表观扩散系数鉴别前列腺中央腺体癌和前列腺增生的价值

王翠艳，朱向玉，王 静，张新娟，邱秀玲，魏煜龙，王光彬

随着MR主磁场提高、线圈改进及MR波谱(magnetic resonance spectroscopy，MRS)、扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)、灌注加权成像(perfusion weighted imaging，PWI)等新技术的应用，MRI对前列腺癌(prostate cancer，PCa)诊断的准确度获得了较大的提高，敏感性和特异性分别达到89%和77%[1]。但诸多研究大多定位于外周带(peripheral zone，PZ)癌，而25%～30%的PCa位于中央腺体(central gland，CG)[2]，病变与周围组织信号对比差，易受增生结节干扰，因此难以检出。另外，由于CG位置较深，经直肠超声引导下穿刺难以穿到，也使得这一部分癌容易漏诊。因此，我们分析一组PCa和良性前列腺增生(benign prostate hyperplasia，BPH)患者的表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)，以探讨ADC值在鉴别CG区PCa和BPH的应用价值。

1 资料与方法

1.1 临床资料

收集2007年1月－2010年3月期间在我所行前列腺MR检查、经电镜内切或根治术切片病理证实为CG区PCa患者共23例作为PCa组，年龄41～78岁(平均年龄61.5±4.5岁)；并从同期患者中随机选择年龄相匹配、病理结果证实为BPH的患者23例作为BPH组，年龄45～81岁(平均年龄62.1±4.8岁)。

1.2 MRI扫描参数

采用Sonata 1.5 T扫描仪(Siemens，Germany)，腹部相控阵线圈，患者中度充盈膀胱行仰卧位扫描。扫描序列包括：横轴位T1WI(TR/TE=420/9.2 ms)、FS-T2WI(TR/TE=3800/139 ms)、DWI(b值分别取300、500和800 s/mm2)。DWI采用单次激发EPI序列，参数如下：b=300时，TR/TE=3500/53.3 ms，矩阵128×128，NEX 4，扫描时间56 s；b=500时，TR/TE=3500/59.0 ms，矩阵128×128，NEX 4，扫描时间56 s；b=800时，TR/TE=3500/65.3 ms，矩阵128×128，NEX 4，扫描时间56 s。以上序列扫描层厚均为4 mm，层间隔0 mm。

1.3 DWI分析方法

信噪比(signal to noise ratio，SNR)测量与计算：设定相同大小(100 mm2)感兴趣区(regions of interest，ROI)于前列腺CG区和扫描范围内人体组织之外的相同位置，分别测量每个b值DWI的图像平均信号强度(signal intensity，SI)及空气信号强度标准差(standard deviation，SD)。SNR计算公式为：SNR=SI/SD。

ADC值测量：在机器自动生成的ADC图上分别测量不同b值条件下PCa和BPH的ADC值，采用手动描绘ROI法，PCa组根据病理提示及ADC图上信号差异逐层描绘ROI，取所有层面病灶ADC值的平均值作为该次测量值；BPH组逐层描绘整体CG为ROI，同样取所有层面ADC值的平均值作为该次测量值；所有研究对象均重复测量3次，取平均值作为最终ADC值。

1.4 统计分析

图像质量分析采用配对t检验比较3种不同b值所测得DWI图像SNR值之间差异有无统计学意义。ADC值分析包括：对3种不同b值所测得ADC值进行配对t检验，比较相互之间差异有无统计学意义；利用独立样本t检验比较PCa组和BPH组分别在不同b值条件下所得ADC值有无差异；以病理结果PCa(=1)和BPH(=0)为金标准进行ROC分析，计算曲线下面积(area under the curve，Az)，得出不同b值ADC诊断CG区PCa的最佳临界值及相应的敏感性、特异性。统计学分析均采用SPSS 10.0统计软件，以P＜0.05作为有统计学意义的检验水平。

2 结果

2.1 CG区PCa与BPH的MRI及DWI表现

23例PCa中有14例病灶局限于CG，9例累及PZ但病灶中心位于CG，均为单发病灶，直径≥5 mm，病理结果均为腺癌。在MRI上表现为T2WI均匀或不均匀低信号，无明显包膜，与增生的CG难以区分，T1WI呈等信号。在DWI上表现为高信号，并随着b值增高，与周围组织对比增加，相应ADC图上呈低信号(图1)。

23例BPH患者病理结果显示腺体增生为主15例，纤维基质增生为主8例，在MRI上表现无法区分，T2WI信号都不均匀，可见多发信号、大小不等结节，T1WI多为等信号，其中3例见小灶性高信号或低信号区(病理提示为钙化)。在DWI上表现为低于正常PZ的不均匀信号，相应ADC图信号亦不均匀，低于PZ但高于PCa。

2.2 图像质量分析结果

三种不同b值DWI图像SNR平均值分别为：b=300时SNR=35.94±6.46，b=500时SNR=29.02±5.29，b=800时SNR=23.18±4.38。经配对t检验，相互之间差异具有显著统计学意义，P＜0.001。

2.3 ADC分析结果

PCa组不同b值所得ADC均数分别为b=300时(1.41±0.33)×10-3mm2/s，b=500时(1.22±0.30)×10-3mm2/s，b=800时(1.00±0.25)×10-3mm2/s，配对t检验结果显示两两之间差异具有显著统计学意义，P＜0.001。BPH组不同b值所得ADC均数分别为b=300时(1.88±0.13)×10-3mm2/s，b=500时(1.67±0.08)×10-3mm2/s，b=800时(1.41±0.11)×10-3mm2/s，配对t检验结果显示两两之间差异具有显著统计学意义，P＜0.001。

