DCE-MRI联合DWI定量分析在前列腺癌诊断中的应用价值

2017-02-14马向征王世威许茂盛喻迎星吕锟庞佩佩

浙江医学 2017年1期

马向征王世威许茂盛喻迎星吕锟庞佩佩

马向征王世威许茂盛喻迎星吕锟庞佩佩

目的探讨动态对比增强磁共振成像（DCE-MRI）联合弥散加权成像（DWI）定量分析在前列腺癌（PCa）诊断中的应用价值。方法选取81例前列腺疾病患者，其中PCa44例、良性前列腺增生（BPH）37例，均行常规MRI、DWI和DCE-MRI检查，测量并比较两组患者病灶区域的血管渗透性参数（Ktrans、Kep、Ve、Vp）和表观扩散系数（ADC）值；应用ROC曲线分析以上参数诊断PCa的效能，应用logistic回归计算ADC值联合血管渗透性参数诊断PCa的效能。结果PCa组Ktrans、Kep、Ve、Vp和ADC值分别为（2．40±1．13）min-1、（1．90±0．72）min-1、0．82±0．24、0．31±0．25和（0．93±0．43）×10-3mm2/s，BPH组分别为（1．07±1．08）min-1、（1．04±0．48）min-1、0．64±0．37、0．43±0．36和（1．74±0．38）×10-3mm2/s；其中PCa组Ktrans、Kep、Ve均高于BPH组（均P＜0．05），BPH组ADC值高于PCa组（P＜0．05）。Ktrans、Kep、Ve和ADC值诊断PCa的灵敏度分别为84．1%、68．2%、79．5%和86．5%，特异度分别为75．7%、86．5%、70．3%和84．1%（均P＜0．05）；Vp无明显诊断价值（P＝0．211）。ADC值联合血管渗透性参数诊断PCa的效能分析，当2个参数联合时，Kep+ADC的诊断效能最好（AUC=0．939）；当3个参数联合时，诊断效能未见明显提高；当4个参数联合时，Ktrans+Kep+Ve+ADC的诊断效能有所提高（AUC=0．940），明显高于单个参数的诊断效能。结论DCE-MRI联合DWI定量分析在PCa诊断中具有较高的应用价值，Kep和ADC值可作为诊断PCa的主要参数，以提高PCa的诊断效能和前列腺良恶性病变的鉴别诊断。

前列腺癌动态对比增强磁共振成像弥散加权成像

前列腺癌（prostate cancer，PCa）是目前全世界范围内老年男性发病率最高的恶性肿瘤[1]。我国PCa发病率呈逐年上升趋势[2]，已成为危害老年男性生命健康的重要疾病。MRI是诊断PCa的最佳影像学检查方法，但传统的MRI检查技术缺乏特异性，且诊断准确性不高。多模态MRI在无创的前提下，可以提供病变血流灌注、水分子扩散特性及物质代谢等信息，对PCa的诊断和鉴别诊断、恶性程度的分级、疗效及预后评估等具有重要的应用价值[3]。动态对比增强磁共振成像（dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI）可以提供肿瘤血管渗透性方面的定量分析参数，但是部分参数的准确性还在探索中；弥散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）能对PCa组织结构及细胞特性进行定量分析，但易受磁化伪影干扰而产生变形。本文就DCE-MRI联合DWI定量分析在PCa诊断中的应用价值作一探讨，现报道如下。

1 对象和方法

1.1 对象选择2014年10月至2016年1月因前列腺特异性抗原（PSA）升高而临床怀疑PCa的患者81例，年龄52～96（73±9）岁。均经常规MRI、DWI和DCEMRI检查，1周内经穿刺活检或手术病理证实为PCa44例，年龄59～85（74±7）岁；良性前列腺增生（BPH）37例，年龄52～96（72±11）岁；两组患者年龄比较差异无统计学意义（P＞0.05）。纳入标准：（1）无MRI检查禁忌证；（2）MRI检查前未经过内分泌、放疗等非手术治疗；（3）MRI检查前1个月内未进行过前列腺穿刺活检。本研究获得医院伦理委员会的批准，所有患者均签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 检查方法使用3.0T超导磁共振扫描仪（Verio，德国Siemens公司），采用16通道体部相控阵表面线圈。患者检查前禁食、禁水4h，以减少肠道内容物的影响；检查时排空膀胱，消除膀胱蠕动伪影。取患者仰卧位、脚先进，扫描中心位于耻骨联合上方约2cm处；被检查者佩戴专用耳机，以减少噪音的影响。（1）常规扫描采用快速翻转恢复压脂序列横断位T2WI、矢状位T2WI和冠状位T2WI，扫描参数：TR 4 000ms，TE 96ms，层厚3mm，FOV 240mm×240mm，采集矩阵320×320，激励次数2。（2）DWI采用单次激发平面回波序列进行横断面扫描，具体参数：TR 4 500ms，TE 93ms，层厚4mm，FOV 260mm×221mm，采集矩阵160×120，激励次数4，b值选择50和700s/mm2，扫描结束后自动重建出表观扩散系数（ADC）图。（3）DCE-MRI采用三维容积内插体部扫描序列横断位T1WI，对比剂采用钆喷酸葡胺（北京北陆药业有限公司），经肘静脉以0.1mmol/kg的剂量、2ml/s的速率团注，注射完毕后加注0.9%氯化钠溶液10ml。扫描参数：TR 5.80ms，TE 2.17ms，层厚3.60mm，FOV 260mm×211mm，采集矩阵352×352，激励次数1，扫描次数15。

