動態(tài)增強MRI定量分析在前列腺癌診斷中的應用

馬露 葉慧義 王海屹△

1中國人民解放軍總醫(yī)院放射科 100853 北京

動態(tài)增強MRI定量分析在前列腺癌診斷中的應用

馬露1葉慧義1王海屹1△

1中國人民解放軍總醫(yī)院放射科 100853 北京

前列腺癌發(fā)病率逐年上升，多參數(shù)磁共振成像(MRI)在前列腺癌的早期發(fā)現(xiàn)和診斷中發(fā)揮著重要作用。其中動態(tài)增強MRI定量分析通過反映組織灌注和腫瘤微血管通透性等血流動力學信息，顯著提高了前列腺癌診斷的準確性。本文就動態(tài)增強MRI定量分析的原理、可重復性及其在前列腺癌診斷中的應用進行綜述。

前列腺癌；磁共振成像；動態(tài)增強磁共振

前列腺癌是西方國家導致男性死亡的第二大癌癥[1]，在我國的發(fā)病率也逐年上升，已經(jīng)成為威脅中老年男性健康的重要疾病之一。MRI在前列腺癌的發(fā)現(xiàn)、診斷、分期和療效評估中發(fā)揮著重要作用。為了進一步提高MRI診斷前列腺癌的準確性，研究者不斷探索MRI功能成像，如擴散加權成像(diffusion-weighted imaging, DWI)、磁共振波譜成像(magnetic resonance spectroscopy, MRS)、動態(tài)增強磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging, DCE-MRI)等在前列腺癌診斷中的應用價值。其中DCE-MRI定量分析基于藥代動力學模型進行計算，可以反映組織灌注和腫瘤微血管通透性等血流動力學信息，在研究中得到了廣泛應用。

1 DCE-MRI定量分析的原理

MRI造影劑Gd-DTPA經(jīng)肘前靜脈團注后，進入體循環(huán)，由動脈輸送至組織毛細血管，造影劑可以在數(shù)秒內(nèi)滲出到血管外細胞外間隙(extravascular extracellular space, EES)并存留一定時間，當其濃度高于血管內(nèi)的造影劑濃度時，造影劑又會返回到血管內(nèi)。當腫瘤大小達到3 mm時，腫瘤細胞會上調(diào)分子通路，產(chǎn)生并釋放血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)促進血管生成，使血管數(shù)量增加。但這種腫瘤新生血管的管壁完整性較弱，與正常血管相比雜亂不一，滲透性也更高[2～4]，導致腫瘤組織中滲漏到EES的造影劑明顯增加。因此利用腫瘤與正常組織在血管數(shù)量和滲透性方面的差別，將有助于腫瘤的檢出和診斷。

DCE-MRI定量分析通過獲得動脈輸入函數(shù)(arterial input function, AIF)，基于藥代動力學模型(如應用最廣的Tofts模型、較常見的Brix模型及Larsson模型)對時間-信號強度曲線進行分析計算，得出反映腫瘤血流信息的定量參數(shù)：容積轉運常數(shù)(Ktrans)，運動速率常數(shù)(Kep)，血漿容積分數(shù)(Vp)和血管外細胞外容積分數(shù)(Ve)等。理論上存在Ve=Ktrans/Kep的數(shù)學關系，但目前的分析軟件采用了部分假設處理以簡化模型，所以測量的試驗結果常常并不滿足這一公式[5]。上述這些參數(shù)為我們提供了病變和組織器官的微血管滲透性和血流灌注等血流動力學信息，并且在計算過程中納入了組織中對比劑濃度和AIF因素，較DCE-MRI半定量分析更加準確。隨著相關技術的快速發(fā)展，不斷有新的藥代動力學模型應用于臨床研究。

