体素内无规则运动核磁成像技术在前列腺癌诊断中的价值

曹 曙曹惠霞胡卫列

1. 第二军医大学研究生院（上海 200433）; 2. 广州军区广州总医院核磁共振室; 3.广州军区广州总医院泌尿外科

体素内无规则运动核磁成像技术在前列腺癌诊断中的价值

曹 曙1曹惠霞2胡卫列3*

1. 第二军医大学研究生院（上海 200433）; 2. 广州军区广州总医院核磁共振室; 3.广州军区广州总医院泌尿外科

目的分析体素内无规则运动核磁成像（intravoxel incoherent motion MR imaging，IVIM-MRI）参数与病理诊断的相关性，探讨其在诊断、评估前列腺癌的恶性程度、预后的应用价值。方法分析21例前列腺癌患者IVIM参数弥散系数D及灌注因子f，结合病理结果对比良性增生组织与肿瘤组织及中高危组与低危组中之间的区别。结果弥散系数D及灌注因子f （排除b=800 s/mm2）在良、恶性组织中差异均具有统计学意义（P＜0.05），同时，弥散系数D在中高危组与低危组之间差异也具统计学意义（P＜0.05）。结论IVIM技术有助于前列腺癌的诊断；弥散系数D值有助于对前列腺癌恶性程度的预估。

前列腺癌; 磁共振成像, 弥散

前列腺癌（prostate cancer，PCa）是全世界第五常见的肿瘤[1]。在我国等亚洲国家，伴随人口总数增长、人口老龄化显现及人们生活习惯改变，其发病率及死亡率均逐年上升[2]。但前列腺癌的诊断，尤其是前列腺癌的早期诊断仍是临床上的一大难题。因此，改进前列腺癌诊断方法具有重要意义。

磁共振成像是前列腺癌最佳影像学诊断技术。T2加权成像（T2-weighted imaging，T2WI） 已经广泛用于常规前列腺形态学检查。近年来，在弥散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）基础上，能更为精确分析体内水分子弥散情况的体素内无规则运动核磁成像（intravoxel incoherent motionMR imaging，IVIM-MRI）在前列腺癌诊断领域也获得了广泛关注[3,4]。而本研究重点分析以弥散系数D、灌注因子f等IVIM核磁参数与病理之间的相关性，探讨其在诊断前列腺癌及评估其恶性程度、预后的应用价值。

研究方法

一、研究对象

本研究通过了我院伦理委员会的审核，并获得所有患者的知情同意。研究对象为我院2012年6月至2013年6月之间在我院接受前列腺MRI检查后，由前列腺穿刺活检确诊为前列腺癌的患者21例。其中年龄最大87岁，最小58岁，平均年龄67.5岁；其PSA值峰值是4.293～100 ng/dL，平均（35.2±18.1）ng/dL。

二、MRI成像方法

所有MRI数据均在使用8通道的torsal腹部相控阵线圈条件下由GE 3.0T HDxT MRI扫描仪扫描获取。T2WI参数：重复时间（TR）：3000～6000ms；回波时间（TE）：90～150ms。FOV250×250mm，层厚4mm，间隔1mm，激励次数1～2次。轴位多b值DWI扫描参数：使用单次激发自旋回波平面成像序列，TR4584ms，TE均尽可能的小。5个不同的b值（b=0,100,200,600,800s/mm2）。FOV250×250mm，层厚4mm，间隔1mm，平均激励次数2次。

三、MRI图像分析

由我院磁共振室2名副主任医师共同完成阅片诊断，表观扩散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）等DWI数据均由美国GE公司AW 4.5工作站内置软件完成分析。在T2WI、DWI图像确定前列腺癌变可疑区域，用以指导超声引导下的经直肠前列腺穿刺活检。

四、病理检查

采用宽频直肠探头彩超仪（频率为6.95MHz），经直肠前列腺穿刺活检，通过观察前列腺形态、前列腺内部回声表现等情况，在系统10针穿刺法的基础上结合MRI提示的可疑区域有重点的穿刺取材。取材组织长度20mm。组织标本由我院病理科检查并行GS评分。依据病理Gleason评分，将患者分为中高危（GS≥4+3，n=13）和低危（GS＜3+4，n=8）两组。

