多参数磁共振成像在前列腺癌中的临床应用进展

叶琪萌，陈爱华，张婷婷，王梦莉，林倩

（三峡大学人民医院·宜昌市第一人民医院放射科，湖北 宜昌 443000）

0 引言

据世界癌症报告数据显示，前列腺癌（Prostate cancer,PCa）已成为男性泌尿系统发病率最高的肿瘤性病变，在男性恶性肿瘤发病率排名第六[1]。目前，随着老龄化人口数量增加、生活方式的改变，使得我国PCa的发病率呈现出逐步递增的趋势[2]。由于前列腺癌起病隐匿、潜伏期长,在初诊时多数患者已处于中晚期，导致我国前列腺癌患者总体预后远差于西方发达国家。因此，早筛、早诊对于提高患者5年生存率至关重要。

目前临床上常用的前列腺疾病的检查手段有：磁共振成像（magnetic rosonance imaging,MRI）、血清前列腺特异性抗原（Prostate-specific antigen,PSA）测定、直肠指检（Digital rectal examination,DRE），经直肠超声引导下穿刺活检(TRUS)。到目前为止，在血清PSA和/或DRE后，进行经TRUS引导下的前列腺活检一直是前列腺癌的传统诊断途径[3]。然而，Mottet等[4]学者的研究表明，对血清PSA水平升高的男性进行12针TRUS引导的活检，有较高的假阴性率。因此，需要改进前列腺癌的诊断途径，以减少对临床显著癌的漏诊和对临床不显著癌的过度诊断。

多参数磁共振成像（multi-parametric magnetic rosonance imaging,mpMRI） 是前列腺癌诊断、肿瘤定位和分期最准确的影像学方法，可以提供有关前列腺形态、代谢和细胞变化的信息，以及反映组织血管分布并将其与肿瘤侵袭性相关联，在初治患者的风险分层、低风险患者的主动监测以及明确治疗后的复发监测中发挥着关键作用[5]。

本文从mpMRI的基本原理和临床应用入手，介绍了mpMRI在前列腺癌诊断、引导靶向穿刺、分期及随访中的应用现状，并对该技术在前列腺癌中的应用前景进行了展望。

1 mp-MRI 技术

多参数磁共振成像（mpMRI）包括扩散加权成 像（diffusion weighted imaging，DWI）、动 态 增 强MRI（dynamic contrast-enhanced MRI, DCE-MRI）、磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy,MRS）、扩散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）、扩散峰 度 成 像（diffusion kurtosis imaging, DKI）、MR弹性成像（MR elastograph, MRE）、体素内不相干运动（introvoxel incoherent motion, IVIM）。尽管目前有越来越多的新技术运用于前列腺疾病的研究，但T2WI、DWI和DCE-MRI结合的3.0T MR被认为是检查前列腺疾病最先进的技术[6,7]。在2015年北美放射学年会上，美国放射学会、欧洲泌尿生殖放射学会和AdMeTech共同发表了第2版前列腺影像报告与数据系统（the prostate imaging reporting and data system，PI-RADS V2），并提出完整的PI-RADS评分需要mpMRI，包括常规序列（T1、T2）以及功能序列（DWI、DCE-MRI）[8]。

1.1 T1WI

T1加权成像主要用于评估区域淋巴结和骨结构，特别是检测出血方面有独特的优势。由于癌性病变和出血都可以在T2WI上表现出低信号区域。然而，只有出血会在T1WI中显示为具有高信号强度的区域，此序列可用于排除T2WI的假阳性结果[9]。

1.2 T2WI

T2加权成像是前列腺mpMRI的基本序列，它提供了高度清晰的前列腺带状结构的解剖图像，具有极好的软组织对比度[10]。T2加权成像反映了组织的水分含量，这与细胞密度有关。在正常前列腺中，由于腺体组织含量较高，外周带在T2WI呈均匀高信号。而前列腺癌细胞密度高，含水量低，因此显示为低信号。移行区和中央区通常被称为“中央腺体”，在T2WI上检测中央腺体区癌性病灶较为困难[11]。此外，前列腺良性疾病（例如出血、萎缩、前列腺增生、钙化和慢性前列腺炎），它们也可能在T2WI上显示为低信号强度区域，从而导致假阳性结果。一项荟萃分析报告了单独使用 T2加权成像对 PCa 定位的总体敏感性和特异性分别为0.57-0.62和0.74-0.78[12]。由于敏感性和特异性不高，T2WI需要与其他功能成像技术（如DWI和DCE成像）相结合，以提高诊断性能。