2 DCE-MRI定量分析的可重復性

一種定量測量方法在廣泛應用于臨床之前，必須要先驗證其準確性和可重復性。可重復性的評估主要包括以下幾個方面：同一觀察者對一次檢查中定量參數(shù)測量的可重復性，不同的觀察者對一次檢查中定量參數(shù)測量的可重復性，重復檢查中定量參數(shù)測量的可重復性以及不同影像中心之間定量參數(shù)測量的可重復性。

定量分析是DCE-MRI分析中最復雜的一種方法，如何獲得穩(wěn)定的，可重復性高的定量參數(shù)是一個很大的挑戰(zhàn)，因為心輸出量的變化、測量組織的T1值和組織AIF的測量等都可能會影響定量參數(shù)的測量計算。目前國內(nèi)外針對前列腺癌DCE-MRI定量分析可重復性的研究較少，本文借鑒其他腫瘤中的相關研究作為參考。Wang等[6]認為在腎癌中，定量參數(shù)Ktrans、Kep和Ve值在同一觀察者內(nèi)、不同觀察者間均有很好的可重復性，受試者內(nèi)變異系數(shù)(wCV)約3%或更低，在兩次重復掃描中也表現(xiàn)出較好的可重復性。其他學者在乳腺癌[7]和膠質瘤[8]的研究中也發(fā)現(xiàn)了一致的結果。Barnes等[9]通過對15例乳腺癌模型的小鼠間隔一段時間進行重復掃描，發(fā)現(xiàn)重復掃描中定量參數(shù)的可重復性欠佳。然而，在研究不同影像中心之間定量參數(shù)的可重復性時需要考慮很多因素的影響，主要有以下幾個方面。

2.1 模型的選擇

現(xiàn)在有關前列腺DCE-MRI定量分析的研究多選用了Tofts模型進行定量參數(shù)的計算，但也有少量研究選用更為復雜的三室模型。不同模型的使用會對定量參數(shù)的測量產(chǎn)生影響，降低了研究結果的可比性。Lowry等[10]比較了快速交換支配(FXR)模型和快速交換受限模型(FXL)對前列腺癌定量參數(shù)測量的影響，發(fā)現(xiàn)基于FXR模型得出的Ktrans和Ve值均顯著高于FXL模型。Chaan等[11]發(fā)現(xiàn)基于擴展Tofts模型得出的Ktrans值和Kep值明顯低于Tofts模型，Ve值沒有明顯差別。但兩種模型間wCV沒有顯著差異，對于重復掃描中定量參數(shù)的可重復性沒有影響。

2.2 AIF的獲得

在前列腺DCE-MRI定量分析的研究中，通常有兩種獲得AIF的方式：一是檢測每位受試者得出個體化AIF，二是通過大量數(shù)據(jù)得到的經(jīng)驗AIF。Yang等[12]認為經(jīng)驗AIF可以幫助解決要求高時間分辨率的問題，減少測量個體化AIF時ROI大小和位置帶來的錯誤，提高定量參數(shù)測量的可重復性。Huang等[13]在前列腺癌多中心研究中發(fā)現(xiàn)，隨著AIF的獲得方式不同，Ktrans值變化最大，wCV高達74%，組內(nèi)相關系數(shù)(ICC)為0.30，其次是Kep值，Ve值受到的影響最小，wCV和ICC分別為33%和0.62。這與Cheng等[14]的觀點相似。Huang等[13]還指出使用肌肉作為參考對AIF進行校準可以幫助減小AIF獲得方式對定量參數(shù)的影響。

2.3 后處理軟件

在既往研究中，學者往往容易忽視不同廠商不同類型后處理軟件對DCE-MRI定量參數(shù)的影響，與此相關的研究也很少。Heye等[15]對子宮肌瘤的患者進行研究，他們基于Tofts模型采用4種不同分析方法(Tissue4D, DynaCAD, Aegis和CADvue)計算得出定量參數(shù)，結果顯示不同方法的wCV分別為：Ktrans值48.3%～68.8%，Kep值37.2%～60.3%，Ve值27.7%～74.1%。這表明四種分析方法得出的定量參數(shù)缺乏可比性，可見建立統(tǒng)一的標準化的后處理方法對于定量參數(shù)廣泛應用于臨床非常重要。

