双指数DWI对前列腺外周带局限性癌的诊断价值：与单指数DWI对照

岳 磊，刘晓航，周良平，毛 健，彭卫军复旦大学附属肿瘤医院放射诊断科，复旦大学上海医学院肿瘤学系，上海200032

双指数DWI对前列腺外周带局限性癌的诊断价值：与单指数DWI对照

岳 磊，刘晓航，周良平，毛 健，彭卫军
复旦大学附属肿瘤医院放射诊断科，复旦大学上海医学院肿瘤学系，上海200032

背景与目的：随着前列腺特异性抗原（prostate-specific antigen，PSA）筛查的推广，越来越多的前列腺癌初诊时尚处于局限性阶段，但目前常规的单指数弥散加权成像（diffusion-weighted imaging，DWI）对局限性前列腺癌与良性病变的鉴别有一定困难。该研究旨在应用双指数函数模型探究外周带局限性前列腺癌及慢性炎性反应的水弥散特性，比较前列腺癌、前列腺炎和正常组织的双指数参数的差异，评价双指数DWI鉴别局限性前列腺癌与前列腺炎的诊断效能并与单指数DWI相比较。方法：经手术病理证实的前列腺局限性癌16例，穿刺证实的前列腺炎性反应患者14例，行常规DWI（b值为0和1 000 s/mm2）和一项10个b值（0～3 000 s/mm2）DWI检查。测量前列腺癌、前列腺炎及正常组织的单指数表观弥散系数（apparent diffusion coefficients，ADC）、快弥散系数（fast ADC，ADCf）、快弥散系数比例（f）和慢弥散系数（slow ADC，ADCs）并进行比较。应用受试者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线比较各参数鉴别良恶性病变的准确性。结果：共测量和计算18处前列腺癌、18处前列腺炎性反应和37处前列腺外周带组织的单、双指数参数。前列腺癌ADC［（0.83±0.11）× 10-3mm2/s］低于其他组织（P＜0.01）。前列腺炎ADC［（1.45±0.19）×10-3mm2/s］低于正常外周带组织［（1.67±0.31）×10-3mm2/s，P＜0.01］。前列腺癌的ADCf［（1.54±023）×10-3mm2/s］、f［（45.8±5.4）%］及ADCs［（0.52±0.15）×10-3mm2/s］明显低于其他组织（P＜0.01）。与正常外周带组织的ADCf［（3.90±0.40）× 10-3mm2/s］、f［（67.3±8.2）%］和ADCs［（1.51±0.36）×10-3mm2/s］相比，前列腺炎的ADCf［（3.06±0.49）× 10-3mm2/s］、f［（47.9±3.9）%］和ADCs［（0.91±0.29）×10-3mm2/s］明显降低（P＜0.01）。鉴别前列腺癌与前列腺炎时，ADC和ADCf的曲线下面积（area under the curve，AUC）约为0.96和0.94，差异无统计学意义（P＞0.01），f和ADCf的AUC、灵敏度及特异度明显低于ADC（P＜0.01）。结论：双指数DWI可为局限性前列腺癌、炎性反应及正常组织提供特征性的参数ADCf、f和ADCs，且ADCf鉴别前列腺癌与良性病变的准确性与ADC相当。因此，双指数DWI对于提高局限性前列腺癌的诊断效果有较大意义。