1.3 DWI

DWI可以反映活体组织内水分子随机运动程度[13]。它受细胞环境的影响，在正常前列腺组织中，由于组织内的细胞结构完整，细胞外间隙正常，水分子可以自由运动，但在癌性前列腺组织中，由于腺上皮体积增大和细胞密度增高，组织间隙变小，水分子的运动受到强烈抑制，在 DWI 图上显示为高信号。b值是DWI的基础，DWI表示扩散敏化梯度的强度，以秒/平方毫米为单位测量。高b值设置可以抑制良性前列腺组织，并增加正常和异常前列腺组织之间的对比度[14]。最新的PIRADS v2.1建议在b值为1400-2000s/mm2的情况下获取图像[15]。然而，高b值条件下，例如当b值为2000s/mm2时，图像信噪比明显降低，不利于组织结构的识别,表观扩散系数(ADC) 图旨在通过计算至少两个不同的 b 值来克服这种情况。在图像上，弥散受限的区域在DWI上表现为高信号，在ADC图上表现为低信号。PCa组织往往细胞密度较高，导致水分子扩散受阻，在DWI上显示高信号和ADC图的低信号[16]。

1.4 DCE-MRI

DCE-MRI是建立在流动效应基础上的一项MR成像技术，由静脉注射钆造影剂之前、期间和之后的一系列连续快速T1图像组成。这种方法可以根据恶性和非恶性前列腺组织摄取和排出造影剂的速度、强度差异，来评估肿瘤血管生成状况[17]。早期显著强化是前列腺癌的特征性表现。然而，其他良性疾病(如增生性结节和前列腺炎)可能具有这些特征，因此易出现假阳性结果。据报道，DCEI单独检测前列腺癌的敏感性和特异性分别为46%-90%和74%-96%[18]。由于检查成本及扫描时间增加，DCEI的使用目前仍有争议，Cosma等[19]人的研究认为，与非增强序列相比，DCEI没有显示出显著的附加诊断价值且特异性较低。但不少研究表明，当T2WI和DWI不明确或受伪影影响时，DCEI变得尤为重要[20]。在最近的一些研究中，DCE-MRI定量测量各病变的容积转运速率常数(Ktrans)、返流速率常数(Kep)、血管外间隙容积分数(Ve)和血浆容积分数(Vp)，可以间接反映新生血管的数量和血管通透性，进而评估病变的血流动力学和代谢特征[21]。

2 mpMRI在前列腺癌中的临床应用

2.1 诊断及鉴别诊断

到目前为止，评估mpMRI诊断准确性与金标准TRUS活检一致性的最著名的多中心试验是2017年前列腺MRI成像研究(PROMIS)[22]。研究者们发现mpMRI比TRUS活检具有更高的敏感性和阴性预测值，通过使用mpMRI作为分诊试验，有25%的高危男性可以避免活检。利用这项研究中描述的模型，mpMRI可以取代活检，成为一种更准确、侵入性更小的前列腺癌检测方法，而活检可以作为治疗前的确诊手段。

依赖MRI形态学信息对前列腺疾病进行良、恶性鉴别仍存在一定的困难，目前，磁共振在前列腺疾病中的应用已经从定性分析逐渐发展到定量分析。定性分析即在注射对比剂后通过在病灶最显著部位勾画感兴趣区（ROI），观察时间－信号强度曲线（ SI-T）类型对疾病进行判断，前列腺增生（BPH）通常表现为Ⅰ型（缓慢上升型）曲线，PCa通常表现为Ⅲ型（速升速降型）曲线，然而，BPH和PCa都可以表现为Ⅱ型（平台型）曲线，这会影响诊断结果的准确性[23]。定量研究即在DCE-MRI和DWI的基础上分别从血管渗透性和活体水分子扩散特点等方面对前列腺病变进行分析，得出Ktrans、Kep、Ve和ADC值。大量研究表明，PCa的Ktrans、Kep、Ve值均明显高于BPH、而ADC值明显低于BPH[24]。

Boesen等[25]的研究结果表明，PCa与BPH的ADC值诊断临界值为0.91×10-3s/mm，即当测得感兴趣区ADC值小于0.91×10-3s/mm时，诊断结果更倾向于PCa。因此，ADC值、Ktrans、Kep联合分析能够提高对前列腺疾病的诊断准确性。

2.2 经mpMRI引导下靶向穿刺

欧洲泌尿外科协会 (EAU) 推荐使用诊断PCa的金标准是在经直肠超声引导下进行10到12针系统活检，适应证为直肠指检阳性或达到PSA临界值[26]。然而，仅根据这些适应证进行系统活检会增加假阴性结果的发生率和临床不显著癌的检出率，导致过度诊断和过度治疗。因此，需要事先进行成像评估。相较于其他检查手段，mpMRI对前列腺癌的诊断特异性和敏感性有了显著提高，更有利于进行定位和定性诊断。Russo等[27]的研究显示，mpMRI对前列腺临床显著癌的诊断敏感度高达93.3%。经mpMRI引导下靶向活检是一种新兴的技术，它在诊断临床显著癌方面提供了必要的改进，并降低了临床无意义癌的检出率，为主动监测和局部治疗提供了更准确的选择[28]。此外，mpMRI靶向活检减少了穿刺针数，30天的并发症发生率较低，在穿刺过程中显示穿刺针及病灶精确位置，对于小病灶的漏诊率也明显降低[29]。但经mpMRI引导下靶向穿刺具有一定局限性，由于穿刺操作时间较长、与MR仪器兼容的穿刺设备价格昂贵，这种方法未能在临床大规模开展[30]。

