实为PCa；② 具有完整的前列腺影像学资料。排除标准：① 图像质量不高或影像资料不全（3例）；② 无实验室检查PSA结果（3例）；③ 磁共振检查前行放化疗及内分泌治疗（8例）最终符合标准的PCa患者共55例。本研究经我院伦理审核批准（大医二院伦快审2022年070号）。

1.2 检查方法

所有 MR 检查均在同一台 3.0T MRI 扫描仪（Discovery MR 750，GE Healthcare，美国）上进行，使用8通道相共阵线圈接收。前列腺 MRI 常规扫描序列包括：矢状位 T2WI、冠状位 T2WI （扫描层面平行于前列腺长轴）、轴位 T2WI fs，T2WI，T1WI和 T1WI fs（扫描层面垂直于前列腺长轴）功能成像有轴位 DKI（扫描层面垂直于前列腺长轴），DKI功能成像序列的倾斜角度、层厚、层间隔和视野与常规平扫保持一致，b值分别取0、1000、2000 s/mm2。MR序列的主要扫描参数如表1所示。

表1 扫描序列及参数

1.3 图像处理及感兴趣区勾画

由 2名分别工作3年和8年的放射科医师阅片，采用双盲法，阅片时病理结果未知。常规 MR 序列确定靶病灶位置、直径、边界特征即信号特征。均对前列腺病灶进行超声引导下穿刺活检。病变大小根据轴向图像上测量的最长直径确定。

将DKI功能序列发送至后处理工作站（GE AW 4.6，GE healthcare，美国），通过Functool软件分别获得各个功能参数伪彩图：FA、MD、Da、Dr、MK、Ka、Kr。选择病灶最大横截面积层面手动勾画感兴趣区（Region of Interest，ROI）得到各个参数值。本组数据ROI 选取标准是：① ROI大小均为 30 mm2；② 每个病灶测量3次，其测量参数的平均值作为靶病灶的最终结果；③ ROI的选取避开了尿道、精囊、膀胱、出血、囊变、钙化等区域。

1.4 穿刺部位的选取

根据放射科医师的诊断结果进行超声引导下穿刺活检。采用经会阴12针系统穿刺法获取穿刺组织。最终病理结果由病理科医生解读，给出每个标本的相关病理信息。

1.5 统计学分析

使用 SPSS 26.0 统计学软件进行分析。DKI参数分布的正态性检验使用 Shapiro-Wilk 检验，各组数据均用±s表示；DKI定量参数值的观察者间一致性通过分别计算各自的组内相关系数 （Intraclass Correlation Coefficient，ICC)来评估。使用独立样本t检验（正态分布组）或 Wilcoxon 秩和检验（非正态分布组）比较 DKI参 数（FA、MD、Da、Dr、MK、Ka、Kr） 在csPCa与非csPCa组间的差异。对DKI参数及PSA水平进行单因素分析，如果显示变量P＜0.05，则进行多因素逐步逻辑回归分析，建立联合诊断模型。ROC曲线用于评价各参数及联合模型的诊断效能，得出敏感度、特异度、Cut off值，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 病例基本信息

本研究纳入55例PCa患者为研究对象，平均年龄为（69.9±8.65）岁，年龄范围为48～84岁，中位PSA水平为15.45 ng/mL，范围为1.27～189.56 ng/mL，临床与影像特征如表2和图1～2所示。两位观察者间一致性良好，ICC范围为0.864～0.971。

图1 csPCa患者影像特征

图2 非csPCa患者影像特征

表2 纳入患者临床与影像特征[±s，n（%）]

表2 纳入患者临床与影像特征[±s，n（%）]

注：csPCa：临床显著性前列腺癌；PSA：前列腺特异性抗原。

参数 非csPCa csPCa P值年龄/岁 68.08±9.63 71.47±7.73 0.154病灶直径/cm 1.46±0.57 2.19±1.02 0.004病灶部位 0.767外周带 14（56.00） 18（60）移行带 11（44.00） 12（40）PSA/（ng/mL） 17.61±22.92 56.37±54.32 ＜0.001

2.2 DKI各参数与GS的相关性分析

Spearman相关分析结果显示，MK、Ka 值与Gleason 评分呈中度正相关（相关系数分别为0.586、0.621），FA、Kr 值与Gleason评分呈低度正相关（相关系数为 0.445、0.486）； MD、Da、Dr 值与 Gleason评分呈中度负相关（相关系数分别为 -0.620、-0.635、-0.620），见表 3。

表3 各参数与GS的相关性分析

2.3 DKI各参数及DKI联合PSA在PCa侵袭性中的分析

各参数在PCa侵袭性的分析中，非csPCa组 FA、MK、Ka、Kr值均低于csPCa组，而非csPCa组MD、Da、Dr值高于csPCa组（表4）。其中，Da显示出最高的诊断效能，各参数ROC曲线下面积、敏感度、特异度分别为FA：0.737、70%、72%；MD：0.833、80%、80% ；Da：0.841、80%、80% ；Dr：0.828、80%、76%；MK：0.824、90%、68%；Ka：0.832、83%、76%；Kr：0.787、77%、80%（表5和图3）。将单因素分析显示P＜0.05的变量PSA、FA、MD、Da、Dr、MK、Ka、Kr纳入多变量Logistic回归构建联合模型，系数分别为 0.035、20.749、-7.611、-7.329、14.793、-6.059、0.479、5.472（P＜0.05）。联合模型可以表达如下：组合模型=0.035PSA+20.749FA-7.611MD-7.329Da+14.793Dr-6.059MK+0.479Ka+5.472Kr-0.991。联合模型的AUC为0.883，敏感度为80%，特异性为84%，受试者工作特征曲线如图3所示。联合模型的诊断效能优于DKI各参数（P＜0.05）。

