3.0T动态增强磁共振对前列腺癌的定量分析研究

刘会佳，赵娓娓，任芳，黄旭方，李娜，侯炜寰，潘奇，任静，宦怡

·前列腺MRI专题·

3.0T动态增强磁共振对前列腺癌的定量分析研究

刘会佳，赵娓娓，任芳，黄旭方，李娜，侯炜寰，潘奇，任静，宦怡

目的探讨3.0T磁共振动态增强(DCE-MRI)定量分析对前列腺癌的诊断价值，并评价Ktrans与Gleason评分的相关性。方法回顾性分析40例经病理证实的前列腺疾病患者的病例资料，其中前列腺癌(PC)患者28例，前列腺增生(BPH)患者12例，每例患者均行常规MRI和DCE-MRI检查，通过与病理结果对照，在MRI图像上共选取130个样本，分为前列腺癌区、外周带非癌区和中央腺体非癌区三组，在前列腺定量参数伪彩图上取ROI并测量Ktrans、Ve及Kep值，对三组的各参数值分别行方差分析，并检验PC组Ktrans值与Gleason评分的相关性。结果前列腺癌区的Ktrans、Ve及Kep值分别为(0.62±0.10)min-1、(0.44±0.12)和(1.45±0.25)min-1，外周带非癌区分别为(0.21±0.06)min-1、(0.29±0.65)和(0.76±0.21)min-1，中央区非癌区分别为(0.32±0.09)min-1、(0.34±0.70)和(0.95±0.26)min-1，Ktrans、Ve及Kep值在各组间差异均有统计学意义(F值分别为234.338、32.593及92.462，P值均<0.05)；PC组Ktrans、Ve值在不同Gleason评分组间差异有统计学意义(F值分别为6.354、9.217，P值均<0.05)，Kep值在不同Gleason评分组间差异无统计学意义(P值>0.05)；前列腺癌区的Ktrans值与Gleason评分呈正相关(r=0.533，P<0.05)。结论3.0T DCE-MRI定量分析研究能为PC的诊断提供客观依据。前列腺癌区的Ktrans值与Gleason评分呈正相关，提示定量参数Ktrans值可用于评估PC的恶性程度。

前列腺肿瘤；磁共振成像；前列腺增生

MRI作为诊断前列腺癌的最佳影像学检查方法已经广泛应用于临床，主要用于观测肿瘤的分期、周围侵犯及远处转移情况；近年来动态对比增强磁共振成像(dynamic contrast enhanced MRI，DCE-MRI)、DWI、MRS等多种功能磁共振成像方法逐渐发展并应用于临床，可以定性、定量分析前列腺癌的特征。本研究着手于前列腺癌DCE-MRI定量参数特征及其与肿瘤组织Gleason评分的相关性，旨在利用MRI提示肿瘤的恶性程度，为临床医师对前列腺癌(prostate cancer，PC)的诊断、分期、治疗方案、手术计划及疗效监测提供相关信息。

材料与方法

1.病例资料

搜集2011年12月-2012年8月在我院行常规MRI和DCE-MRI检查的40例前列腺疾病患者，年龄49～83岁，平均67岁。患者血清前列腺特异性抗原(prostate specific antigen，PSA)值为5.1～153.0 μg/L，中位值为68 μg/L。40例患者行前列腺MRI检查前均未经过内分泌、放疗等治疗，MRI检查后1个月内经穿刺活检证实，其中PC患者28例，前列腺增生(prostatic hyperplasia,PH)患者12例。

2.检查方法

MRI检查采用Siemens magnetom trio tim 3.0T磁共振扫描仪，体相控阵线圈。扫描序列包括常规冠状面、轴面T2WI、轴面T1WI及DCE-MRI相关序列。轴面TSE-T2WI扫描参数：TR 4430 ms，TE 78 ms，回波链长度17，层厚4 mm，激励次数1，矩阵320×232，扫描时间为126 s；轴面FFE-T1WI扫描参数：TR 5.50 ms，TE 1.92 ms，层厚4 mm，翻转角5°，NSA 10，矩阵256×186，扫描时间为36 s；轴面FFE-T1WI动态增强扫描参数：TR 3.30 ms，TE 1.17 ms，层厚3 mm，翻转角13°，SNR 1，矩阵256×186，视野350 mm×350 mm，扫描时间为7.2 s，于常规MRI序列后进行，通过高压注射器静脉团注对比剂Gd-DTPA，剂量0.2 mmol/kg，流率2 ml/s，其后静脉团注20 ml生理盐水，流率2 ml/s，动态增强扫描无间隔采集50个时相。

