馬向征 王世威 許茂盛 喻迎星 呂錕 龐佩佩
DCE-MRI聯(lián)合DWI定量分析在前列腺癌診斷中的應(yīng)用價(jià)值
馬向征 王世威 許茂盛 喻迎星 呂錕 龐佩佩
目的探討動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)磁共振成像(DCE-MRI)聯(lián)合彌散加權(quán)成像(DWI)定量分析在前列腺癌(PCa)診斷中的應(yīng)用價(jià)值。方法選取81例前列腺疾病患者,其中PCa44例、良性前列腺增生(BPH)37例,均行常規(guī)MRI、DWI和DCE-MRI檢查,測(cè)量并比較兩組患者病灶區(qū)域的血管滲透性參數(shù)(Ktrans、Kep、Ve、Vp)和表觀擴(kuò)散系數(shù)(ADC)值;應(yīng)用ROC曲線分析以上參數(shù)診斷PCa的效能,應(yīng)用logistic回歸計(jì)算ADC值聯(lián)合血管滲透性參數(shù)診斷PCa的效能。結(jié)果PCa組Ktrans、Kep、Ve、Vp和ADC值分別為(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組分別為(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組Ktrans、Kep、Ve均高于BPH組(均P<0.05),BPH組ADC值高于PCa組(P<0.05)。Ktrans、Kep、Ve和ADC值診斷PCa的靈敏度分別為84.1%、68.2%、79.5%和86.5%,特異度分別為75.7%、86.5%、70.3%和84.1%(均P<0.05);Vp無(wú)明顯診斷價(jià)值(P=0.211)。ADC值聯(lián)合血管滲透性參數(shù)診斷PCa的效能分析,當(dāng)2個(gè)參數(shù)聯(lián)合時(shí),Kep+ADC的診斷效能最好(AUC=0.939);當(dāng)3個(gè)參數(shù)聯(lián)合時(shí),診斷效能未見(jiàn)明顯提高;當(dāng)4個(gè)參數(shù)聯(lián)合時(shí),Ktrans+Kep+Ve+ADC的診斷效能有所提高(AUC=0.940),明顯高于單個(gè)參數(shù)的診斷效能。結(jié)論DCE-MRI聯(lián)合DWI定量分析在PCa診斷中具有較高的應(yīng)用價(jià)值,Kep和ADC值可作為診斷PCa的主要參數(shù),以提高PCa的診斷效能和前列腺良惡性病變的鑒別診斷。
前列腺癌動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)磁共振成像彌散加權(quán)成像
前列腺癌(prostate cancer,PCa)是目前全世界范圍內(nèi)老年男性發(fā)病率最高的惡性腫瘤[1]。我國(guó)PCa發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)[2],已成為危害老年男性生命健康的重要疾病。MRI是診斷PCa的最佳影像學(xué)檢查方法,但傳統(tǒng)的MRI檢查技術(shù)缺乏特異性,且診斷準(zhǔn)確性不高。多模態(tài)MRI在無(wú)創(chuàng)的前提下,可以提供病變血流灌注、水分子擴(kuò)散特性及物質(zhì)代謝等信息,對(duì)PCa的診斷和鑒別診斷、惡性程度的分級(jí)、療效及預(yù)后評(píng)估等具有重要的應(yīng)用價(jià)值[3]。動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)磁共振成像(dynamic contrast-enhanced MRI,DCE-MRI)可以提供腫瘤血管滲透性方面的定量分析參數(shù),但是部分參數(shù)的準(zhǔn)確性還在探索中;彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI)能對(duì)PCa組織結(jié)構(gòu)及細(xì)胞特性進(jìn)行定量分析,但易受磁化偽影干擾而產(chǎn)生變形。本文就DCE-MRI聯(lián)合DWI定量分析在PCa診斷中的應(yīng)用價(jià)值作一探討,現(xiàn)報(bào)道如下。