2.4 其他

DCE-MRI定量參數(shù)的計算十分復雜，還會受到很多其他因素的影響。如：Dale等[16]認為造影劑的不同可能會影響定量參數(shù)的測量，但Durmus等[17]比較了釓布醇和Gd-DTPA兩種造影劑，發(fā)現(xiàn)兩組間前列腺癌的Ktrans值和Kep值沒有明顯差別。此外，ROI的勾畫，運動配準等都可能造成定量參數(shù)的變化。

3 DCE-MRI定量分析在前列腺癌中的臨床價值

3.1 前列腺癌的檢出和診斷

目前臨床工作中，對于懷疑前列腺癌的患者通常依靠經(jīng)直腸超聲引導下穿刺活檢(transrectal ultrasonography, TRUS)明確診斷，但是超聲對前列腺癌的診斷準確性不高，容易漏診，并且TRUS作為有創(chuàng)檢查，存在并發(fā)癥的風險。近年來學者不斷將DCE-MRI定量分析應用于前列腺癌的診斷，希望能夠幫助準確檢出和診斷前列腺癌，減少漏診和不必要的穿刺活檢。

對于外周帶前列腺癌，目前較為一致的觀點是：Ktrans和Kep值在外周帶前列腺癌中明顯高于外周帶正常組織，而Ve在兩者間沒有顯著差別[18～20]。但也有研究報導，癌灶的Ktrans、Kep和Ve值均高于外周帶正常組織[21]。與外周帶不同，DCE-MRI定量參數(shù)在中央腺體前列腺癌診斷中的價值仍存在爭議。一些學者認為，Ktrans和Kep值在中央腺體癌灶和非癌灶之間存在重疊[22～25]，對癌灶的診斷沒有明顯幫助。但王世威等[26]對39例中央腺體前列腺癌的患者進行回顧性研究發(fā)現(xiàn)：中央腺體前列腺癌組的Ktrans值高于非癌組，其診斷前列腺癌的靈敏度和特異度分別為73.4%和82.7%。Jackson等[27]則發(fā)現(xiàn)癌灶的Kep值高于中央腺體非癌組織，Ktrans值和Ve值在二者間沒有明顯差別。

3.2 與其他MRI序列的結合應用

Verma等[28]指出血管新生并不是所有腫瘤，特別是較小腫瘤的固定特征，而且并不是所有血管新生都是由腫瘤引起的，也可能是炎癥等其他原因。這使得癌組織和良性組織的定量參數(shù)有相當大的重疊，所以DCE-MRI定量參數(shù)應該與T2WI、DWI或MRS結合起來才能獲得更好的診斷效能。

Ocak等[18]納入50例前列腺癌患者研究發(fā)現(xiàn)，應用T2WI單獨診斷前列腺癌的靈敏度和特異度分別為94%和37%，聯(lián)合Ktrans值和Kep值后分別為80%和75%。朱海濱等[29]認為在鑒別外周帶的前列腺癌組、炎癥組和正常組織時，不能單獨應用Ktrans值，需要結合T2WI的不同表現(xiàn)來幫助診斷。Langer[30]等通過建立Logistic回歸模型，發(fā)現(xiàn)在外周帶T2WI聯(lián)合ADC值、Ktrans值和Ve值可以提高前列腺癌的檢出率，曲線下面積由0.673提高至0.706。Oto等[23]研究了49例患者，38個前列腺癌灶和38個基質增生病灶，結果表明雖然Ktrans值不能有效鑒別中央腺體前列腺癌和基質增生，但是與單獨應用ADC值相比，Ktrans值與ADC值結合可以有效提高診斷的靈敏度，并降低假陽性率。但也有學者持有不同觀點，Donati等[31]發(fā)現(xiàn)在T2WI和DWI的基礎上聯(lián)合Ktrans值和Kep值，對于診斷前列腺癌沒有額外益處。在他們的研究中，兩名放射科醫(yī)生利用T2WI聯(lián)合DWI診斷前列腺癌的曲線下面積分別為0.791和0.745，增加Ktrans值和Kep值后，曲線下面積分別為0.745和0.672。