弥散加权成像；前列腺；双指数衰减；表观弥散系数

前列腺癌是老年男性发病率最高的肿瘤之一，随着前列腺特异性抗原（prostatespecific antigen，PSA）筛查的推广，初诊时局限性前列腺癌患者比例明显上升，及时发现及鉴别诊断这类病变对于改善患者预后有重要意义。在磁共振常规T2加权成像（T2 weighted imaging，T2WI）上，由于局限性前列腺癌在形态上对前列腺组织破坏往往不明显，而在信号上与慢性前列腺炎及前列腺增生（benign prostatic hyperplasia，BPH）常有重叠，鉴别诊断比较困难。因此，弥散加权成像（diffusionweighted imaging，DWI）等核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）新技术目前也开始应用于这方面研究和临床诊断，以提高局限性前列腺癌的检查效果。目前，前列腺癌的DWI的扫描通常采用0和1 000 s/mm2两个b值，然后通过单指数函数模式计算出组织对应的表观弥散系数（apparent diffusion coefficients，ADC）。这种模式检查时间较短，计算便捷，既往的研究表明，DWI在前列腺癌诊断方面具有较高的灵敏度和特异度［1-4］。但单指数DWI检查也有较多缺陷：① 从理论上说，前列腺组织水随b值升高时信号衰减方式并不符合单指数函数模式，单指数模式得出的结果过于简单，可能导致一定的误差；② ADC可随技术条件变化甚至不同厂商机型的不同而发生明显波动，难以进行不同研究间的对比及建立统一诊断标准；③ 前列腺癌与部分良性病变的ADC的重叠比较大，在良恶性鉴别中造成了很大的困难［5-6］。已有研究显示，非单指数模式，如双指数函数模式，能更准确地反映b值升高时组织水信号衰减方式［7-10］。双指数DWI可分别考察水弥散中的快弥散系数（fast ADC，ADCf）和慢弥散系数（ADC，ADCs），前者主要反映远离细胞膜、细胞器等细胞结构的自由水弥散特性，后者主要评价细胞结构附近的水弥散情况，该模式在神经系统检查中的应用已证明其能够比单指数模式更精确地反映水的信号衰减情况。有研究显示，前列腺癌与正常组织ADCs和不同弥漫系数在总弥散系数中的比例有显著差异，可用于前列腺癌的鉴别诊断［9］。而Liu等［11］的研究证明，双指数DWI对中央腺体前列腺癌的诊断较单指数DWI更精确。本研究旨在用双指数函数模型评价外周带局限性前列腺癌的双指数弥散特性，比较双指数DWI与单指数DWI诊断外周带局限性前列腺癌的准确性，分析以上参数鉴别前列腺癌与良性组织的灵敏度及特异度并与单指数DWI比较。

1　资料和方法

1.1患者资料

选取2011年1月—2013年6月经复旦大学附属肿瘤医院前列腺10针穿刺法证实的前列腺疾病患者71例，其中，前列腺癌32例，前列腺炎性反应22例，BPH 19例，均未经任何治疗。所有良性病变患者检查后随访至少1年，PSA水平均有所下降或基本稳定。所有患者均行常规MRI、常规DWI及多b值DWI检查，为降低穿刺出血的影响，所有患者的穿刺至检查时间间隔均大于4周，平均为5（4～6）周，且均在检查前签署了知情同意书。前列腺癌患者中，有26例在MRI检查后1个月内行前列腺癌根治术，20例手术证实为外周带局限性前列腺癌，纳入研究，平均年龄为64.5（49～78）岁，平均PSA为24.2（4.1～31.0） ng/mL；非癌患者中，15例穿刺结果证实病变处于前列腺外周带并在外周带相应位置可见T2WI或DWI异常信号者，纳入研究，平均年龄为58.5（40～74）岁，平均PSA为14（7.4～23.1） ng/mL。

1.2技术条件

3.0T MRI （Signa HDx，GE Healthcare，Milwaukee，WI，USA）8通道相控阵表面线圈。T2WI检查序列：快速恢复快速回波脉冲（fastrecovery fast spin echo，FRFSE）序列［TR/TE 5 000/90 ms，激发次数（number of excitation，NEX）4次，层厚5 mm，间距1 mm］。T1WI检查序列：快速扰相梯度回波（fast spoiled gradientecho，FSPGR）序列（TR/TE 150/3 ms，层厚5 mm，间距1 mm），matrix为512×512。常规DWI检查序列：单次激发回波平面回波成像（single-shot echo-planar imaging，SS-EPI）序列b值：0和1 000 s/mm2，TR/TE 4 000/70 ms，FOV为260 mm×260 mm，NEX 2次，matrix为512×512，层厚5 mm，间距1 mm。双指数DWI检查序列：SS-EPI序列b值：0、300、600、900、1 200、1 500、1 800、2 100、2 400、2 700和3 000 s/mm2，TR/TE 4 000/70 ms，FOV为260 mm×260 mm，NEX 6次，matrix为512×512，层厚为5 mm，间距1 mm。

