3.0T MR扩散加权成像与表观扩散系数诊断前列腺癌的比较

2013-05-06苗华栋陈丽娟刘海泉

中国医学影像学杂志 2013年8期

张莹苗华栋陈丽娟刘海泉

张莹苗华栋陈丽娟刘海泉

目的探讨3.0T MR扩散加权成像（DWI）及表观扩散系数（ADC）对前列腺癌的诊断价值。资料与方法经超声引导穿刺或病理证实的88例前列腺癌及20例良性前列腺增生（BPH）患者于术前行3.0T MR DWI检查，b值取0、100、800 s/mm2。所有患者取癌灶、BPH结节、正常前列腺周围带（PZ），并比较其ADC值，计算前列腺癌在DWI（b=800 s/mm2）的阳性显示率。采用受试者工作特征曲线（ROC曲线）及配对χ2检验比较ADC值及DWI（b=800 s/mm2）对前列腺癌的诊断效能。结果三种组织间ADC值存在重叠但差异显著（F=937.734, P＜0.001），DWI（b=800 s/mm2）的前列腺癌阳性检出率为82.4%。ROC曲线分析显示，当ADC值为1.23×10-3mm2/s时，曲线下面积为0.999，诊断前列腺癌的敏感度及特异度均为99.2%；当b=800 s/mm2时对前列腺癌的检出率为82.4%（98/119），曲线下面积为0.912，两种方法对前列腺癌的诊断效能差异有统计学意义（F=937.734, P＜0.001）。结论 ADC值及DWI对前列腺良恶性组织的鉴别有较大价值，且ADC值优于DWI。

前列腺肿瘤；磁共振成像；扩散加权成像；表观扩散系数

扩散加权成像（DWI）诊断前列腺癌具有较高的敏感度和特异度，并能通过计算表观扩散系数（ADC）值定量测定组织内微观环境中水分子扩散特性对疾病进行诊断[1-3]。前列腺癌由于结构致密，水分子弥散受限，表现为DWI上高亮信号以及ADC图上的低信号，并伴ADC值减低。DWI可以直观、简便地检出恶性组织，但易受观察者水平，以及T2透过效应的影响，病灶周围正常前列腺组织可呈较高信号，导致良恶性组织间信号差异不显著，影响前列腺癌的检出。ADC值可以实现不同组织、个体间的比较，但良、恶性组织间ADC值存在较大重叠。虽然国内外对于DWI技术在前列腺癌的应用已有较多研究，但目前尚无最佳b值及对前列腺癌ADC值的诊断标准[4-7]。本研究对前列腺癌患者行DWI扫描并计算ADC值以探索两者对前列腺癌的诊断价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 2011-01～2012-07复旦大学附属华东医院88例行前列腺T2WI、DWI扫描并经病理证实为前列腺癌的患者，年龄50～89岁，平均（74±8）岁。前列腺特异性抗原（PSA）3.09～＞5000 ng/ml，中位数21.89 ng/ml；行根治性切除术18例，超声引导下细针穿刺70例；Gleason评分6分11例，7分46例，8分20例，9分7例，另有4例含有不同Gleason评分的多个癌灶（6、7分2例，7、8分1例，7、8、9分1例）。另有细针穿刺证实并随访的20例良性前列腺增生（BPH）患者，年龄47～82岁，平均（70±9）岁，PSA 3.76～36.00 ng/ml，中位数11.06 ng/ml。108例患者均于术前行MR检查。

1.2 仪器与方法采用Siemens Verio 3.0T MR成像仪，腹部相控阵线圈为射频接受线圈。嘱患者检查前1 d少量无渣饮食。DWI采用单次激发序列行横轴面扫描20～24层，扫描参数：视野26 cm×22 cm，TR 5500 ms，TE 93 mm，均数4，加速因子2，层厚3.5 mm，层间距0.7 mm，体素大小2.2 mm×1.6 mm×3.5 mm，b值取0、100、800 s/mm2。扫描时间2 min 21 s。扫描结束系统自动生成ADC图。

1.3 图像处理使用Siemens syngo工作站。

1.3.1 DWI分析 88例前列腺癌患者及20例BPH患者的DWI（b=800 s/mm2）均由2名高年资影像科医师采用双盲法进行分析，意见不统一时协商达成一致。前列腺癌的诊断标准为T2WI上示周围带（peripheral zone, PZ）或中央腺（central gland, CG）低信号结节，边界不清，无包膜；在DWI（b=800 s/mm2）上较周围正常前列腺组织呈高信号[8]。对照病理结果，对88例前列腺癌的影像诊断结果进行分析，若癌灶的影像诊断结果同为癌，则记为阳性，否则为阴性。