1.2.2 图像处理将图像传至Siemens syngo MR B17工作站，由2位中级以上职称的腹部影像学专业医师共同阅片，且意见一致。阅片中重点观察和记录病灶的具体位置、形态、最大径、信号强度、邻近器官或组织的改变。（1）DWI扫描完成后自动生成ADC图，由其中一位影像医师参照其他序列图像测量病灶部位ADC值，在ADC图上的病灶部位放置感兴趣区（ROI，放置原则：选取病灶中心层面放置ROI；沿病灶边缘放置ROI，包含整个病灶；尽量避开外周区与中央区腺体交界处、精囊根部、血管、钙化灶、出血或伪影等），若病灶为多发，选取最大者进行测量。每个病灶重复勾画3次ROI，取3次测量的平均值作为病灶部位的ADC值。（2）DCEMRI定量分析由同一位影像学专业医师使用血流动力学定量分析软件Omni-Kinetics（美国GE医疗）进行后处理。首先将多期DCE-MRI序列导入软件，选择股动脉层面勾画圆形ROI得到该区域内正常供血血管的时间-浓度曲线，作为动脉输入函数（AIF）曲线，再将AIF曲线作为参照，选择Extended Tofts Linear双室模型对病灶层面进行血管渗透性定量分析，获得血管渗透性参数：容量转移常数（Ktrans）、速率常数（Kep）、血管外细胞外间隙容积比（Ve）和血浆内对比剂容积分数（Vp）。在动态对比增强原始图像上勾画病灶ROI，软件自动分析所画区域的Ktrans、Kep、Ve和Vp值并生成各参数的红蓝伪彩图像。ROI的放置原则与测量ADC值时相同，每个病灶重复勾画ROI 3次，取其平均值。

1.3 统计学处理应用SPSS22.0统计软件，血管渗透性参数（Ktrans、Kep、Ve、Vp）和ADC值均符合正态性分布，用表示，两组间比较采用两独立样本t检验。以病理结果为金标准，应用MedCalc软件绘制血管渗透性参数和ADC值的ROC曲线，并计算AUC，以最大约登指数为最佳诊断切点值，确定诊断最佳阈值和诊断效能；应用logistic回归计算ADC值联合血管渗透性参数对PCa的诊断效能。

2 结果

2.1 影像学表现44例PCa组织样本中，多发病灶15例；病灶位于外周区30例，移行区10例，同时累及外周区和移行区4例，典型病例影像学表现见图1a-f（插页）。37例BPH组织样本中，伴有多发结节21例；病灶全部位于移行区，典型病例影像学表现见图2a-f（插页）。

2.2 两组患者血管渗透性参数及ADC值比较PCa组Ktrans、Kep、Ve均高于BPH组（均P＜0.05）；BPH组ADC值高于PCa组（P＜0.05），见表1。

表1 两组患者血管渗透性参数及ADC值比较

2.3 血管渗透性参数及ADC值诊断PCa的效能分析Ktrans、Kep、Ve和ADC值诊断PCa的灵敏度、特异度均较高（均P＜0.01），Vp无明显诊断价值（P＞0.05），见表2和图3。

表2 血管渗透性参数Ktrans、Kep、Ve、Vp和ADC值诊断PCa的效能分析

2.4 ADC值联合血管渗透性参数诊断PCa的效能分析应用logistic回归计算ADC值联合血管渗透性参数诊断PCa的效能，当2个参数联合时，Kep+ADC的诊断效能最好（AUC=0.939）；当3个参数联合时，诊断效能未见明显提高；当4个参数联合时，Ktrans+Kep+Ve+ADC的诊断效能有所提高（AUC=0.940），明显高于单个参数的诊断效能，见表3。