2.3 预测恶性程度

PCa的治疗选择和预后与T分期密切相关。以往T2WI用于前列腺癌患者的分期，重点是评估是否存在前列腺外侵犯。随着DWI和DCE-MRI的发展，mpMRI的临床实用性得到了提高。mpMRI不仅帮助确定病灶是否存在前列腺外受累，也有助于识别异常淋巴结和盆腔骨骼转移[31]。在过去的十年中，多项研究已经证明了DCE-MRI在前列腺癌的诊断和定位方面的优势，特别是检测中高危患者是否存在包膜侵犯[32]。到目前为止，鲜有研究尝试用DCE-MRI对包膜侵犯进行定量评估。Sertdemir等[33]研究者通过去卷积分析计算出的DCE-MRI定量参数，以区分包膜浸润（capsular infiltration，CI）、囊外延伸（exctracapsular extension，ECE）和非ECE。该研究表明，血浆流量（plasma flow，PF）增高反映了肿瘤内微血管密度(microvessel density，MVD)的增高，MVD被认为是恶性组织中新生血管生成的标志，MVD与临床/病理分期、转移和组织学分级以及治疗后某些疾病发生发展相关，也与CI和ECE发生率相关。因此，DCE-MRI定量参数在诊断包膜侵犯中具有不依赖主观判断的风险评估潜力。DWI对PCa的定位和局部分期也有额外的优势，大量研究证明了术前DWI计算的肿瘤ADC值与最终病理的Gleason评分显著相关，ADC值越低，肿瘤恶性程度越高[34]。总而言之，DCE-MRI与DWI对预测前列腺癌病理分期均具有一定价值，定量参数Ktrans、Kep、Ve和ADC值与前列腺癌病理分期存在相关性，但DCE-MRI对前列腺癌恶性程度评估优于DWI[35]。

2.4 指导手术

保留神经根治性前列腺切除术是目前临床局限性前列腺癌的治疗标准，但对于低到中等风险的前列腺癌患者，局部治疗成为了一种越来越受欢迎的治疗选择。局部治疗的目标是破坏前列腺癌的特定区域，同时保留周围的良性组织，最大限度地减少对周围重要结构的附带损害，例如：括约肌、膀胱颈和神经血管束，并更好地保留功能，从而降低全腺体治疗比率[36]。包膜外侵犯及精囊浸润的存在对能否进行局部治疗有决定性作用，MRI是进行非侵入性预测最准确的方法，mpMRI出现使泌尿科医生能够对病灶进行精准定位、估计局部消融体积、确定病灶适当的治疗边界以及微创治疗期间的实时监测[37]。此外，mpMRI在局部治疗后的随访中也很重要，尽管目前相关研究的数量较少，但有研究表明DCE序列为局部治疗后随访的主要序列[38]。在PCa局部治疗被广泛采用之前，需要进一步研究提供更多证据。

2.5 监测复发

PI-RADv2.1被用于评价原发癌症，然而目前没有用于治疗后评估的评分系统。血清前列腺特异性抗原水平是监测整个腺体治疗后情况的重要工具，然而，局部治疗后由于残留的前列腺实质会继续产生一些PSA，因此这一指标并不可靠。前列腺的多参数磁共振成像可能在复发性前列腺癌的评估中发挥关键作用[39]。由于新血管形成，前列腺癌复发在静脉期通常表现出快速强化和快速廓清，因此，与单独的T2WI相比，将T2WI图像与DCEMRI序列相结合时，整体图像性能有所提高[40]，Alonzi等[41]认为因Ktrans值主要反映肿瘤微血管生成情况及血管渗透性，因此在进行雄激素剥夺治疗后病灶Ktrans值减小提示肿瘤组织内微血管密度减小，研究结果表明，对前列腺癌患者进行雄激素剥夺治疗3个月后，68%患者Ktrans 值发生显著改变，提示DCE-MRI可作为前列腺癌内分泌治疗后疗效监测的有效方法。此外，Wu等[42]的研究表明，PCa放射治疗后ADC值显著升高，这说明ADC值可以用来评价前列腺癌放化疗的疗效，因此DWI对治疗后随访、监测复发病灶具有较高的价值。

3 小结

综上所述，mpMRI克服了其他影像技术存在的不足，极大地改善了前列腺癌的诊断途径和治疗方法,不仅能在诊断、分期、指导手术中提供可靠信息，同时对治疗效果评估及监测复发方面也发挥重要作用，已在多种临床环境中显示出重要价值。随着MR设备的升级及软件技术的开发，靶向穿刺的临床应用将会逐步实现。将mpMRI技术与人工智能结合，将是未来的研究热点。