3.0T前列腺体素内不相干运动DWI的b值优化研究

曹梦姣， 赵文露， 魏超刚， 王君鑫， 温茹， 武江芬， 曹鹏， 沈钧康

前列腺癌(prostate cancer，PCa)是男性泌尿系统常见的恶性肿瘤之一。世界范围内，PCa的发病率在男性所有恶性肿瘤中位居第二位[1]，在中国等亚洲国家，伴随人口总数增长、人口老龄化和人们生活习惯的改变，其发病率逐年上升[2]。

体素内不相干运动(intravoxelincoherentmotion，IVIM)成像由Le Bihan等[3]于20世纪80年代首次提出，基于对磁共振图像体素中水分子的微观运动反映的真实性。以往研究表明IVIM-DWI参数较单指数模型DWI所得ADC值能提高鉴别良、恶性组织的准确性[4]。在活体生物组织中，这些运动包括水分子的真性扩散及微循环灌注形成的假性扩散[3,5]。

IVIM-DWI基于双指数模型，在施加足够不同b值进行DWI采样时，采用最小二乘法求解，试图避开血液灌注及组织内单纯水分子运动的影响，获得微循环灌注信息[6]，计算出扩散系数D(纯水分子扩散效应)、灌注分数f(微循环所致的灌注效应占总体扩散效应的容积比率)和伪扩散系数D*(微灌注所致的扩散效应)。然而在临床常规多参数磁共振成像(multiparametric MRI,Mp-MRI)检查中，b值是影响扩散效应的一个重要因素，b值越高，扩散效应越明显，目前就前列腺DWI的b值设置尚未达成共识[7]。多b值IVIM序列扫描需延长扫描时间，在临床常规应用中受到了限制，因此优选出一组扫描耗时相对较短，同时又满足临床诊断要求的b值组合尤为重要。本研究旨在对前列腺IVIM-DWI检查的不同b值组合进行分析，以期获得既能缩短扫描时间，又能保持IVIM-DWI定量参数诊断价值的b值组合。

材料与方法

搜集本院2015年2月-2015年11月间行前列腺常规MRI和IVIM-DWI扫描并经穿刺病理证实的47例前列腺疾病患者，其中前列腺癌23例，良性前列腺增生24例，患者年龄62～81岁，平均(64.24±3.63)岁。

病例纳入标准：①具有完整的临床资料及IVIM-DWI扫描图像，扫描参数保持一致；②均经直肠超声引导下前列腺系统穿刺活检证实为前列腺癌或良性前列腺增生；③MRI检查前(间隔6周以上)未进行前列腺穿刺活检和相关治疗；均在MRI检查后4周内获得穿刺病理结果。

采用Philips Ingenia 3.0T扫描仪行前列腺MRI检查，接收线圈为32通道腹部相控阵线圈，行常规MRI和IVIM-DWI检查。IVIM-DWI扫描参数：TR 6000 ms，TE 77 ms，视野260 mm×260 mm。设置四组不同的b值组合，分别为：①b值分别取0、10、100、200、1000 s/mm2(A组)，扫描时间为3 min 18 s；②b值分别取0、10、50、100、200、1000 s/mm2(B组)，扫描时间为3 min 54 s；③b值分别取0、10、20、50、100、200、1000 s/mm2(C组)，扫描时间为4 min 30 s；④b值分别取0、10、 20、50、100、200、500、1000 s/mm2(D组)，扫描时间为5min 42 s。

将得到的IVIM-DWI原始数据导入后处理软件Firevoxel，根据穿刺病理结果，在前列腺癌患者所获IVIM图像上的前列腺癌区横断面面积最大层面设置3处兴趣区(ROI)，在前列腺增生患者所获IVIM图像上的横断面面积最大层面，分别在移行带非癌区和外周带非癌区设置3处ROI，勾画ROI时尽量避开尿道、出血、结石、血管等区域，且ROI大小尽量保持一致。同一病例四组不同b值IVIM图像上的ROI设置位于同一层面同一位置。分别应用IVIM模型对四组b值所得图像进行后处理,在前列腺癌区、移行带非癌区和外周带非癌区测量得到相应的D值、f值和D*值，取3处ROI测量的平均值作为最终的各定量参数值(图1)。

采用SPSS 21.0统计软件进行统计学分析。采用方差分析比较前列腺癌区、移行带非癌区、外周带非癌区三者间四组不同b值测得的D值、f值、D*值差异是否具有统计学意义；如该参数值在前列腺癌区、移行带非癌区、外周带非癌区之间差异有统计学意义，则继续采用LSD-t检验进行两两比较。以P<0.05为差异有统计学意义。

图1 前列腺癌患者。a) DWI(b值=1000s/mm2)图像示癌区ROI； b) 前列腺癌区ROI的D值伪彩图； c) 前列腺癌区ROI的f值伪彩图； d) 前列腺癌区ROI的D*值伪彩图； e) 病理图 Gleason评分为3+4分。