前列腺穿刺活检：所有入组患者均行经直肠超声引导下系统穿刺活检或病理诊断，穿刺活检根据前列腺大小和临床需要，常规系统穿刺8或12针。8点穿刺：双侧尖部及基底部各1点，双侧中部各2点；12点穿刺：在8点基础上在前列腺左右叶各增加2点，或对应DCE-MRI图像在癌灶区域选择性添加穿刺点。由病理医师记录活检位置，并标明各区主要及次要结构Gleason评分，得到最终评分结果。

DCE-MRI数据通过Jim image analysis软件进行处理，通过该软件Tofts双室药代动力学模型，对DCE-MRI数据进行定量分析，得到血管生理相关的一系列参数，包括转运常数(Ktrans)、血管外细胞外间隙体积百分数(Ve)及速率常数(Kep)，并生成相关参数图。

3.图像分析

对前列腺进行分区，对应穿刺活检结果，结合T2WI及DCE-MRI图像 ，选取感兴趣区并测量各区的Ktrans、Ve及Kep值。

前列腺分区方法：将前列腺上下平均分为基底部、中部和尖部3部分；外周区基底部和尖部再分为左右2个区，中部则再分为左内、左外、右内和右外4个区，即外周区共分为8个分区；中央区基底部、中部和尖部各分为左右2区，即中央区共分为6个分区。

测量和计算原则：对病理证实为PC者根据穿刺活检结果，结合T2WI及DCE-MRI图像，将前列腺外周区及中央区分为癌区和非癌区，在各区放置ROI，记录各区相应参数值；以上均由2名放射科医师共同完成。将外周区癌区和中央区癌区统一归为癌区，计算各癌区参数平均值，作为该患者癌区的最终参数值；分别计算外周区各非癌区和中央区各非癌区参数的平均值，作为外周区非癌区和中央区非癌区的最终参数值；对于病理证实为PH者分别测量和记录外周区和中央区各区的参数值，并取平均值，作为该患者外周区非癌区和中央区非癌区的最终参数值。ROI放置原则：①选择各区中心层面放置ROI；②放置于各分区强化最明显的区域；③ROI为椭圆形，面积约为30mm2；④尽量避开外周带与中央腺体交界处、精囊根部、血管、出血或钙化灶等，在中央区放置ROI时应注意避开尿道。记录每个ROI的面积大小和参数值，重复测量3次取平均值。

4.统计学分析

采用SPSS 17.0统计软件进行统计学分析。对前列腺癌区、外周区非癌区、中央区非癌区3组的DCE定量参数值(Ktrans、Ve及Kep)分别进行单因素方差分析；前列腺癌组中不同Gleason评分组间Ktrans、Ve及Kep值比较采用单因素方差分析，Gleason评分与Ktrans值相关性采用Pearson相关分析。以P<0.05为差异有统计学意义。

结果

1.穿刺活检病理结果

前列腺癌区共收集到39个样本，其中Gleason评分≤7分22个，8分12个，9分3个，10分2个；外周区非癌区共收集到43个样本；中央区非癌区共收集到48个样本。

2.DCE强化特点

28例PC均表现为早期明显强化，其中23例延迟期对比剂退出，强化曲线呈流出型(图1)，5例延迟期对比剂退出不明显，强化曲线呈平台型；12例PH患者中9例强化曲线呈平台型(图2)，3例呈流入型。

3.定量参数分析结果

统计学分析显示前列腺癌区、外周区非癌区、中央区非癌区Ktrans、Ve及Kep值的差异均有统计学意义(P<0.05，表1)。

4.PC组不同Gleason评分间各定量参数值比较

随着Gleason评分的增高，DCE-MRI各定量参数值均有不同程度增高。PC组内不同Gleason评分间Ktrans、Ve值的差异有统计学意义(P<0.05)，Kep值的差异无统计学意义(P>0.05)。多重比较显示Glea-son≤7分组Ktrans值与8分、10分组间差异均有统计学意义(P<0.05)，余各两组间差异无统计学意义(P>0.05)；Ve值四组间差异无统计学意义(P>0.05)；四组间Kep值组间差异无统计学意义(P>0.05)，故不再研究Ve、Kep值与Gleason评分的相关性(表2)。