1.3.2 ADC值的计算参考Tamada等[3]的方法，根据T2WI及病理结果在ADC图上分别绘制前列腺癌灶、BPH结节及正常PZ的感兴趣区（ROI）。3种组织均选择2～3个较大层面绘制ROI，并计算ADC值及其均值。采用受试者工作特征曲线（ROC曲线）分析DWI（b=800 s/mm2）及ADC值对前列腺癌的检出效能，计算两种方法的曲线下面积（AUC）及ADC值的诊断阈值。

1.4 统计学方法采用SPSS 17.0软件，前列腺癌灶、BPH结节及正常PZ的ADC值的比较选用单因素方差分析。PZ癌与CG癌的ADC值的比较采用独立样本t检验，DWI阳性检出率的比较采用χ2检验。以ROC曲线分析所得的ADC值阈值为标准，ADC值及DWI（b=800 s/mm2）对前列腺癌的检出效能的比较采用配对χ2检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

本研究共纳入119个前列腺癌病灶，其中PZ癌69个病灶，CG癌50个病灶；BPH结节74个病灶；正常PZ 51灶。

2.1 ADC值对前列腺癌的诊断前列腺癌灶、BPH结节及正常PZ的ADC值差异显著（F=937.343, P＜0.001），而PZ癌与CG癌的ADC值无显著差异（t=1.509, P=0.134），见表1。ROC曲线分析示ADC值鉴别癌与非癌的效能较高，AUC=0.999，当阈值设为1.23×10-3mm2/s时，敏感度为99.2%，特异度为99.2%，见图1A。

表1 三种组织的ADC值

2.2 DWI对前列腺癌的诊断 DWI（b=800 s/mm2）显示98个阳性病灶，检出率为82.4%（98/119），其中56个PZ阳性病灶，检出率为81.2%（56/69）；42个CG阳性病灶，检出率为84.0%（42/50），两者的阳性检出率无显著差异（χ2=0.161, P＞0.05）。ROC曲线示DWI（b=800 s/mm2）对前列腺癌的检出效能亦较高，AUC=0.912，见图1B。

2.3 ADC值及DWI诊断前列腺癌效能比较取1.23×10-3mm2/s为ADC值阈值，对ADC值与DWI（b=800 s/mm2）诊断前列腺癌的效能比较，差异有统计学意义（P＜0.001），即ADC值阈值为1.23×10-3mm2/s对前列腺癌的检出效能优于DWI（b=800 s/mm2）。

正常PZ在DWI（b=800 s/mm2）上呈较高信号，与癌灶信号对比不显著，仅凭DWI难以诊断前列腺癌，而ADC图均提供了良好的信号对比，良恶性组织间ADC值存在较大差异，见图2、3。

图1 ADC值（A）和DWI（B）的ROC曲线

图3

3 讨论

DWI及ADC值广泛应用于良恶性组织的鉴别[9]。DWI主要依靠疾病与正常组织间增大的信号来检出病灶，信号差异增大的程度主要与两种组织水分子扩散程度、T2弛豫时间、扩散权重和b值有关[10]。前列腺癌较良性组织具有更丰富的细胞和（或）水分，水分子扩散受限，在DWI上显示为高亮信号。DWI对于前列腺癌的检出直观、简便，具有一定的临床价值[11]。

目前国内外人体DWI研究使用的b值多数为0～1000 s/mm2，尽管某些组织的研究会使用2000 s/mm2以上的极高b值[9-12]。b＞1000 s/mm2使得乳腺癌及前列腺癌的检出更加敏感，但b值越高，图像信噪比越低，磁敏感伪影越严重，影响图像的分析[9,10,13]。本研究选取b=800 s/mm2，对前列腺癌检出效能较好（阳性检出率为82.4%，ROC曲线的AUC=0.912），并且对于不同部位的前列腺癌，DWI的阳性检出率无明显差异（P＞0.05）。

ADC值由2个或2个以上b值的DWI信号计算而成，并由软件转换生成ADC图。计算公式为：ADC=-ln[S(b)/S(0)]/b，其中S(b)为对应b值的DWI信号强度，S(0)为b=0时的DWI信号强度[14]。ADC值不仅可以量化组织扩散受限程度，还可以对不同组织及个体进行比较。本研究显示前列腺癌的ADC值为（0.86±0.15）×10-3mm2/s低于BPH结节的（1.49±0.14）×10-3mm2/s及正常PZ的（1.90± 0.18）×10-3mm2/s，且差异有统计学意义（P＜0.001），该结果与既往研究结果一致[1,3,7]。而PZ癌与CG癌的ADC值无显著差异（P＞0.05），该结果与DWI（b=800 s/mm2）的检测结果一致，说明前列腺癌组织的扩散受限情况与生长部位无关。