1.3图像处理

应用GE ADW4.3工作站进行处理，由两名不同年资的从事泌尿系统肿瘤诊断的放射科医师共同完成，有不一致意见协商解决。手术和穿刺结果分别与磁共振T2WI、DWI和ADC图进行对照。在MRI上根据穿刺位置，将前列腺外周带自底部及中部各自从左到右平均分为四部分，尖部依次分为左右两部分。

1.4肿瘤与正常组织的单、双指数参数值的测量和计算

在ADW4.3前列腺癌病灶的测量根据穿刺所确定位置，参照T2WI图像，在DWI b=0图像上选取局灶性或弥漫性信号感兴趣区（region of interest，ROI）；良性病变的标准为穿刺确定的外周带局灶性或弥漫性信号区，ROI尽量包括完整的病灶。由于DWI主要对于呈灶性分布的前列腺癌检出率较高［12］，同时为减少与穿刺病理的对位误差，以及高b值下磁敏感伪影的干扰，只有直径大于0.5 cm病灶纳入测量。ADC由工作站自动计算，计算公式为：S/S0=exp（-bADC），S和SS0是施加和不施加弥散敏感梯度时的信号强度，b为弥散敏感梯度值。双指数DWI参数计算公式为：S/S0=fexp（-bADCf）+（1-f）exp（-bADCs），S为不同b值下的信号，S0为b=0时的信号，f和（1-f）为各自比例。所有ADC及双指数参数测量3次取平均值。

1.5统计学处理

所有数据应用STATA 10.0软件进行分析。前列腺不同组织的参数应用单因素方差分析加bonforonni校正，由于共计比较三种组织，所以设定在P＜0.05/3时差异有统计学意义。应用受试者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线评价和比较双指数及单指数参数鉴别良恶性的准确性，P值的阈值校正后，P＜0.05/4时差异有统计学意义。在ROC曲线进行鉴别诊断时，应用约登指数选取最佳灵敏度和特异度时的界值作为诊断标准，进行灵敏度和特异度的评价。

2　结　果

4例前列腺癌和1例炎性反应患者由于在MRI上病灶无法识别、病灶过小或穿刺出血严重排除，共计16例前列腺癌患者的18处前列腺癌，14例炎性反应患者的18处前列腺炎病灶纳入进一步研究，正常组织由于病变及增生组织压缩等因素，未能全部测量，共成功测量37处正常外周带组织的参数。前列腺癌ADC低于正常及炎性反应组织（P＜0.01，表1，图1）。前列腺癌的ADCf、ADCs及f明显低于其他组织（P＜0.01，表1，图2）。与正常外周带组织相比，前列腺炎的ADCf、ADCs和f明显降低（P＜0.01，图3）。

鉴别前列腺癌与炎性反应时，ADC的曲线下面积（area under the curve，AUC）约为0.92，以1.01×10-3mm2/s为界值，灵敏度和特异度分别为90.3%和93.2%。ADCf的AUC为0.94，差异无统计学意义（P＞0.01），以2.45×10-3mm2/s为界值，灵敏度和特异度分别为88.9%和94.4%。f和ADCf的AUC、灵敏度和特异度明显低于ADC（P＜0.01，图4）。

表1　不同组织单双指数DWI参数比较Tab.1　The comparison of monoexponential and biexponential DWI parameters for diferent prostate tissues

图1　不同组织ADC、ADCf、f和ADCs均值Fig.1　The means of ADC，ADCf，f and ADCs for the diferent tissues

图2　前列腺癌与组织单双指数DWI参数比较Fig.2　The comparison of monoexponential and biexponential DWI parameters for prostate cancer and normal tissues

图3　前列腺炎性反应与组织单双指数DWI参数比较Fig.3　The comparison of monoexponential and biexponential DWI parameters for prostatitis and normal tissues

图4　ADC、ADCf、ADCs和f值鉴别诊断局灶性前列腺癌与前列腺炎的ROC曲线比较Fig.4　Comparison of ROC curves for the discrimination of organ-confned prostate cancer and prostatitis based on ADC，ADCf，f and ADCs