五、IVIM-MRI数据后处理及观察指标

根据病理活检确诊肿瘤部位，选取相应区域为兴趣区1（ROI1），并在同一名患者病理活检为良性增生组织的部位选取兴趣区2（ROI2）作为对照。两个兴趣区内，弥散系数D（slow D）、灌注因子f 等IVIM参数的分析由美国GE公司AW4.5工作站完成。

六、统计学处理

所有的测量值均采用平均值±标准差的形式表达。采用SPSS 13.0统计软件处理，计量资料运用两样本均数t检验，P=0.05。

结 果

一、21名患者的DWI及IVIM相关参数

21例前列腺癌患者的DWI及IVIM相关参数中，良性增生组织和肿瘤组织的ADC值分别为1.616± 0.391和0.775±0.209×10-3mm2/s，D值分别为1.287± 0.294和0.552±0.208×10-3mm2/s均表现出了显著性差异（P＜0.01）。由表1可见，只有在排除b=800s/ mm2的数据之后，良性增生组织与肿瘤组织的f值（分别为4.565±8.978%和10.78±8.673%）才具有显著性差异（P＜0.05）。

表1 21名患者的DWI及IVIM参数

二、中高危组、低危组IVIM参数

在中高危组及低危组中，D值分别为0.513±0.183和0.735±0.251×10-3mm2/s，ADC值分别为0.623± 0.142和0.947±0.103均具有显著性差异（P＜0.05）。由表2可见，无论包含或排除b=800s/mm2所测数据，f值均无显著性差异（P＞0.05）。

表2 中高危组与低危组的IVIM参数

讨 论

MRI体系中，DWI技术反映组织中水分子无序扩散运动快慢并将其转化为图像的灰度信号或其他参数[5]。传统上，其主要参数ADC是在假设组织内水分子弥散是一种简单、随意的分子运动而获取的。相较于良性组织，肿瘤组织的ADC较低[6,7]。但在实际情况中，组织内水分子的扩散将受到多种因素的干扰，所以ADC存在一定的误差，无法真实反映组织内水分子扩散。

基于DWI技术基础上开发的IVIM成像技术，在神经系统检查已经发展超过20年，最近又在前列腺等部位重新引起人们极大热情。IVIM成像技术通过将DWI技术采集的水分子弥散数据进行一系列高斯弥散及非高斯弥散理论公式运算得到弥散系数D及灌注因子f 等参数，从而更精确的分析组织内水分子真实扩散情况，同时具备在不使用对比剂的DWI技术从纯扩散中分析组织灌注情况的可能[3]。

本研究中，弥散系数D表现与国外文献报道一致[8,9]。类似ADC值，肿瘤组织的D值较良性增生组织表现出明显下降的趋势，两者差异具有统计学意义（P＜0.05），且这种下降趋势与肿瘤的恶性程度表现出正相关关系。如同图1所示，经病理证实的前列腺癌结节位于外周带1点至6点区域，常规运用的T2WI图像中表现为高信号的外周带中出现低信号缺损区（图1A），通过DWI测得的ADC图中为ADC值降低区域（图1B），而IVIM所得D值图同样为低数值区（图1C）。就工作原理而言，IVIM技术本身就具备比DWI技术更为精确分析组织水分子弥散状态的能力。所以，D值的这种趋势较ADC值的改变呈现出一种更为精确的变化。如同表2展示，在中高危组及低危组之间，D值亦表现出显著性差异（P＜0.05）。在中高危组，D值的降低比低危组更为明显。这其中的原因，我们认为与肿瘤组织内细胞密度较大、细胞排列紊乱、细胞核质比提高、细胞间质成分减少等因素限制了组织内水分子的扩散运动相关。然而，随着恶性程度的提高，肿瘤组织内细胞的排列等亦将越发紊乱，也将给水分子的扩散运动带来更大的限制。这就提示我们，D值具备帮助临床明确前列腺癌诊断并区分中高度恶性及低度恶性肿瘤的可能。因此，弥散系数D的精确测量将最终提高前列腺癌诊断率及评估肿瘤恶性程度的可靠性，这对临床将有非常大的帮助，特别是对于那些无法取得病理标本的患者。