本研究前列腺癌的ADC诊断阈值为1.23×10-3mm2/s，敏感度、特异度均为99.2%。Kim等[7]使用3.0T MR对35例前列腺癌进行研究，发现ADC值的最佳诊断阈值PZ癌为1.67×10-3mm2/s，移行带癌为1.61×10-3mm2/s，敏感度、特异度分别为PZ癌94%、91%，移行带癌为90%、84%。该研究使用b值为0、1000 s/mm2，TR 2300～2400 ms，TE 60～70 ms，本研究的b值为0、100、800 s/mm2，TR 5500 ms，TE 93 ms，两者略有不同。T2弛豫时间及b值均可影响DWI信号强度，进而影响ADC值。且本研究中87.5%（77/88）病例为Gleason评分7分以上，也可能是造成诊断阈值较低的原因。

虽然DWI（b=800 s/mm2）与ADC值诊断前列腺癌的效能均较高，但两者诊断效能存在显著差异，即ADC值的前列腺癌检出效能高于DWI，提示以1.23×10-3mm2/s为阈值，ADC值诊断前列腺癌较DWI（b=800 s/mm2）敏感。Tanimoto等[15]亦推荐联合使用ADC图及DWI，并认为ADC图对于ADC值降低的组织检出率高于DWI，可能的原因为ADC值可以反映组织扩散速度，而高b值DWI图像不能去除其他图像对比构成因素，比如T2透过效应，所以高b值DWI图像不能完全、如实地反映组织扩散的不同，诊断准确率较低。虽然增大b值可以减弱T2透过效应，但是，随着b值的升高DWI的信噪比显著降低，且磁敏感伪影加重，干扰分析，而ADC值不受此影响。

本研究存在以下局限性：①多项研究显示，ADC值与Gleason评分呈负相关[16]。本组多数病例为中度恶性以上，Gleason评分7分以上77例（87.5%），造成本研究ADC值普遍较低，不能反映低度恶性前列腺癌的特点。②本研究中多数患者采用内分泌治疗或放疗，行根治性切除术治疗的患者较少（20.5%, 18/88），故以超声引导下细针穿刺病理为标准，可能存在一定程度的取样误差。但本研究尽量严格根据病理所示部位，并结合平扫T2WI选取ROI。③本研究未对1000 s/mm2及以上b值DWI进行研究，可能对DWI敏感度描述不全面。

总之，应联合使用ADC值及DWI诊断前列腺癌，但ADC值更敏感，即当两者结果出现矛盾时，应以ADC值检测结果为准。1000 s/mm2及以上的极高b值DWI，以及对应的ADC值对前列腺癌的诊断效能有待进一步研究。

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（责任编辑唐洁）

Comparison of 3.0T MR Diffusion Weighted Imaging and Apparent DiffusionCoefficient in Diagnosis of Prostatic Carcinoma

ZHANG Ying MIAO Huadong CHEN Lijuan LIU Haiquan

Purpose To evaluate the value of 3.0T MR diffusion weighted imaging (DWI) and apparent diffusion coefficient (ADC) in the diagnosis of prostatic carcinoma.Materials and Methods Eighty-eight patients with prostatic carcinoma and 20 patients with benign prostatic hyperplasia (BPH) who were diagnosed pathologically by surgical or ultrasound guided puncture biopsy underwent 3.0T MR DWI before operation (b=0, 100, 800 s/mm2). The ADC values of prostate carcinoma or BPH nodules, and peripheral zone (PZ) of all patients were measured and the positive rate of prostate carcinoma in DWI (b=800 s/mm2) was also calculated. The diagnostic effect of ADC value and DWI (b=800 s/mm2) was compared using receiver operating characteristic curve (ROC curve) and paired χ2test. Results The ADC values of the three kinds of tissue were overlapping but the difference was significant (F=937.734, P＜0.001); the positive rate of prostate carcinoma in DWI (b=800 s/mm2) was 82.4%. The ROC curve demonstrated significant diagnostic effect of both ADC value and DWI (b=800 s/mm2) in prostate carcinoma (area under the curve: 0.999 and 0.912, respectively), with a significant difference (F=937.734, P＜0.001).Conclusion Both ADC value and DWI have great value in the differential diagnosis of benign and malignant prostatic tissue, while the former is better.

Prostatic neoplasms; Magnetic resonance imaging; Diffusion-weighted imaging; Apparent diffusion coefficient

10.3969/j.issn.1005-5185.2013.08.012

复旦大学附属华东医院影像科上海200040

苗华栋

Department of Radiology, Huadong Hospital Affiliated to Fudan University, Shanghai 200040, China

Address Correspondence to: MIAO Huadong

E-mail: mradiology@sina.cn

上海市卫生局资助项目（2010041）。

R737.25；R445.2

2012-09-21

修回日期：2013-07-12

中国医学影像学杂志