图1 61岁，前列腺癌患者，PSA值为9.5μg/L。a) 轴面T2WI示右侧外周区及中央区前列腺癌呈低信号结节影; b) 轴面DCE第2动态图像; c) 轴面DCE第50动态图像，动态增强扫描示该结节早期明显强化，且强化程度很快下降，该结节Ktrans=0.72min-1，Ve=0.49，Kep=1.47min-1; d) 该癌结节强化曲线呈流出型。图2 64岁，前列腺增生患者，PSA值为6.5μg/L。a) 轴面T2WI示中央区前列腺增生呈低信号结节影; b) 轴面DCE第2动态图像; c) 轴面DCE第50动态图像，动态增强扫描示该结节早期明显强化，且强化程度持续升高，延迟晚期强化程度无减退，该结节Ktrans=0.38min-1，Ve=0.29，Kep=1.31min-1; d) 该结节强化曲线呈平台型。

5.Ktrans值与Gleason评分相关性

统计学分析显示，前列腺癌区Ktrans值与Gleason评分呈正相关(r=0.533，P<0.05，图3)。

讨论

1.DCE-MRI定量参数在诊断前列腺癌中的价值

表1 前列腺癌区、外周区非癌区、中央区非癌区Ktrans、Ve及Kep值比较结果

注：外周区非癌区及中央区非癌区两组Ve值不服从正态分布，故采用非参数Kruskal Wallis检验方法；Ktrans、Ve、Kep值组间两两比较差异均有统计学意义(P<0.05)。*代表χ2值。

表2 前列腺癌组不同Gleason评分间各定量参数值比较结果

注：四组Ktrans、Ve值组间差异有统计学意义，四组Kep值组间差异无统计学意义(P>0.05)；Gleason≤7分组Ktrans值与8分、10分组间差异均有统计学意义(P<0.05)，余各两组间差异无统计学意义(P>0.05)；Ve值各间差异无统计学意义(P>0.05)。

图3 前列腺癌区Ktrans值与Gleason评分相关性分析图。

DCE定量分析以肿瘤组织微血管密度及组织血管通透性改变等为基础评价肿瘤生理特性，定量分析参数包括Ktrans、Ve及Kep。Ktrans代表单位时间内每单位体积组织中从血管进入血管外细胞外间隙(extra-vascular extra-cellular space，EES)的对比剂量；Ve是渗透到EES中的对比剂在EES中所占体积百分数，是组织灌注达到平衡后对比剂由EES返回血管内的比率常数。这些参数在诊断PC中的价值依然存在争议，多数学者认为，癌区的Ktrans和Kep均高于正常外周区，而癌区和中央腺体的Ktrans和Kep存在交叉；也有学者认为前列腺癌区、中央腺体非癌区的Ktrans、Ve、Kep值均高于外周带非癌区，且前列腺癌区的Ktrans、Kep值均高于中央腺体非癌区[1-6]。本研究结果表明，前列腺癌区、中央区非癌区及外周区非癌区的Ktrans、Ve、Kep值是依次降低的，整体差异有统计学意义(P<0.05)，且各参数在任意两组间的差异亦均有统计学意义(P<0.05)；本实验与有些研究结果不同之处主要是Ve值，大多数学者认为癌区、外周带及中央腺体三者之间Ve值差异无统计学意义，但也有研究表明癌区的Ve值高于正常周围区，而癌区和中央腺体的Ve值则存在交叉，而本研究结果表明前列腺癌区、中央区非癌区及外周区非癌区三组间Ve值差异均有统计学意义(P<0.05)，分析原因可能是本研究中病理证实为PC的病例癌灶范围大，3例已有骨转移 ；中央区非癌区病灶38个为PH，组织已有病理学改变。

2.Ktrans值与Gleason评分的相关性

PC多生长缓慢，少数生长迅速、广泛转移，呈高度恶性，因此鉴别肿瘤的侵袭性很有必要，对于侵袭性强的肿瘤需要外科干预行根治性切除术；Gleason分级包括1～5分，提示肿瘤分化程度从高到低。由于PC病理学异质性明显，同一病理标本通常包含一种主要结构类型和一种次要结构类型，对于含有2种结构类型的PC，Gleason评分=主要结构类型(分级)+次要结构类型(分级)，而对于只有一种结构类型的PC被认为主要结构和次要结构类型完全一致，两种结构类型相加得到PC标本2～10分的评分[2,7-10]。