如表1所示，在包含与排除b=800s/mm2的不同条件下，本研究所得f值将出现明显变化。包含b=800s/mm2所测数据，所测f值在良性增生组织及肿瘤组织之间并没有表现出显著性差异。而一旦排除b=800s/mm2所测数据，肿瘤组织的f值将会出现一种明显升高的趋势，其在良性增生组织及肿瘤组织之间的差异具有统计学意义（P＜0.05）。文献报道[3]：b值低于750s/mm2时，肿瘤组织的f值将明显增加。然而，当b值更高时，f 将减小甚至消失。IVIM理论最初提出时为双指数模型，其中假设一个伪弥散和一个分子弥散，然而，分子弥散在高b值时将表现出一种与传统随意弥散过程相背离的运动过程。这是因为细胞所处复杂环境中存在障碍，从而导致出现与单指数函数衰减不同的观察结果。这种非高斯弥散行为在前列腺组织中很明显，因此取高b值时，并不适用IVIM相关弥散数据[10,11]。在排除b= 800s/mm2所测数据后，21名患者中肿瘤组织的灌注分数 f 均明显高于良性增生组织，这可能与生长活跃的肿瘤组织中具有更大的微血管密度、更高的血管通透性以及更多的血流灌注等原因相关。但是，在中高危组和低危组之间，无论包含或排除b= 800s/mm2所测数据，f 值均没有表现出显著性差异（P＞0.05），见表2。其中的原因，我们认为可能与在细胞实际复杂环境以及在前列腺中很明显的非高斯弥散相关，但真正的原因仍有待进一步明确。在最近的报道中，非高斯弥散的干扰已经在功能MRI的背景上获得确认[12]。

本研究结果提示IVIM参数弥散系数D和灌注因子f的精确获得对b值选取具有非常大的依赖性，选择合适的b值，IVIM研究中获取的D值和f值将具有较大潜在临床应用可能。值得注意的是，代表组织灌注情况的参数f不需要注射静脉对比剂就可以获取，这一点对肾功能不全或对对比剂严重过敏的患者来讲，具有相当大的临床意义。同时，我们可以看到，如果使IVIM成像技术叠加于T2加权成像与DWI成像，将有助于提高MRI（T2、ADC、D和f）早期筛选前列腺癌的可能性，同时可在保持前列腺癌诊断正确率基础上缩短检查时间，提高患者MRI检查的医从性。

当然，本研究也存在局限性。首先，本次研究仅为小样本的单中心研究，其结果尚有待于大样本的多中心研究来进一步证实。同时，本研究使用的病理结果均来自于经直肠前列腺穿刺活检获取的病理标本，所得到的GS评分相对全前列腺取材标本偏低[13]。另外，由于我院条件有限，本研究使用经直肠超声引导穿刺，并没有采用国外运用的MRI引导穿刺技术，不利于直接获取可疑组织标本[3]。最后，因为考虑到国内患者的医从性问题，本研究在MRI扫描时只采用了8通道的torsal腹部相控阵线圈，并未联合运用直肠内线圈，对核磁数据的准确获取产生了一定的不利影响。这些制约因素在下一步的研究中有待进一步改进。

结 论

1. IVIM参数中的弥散系数D和灌注因子f （排除b=800 s/mm2）在肿瘤组织与良性增生组织之间差异均具统计学意义（P＜0.05）。对比良性增生组织，在肿瘤组织中，弥散系数D明显降低，灌注分数f则明显升高，这两个参数可能成为一个潜在的前列腺癌生物标志。