1.1 對(duì)象選擇2014年10月至2016年1月因前列腺特異性抗原(PSA)升高而臨床懷疑PCa的患者81例,年齡52~96(73±9)歲。均經(jīng)常規(guī)MRI、DWI和DCEMRI檢查,1周內(nèi)經(jīng)穿刺活檢或手術(shù)病理證實(shí)為PCa44例,年齡59~85(74±7)歲;良性前列腺增生(BPH)37例,年齡52~96(72±11)歲;兩組患者年齡比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。納入標(biāo)準(zhǔn):(1)無(wú)MRI檢查禁忌證;(2)MRI檢查前未經(jīng)過(guò)內(nèi)分泌、放療等非手術(shù)治療;(3)MRI檢查前1個(gè)月內(nèi)未進(jìn)行過(guò)前列腺穿刺活檢。本研究獲得醫(yī)院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn),所有患者均簽署知情同意書(shū)。
1.2 方法
1.2.1 檢查方法使用3.0T超導(dǎo)磁共振掃描儀(Verio,德國(guó)Siemens公司),采用16通道體部相控陣表面線圈?;颊邫z查前禁食、禁水4h,以減少腸道內(nèi)容物的影響;檢查時(shí)排空膀胱,消除膀胱蠕動(dòng)偽影。取患者仰臥位、腳先進(jìn),掃描中心位于恥骨聯(lián)合上方約2cm處;被檢查者佩戴專用耳機(jī),以減少噪音的影響。(1)常規(guī)掃描采用快速翻轉(zhuǎn)恢復(fù)壓脂序列橫斷位T2WI、矢狀位T2WI和冠狀位T2WI,掃描參數(shù):TR 4 000ms,TE 96ms,層厚3mm,F(xiàn)OV 240mm×240mm,采集矩陣320×320,激勵(lì)次數(shù)2。(2)DWI采用單次激發(fā)平面回波序列進(jìn)行橫斷面掃描,具體參數(shù):TR 4 500ms,TE 93ms,層厚4mm,F(xiàn)OV 260mm×221mm,采集矩陣160×120,激勵(lì)次數(shù)4,b值選擇50和700s/mm2,掃描結(jié)束后自動(dòng)重建出表觀擴(kuò)散系數(shù)(ADC)圖。(3)DCE-MRI采用三維容積內(nèi)插體部掃描序列橫斷位T1WI,對(duì)比劑采用釓噴酸葡胺(北京北陸藥業(yè)有限公司),經(jīng)肘靜脈以0.1mmol/kg的劑量、2ml/s的速率團(tuán)注,注射完畢后加注0.9%氯化鈉溶液10ml。掃描參數(shù):TR 5.80ms,TE 2.17ms,層厚3.60mm,F(xiàn)OV 260mm×211mm,采集矩陣352×352,激勵(lì)次數(shù)1,掃描次數(shù)15。
1.2.2 圖像處理將圖像傳至Siemens syngo MR B17工作站,由2位中級(jí)以上職稱的腹部影像學(xué)專業(yè)醫(yī)師共同閱片,且意見(jiàn)一致。閱片中重點(diǎn)觀察和記錄病灶的具體位置、形態(tài)、最大徑、信號(hào)強(qiáng)度、鄰近器官或組織的改變。(1)DWI掃描完成后自動(dòng)生成ADC圖,由其中一位影像醫(yī)師參照其他序列圖像測(cè)量病灶部位ADC值,在ADC圖上的病灶部位放置感興趣區(qū)(ROI,放置原則:選取病灶中心層面放置ROI;沿病灶邊緣放置ROI,包含整個(gè)病灶;盡量避開(kāi)外周區(qū)與中央?yún)^(qū)腺體交界處、精囊根部、血管、鈣化灶、出血或偽影等),若病灶為多發(fā),選取最大者進(jìn)行測(cè)量。每個(gè)病灶重復(fù)勾畫(huà)3次ROI,取3次測(cè)量的平均值作為病灶部位的ADC值。(2)DCEMRI定量分析由同一位影像學(xué)專業(yè)醫(yī)師使用血流動(dòng)力學(xué)定量分析軟件Omni-Kinetics(美國(guó)GE醫(yī)療)進(jìn)行后處理。首先將多期DCE-MRI序列導(dǎo)入軟件,選擇股動(dòng)脈層面勾畫(huà)圓形ROI得到該區(qū)域內(nèi)正常供血血管的時(shí)間-濃度曲線,作為動(dòng)脈輸入函數(shù)(AIF)曲線,再將AIF曲線作為參照,選擇Extended Tofts Linear雙室模型對(duì)病灶層面進(jìn)行血管滲透性定量分析,獲得血管滲透性參數(shù):容量轉(zhuǎn)移常數(shù)(Ktrans)、速率常數(shù)(Kep)、血管外細(xì)胞外間隙容積比(Ve)和血漿內(nèi)對(duì)比劑容積分?jǐn)?shù)(Vp)。在動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)原始圖像上勾畫(huà)病灶ROI,軟件自動(dòng)分析所畫(huà)區(qū)域的Ktrans、Kep、Ve和Vp值并生成各參數(shù)的紅藍(lán)偽彩圖像。ROI的放置原則與測(cè)量ADC值時(shí)相同,每個(gè)病灶重復(fù)勾畫(huà)ROI 3次,取其平均值。