不同Gleason评分组间Ktrans值有部分重叠，随着Gleason评分的提高，Ktrans值亦有升高趋势，Gleason评分≤7分组与8分、10分组间差异有统计学意义(P<0.05)，其余各组间差异均无统计学意义；本组前列腺癌病灶Gleason评分9分、10分组样本数很小，可能影响结果的准确性，但相关分析显示Gleason评分和Ktrans值呈显著正相关(r=0.533，P<0.05)，与多数相关研究结果一致。PC的生长和侵袭依赖新生血管，PC的微血管密度(micro-vessel density，MVD)明显高于正常前列腺组织，而肿瘤微血管决定着肿瘤的生物学行为和预后，因此，PC的MVD与肿瘤分期、分级、转移、复发及预后都有一定关系[11-12]，肿瘤组织分化越差，组织异型性越大，细胞代谢和增殖就越快，新生微血管多，组织灌注及毛细血管通透性就高，相关性研究表明Gleason评分高、恶性程度高的PC相应Ktrans值高，血流灌注及血管通透性高。

3.不足和展望

本研究样本量较少，尤其是PC组的Gleason评分与癌灶Ktrans的相关性分析，且Gleason评分集中在6～9分，可能导致结果产生偏倚；且缺乏对主要结构级别与次要结构级别的细致分类，如Gleason评分为3+4或4+3的肿瘤组织生物学特性是有差别的，直接影响到肿瘤的侵袭性和转移潜能。患者经穿刺活检证实，缺乏根治术后大切片病理标本，而穿刺活检结果及根治术大切片病理结果的Gleason评分结果往往不一致，且穿刺活检可能会漏诊前列腺尖部病变及早期侵袭性较低的微小灶[13]，可导致病理结果呈假阴性；目前各研究中心应用的DCE-MRI定量分析软件不尽相同，多为各自研发，所依据的药代动力学模型存在差异，导致后处理结果存在差异；经Lowry等的研究证实，使用不同模型所得结果存在显著不同，因此这一点也是导致结果多样化的关键原因[14-16]。

本研究表明，DCE-MRI定量参数对PC的诊断有重要价值，且提示癌灶Ktrans值与Gleason分级间存在相关性，定量参数用于无创性预测肿瘤恶性程度及预后成为可能，并且由于前列腺癌组织的异质性，可计算各部分组织Ktrans值从而指导穿刺，提高穿刺阳性率及Gleason分级的准确性。

[1]van DFA,der Graaf MV,Engelbmcht MR,et al.Combined quantitative dynamic contrast-enhanced MR imaging and1H-MR spectroscopic imaging of human prostate cance[J].J Magn Reson Imaging,2004,20(2):279-287.

[2]Schlemmer HP,Merkle J,Grobholz R,et al.Canpreo-perative contrast-enhanced dynamic MR imaging for prostate cancer predictmicrovessel density in prostatectomy specimens[J].Eur Radiol,2004,14(2):309-317.

[3]Langer DL,van der Kwast TH,Evans AJ,et al.Prostate cancer detection with multi-parametric MRI:logistic regression analysis of quantitative T2,diffusion-weighted imaging,and dynamic contrast-enhanced MRI[J].J Magn Reson Imaging,2009,30(2):327-334.

[4]Padhani AR,Gapinski CJ,Macvicar DA,et al.Dynamic contrast enhanced MRI of prostate cancer:correlation with morphology and tumour stage,histological grade and PSA[J].Clin Radiol,2000,55(2):99-109.

[5]Kozlowski P,Chang SD,Jones EC,et al.Combined difusion-weighted and dynamic contrast-enhanced MRI for prostate cancer diagnosis:correlation with biopsy and histopathology[J].J Magn Reson Imaging,2006,24(1):108-113.

[6]Jackson AS,Reinsberg SA,Sohaib SA,et al.Dynamic contrasterdamaced MRI for prostate cancer localization[J].Br J Radiol,2009,82(974):148-156.

[7]Gleason DF,Mellinger GT.Prediction of prognosis for prostatic adenocarcinoma by combined histological grading and clinical staging[J].J Urol,1974,111(1):58-64.

[8]Epstein JI,Allsbrook WC Jr,Amin MB,et al.The 2005 international society of urological pathology (ISUP) consensus conference on Gleason grading of prostaticarcinoma[J].Am J Surg Pathol,2005,29(9):1228-1242.

[9]Wang L,Mazaheri Y,Zhang J,et al.Assessment ofbiologic aggressiveness of prostate cancer:correlation of MR signal intensity with Gleason grade after radical prostatectomy[J].Radiology,2008,246(1):168-176.

[10]周桥.前列腺癌Gleason分级[J].中华病理学杂志,2005,34(4):230-234.

[11]Folkman J.Clinical applications of research on angiogenesis[J].N Engl J Med,1995,333(26):1757-1763.

[12]Fox SB.Tumour angiogenesis and prognosis[J].Histopathology,1997,30(3):294-301.

