超高b值DWI對(duì)外周帶前列腺癌的診斷價(jià)值

趙瑩瑩，張丹，宋娜，王濤，王卓，張少茹，于佳，蔡磊，陳志強(qiáng)*

作者單位：1.寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院放射科，銀川750004；2.福建醫(yī)科大學(xué)附屬福清市醫(yī)院影像科，福清350300；3.寧夏醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，銀川750004；4.寧夏醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院遺傳系，銀川750004

前列腺癌在全球范圍內(nèi)男性常見(jiàn)癌癥中發(fā)病率居第二[1]，隨著人口增長(zhǎng)、老齡化進(jìn)程的不斷發(fā)展、生活習(xí)慣及飲食結(jié)構(gòu)的改變，我國(guó)前列腺癌的發(fā)病率仍在不斷地上升[2]，成為危害老年男性生命健康的重要疾病。多參數(shù)磁共振成像(multiparametric magnetic resonance imaging，mpMRI)是目前公認(rèn)的前列腺的最佳檢查方法[3-4]，彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)是其關(guān)鍵組成部分，可反映組織中水分子彌散狀態(tài)、細(xì)胞膜的完整性[5]，通過(guò)測(cè)定癌灶表觀(guān)彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值定性和定量評(píng)估前列腺癌(prostate cancer，PCa)侵襲程度[6]，從而指導(dǎo)臨床治療方案、預(yù)測(cè)疾病進(jìn)展，被廣泛應(yīng)用于臨床。但最佳b 值仍然存在較多爭(zhēng)議,與身體其他部位的絕大多數(shù)惡性腫瘤不同的是，前列腺癌較其背景組織呈T2WI低信號(hào)，而正常前列腺組織的信號(hào)較高，在高b值DWI圖像上常常不受抑制呈等信號(hào)或稍高信號(hào)，因此前列腺癌灶可能會(huì)被正常的前列腺組織或良性病灶所掩蓋，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為“反向T2穿透效應(yīng)”[7]。而超高b 值提供了更強(qiáng)的彌散加權(quán)和對(duì)良性前列腺組織的抑制，從而增加了腫瘤-背景組織的對(duì)比度，但這些增益可能會(huì)被降低的信噪比以及增加的易感性偽影和圖像失真所抵消[8,9]。我們研究的目的是回顧性地比較b值為1000 s/mm2和2000 s/mm2時(shí)所獲得的DWI圖和ADC值的腫瘤檢測(cè)效能。此外，必須認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)的單層面感興趣區(qū)測(cè)量法有較多缺陷，如不同研究者放置感興趣區(qū)(region of interest，ROI)的差異、不能精確評(píng)估整個(gè)腫瘤的生物學(xué)特性，而直方圖分析可以反映整個(gè)腫瘤內(nèi)部的彌散特性。因此，本研究通過(guò)定性和定量的方法，探討超高b 值DWI 鑒別前列腺良惡性病變的診斷效能。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

本研究經(jīng)過(guò)寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院醫(yī)學(xué)科研倫理審查委員會(huì)批準(zhǔn)(批準(zhǔn)文號(hào)：2018-339)，免除受試者知情同意?；仡櫺苑治?015 年1 月至2016 年5 月在寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院放射科行常規(guī)磁共振檢查及超高b 值DWI 成像的178 例患者的臨床及影像學(xué)資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1) MRI 圖像上前列腺外周帶有明顯的病灶(病灶直徑≥0.5 cm)；(2)經(jīng)病理學(xué)證實(shí)，并與MR 圖像匹配在同一區(qū)域；(3)超聲引導(dǎo)下前列腺穿刺或根治手術(shù)于MRI檢查后一個(gè)月內(nèi)進(jìn)行。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)圖像質(zhì)量不佳；(2)臨床資料不完整。

1.2 設(shè)備及參數(shù)

