體素內(nèi)不相干運動MRI與DWI對前列腺癌的診斷

1.廣東醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科 (廣東 廣州 524003)

2.中山大學(xué)附屬第二醫(yī)院放射科(廣東 廣州 510120)

張楊貴1 陳珊紅1 溫志玲1何旭升1 毛家驥2 許俊麗1

體素內(nèi)不相干運動MRI與DWI對前列腺癌的診斷

1.廣東醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科 (廣東 廣州 524003)

2.中山大學(xué)附屬第二醫(yī)院放射科(廣東 廣州 510120)

張楊貴1陳珊紅1溫志玲1何旭升1毛家驥2許俊麗1

目的研究體素內(nèi)不相干運動(IVIM) MRI對前列腺癌的診斷價值，并對比其與DWI的診斷效能。方法收集接受前列腺MR平掃及10個b值IVIM掃描(b=0～800s/mm2)的患者共36例，依據(jù)經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)下穿刺活檢的病理結(jié)果分為前列腺癌組共20例，良性組共16例。在各例患者前列腺的癌區(qū)或非癌區(qū)畫取感興趣區(qū)，應(yīng)用單指數(shù)模型運算出ADC(表觀擴(kuò)散系數(shù))；應(yīng)用IVIM的雙指數(shù)模型運算出D(真實擴(kuò)散系數(shù))、D*(灌注擴(kuò)散系數(shù))與f(灌注分?jǐn)?shù))。采用非參數(shù)Mann-Whitney檢驗法對前列腺癌組與良性組的ADC、D、D*、f值進(jìn)行差異性分析。采用ROC曲線評價ADC與D的診斷效能。結(jié)果前列腺癌組的ADC值與D值均低于良性組，差異均有顯著的統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.01)；兩組間D*值與f值的差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。ADC與D的ROC曲線下面積分別為0.859與0.961。ADC值的最佳診斷閾值、敏感度和特異度分別為1.24×10-3mm2/s、93.8%和65.0%；D值最佳診斷閾值、敏感度和特異度分別為0.95×10-3mm2/s、93.8%和85%。結(jié)論IVIM MRI的D對前列腺癌的診斷效能要優(yōu)于傳統(tǒng)DWI的ADC，IVIM DWI診斷前列腺癌的具備良好的應(yīng)用前景。

體素內(nèi)不相干運動；磁共振成像；彌散加權(quán)成像；前列腺癌

前列腺癌發(fā)病率與死亡率都居于男性腫瘤的前列[1]，既往在我國的發(fā)病率較低，近年來隨著人口老齡化與生活條件的改善，在我國的發(fā)病率有明顯增加的趨勢。經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)下穿刺活檢可以明確前列腺癌的診斷，但為有創(chuàng)性檢查并會有假陰性發(fā)生。目前，MRI 是前列腺癌早期診斷及定位的最準(zhǔn)確的無創(chuàng)性檢查方法[2]，但僅憑借常規(guī)序列診斷有時存在困難。功能MRI成像技術(shù)如DWI、動態(tài)增強(qiáng)MRI及MRS能夠提高前列腺癌診斷的準(zhǔn)確性，但均有各自的局限性[3]。體素內(nèi)不相干運動(introvoxel incoherent motion，IVIM)是近幾年興起的一項新的功能MRI技術(shù)，它可以同時評價水分子的擴(kuò)散情況與微循環(huán)的血流灌注特征，對于前列腺癌的診斷具備潛在價值[4]。目前，國內(nèi)應(yīng)用IVIM診斷前列腺癌的研究較少，對比IVIM MRI與DWI對前列腺癌診斷效能的研究尚未見報道。本研究旨在闡明前列腺癌的IVIM參數(shù)特征，并對比其與傳統(tǒng)DWI的ADC的診斷效能。

1 材料與方法

1.1 研究對象收集2014年1月至2015年6月于我院接受前列腺MRI檢查的患者共36例，最大86歲，最小55歲，平均(69.5±9.8歲)，所有患者均在MRI檢查后2周內(nèi)進(jìn)行前列腺穿刺活檢。采用經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)12針前列腺穿刺術(shù)，病理診斷為前列腺癌20例，最大86歲，最小56歲，平均(70.1±9.0歲)，病理未見癌者16例，最大85歲，最小55歲，平均(68.9±11.1歲)。依據(jù)穿刺活檢結(jié)果分為前列腺癌組與良性組。

1.2 MRI掃描采用PHILIP 3.0T磁共振(Achieva 3.0T TX)，采用腹部線圈，掃描范圍包全整個前列腺。常規(guī)序列包括T2WI(軸位、壓脂矢狀位)、T1WI(軸位、冠狀位)。平掃完成即行IVIM DWI檢查，選取10個b值(0、10、20、30、50、80、100、200、400、800s/mm2)，TR=5132ms，TE=43ms，層數(shù)16，層厚3mm，層間距0.3mm，矩陣96×92，F(xiàn)OV 170mm×170mm，EPI因子51，NSA=2。掃描范圍包全整個前列腺，掃描時間約為4min 52s。