2. 弥散系数D在中高度恶性肿瘤与低度恶性肿瘤差异具有统计学意义（P＜0.05），它的降低与肿瘤的恶性程度表现出正相关关系。

总之，在选取合适的b值后，IVIM成像技术可合并到现有的MRI检查体系中来提高诊断前列腺癌的准确率，并可帮助判断预后、减少或消除对比剂使用及缩短检查时间。

1 Ferlay J, Shin HR, Bray F, et al. Estimates of worldwide burden of cancer in 2008: GLOBOCAN 2008. Int J Cancer 2010; 127(12): 2893-2917

2 Parkin DM, Bray F, Ferlay J, et al. Global cancer statistics, 2002. CA Cancer J Clin 2005; 55(2): 74-108

3 Pang Y, Turkbey B, Bernardo M, et al. Intravoxel incoherent motion MR imaging for prostate cancer: an evaluation of perfusion fraction and diffusion coeffi cient derived from different b-value combinations. Magn Reson Med 2013; 69(2): 553-562

4 Le Bihan D. Intravoxel incoherent motion perfusion MR imaging: awake-up call. Radiology 2008; 249(3): 748-752

5 Padhani AR, Liu G, Koh DM, et al. Diffusion-weighted magnetic resonance imaging as a cancer biomarker: consensus and recommendations. Neoplasia 2009; 11(2): 102-125

6 Xu J, Humphrey PA, Kibel AS, et al. Magnetic resonance diffusion characteristics of histologically defi ned prostate cancer in humans. Magn Reson Med 2009; 61(4): 842-850

7 Gibbs P, Pickles MD, Turnbull LW. Diffusion imaging of the prostate at 3.0 tesla. Invest Radiol 2006; 41(2): 185-188

8 Vargas HA, Akin O, Franiel T, et al. Diffusion-weighted endorectal MR imaging at 3 T for prostate cancer: tumor detection and assessment of aggressiveness. Radiology 2011; 259(3): 775-784

9 Turkbey B, Shah VP, Pang Y, et al. Is apparent diffusion coeffi cient associated with clinical risk scores for prostate cancers that are visib le on 3-T MR images? Radiology 2011; 258(2): 488-495

10 Mazaheri Y, Vargas HA, Akin O, et al. Reducing the infl uence of b-value selection on diffusion-weighted imaging of the prostate: evaluation of a revised monoexponential model within a clinical setting. J Magn Reson Imaging 2012; 35(3): 660-668

11 Dopfert J, Lemke A, Weidner A, et al. Investigation of prostate cancer using diffusion-weighted intravoxel incoherent motion imaging. Magn Reson Imaging 2011; 29(8): 1053-1058

12 Le Bihan D. Diffusion, confusion and functional MRI. Neuroimage 2012; 62(2): 1131-1136

13 那彦群, 郭震华. 实用泌尿外科学. 北京: 人民卫生出版社, 2009: 359-370

（2013-08-12收稿）

Intravoxel incoherent motion MR imaging for diagnosis of prostate cancer: an evaluation of perfusion fraction and diffusion coeffi cient

Cao Shu1, Cao Huixia2, Hu Weilie3*
1. Graduate School of Second Military Medical University, Shanghai 200433, China; 2. Department of MRI, General Hospital of Guangzhou Military Command of PLA; 3. Department of Urology, General Hospital of Guangzhou Military Command of PLA Corresponding author: Hu Weilie, E-mail:huwl-mr@vip.sina.com

ObjectiveTo evaluate the value of intravoxel incoherent motion MR imaging diffusion coeffi cients (D) and perfusion fractions (f ) in the diagnosis of prostate cancer.MethodsThe clinical and imaging data of 21 patients with prostatic cancer were analyzed retrospectively, including the D values and the f values of the different pathological pattern and the different levels of malignancy.ResultsThere were signifi cant difference in D values and f values (exclude b=800s/ mm2) between the normal and tumor tissues(P<0.05). But, between the different levels of malignancy, only the D values had statistical difference(P<0.05).ConclusionIVIM shows some advantages in the differential diagnosis of prostatic cancer and accurate quantifi cation of D value will be helpful to determine tumor malignancy.

prostatic neoplasms; diffusion magnetic resonance imaging

10.3969/j.issn.1008-0848.2014.01.006

R 737.25

*通讯作者, E-mail:huwl-mr@vip.sina.com">