所有患者均使用美國(guó)GE Signa HDxt 3.0 T MR磁共振掃描儀,以體線(xiàn)圈為射頻發(fā)射線(xiàn)圈,32 通道心臟相控陣線(xiàn)圈為接收線(xiàn)圈，掃描中心置于恥骨聯(lián)合上5 cm處,掃描范圍包括前列腺、精囊腺及雙側(cè)髂血管。掃描前囑受試者適度充盈膀胱,取仰臥位,平靜呼吸,掃描時(shí)戴上耳塞以減少不適。

常規(guī)掃描序列包括軸位T1WI、三方位T2WI、軸位T2WI-FS，掃描參數(shù)如下:T1WI (TE 7 ms, TR 520 ms,矩陣416×192,FOV 360×360，層厚/層間距4 mm/0.5 mm)；T2WI (TE 72 ms,TR 2500 ms, 矩陣128×128,FOV 360×360，層厚/層間距4 mm/0.5 mm)；T2WI-FS (TE 120 ms,TR 4500 ms,矩陣288×224,FOV 360×360,層厚/層間距4 mm/0.5 mm)。DWI 掃描參數(shù)如下：TE 72 ms,TR 5000 ms,矩陣128×128,FOV 360×360，層厚/層間距4 mm/0.5 mm,b 值分別為0、1000、2000 s/mm2,激勵(lì)次數(shù)4，10。

1.3 圖像分析和數(shù)據(jù)采集

掃描完成后, 筆者將所有入組患者的T2WI 及DWI (b=1000 s/mm2，A 組；b=2000 s/mm2，B 組)圖像傳至工作站，由另外兩名放射科醫(yī)師(分別有3年和8年前列腺影像診斷經(jīng)驗(yàn))采用雙盲法分別對(duì)兩組圖像進(jìn)行2 次獨(dú)立閱片(僅在T2WI 上識(shí)別的病灶被排除)，兩次間隔時(shí)間為2周。為了最大限度地減少回憶偏倚，對(duì)所有病例進(jìn)行匿名編碼并按不同順序進(jìn)行審閱。根據(jù)前列腺影像報(bào)告和數(shù)據(jù)系統(tǒng)第二版(Prostate Imaging Reporting and Data System Version 2.0，PI-RADS V2)[10]將評(píng)分＞3分的區(qū)域視為癌灶陽(yáng)性，評(píng)分≤3 分的區(qū)域視為癌灶陰性。當(dāng)有多個(gè)病灶時(shí)，選擇評(píng)分最高的病灶，評(píng)分相同時(shí)選擇病灶最大者。每例患者最多選取一個(gè)病灶。

筆者將入組患者的T2WI和DWI (b=1000、2000 s/mm2)原始圖像轉(zhuǎn)換為醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信(Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM)格式并傳入計(jì)算機(jī)輔助診斷平臺(tái)Firevoxel，根據(jù)三維感興趣區(qū)法及詳細(xì)的病理結(jié)果勾畫(huà)病灶區(qū)。當(dāng)有多個(gè)病灶時(shí)，選擇Gleason 評(píng)分最高的病灶，評(píng)分相同時(shí)選擇病灶最大者。鑒于整體病灶ROI 對(duì)于異質(zhì)性分析的重要性，ROI 的勾畫(huà)應(yīng)包含腫瘤內(nèi)部的出血、壞死、囊變及鈣化等，但同時(shí)應(yīng)避開(kāi)尿道、射精管及精囊腺等。Firevoxel 生成整個(gè)腫瘤容積重建，獲得ADC 值直方圖參數(shù)：平均值(ADCmean)、中位數(shù)(ADCmedian)、最小值(ADCmin)、第10 百分位數(shù)(ADC10)、第90百分位數(shù)(ADC90)、峰度、偏度及異質(zhì)性。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 22.0 對(duì)計(jì)數(shù)資料行χ2檢驗(yàn)，通過(guò)Kappa 檢驗(yàn)分析評(píng)價(jià)兩名醫(yī)師采用兩組方法診斷前列腺癌的一致性。對(duì)計(jì)量參數(shù)進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)，如符合正態(tài)分布，行兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；如不符合正態(tài)分布，則行非參數(shù)檢驗(yàn)，P＜0.05 表明差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。然后，采用Medcalc對(duì)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的參數(shù)進(jìn)行ROC 曲線(xiàn)分析，采用Z檢驗(yàn)比較各參數(shù)的ROC 曲線(xiàn)下面積。P＜0.05表明差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 基本信息