3.3 對治療后前列腺癌復發(fā)的診斷

研究發(fā)現(xiàn)前列腺癌根治術后的患者有15%～30%可以發(fā)生生化復發(fā)[32]，接受外照射放療后的患者有20%～40%可以發(fā)生生化復發(fā)[33]。缺乏正常的解剖標志和瘢痕組織的形成給治療后前列腺癌復發(fā)的診斷帶來一定難度，但是發(fā)現(xiàn)和確定復發(fā)部位，及時接受進一步治療對于延長患者的生存期有很大意義。

放療導致的纖維化改變或根治術后的瘢痕組織在T2WI上都表現(xiàn)為與復發(fā)癌灶相似的稍低信號，很難鑒別。但Yakar等[34]對24例接受外照射放療的前列腺癌患者進行前瞻性研究表明，DCE-MRI定量參數(shù)與T2WI相結合診斷外照射放療后前列腺癌復發(fā)的陽性預測值可以達到68%。Akin等[35]發(fā)現(xiàn)T2WI聯(lián)合Ktrans值、Kep值和ADC值，診斷外照射放療后復發(fā)癌灶的曲線下面積由0.53升高至0.86。對于前列腺癌根治術后PSA升高的患者，DCE-MRI定量參數(shù)也同樣有助于局部復發(fā)癌灶的發(fā)現(xiàn)和診斷[36]。

4 前列腺癌DCE-MRI定量分析的問題與展望

前列腺癌DCE-MRI定量分析可以定量反映組織的灌注和毛細血管通透性，在臨床研究中發(fā)揮著重要作用，但仍處于不斷探索階段，可能存在一些問題需要注意：①掃描時間較長，直腸蠕動或膀胱充盈引起的偽影可能會影響定量參數(shù)的測量；②對時間分辨率的要求較高，從而導致空間分辨率降低；③需要專門的后處理軟件，計算復雜，較為費時；④受影響因素多，缺乏統(tǒng)一的參數(shù)，可重復性欠佳，很難實現(xiàn)不同影像中心、不同后處理軟件之間的比較。美國磁共振協(xié)會QIBA(Quantitative Imaging Biomarkers Alliance)和美國放射影像網(wǎng)絡學院(American College of Radiology Imaging Network)等已經(jīng)開展了有關的多中心研究，國內(nèi)目前尚缺乏此類研究。

綜上所述，隨著學者的重視、研究經(jīng)驗的積累和后處理技術的發(fā)展統(tǒng)一，前列腺癌DCE-MRI定量分析與其他序列結合應用，將在前列腺癌的診斷、分期和療效檢測等方面有更廣泛的應用前景。

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Applications of quantitative dynamic contrast-enhanced MRI analysis in prostate cancer

MaLu1YeHuiyi1WangHaiyi1

(1Department of Radiology, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China) Corresponding author: Ye Huiyi, 13701100368@163.com

The incidence of prostate cancer has been increasing and multiparametric magnetic resonance imaging is emerging as a useful clinical technique for detecting and diagnosing prostate cancer. Quantitative analysis of dynamic contrast-enhanced MRI (DCE-MRI) has greatly improved the diagnostic accuracy of prostate cancers by measuring tissue perfusion and vascular permeability. This review focused on the basic principles, reproducibility and clinical applications of quantitative DCE-MRI analysis in diagnosis of prostate cancer.

prostate cancer; magnetic resonance imaging; dynamic contrast-enhanced mri

軍隊干部保健專項科研課題(14BJZ02)

葉慧義，13701100368@163.com

2017-03-12

R737.25

A

10.19558/j.cnki.10-1020/r.2017.02.014

△審校者

綜 述