1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理應(yīng)用SPSS22.0統(tǒng)計(jì)軟件,血管滲透性參數(shù)(Ktrans、Kep、Ve、Vp)和ADC值均符合正態(tài)性分布,用表示,兩組間比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。以病理結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)用MedCalc軟件繪制血管滲透性參數(shù)和ADC值的ROC曲線,并計(jì)算AUC,以最大約登指數(shù)為最佳診斷切點(diǎn)值,確定診斷最佳閾值和診斷效能;應(yīng)用logistic回歸計(jì)算ADC值聯(lián)合血管滲透性參數(shù)對(duì)PCa的診斷效能。
2.1 影像學(xué)表現(xiàn)44例PCa組織樣本中,多發(fā)病灶15例;病灶位于外周區(qū)30例,移行區(qū)10例,同時(shí)累及外周區(qū)和移行區(qū)4例,典型病例影像學(xué)表現(xiàn)見(jiàn)圖1a-f(插頁(yè))。37例BPH組織樣本中,伴有多發(fā)結(jié)節(jié)21例;病灶全部位于移行區(qū),典型病例影像學(xué)表現(xiàn)見(jiàn)圖2a-f(插頁(yè))。
2.2 兩組患者血管滲透性參數(shù)及ADC值比較PCa組Ktrans、Kep、Ve均高于BPH組(均P<0.05);BPH組ADC值高于PCa組(P<0.05),見(jiàn)表1。
表1 兩組患者血管滲透性參數(shù)及ADC值比較
2.3 血管滲透性參數(shù)及ADC值診斷PCa的效能分析Ktrans、Kep、Ve和ADC值診斷PCa的靈敏度、特異度均較高(均P<0.01),Vp無(wú)明顯診斷價(jià)值(P>0.05),見(jiàn)表2和圖3。
表2 血管滲透性參數(shù)Ktrans、Kep、Ve、Vp和ADC值診斷PCa的效能分析
2.4 ADC值聯(lián)合血管滲透性參數(shù)診斷PCa的效能分析應(yīng)用logistic回歸計(jì)算ADC值聯(lián)合血管滲透性參數(shù)診斷PCa的效能,當(dāng)2個(gè)參數(shù)聯(lián)合時(shí),Kep+ADC的診斷效能最好(AUC=0.939);當(dāng)3個(gè)參數(shù)聯(lián)合時(shí),診斷效能未見(jiàn)明顯提高;當(dāng)4個(gè)參數(shù)聯(lián)合時(shí),Ktrans+Kep+Ve+ADC的診斷效能有所提高(AUC=0.940),明顯高于單個(gè)參數(shù)的診斷效能,見(jiàn)表3。
圖3 血管滲透性參數(shù)和ADC值診斷PCa擬合的ROC曲線
表3 ADC值聯(lián)合血管滲透性參數(shù)診斷PCa的效能分析
DCE-MRI是通過(guò)觀察對(duì)比劑隨時(shí)間擴(kuò)散到血管外細(xì)胞外間隙的過(guò)程,從而了解腫瘤新生血管形成情況的一種成像方法。與BPH相比,PCa的新生血管具有數(shù)量多、走行亂、滲透高等特點(diǎn),DCE-MRI通過(guò)定量測(cè)量病灶區(qū)域的Ktrans、Kep、Ve和Vp等血管滲透性參數(shù),可以間接反映新生血管的數(shù)量、通透性等特點(diǎn),進(jìn)而評(píng)估病灶的血流動(dòng)力學(xué)特征和代謝特征[4]。何為等[5]將26例PCa劃分了468個(gè)分區(qū)(中央腺體癌區(qū)115個(gè)、中央腺體非癌區(qū)142個(gè)、外周帶癌區(qū)68個(gè)和外周帶非癌區(qū)143個(gè)),發(fā)現(xiàn)各分區(qū)間的Ktrans、Kep和Ve比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,故認(rèn)為DCE-MRI有助于PCa的診斷與鑒別診斷。