经独立样本t检验，PCa组与BPH组在不同b值条件下得到的ADC值之间差异均具有显著统计学意义，P＜0.001。PCa组在不同b值水平所得ADC值均高于BPH组，但有部分重叠。以病理结果PCa(=1)和BPH(=0)为金标准描绘ROC曲线(图2)，得到b=300、500、800时，Az分别为0.89、0.91、0.94；当b=800时，取诊断界值1.295、1.305、1.320时，ADC诊断CG区PCa的敏感性和特异性分别为91.3%和82.6%，87%和87%，78.3%和95.7%。

图1 CG区PCa患者前列腺横轴位MRI，箭标所示为参照病理得出PCa病灶。1A为FS-T2WI，病灶呈较均匀略低信号，与周围CG似有边界，很难区分二者。1B为T1WI，无法区分病灶与周围CG。1C、1D、1E分别为b=300、500、800时的DWI图像，显示病灶呈高信号并依次升高，与周围CG信号差别越来越明显。1F、1G、1H分别为b=300、500、800时的ADC图像，显示病灶呈低信号，与周围CG信号差别较明显

图2 以病理结果为金标准，不同b值条件下，ADC值诊断CG区PCa的ROC曲线。从图中可以看出，b=800时Az最大

3 讨论

3.1 DWI成像原理与PCa病理基础

DWI成像的基础是自由水分子的随机运动，用ADC值来反映组织内水分子扩散变化。水分子的随机运动由其所处的环境决定，组织细胞的形态、大小、排列、分布、通透性，以及细胞外间隙和液体的多少，直接影响着组织的扩散程度。前列腺的CG和PZ腺体分布不同，导管数量、细胞大小都不同，所以正常前列腺CG和PZ水分子的扩散是不同的。当CG发生癌变时，癌组织替代了富含水的腺体结构，癌细胞体积变小、细胞核增大或出现核分裂像，细胞器增大，胞浆较少，核与细胞质比例增加，细胞内水分子运动受限，细胞内扩散下降；腺体呈不规则排列，杂乱分布，互相融合直至腺体减少；正常的结缔组织网架丧失，可出现更致密的异常间质组织紧紧包绕于周围，导致单位体积内有形成分增加；另外，恶性组织对周围淋巴管、血管等结构的浸润，以及腺腔内的黏液淤积或出现结晶体均会进一步加强对水分子扩散的限制。综合的结果是DWI信号上升，ADC值降低[3,4]。本研究中PCa组的DWI信号在三种b值条件下均高于周围CG组织，ADC值降低。

BPH包含的成分比较复杂，腺体增生时由于富含水，局部总的扩散活动增强，DWI信号衰减，ADC值增大；纤维基质增生时大量纤维组织使细胞外间隙减小，自由水的运动受限，扩散减弱，DWI信号增强，ADC值变小。因此，BPH的DWI特征取决于增生纤维、肌组织和腺体的比例[5]。本研究中BPH组在不同b值条件下DWI和ADC图上均表现为不均匀信号，所测ADC平均值无明显下降。

3.2 DWI成像质量分析

本研究中DWI成像采用EPI序列，b值取300、500、800 s/mm2时，所测SNR逐渐降低，彼此之间差异具有显著性统计学意义。b值增加，扩散敏感性增加，但参与成像的水分子数量减少，直接导致SNR降低，另外磁敏感性增加，伪影也会加重，所以在实际应用中，并不是b值越高越好，需要权衡考虑。

3.3 ADC诊断价值

ADC是代表组织水分子扩散特性的参数，理论上与b值大小无关，但本研究中三种不同b值所测相同组织的ADC值并不相同，而且彼此之间差异具有显著统计学意义，可能与b值不同所造成的图像SNR不同会影响实际测值，另外所加梯度场不同，水分子所处的磁场环境亦不同，也可能会影响ADC值。该现象提示在研究不同组织ADC差异时，要在相同b值条件下进行。

CG区BPH发生率较高，因增生组织不同，病理差异较大，在常规MRI上信号多不均匀，导致与PCa鉴别困难。动态增强扫描对CG区内PCa的检出价值文献报道也不一致，穿刺活检虽然是诊断PCa的有效手段，但穿刺组织长度有限，对CG区内PCa漏诊率较高。近期国内有报道MRS对CG区PCa诊断有价值[6]，但MRS受干扰因素较多，操作技术要求高，且成像时间长(1次扫描需7～16 min不等)，有待于从硬件和软件上进一步提高。PCa病理基础改变为DWI鉴别PCa和BPH提供良好依据，Sato等对23例PCa的ADC值与非癌组织的ADC值进行比较，得出癌与非癌组织的ADC值差异有统计学意义[7]。另有多位学者研究PCa与BPH和正常前列腺组织的ADC差异[8,9]，但大都定位于PZ的PCa。本组数据显示，CG区PCa与BPH在不同b值条件下得到的ADC值之间差异均具有显著统计学意义，PCa的ADC值均低于BPH，与文献报道一致。利用ROC分析得出三种不同b值条件下ADC鉴别CG区PCa和BPH的效能均较高，以b=800时最高，Az值为0.94，取最佳临界值为1.305时，敏感性、特异性均为87%。但由于b值越高，SNR越低，并不是b值越高越好，本研究考虑到SNR的因素，未选择更高b值。另外，DWI扫描时间短(1 min)，操作简单，受干扰相对较少，为鉴别CG区PCa和BPH提供一种可选方法。

4 结论

ADC值能够反映CG内PCa水分子扩散运动下降的情况，在ADC图上表现为明显低信号，病灶区ADC值明显下降，与BPH表现具有显著差异，因此运用ADC值有助于CG内PCa和BPH的鉴别，对于提高CG内PCa的检出率具有重大意义。不同b值得到ADC值会有差异，应在相同b值条件下进行比较。

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