图3 血管渗透性参数和ADC值诊断PCa拟合的ROC曲线

表3 ADC值联合血管渗透性参数诊断PCa的效能分析

3 讨论

DCE-MRI是通过观察对比剂随时间扩散到血管外细胞外间隙的过程，从而了解肿瘤新生血管形成情况的一种成像方法。与BPH相比，PCa的新生血管具有数量多、走行乱、渗透高等特点，DCE-MRI通过定量测量病灶区域的Ktrans、Kep、Ve和Vp等血管渗透性参数，可以间接反映新生血管的数量、通透性等特点，进而评估病灶的血流动力学特征和代谢特征[4]。何为等[5]将26例PCa划分了468个分区（中央腺体癌区115个、中央腺体非癌区142个、外周带癌区68个和外周带非癌区143个），发现各分区间的Ktrans、Kep和Ve比较差异均有统计学意义，故认为DCE-MRI有助于PCa的诊断与鉴别诊断。王世威等[6]对经手术病理证实的17例中央区PCa和22例BPH患者行DCE-MRI扫描，发现Ktrans和Ve判断中央区PCa与BPH的灵敏度分别为73.4%和54.3%，特异度分别为82.7%和47.9%，认为Ktrans具有很高的诊断价值，而Ve诊断意义不大。本研究结果显示PCa组与BPH组Ktrans、Kep和Ve比较差异均有统计学意义，对PCa的诊断具有较高的灵敏度和特异度，而Vp在两组之间比较差异无统计学意义，对PCa的诊断价值不大；与相关文献报道一致[7]。Baur等[8]研究认为采用现行的评分标准和检查方法已能对PCa作出较好的诊断，DCE-MRI的应用似乎没有明显提高诊断PCa的准确性。Hoeks等[9]指出，与单独应用T2WI比较，T2WI联合DCE-MRI能提高诊断PCa的效能，但其诊断符合率仅为66%。DCE-MRI对PCa具有确切的诊断价值，但其应用价值以及不同序列优化组合方面有待进一步研究。

DWI是通过对生物组织内水分子的扩散运动特征进行成像，无创地反映水分子在活体组织中的布朗运动状态的一种成像方法，在中枢神经系统疾病的应用较为广泛，近年来亦被应用于体部肿瘤的诊断与鉴别诊断。DWI的主要评估参数是ADC值，它反映水分子扩散运动的速度和范围，与肿瘤的生长和癌变组织的侵袭性有关，ADC值越低说明该区域水分子的扩散受限程度越明显。Nagel等[10]对88例前列腺疾病患者行DWI扫描并与病理结果对照，发现前列腺炎与PCa的ADC值比较差异有统计学意义，认为DWI在无创诊断PCa方面具有较高的应用价值。Itatani等[11]对117例经手术证实为低危PCa（Gleason评分≤6分）患者行DWI检查，并应用ROC曲线分析显示ADC值诊断PCa的灵敏度和特异度分别为76.5%和81.0%，ADC值的截断值为1.04× 10-3mm2/s。Katahira等[12]将201例PCa患者的MRI表现与病理结果对照，发现T2WI结合DWI能明显提高PCa的检出率，其诊断灵敏度、特异度和AUC分别为73.2%、89.7%和0.842，指出T2WI结合DWI可作为临床筛查PCa的常规诊断序列。本研究结果显示ADC值诊断PCa的灵敏度和特异度分别为86.5%和84.1%，具有较高的诊断效能。

由于PCa在MRI上的表现形式多样，每一种MRI成像方法都有其优势和局限性，单纯依靠一种方法正确诊断PCa比较困难；而多参数联合的MRI成像可以提供前列腺解剖结构、物质代谢及组织学特性等充足信息，其在PCa诊断与疗效评估中的应用研究是当前热点。Iwazawa等[13]研究发现伴有血清PSA升高的患者，DCE-MRI联合DWI扫描对PCa的检出率优于仅DCE-MRI扫描，表明DWI诊断PCa具有较高的灵敏度和准确性，而DCE-MRI联合DWI诊断PCa的灵敏度和准确性未见明显提高。Ivan等[14]对55例PCa患者进行多参数MRI扫描，结果显示DCE-MRI的Ktrans联合DWI成像的ADC值诊断PCa的灵敏度、特异度、准确性和AUC分别为71%、86%、78%和0.79，相对于其他2种MRI检查方法联合诊断PCa，DCE-MRI联合DWI的诊断效能最高。欧洲泌尿生殖放射学会制定的诊疗指南推荐前列腺检查行多参数联合的MRI检查方法[15]。我国2014年制定的前列腺MR检查和诊断共识中指出，对常规扫描无阳性发现而临床表现高度怀疑为PCa或需对确诊的PCa进行分期时，推荐T1WI+T2WI+DWI+ DCE-MRI组合的扫描方案[4]。本研究对ADC值联合血管渗透性参数诊断PCa的效能进行分析，结果显示Ktrans+Kep+Ve+ADC诊断PCa的灵敏度、特异度均较单个参数大幅提高，尤其相对于DCE-MRI的单个血管渗透性参数提高幅度较为明显。值得注意的是，Kep+ADC诊断效能（AUC=0.939）与4个参数联合诊断效能（AUC= 0.940）相近，提示Kep、ADC可作为DCE-MRI联合DWI定量分析诊断PCa的主要参数，以提高诊断效能。