[13]Bigler SA,Deering RE,Brawer MK.Comparison of microscopic vascularity in benign and malignant prostate tissue[J].Hum Pathol,1993,24(2):220-226.

[14]Djavail B,Susani M,Bursa B,et al.Predictability and significance of muhifocal prostate cancer in the radical prostatectomy specimen[J].Tech Urol,1999,5(3):139-142.

[15]Buckley DL.Uncertainty in the analysis of tracer kinetics using dynamic contrast-enhanced Tl-weighted MRI[J].Magn Reson Med,2002,47(3): 601-606.

[16]Lowry M,ZelhofB,Liney GP,et al.Analysis of prostate DCE-MRI:comparison of fast exchange limit and fast exchange regimen pharmaeokinetie models in the discrimination of malignant from normal tissue[J].Invest Radiol,2009,44(9):577-584.

欢迎订阅2014年《放射学实践》

《放射学实践》是由国家教育部主管，华中科技大学同济医学院主办，与德国合办的全国性影像学学术期刊，由国内著名影像专家郭俊渊教授担任主编，创刊至今已29周年。本刊坚持服务广大医学影像医务人员的办刊方向，关注国内外影像医学的新进展、新动态，全面介绍X线、CT、磁共振、介入放射及放射治疗、超声诊断、核医学、影像技术学等医学影像方面的新知识、新成果，受到广大影像医师的普遍喜爱。

本刊为国家科技部中国科技论文核心期刊、中国科学引文数据库统计源期刊，在首届《中国学术期刊(光盘版)检索与评价数据规范》执行评优活动中，被评为《CAJ—CD规范》执行优秀期刊。

主要栏目：论著、继续教育园地、专家荐稿、研究生展版、图文讲座、本刊特稿、实验研究、传染病影像学、影像技术学、外刊摘要、学术动态、请您诊断、病例报道、知名产品介绍、信息窗等。

本刊为月刊，112页，每册15元，全年定价180元。

国内统一刊号： ISSN 1000-0313/CN 42-1208/R邮政代号： 38-122

电话：(027)83662875传真：(027)83662887

E-mail:fsxsjzz@163.com网址：http://www.fsxsj.net

编辑部地址：430030 武汉市解放大道1095号 同济医院《放射学实践》编辑部

QuantitativediagnosticvalueofDCE-MRIinprostaticcancer

LIU Hui-jia,ZHAO Wei-wei,REN Fang,et al.

Department of Radiology,Xijing Hospital,Fourth Military Medical University,Xi'an 710032,P.R.China

Objective：To study the diagnostic value of quantitative analysis parameters of DCE-MRI in the diagnosis of prostate cancer and to evaluate the correlation between Ktransand Gleason scores.MethodsForty patients with pathologically proved prostate diseases underwent conventional MRI and DCE-MR examinations.They were divided into three groups:cancerous foci,noncancerous area in the peripheral zone and central gland.ROIs were drawn on areas of prostate tissue to measure the values of Ktrans,Veand Kep.The 3 parameters in the different groups were analyzed,and the correlations between Ktransand Gleason scores were studied.ResultsThe Ktrans,Veand Kepvaluesof cancerous foci were (0.62±0.10)/min, (0.44±0.12) and (1.45±0.25)/min,respectively,while,for noncancerous area in the peripheral zone were (0.21±0.06)/min,(0.29±0.65),(0.76±0.21)/min,respectively,and for noncancerous area in the central gland were (0.32±0.09)/min,(0.34±0.70),(0.95±0.26)/min,respectively.The differences between Ktrans,Veand Kepvalues of the three groups were statistically significant (F=234.338,32.593 and 92.462,respectively;P<0.05).Significant correlation was found between Ktransand Gleason score (r=0.533，P<0.05).ConclusionThe differences of Ktrans,Veand Kepamong the three groups (cancerous foci,noncancerous area in the peripheral zone and central gland) are statistically significant.3.0T DCE-MRI quantitative analysis plays an important role in the diagnosis of prostate cancer.Positive correlation is found between Ktransand Gleason score.Ktranscan be used for evaluating the degree of malignancy of prostate cancer.

Prostate neoplasms; Magnetic resonance imaging; Prostatic hyperplasia

710032 西安，第四军医大学西京医院放射科

刘会佳(1986-)，女，河北人，硕士研究生，主要从事腹部MRI功能成像研究工作。

宦怡，E-mail：huanyi3000@163.com

国家自然科学基金(81370039)；西京医院临床高新技术新业务助推项目(XJGX13LC11)

R737.25; R445.2

A

1000-0313(2014)05-0477-05

2014-02-19

2014-04-26)