表4 不同GS组间DKI定量参数比较（±s，分）

表4 不同GS组间DKI定量参数比较（±s，分）

注：FA：各向异性分数；MD：平均扩散率；Da：轴向扩散率；Dr：径向扩散率；MK：平均扩散峰度；Ka：轴向峰度；Kr：径向峰度。

参数 Gleason评分 P值非csPCa csPCa FA 0.25±0.05 0.31±0.08 0.002 MD 1.49±0.35 1.01±0.33 ＜0.001 Da 1.86±0.37 1.32±0.37 ＜0.001 Dr 1.30±0.32 0.88±0.32 ＜0.001 MK 0.93±0.18 1.18±0.22 ＜0.001 Ka 0.84±0.20 1.17±0.28 ＜0.001 Kr 0.88±0.15 1.05±0.19 ＜0.001

表5 各参数区分csPCa与非csPCa的诊断效能

图3 DKI各参数及联合模型区分csPCa与非csPCa的ROC曲线

3 讨论

本研究以TRUS引导下的活检病理结果为参考标准，评估了DKI联合PSA在反映PCa侵袭性中的价值。研究结果显示 DKI各参数 FA、MD、Da、Dr、MK、Ka、Kr不仅与GS评分有不同程度的相关性，且均可对csPCa与非csPCa进行区分。同时本研究开发了基于DKI参数与PSA的联合模型，结果显示，联合模型区分csPCa与非csPCa的AUC值为0.883，高于单一DKI参数的诊断效能。

FA值是反映水分子扩散各向异性的指标，本研究结果显示其与Gleason评分呈弱相关，侵袭性高的病灶FA值高于低侵袭性病灶，具有显著差异。既往的研究中，FA值与GS之间的关系存在争议[14,19-20]。Tian等[20]研究表明，FA值与Gleason评分具有相关性，与本研究结果一致。随着Gleason评分的增加，癌细胞对纤维组织结构的侵袭性增强，致使正常纤维结构断裂，最终引起水分子扩散紊乱及受限，这可能是高侵袭性病灶FA值高于低侵袭性病灶的原因。但仍需要进一步的研究和更多的样本来验证这一结果。

MD、Da、Dr值体现了组织中不同方向的水分子扩散情况。本研究中MD、Da、Dr值与Gleason评分呈中度负相关（P＜0.05），提示高侵袭性的肿瘤细胞外空间比例减少，肿瘤组织内水分子扩散受限情况更为显著。与Yin等[15]研究结果一致。

本研究中反映扩散峰度的MK、Ka值与Gleason评分呈中度正相关，Kr值与Gleason评分呈低度正相关（均P＜0.05），提示PCa的侵袭性以扩散峰度，尤其以轴向扩散峰度更相关。这与之前的研究结果一致[15]。原因可能为高侵袭PCa腺体结构破坏，肿瘤血管紊乱，细胞增殖与坏死比例增多[20]。这些微观变化表明了组织复杂性的增加，因此MK、Kr值增加。

本研究结果显示，非csPCa组MD、Da、Dr值高于csPCa组，非csPCa组 MK、Ka、Kr值低于csPCa组，各参数都具有较高的诊断能力（AUC均＞0.7）。既往研究显示，DKI的扩散系数具有区分不同GS评分与风险分层的能力[13-15]。Park等[21]以病理结果为参考标准，通过DKI参数区分csPCa与非csPCa的病灶，证明扩散系数Dapp与峰度系数Kapp对侵袭性具有鉴别诊断能力，与本研究结果一致。

对于低侵袭性的病灶，临床通常采用主动监测、激素治疗等手段，然而对于高侵袭性的病灶，主要治疗方法为手术治疗结合放化疗，术前早期判断PCa侵袭性是必要的，因此非侵入性技术DKI及联合血清学指标PSA对于区分不同侵袭性PCa具有重要价值。本研究结果表明，联合模型的诊断能力均高于各定量参数（AUC=0.883，敏感度80%，特异性84%）。DKI与血清指标的组合可以提高PCa诊断的准确性，减少不必要的侵入性活检。如果患者进行活检前DKI与PSA联合模型大于临界值0.546，提示患者有PCa，敏感性为80%，特异性为84%。

本研究存在以下不足：① 样本量相对较小，今后需要更多的病例来证实；② 本研究采用穿刺活检方法评估Gleason分数，可能低估整个病灶的Gleason评分；③ 本研究未对发生在不同区域的PCa（移行带及外周带）进行区分研究。

综上所述，DKI在PCa侵袭性诊断中具有显著优势，联合PSA可为诊断PCa侵袭性提供更全面的指标。