DWI扫描时间短，临床应用方便，但是空间分辨率较低；DCE-MRI空间分辨率高，但需要注入对比剂行增强扫描，存在发生不良反应的风险。DCE-MRI联合DWI定量分析通过参数的合理选择可以提高PCa的诊断效能，有利于前列腺良恶性病变的鉴别诊断，为临床提供客观、系统的影像学依据。但本研究亦存在一定的局限性：（1）部分患者在B超定位下穿刺活检，测量数值与实际病变部位可能存在误差；（2）ROI放置在病灶最大横断面，操作简单、重复性好，但未考虑其他层面的病灶组织，可能会影响数值的精准测量；（3）DWI能够无创检测活体组织中水分子的扩散运动基于高斯扩散理论，认为DWI影像信号随着b值的增加呈单指数函数衰减。实际上受细胞膜、细胞内外间隔等扩散障碍物的影响，生物组织中水分子的扩散比自由水的扩散复杂，组织中水分子的位移偏离高斯分布，一定程度上违背单指数模型，可能会降低PCa的检出率。后续将基于体素内不均一运动（IVIM）的双指数模型与基于泰勒展开式的扩散峰度成像（DKI）模型对前列腺良恶性病变的诊断价值进行深入研究，以期提高PCa的检出率和诊断效能。

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Application of quantitative DCE-MRI combined with DWI in diagnosis of prostate cancer

ObjectiveTo evaluate the application of quantitative dynamic contrast-enhanced MRI(DCE-MRI)combined with diffusion weighted imaging(DWI)in diagnosis of prostate cancer(PCa)．MethodsEighty one patients with prostate diseases,including 44 patients with PCa and 37 patients with benign prostatic hyperplasia(BPH),undergoing conventional MRI, DWI and DCE-MRI examinations were enrolled in the study．The apparent diffusion coefficient(ADC)values and the quantitative permeability parameters Ktrans、Kep、Ve、Vpof the lesions were calculated and compared between PCa patients and BPH patients．The diagnosis value of each parameter was evaluated by ROC curve,and the diagnosrtic efficiency of the ADC combined with the permeability parameters was analyzed by logistic analysis．ResultsThe Ktrans、Kep、Ve、Vpand ADC values of the malignant lesions were(2．40±1．13)min-1,(1．90±0．72)min-1,0．82±0．24,0．31±0．25 and(0．93±0．43)×10-3mm2/s,while those of the benign lesions were(1．07±1．08)min-1,(1．04±0．48)min-1,0．64±0．37,0．43±0．36 and(1．74±0．38)×10-3mm2/s,respectively．The Ktrans,Kepand Veof PCa patients were higher than those of BPH patients(P＜0．05),while the ADC of BPH patients was higher than that of PCa patients(P＜0．05)．The sensitivity of the Ktrans,Kep,Veand ADC values was 84．1%,68．2%,79．5%,86．5%and the specificity was 75．7%,86．5%,70．3%,84．1%,respectively(P＜0．05)．There was no significant difference in Vp(P＝0．211)．ADC values combined with permeability parameters in the diagnosis of PCa,Kepplus ADC presented the best diagnostic efficacy when the two parameters combined(AUC＝0．939)．The diagnostic efficacy was not significantly improved when ADC combined with the other two parameters．Ktrans+Kep+Ve+ADC had the higher diagnostic efficiency(AUC＝0．940),which was significantly higher than that of single parameter．ConclusionQuantitative DCE-MRI combined with DWI can increase the diagnostic value for PCa．The parameter Kepand ADC value can be used to improve the diagnostic efficacy,and differential diagnosis of PCa from benign hy-perplasia．

Prostate cancerDynamic contrast-enhanced MRIDiffusion weighted imaging