王世威等[6]對(duì)經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)的17例中央?yún)^(qū)PCa和22例BPH患者行DCE-MRI掃描,發(fā)現(xiàn)Ktrans和Ve判斷中央?yún)^(qū)PCa與BPH的靈敏度分別為73.4%和54.3%,特異度分別為82.7%和47.9%,認(rèn)為Ktrans具有很高的診斷價(jià)值,而Ve診斷意義不大。本研究結(jié)果顯示PCa組與BPH組Ktrans、Kep和Ve比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,對(duì)PCa的診斷具有較高的靈敏度和特異度,而Vp在兩組之間比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,對(duì)PCa的診斷價(jià)值不大;與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道一致[7]。Baur等[8]研究認(rèn)為采用現(xiàn)行的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和檢查方法已能對(duì)PCa作出較好的診斷,DCE-MRI的應(yīng)用似乎沒(méi)有明顯提高診斷PCa的準(zhǔn)確性。Hoeks等[9]指出,與單獨(dú)應(yīng)用T2WI比較,T2WI聯(lián)合DCE-MRI能提高診斷PCa的效能,但其診斷符合率僅為66%。DCE-MRI對(duì)PCa具有確切的診斷價(jià)值,但其應(yīng)用價(jià)值以及不同序列優(yōu)化組合方面有待進(jìn)一步研究。
DWI是通過(guò)對(duì)生物組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行成像,無(wú)創(chuàng)地反映水分子在活體組織中的布朗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一種成像方法,在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的應(yīng)用較為廣泛,近年來(lái)亦被應(yīng)用于體部腫瘤的診斷與鑒別診斷。DWI的主要評(píng)估參數(shù)是ADC值,它反映水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的速度和范圍,與腫瘤的生長(zhǎng)和癌變組織的侵襲性有關(guān),ADC值越低說(shuō)明該區(qū)域水分子的擴(kuò)散受限程度越明顯。Nagel等[10]對(duì)88例前列腺疾病患者行DWI掃描并與病理結(jié)果對(duì)照,發(fā)現(xiàn)前列腺炎與PCa的ADC值比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,認(rèn)為DWI在無(wú)創(chuàng)診斷PCa方面具有較高的應(yīng)用價(jià)值。Itatani等[11]對(duì)117例經(jīng)手術(shù)證實(shí)為低危PCa(Gleason評(píng)分≤6分)患者行DWI檢查,并應(yīng)用ROC曲線分析顯示ADC值診斷PCa的靈敏度和特異度分別為76.5%和81.0%,ADC值的截?cái)嘀禐?.04× 10-3mm2/s。Katahira等[12]將201例PCa患者的MRI表現(xiàn)與病理結(jié)果對(duì)照,發(fā)現(xiàn)T2WI結(jié)合DWI能明顯提高PCa的檢出率,其診斷靈敏度、特異度和AUC分別為73.2%、89.7%和0.842,指出T2WI結(jié)合DWI可作為臨床篩查PCa的常規(guī)診斷序列。本研究結(jié)果顯示ADC值診斷PCa的靈敏度和特異度分別為86.5%和84.1%,具有較高的診斷效能。
由于PCa在MRI上的表現(xiàn)形式多樣,每一種MRI成像方法都有其優(yōu)勢(shì)和局限性,單純依靠一種方法正確診斷PCa比較困難;而多參數(shù)聯(lián)合的MRI成像可以提供前列腺解剖結(jié)構(gòu)、物質(zhì)代謝及組織學(xué)特性等充足信息,其在PCa診斷與療效評(píng)估中的應(yīng)用研究是當(dāng)前熱點(diǎn)。Iwazawa等[13]研究發(fā)現(xiàn)伴有血清PSA升高的患者,DCE-MRI聯(lián)合DWI掃描對(duì)PCa的檢出率優(yōu)于僅DCE-MRI掃描,表明DWI診斷PCa具有較高的靈敏度和準(zhǔn)確性,而DCE-MRI聯(lián)合DWI診斷PCa的靈敏度和準(zhǔn)確性未見(jiàn)明顯提高。