1.3 數(shù)據(jù)分析及后處理IVIM序列掃描所得數(shù)據(jù)傳至Philip 3T Workstation，選擇b=0s/mm與b=800s/mm2的數(shù)據(jù)重建出ADC圖；再采用IDL及ImageJ軟件后處理，得出D、D*與f的偽彩圖。ROI的畫取由一位具有5年盆腔MR診斷經(jīng)驗的醫(yī)生單獨進(jìn)行，前列腺癌組的ROI大小為201±52mm2，良性組的ROI大小為187±48mm2。根據(jù)12針穿刺法確診的前列腺癌或未見癌的部位，以軸位T2WI平掃圖像作為參考，在病灶最大橫徑層面于各參數(shù)偽彩圖上畫取ROI，畫取時注意避開病變的邊緣及中央壞死區(qū)，測量并記錄ADC、D、D*與f的值。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析所有的測量值均采用(χ-±s)的形式表達(dá)。采用非參數(shù)Mann-Whitney檢驗法對兩組的ADC、D、D*與f值進(jìn)行差異性分析。采用ROC曲線評價ADC 與D的診斷效能。統(tǒng)計學(xué)分析均以P＜0.05有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 前列腺癌組與良性組的ADC值與各IVIM參數(shù)值及差異性分析結(jié)果前列腺癌組的ADC值與D值均小于良性組，差異均有顯著的統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.01)；前列腺癌組的D*值與f值與良性組的差異沒有統(tǒng)計學(xué)差異(P＞0.05)，見表1。前列腺癌與良性組織在ADC圖與D圖上的表現(xiàn)有顯著差別，在D*圖與f圖上的表現(xiàn)則無顯著差別，見圖1-10。

表1 前列腺癌組與良性組的ADC, D, D*與f值以及差異性分析結(jié)果

2.2 ADC 與D診斷效能的對比結(jié)果ROC分析表明，ADC值與D值的曲線下面積分別為0.859 與0.961，可見D的診斷效能優(yōu)于ADC。根據(jù)敏感度與特異度之和的最大值選定D值的最佳診斷閾值為0.95×10-3mm2/s，該閾值時診斷前列腺癌的敏感度和特異度分別為93.8%和85.0%；ADC值的最佳診斷閾值為1.24×10-3mm2/s，該閾值時診斷前列腺癌的敏感度和特異度分別為93.8%和65.0%，見圖11。

3 討 論

MRI是目前診斷前列腺癌并評估其侵犯范圍最準(zhǔn)確的影像學(xué)方法。T2WI上發(fā)生于外周帶的前列腺癌呈低信號，易于與高信號的外周帶相區(qū)分，但炎癥等非癌性病變亦可表現(xiàn)為低信號，這時僅依靠T2WI診斷存在困難。功能MRI技術(shù)如DWI、動態(tài)增強(qiáng)MRI及MRS可以提高前列腺癌診斷的敏感性與特異性，但均有各自的局限性。前列腺癌ADC值減低。然而許多非癌性病變也會有類似表現(xiàn)。動態(tài)增強(qiáng)MRI上，前列腺癌組織的時間-信號強(qiáng)度曲線多表現(xiàn)為快進(jìn)快出，然而，發(fā)生于移行帶上的BPH亦富于血管，亦可有類似表現(xiàn)[5]。MRS檢查主要通過前列腺組織中的枸緣酸鹽(Cit)、膽堿(Cho)、肌酐(Cr)的波峰及Cho+ Cr/Cit比值來診斷。不足之處是移行帶癌代謝對比率變化很大，與良性前列腺增生之間可能會有重疊[6]。此外，MRS檢查時間長，少許運動偽影就會嚴(yán)重影響結(jié)果。體素內(nèi)不相干運動(introvoxel incoherent motion，IVIM)理論由Lebihan等于上世紀(jì)80年代提出，近年來隨著MR軟、硬件技術(shù)的大力發(fā)展又重新引起關(guān)注，該技術(shù)能同時反映水分子的布朗運動情況與微循環(huán)的血流灌注特征在多個部位都展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景[7]。