3　讨　论

在本研究中，应用双指数DWI检查局限性前列腺癌、前列腺炎及正常组织，均可观察到特异性双指数参数。前列腺癌的ADCf、ADCs及f明显低于其他组织（P＜0.01），与正常外周带组织相比，前列腺炎的ADCf、ADCs和f明显降低（P＜0.01），因此，可应用双指数DWI的结果鉴别外周带局限性病变。

关于前列腺组织信号衰减呈双指数模式的机制，目前尚未统一。最常见的观点认为，组织水包括ADCf和ADCs两部分，二者随b值升高变化幅度不完全一致。Le Bihan［13］的研究显示，慢弥散成分代表与细胞骨架结构结合的水，快弥散成分代表其余细胞内及细胞外的自由水。Mcneal［14］的研究在此基础上，结合前列腺组织特点，按照前列腺的组织结构，提出慢弥散成分主要包括附于间质结缔组织、细胞膜及细胞器等的结合水，而快弥散成分主要包括腺体组织内的自由水，同时也包括间质细胞内、血管内及血管外细胞外间隙的水分子。

外周带腺体成分多，内可见多发腺泡，间质稀疏，外周带组织腺泡和间质的结构松散，细胞内外的自由水比重较大，水分子扩散速率快，细胞结构附近的水分子运动受限也较轻，故表现出高ADCf、f和ADCs。局限性前列腺癌虽然前列腺整体结构破坏较轻，但组织微环境的改变比较明显，肿瘤组织内含有大量紧密排列的小细胞和小腺泡，导致腺体及间质内的空隙大为减少，限制了水的扩散，细胞密度的增大及体积的缩小也造成更多的水结合于细胞结构上，引起ADCf、f和ADCs的全面下降，并明显低于正常组织和良性病变。

良性病变的参数也比较有特征性。前列腺炎的ADCs、ADCf及f均低于正常外周带。这一结果与前列腺炎组织病理结构相符合，前列腺炎组织间质和腺体内有大量炎性反应细胞浸润或聚集，常伴有组织结构重建［15］，可在相当程度上减少细胞间隙，限制水的自由扩散，使水分子的扩散速率和自由水的比例水均下降。但同时前列腺炎的ADCs、ADCf和f均高于前列腺癌组织，提示这类参数可以作为鉴别前列腺癌及炎性反应的有效方法。虽然双指数DWI提供了更多的组织特征性的双指数参数，而且ADCf在鉴别前列腺癌与良性病变方面的准确性与ADC相近，但其余参数诊断效能并不是很高。原因可能是对于目前的方法而言，良恶性病变间可测量的最明显差异主要存在于快弥散成分。Tamura等［16］的研究表明，肿瘤ADC的下降更多地源于快弥散成分的减低和慢弥散成分的增加，但由于快弥散成分T2较长，信号较高，即使比例比较低，对整体信号的贡献仍比较大，而慢弥散成分则相应地被低估。同理，我们测量出的前列腺组织中的慢弥散成分也可能低于实际水平，从而进一步影响诊断的效果，但Tamura等［16］同时指出，慢弥散成分的比例与组织细胞密度有很好的相关性（R=0.709，P＜0.001），提示对慢弥散成分的分析可作为提高前列腺癌诊断效能的辅助指标。

本研究中单指数DWI对局灶性前列腺癌的诊断，与Desouza等［17］的报道接近，而双指数诊断的结果，与Liu等［18］的结果接近。ADCs及f鉴别外周带病变的AUC则较低，原因可能在于本组病例中病变多局限，多处于相对早期，而该研究纳入的病变在病变范围或分期上没有明确规定，包含更多中晚期患者，总体病变组织结构的破坏重建较本组病变更为明显，故鉴别诊断相对容易。