Ivan等[14]對(duì)55例PCa患者進(jìn)行多參數(shù)MRI掃描,結(jié)果顯示DCE-MRI的Ktrans聯(lián)合DWI成像的ADC值診斷PCa的靈敏度、特異度、準(zhǔn)確性和AUC分別為71%、86%、78%和0.79,相對(duì)于其他2種MRI檢查方法聯(lián)合診斷PCa,DCE-MRI聯(lián)合DWI的診斷效能最高。歐洲泌尿生殖放射學(xué)會(huì)制定的診療指南推薦前列腺檢查行多參數(shù)聯(lián)合的MRI檢查方法[15]。我國(guó)2014年制定的前列腺M(fèi)R檢查和診斷共識(shí)中指出,對(duì)常規(guī)掃描無(wú)陽(yáng)性發(fā)現(xiàn)而臨床表現(xiàn)高度懷疑為PCa或需對(duì)確診的PCa進(jìn)行分期時(shí),推薦T1WI+T2WI+DWI+ DCE-MRI組合的掃描方案[4]。本研究對(duì)ADC值聯(lián)合血管滲透性參數(shù)診斷PCa的效能進(jìn)行分析,結(jié)果顯示Ktrans+Kep+Ve+ADC診斷PCa的靈敏度、特異度均較單個(gè)參數(shù)大幅提高,尤其相對(duì)于DCE-MRI的單個(gè)血管滲透性參數(shù)提高幅度較為明顯。值得注意的是,Kep+ADC診斷效能(AUC=0.939)與4個(gè)參數(shù)聯(lián)合診斷效能(AUC= 0.940)相近,提示Kep、ADC可作為DCE-MRI聯(lián)合DWI定量分析診斷PCa的主要參數(shù),以提高診斷效能。
DWI掃描時(shí)間短,臨床應(yīng)用方便,但是空間分辨率較低;DCE-MRI空間分辨率高,但需要注入對(duì)比劑行增強(qiáng)掃描,存在發(fā)生不良反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。DCE-MRI聯(lián)合DWI定量分析通過(guò)參數(shù)的合理選擇可以提高PCa的診斷效能,有利于前列腺良惡性病變的鑒別診斷,為臨床提供客觀、系統(tǒng)的影像學(xué)依據(jù)。但本研究亦存在一定的局限性:(1)部分患者在B超定位下穿刺活檢,測(cè)量數(shù)值與實(shí)際病變部位可能存在誤差;(2)ROI放置在病灶最大橫斷面,操作簡(jiǎn)單、重復(fù)性好,但未考慮其他層面的病灶組織,可能會(huì)影響數(shù)值的精準(zhǔn)測(cè)量;(3)DWI能夠無(wú)創(chuàng)檢測(cè)活體組織中水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)基于高斯擴(kuò)散理論,認(rèn)為DWI影像信號(hào)隨著b值的增加呈單指數(shù)函數(shù)衰減。實(shí)際上受細(xì)胞膜、細(xì)胞內(nèi)外間隔等擴(kuò)散障礙物的影響,生物組織中水分子的擴(kuò)散比自由水的擴(kuò)散復(fù)雜,組織中水分子的位移偏離高斯分布,一定程度上違背單指數(shù)模型,可能會(huì)降低PCa的檢出率。后續(xù)將基于體素內(nèi)不均一運(yùn)動(dòng)(IVIM)的雙指數(shù)模型與基于泰勒展開(kāi)式的擴(kuò)散峰度成像(DKI)模型對(duì)前列腺良惡性病變的診斷價(jià)值進(jìn)行深入研究,以期提高PCa的檢出率和診斷效能。
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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
2016-09-14)
(本文編輯:陳丹)
浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014KYB171);浙江省中醫(yī)藥科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014ZB042)
310006杭州,浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科(馬向征、王世威、許茂盛、喻迎星、呂錕,呂錕系浙江中醫(yī)藥大學(xué)在讀碩士研究生);GE醫(yī)療(中國(guó))生命科學(xué)部(龐佩佩)
王世威,E-mail:2474721554@qq.com