表1 四组IVIM-DWI测得的D、f和D*值在癌区与非癌区之间的差异性结果

结 果

1.病理结果

47例患者中前列腺癌23例，良性前列腺增生24例，前列腺癌区共23个，移行带非癌区共21个,外周带非癌区共17个。

2.四组IVIM-DWI各参数在癌区与非癌区之间的差异性分析结果

四组IVIM-DWI测得的D值在前列腺癌区、移行带非癌区、外周带非癌区之间差异有统计学意义(P<0.05)；而四组IVIM-DWI测得的f值、D*值在前列腺癌区、移行带非癌区、外周带非癌区之间差异均无统计学意义(P值均>0.05，表1)。

3.四组IVIM-DWI测得的D值在前列腺癌区、移行带非癌区、外周带非癌区间的两两比较结果

四组IVIM-DWI测得的D值在前列腺癌区与移行带非癌区之间差异有统计学意义(P<0.05)，且移行带非癌区高于前列腺癌区；D值在前列腺癌区与外周带非癌区之间差异有统计学意义(P<0.05)，从均值差来看，外周带非癌区对应的D值高于前列腺癌区；D值在移行带非癌区与外周带非癌区之间差异有统计学意义(P<0.05)，从均值差来看，外周带非癌区对应的D值高于移行带非癌区(表2)。

表2 四组IVIM-DWI测得的D值在不同区域间的均值差

注：*P<0.05。

讨 论

1.前列腺IVIM-DWI的b值选择

Pang等[8]在前列腺IVIM-DWI研究时采用了5个b值(0、188、375、563和750 s/mm2)的不同组合，评价各b值组合所测参数值在前列腺Mp-MRI中的应用价值，研究结果表明IVIM各参数值可因b值不同而发生相应变化。

本研究对8个b值(0、10、20、50、100、200、500、1000 s/mm2)分成四组行前列腺IVIM-DWI扫描所获的IVIM参数中，f值和D*值在前列腺癌区、移行带非癌区、外周带非癌区间的差异均无统计学意义(P>0.05)，f值在以往文献中稍有争议，Döpfert等[9]所测得的前列腺癌区f值明显低于非癌区(P<0.05)，而Shinmoto[10]等则认为f值在前列腺癌区与良性增生区间差异无统计学意义(P>0.05)。本研究结果显示D值在前列腺癌区与移行带非癌区、前列腺癌区与外周带非癌区、移行带非癌区与外周带非癌区间差异均有统计学意义(P<0.05)，这与以往文献的研究结果相符[8,10,11]，其原因是肿瘤组织内细胞密度较大、细胞排列紊乱、细胞核质比及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，即水分子的真性扩散明显受限，导致代表单纯水分子扩散的D值降低，其降低程度大于非癌组织。本研究中四组IVIM-DWI扫描所测得的移行带非癌区的D值均低于外周带非癌区，且两者间差异具有统计学意义(P<0.05)，究其原因可能为本组研究的纳入对象均为60岁以上男性，移行带存在不同程度的良性增生，增生区细胞特别是基质及纤维成分增加，局部增生组织致密，水分子的真性扩散相应受限，使得代表单纯水分子扩散的D值降低，而外周带非癌区的腺体组织富含水分，水分子的真性扩散并未受到限制，故而导致两者间的D值产生差异。

本研究结果表明采用的四种b值组合进行前列腺IVIM-DWI扫描所测得的D值均可为作为评价指标，为前列腺癌组织、移行带非癌组织、外周带非癌组织间的鉴别诊断提供量化评价依据。以往的前列腺IVIM-DWI研究中，b值的数量在5～10个之间[8,10]，但较多的b值需要较长的采集时间，影响临床工作效率。本研究中A组的b值数量为5个(0、10、100、200、1000s/mm2),可达到鉴别诊断前列腺癌区、移行带非癌区、外周带非癌区的要求，且扫描时间最短，为3分18秒，较D组的图像采集时间(5分42秒)减少了42%，建议在临床前列腺IVIM-DWI扫描中使用。

本研究结果显示，f值和D*值在前列腺癌区、移行带和外周带非癌区间的差异均无统计学意义(P>0.05)，不能作为前列腺癌组织与非癌组织的鉴别诊断指标。这可能与f值、D*值测量的可重复性差有关[12]，也可能由于f值和D*值为灌注相关参数，对管道结构内液体的流动及腺体分泌较敏感[10]。

2.本研究的不足和展望

本研究的不足之处：①纳入患者均经穿刺活检病理证实，前列腺尖部病变和早期侵袭性低的微小癌灶易被漏穿，可导致病理结果的假阴性；②未行前列腺大切片与其MRI图像的对照研究，仅以穿刺病理结果作为最终诊断，而穿刺活检病理与MRI图像间的匹配难以达到理想的拟合度；③由于扫描时间和后处理软件的限制，所选b值数量受到一定的限制。由于目前IVIM-DWI技术在前列腺疾病诊断中的应用尚不成熟，缺乏公认的b值组合设置标准和统一的IVIM-DWI后处理软件，笔者在今后的工作中将针对上述不足完善设计，增大样本量，作进一步的深入研究。