我們的研究表明，前列腺癌的D值與ADC值均較良性組織低，差異均有顯著的統(tǒng)計學(xué)意義。分析其原因，腫瘤細(xì)胞緊密排列，導(dǎo)致細(xì)胞間隙減小，水分子擴(kuò)散受限。此外，腫瘤細(xì)胞上的鈉鉀泵功能減退，Na+、Cl-進(jìn)入細(xì)胞增加，K+泵出細(xì)胞減少，導(dǎo)致細(xì)胞水腫，也會導(dǎo)致水分子擴(kuò)散受限[8]。而水分子擴(kuò)散受限時表現(xiàn)為D值與ADC值減低。通過ROC曲線分析，我們進(jìn)一步得出結(jié)論：D值的診斷效能優(yōu)于ADC值。其原因可能是單指數(shù)模型運算所得的ADC值受到了血流灌注因素的影響。D*被稱為灌注系數(shù)，f被稱為灌注分?jǐn)?shù)，我們的研究種前列腺癌與良性組織之間D*值與f值的差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義。這一結(jié)果與萬燕紅等[9]的結(jié)果相仿。分析其原因，前列腺癌組織具有異質(zhì)性，發(fā)生于不同解剖區(qū)域及分化程度不同的癌組織D*值與f值可能有差異，可能會與前列腺良性組織有重疊。此外，D*與f對圖像信噪比的要求很高，很容易受到運動偽影及鄰近結(jié)構(gòu)的影響。

綜上所述，IVIM的D值對于前列腺癌的診斷效能優(yōu)于傳統(tǒng)DWI的ADC值，IVIM MRI診斷前列腺癌具有良好的應(yīng)用前景。

[1]趙全澤.3.0磁共振彌散加權(quán)成像(DWI)及波譜分析(MRS)在前列腺癌的診斷效果分析[J].中國CT和MRI雜志,2014,12(9):55-58.

[2]章緒輝,全顯躍,路世龍,等.DWI 和ADC圖在前列腺癌診斷中的應(yīng)用研究[J].中國CT和MRI雜志,2014,12(8):66-78.

[3]Sankineni S,Osman M,Choyke PL.Functional MRI in prostate cancer detection[J]. Biomed Res Int, 2014:590-638.

[4]Shinmoto H,Tamura C,Soga S,et al.An Intravoxel Incoherent Motion Diffusion-Weighted Imaging Study of Prostate Cancer[J]. American Journal of Roentgenology,2012,199(4):W496-W500.

[5]Zhang X,Quan X,Lu S,et al. The clinical value of dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging at 3.0T to detect prostate cancer[J]. J Int Med Res,2014,42(5):1077-1084.

[6]Panebianco V,Sciarra A, Marcantonio A,et al. Conventional imaging and multiparametric magnetic resonance (MRI,MRS,DWI,MRP) in the diagnosis of prostate cancer[J].Q J Nucl Med Mol Imaging,2012,56(4):331-342.

[7]Le Bihan D.Intravoxel Incoherent Motion Perfusion MR Imaging: A Wake-Up Call[J]. Radiology,2008,249(3):748-752.

[8]葉錦棠,蔡文超,王岳,等. 體素內(nèi)不相干運動擴(kuò)散加權(quán)成像對前列腺癌的診斷價值[J].放射學(xué)實踐,2014(5):474-476.

[9]萬紅燕,畢蕓祺,衣巖,等.基于體素內(nèi)不相干運動的MR擴(kuò)散加權(quán)成像對前列腺癌診斷價值的初步研究[J].磁共振成像,2015(6):445-449.

(本文編輯: 唐潤輝)

Investigation of Prostate Cancer: Intravoxel Incoherent Motion MRI Versus Conventional Diffusion Weighted Imaging

ZHANG Yang-gui, CHEN Shan-hong, WEN Zhi-ling, et al．, Department of Medical Imaging, The Second Affiliated Hospital of Guangdong Medical College, Zhanjiang 524003, Guangdong Province, China

ObjectiveTo evaluate the ability of the intravoxel incoherent motion (IVIM) MRI to differentiate prostate cancer from benign tissue, and to compare its diagnostic performance with conventional diffusion-weighted imaging (DWI)．MethodsConventional MRI and IVIM MRI (b=0～800s/mm2) were performed in 36 patients．Regions of interest were drawn in cancerous tissue of 20 patients and benign tissue of 16 patients proved by transrectal ultrasound guided prostate biopsy and fitted to a monoexponential model [yielding the apparent diffusion coefficient (ADC)] and the IVIM signal equation (yielding the diffusion constant D, the pseudodiffusion coefficient of perfusion D?and the perfusion fraction f)． Mann-Whitney tests were performed to evaluate statistical differences of ADC, D, D?and f between prostate cancer and benign tissue． Receiver operating characteristic (ROC) analysis were utilized for diagnostic performance of ADC and D．ResultsADC values and D values were significantly lower (P＜0．01) in cancerous tissue． Area under the curve (AUC) of ADC and D was 0．859 and 0．961, respectively． The best diagnostic threshold, sensitivity and specificity for ADC was 1．24×10-3mm2/s, 93．8% and 65．0%, meanwhile, 0．95×10-3mm2/s, 93．8% and 85% for D．ConclusionD of IVIM DWI provides better diagnostic performance than ADC of conventional DWI, IVIM DWI holds potential for investigation of prostate cancer．

Introvoxel Incoherent Motion; Magnetic Resonance Imaging; Diffusion Weighted Imaging; Prostate Cancer

R445.2

A

10.3969/j.issn.1672-5131.2016.03.024

張楊貴

2016-02-05