本研究存在以下不足：① 双指数DWI扫描时间较长，易受运动伪影影响，因此今后的研究将进一步优化b值的数量和排列，以期缩短扫描时间；② 本研究中画病变ROI时以T2WI上模糊低信号区为肿瘤区域，可能会包入正常组织引起一定误差，同时为保证成像质量，选择直径0.5 cm以上的病变进行评价，将遗漏部分小病灶造成偏倚；③ 由于技术条件限制，我们应用穿刺结果作为病理对照，存在一定假阴性可能，且未能精确评价肿瘤数量及大小，因此将来需要有前列腺大切片进一步验证结果的准确性。

双指数DWI为前列腺癌、炎性反应、BPH及正常组织提供特征性的参数ADCf、f和ADCs，且ADCf鉴别前列腺癌与良性病变的准确性与ADC相当，因此，双指数DWI对于提高前列腺癌的诊断效果有较大意义。

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The diagnostic ability of biexponential difusion-weighted imaging （DWI） for organ-confned prostate cancer in peripheral zone： compared to monoexponential DWI

YUE Lei，LIU Xiaohang，ZHOU Liangping，MAO Jian，PENG Weijun （Department of Radiology，Fudan University Shanghai Cancer Center；Department of Oncology，Shanghai Medical College，Fudan University，Shanghai 200032，China）

Correspondence to: ZHOU LiangpingE-mail: zhou-lp2003@163.com

Background and purpose： With the widespread use of screening of prostate-specific antigen （PSA） levels，prostate cancers at organ-confned stage are increasing in newly diagnosed cases.However，some defects remain in conventional monoexponential difusion-weighted imaging （DWI） for diferentiating organ-confned prostate cancer from benign lesions.Therefore，the aim of this study was to obtain biexponential apparent difusion parameters of prostate organ-confned cancer，chronic prostatitis in peripheral zone （PZ） and normal PZ tissue，and to compare with monoexponential apparent difusion coefcient （ADC） for diferentiating prostate cancer from prostatitis lesions.Methods： Sixteen patients with pathologically confirmed prostate organ-confined cancer in PZ，14 with prostatitis underwent conventional （b-factors 0，1 000 s/mm²） and 10 b-factors （0-3 000 s/mm²） difusion-weighted imaging （DWI）.The monoexponential ADC value and biexponential parameters fast ADC （ADCf），fraction of ADCf （f），slow ADC （ADCs） value for prostate cancer，prostatitis and normal tissues were calculated and compared.Receiver operating characteristic analysis was performed for those parameters.Results： Biexponential and monoexponential parameters were obtained for 18 prostate cancers，18 prostatitis and 37 normal PZ tissues.The ADC value of prostate cancer tissues was remarkably lower ［（0.83±0.11）×10-3mm2/s］ than that of other tissues （P＜0.01），while the ADC value of prostatitis［（1.45±0.19）×10-3mm2/s］ was lower than that of PZ ［（1.67±0.31）×10-3mm2/s］ （P＜0.01）.Prostate cancer tissues had lower ADCf ［（1.54±0.23）×10-3mm2/s］，f ［（45.8±5.4）%］ and ADCs ［（0.52±0.15）×10-3mm2/s］ than the other tissues （P＜0.01）.The ADCf，f and ADCs were higher in PZ ［（3.90±0.40）×10-3，（67.3±8.2）% and （1.51±0.36）×10-3mm2/s］ thanprostatitis［（3.06±0.49）×10-3，（47.9±3.9）% and （0.91±0.29）×10-3mm2/s） （P＜0.01）.The area under the curve （AUC） of ADCf and ADC were similar in diferentiating cancer and prostatitis （0.96 vs 0.94） （P＞0.01），but the AUC of f and ADCs in diferentiating cancer from prostatitis （0.83 and 0.80） were signifcantly lower than that of ADC （P＜0.01）.Conclusion： The biexponential DWI provided additional tissue characterization parameters for diferent prostate tissues.ADCf yielded comparable accuracy with ADC in identifcation of prostate organ-confned cancer.The biexponential parameter could further improve the diagnostic efcacy.

Difusion-weighted imaging； Prostate； Biexponential decay； Apparent difusion coefcients

10.19401/j.cnki.1007-3639.2016.07.009

R737.25

A

1007-3639（2016）07-0616-07

周良平 E-mail: zhou-lp2003@163.com

2016-01-29

2016-03-31）