最終64 名患者納入本研究，年齡范圍60～78 歲，平均年齡67.3 歲。其中前列腺癌患者34 例，平均前列腺特異抗原(prostate specific antigen，PSA)水平為16.8 ng/mL，范圍4.1～100.0 ng/mL；前列腺良性疾病(增生或炎癥) 30 例，平均PSA 水平為3.7 ng/mL，范圍0.4～37.6 ng/mL。

2.2 圖像分析結(jié)果

表1 兩名醫(yī)師采用A、B兩組方案對(duì)前列腺癌的診斷效能Tab.1 Diagdiagnostic efficacy of prostate cancer using A and B protocols

癌的診斷敏感度、陰性預(yù)測(cè)值(negative predictive value，NPV)、診斷符合率及ROC 曲線(xiàn)下面積(area under the ROC curve，AUC)的測(cè)量值均高于方案A，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。醫(yī)師1 與醫(yī)師2 對(duì)于兩方案診斷前列腺癌的一致性較好，Kappa 值分別為0.59、0.68。

2.3 病例組與對(duì)照組間DWI直方圖各參數(shù)的差異

病例組與對(duì)照組間DWI 直方圖各參數(shù)的差異見(jiàn)表2、圖1、圖2。高b值DWI各參數(shù)除ADCmin、峰度值及偏度值外病例組與對(duì)照組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；超高b 值DWI 各參數(shù)除異質(zhì)性及偏度值外兩組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2 病例組與對(duì)照組DWⅠ定量直方圖各參數(shù)結(jié)果Tab.2 Results of each parameter of the DWⅠquantitative histogram for the case and control groups

圖1 男，70歲，病理診斷為前列腺癌。A：T2WⅠ圖，右側(cè)外周帶6～9點(diǎn)鐘方向T2WⅠ低信號(hào)結(jié)節(jié)，包膜連續(xù)性中斷；B：b=1000 s/mm2時(shí)的DWⅠ圖，病灶呈稍高信號(hào)；C：b=2000 s/mm2時(shí)的DWⅠ圖，病灶呈明顯高信號(hào)；D：ADC圖，病灶呈明顯低信號(hào)；E：ADC的直方圖參數(shù)圖。 圖2 男，68歲，前列腺炎。A：T2WⅠ圖，雙側(cè)外周帶T2WⅠ信號(hào)減低；B：b=1000 s/mm2時(shí)的DWⅠ圖，雙側(cè)外周帶高信號(hào)；C：b=2000 s/mm2時(shí)的DWⅠ圖，雙側(cè)外周帶稍高信號(hào)；D：ADC圖，未見(jiàn)明顯異常信號(hào)；E：ADC的直方圖參數(shù)圖Fig. 1 Male, 70 years old, prostate cancer.A: T2WⅠlow signal nodules at 6～9 o'clock, envelope continuity interruption; B: DWⅠmap (b=1000 s/mm2) with a slightly higher signal; C: DWⅠdiagram (b=2000 s/mm2), the lesion showed a significantly high signal; D: ADC diagram, the lesion showed a significantly low signal; E: Histogram parameter diagram for ADC. Fig. 2 Male, 68 years old, prostatitis. A: T2WⅠ, bilateral peripheral band T2WⅠsignal decreased; B: DWⅠdiagram (b=1000 s/mm2),bilateral peripheral high signal;C:DWⅠdiagram (b=2000 s/mm2),with slightly higher peripheral signals on both sides;D:ADC diagram,with no obvious abnormal signal;E:Histogram parameter diagram for ADC.

2.4 超高b 值和高b 值直方圖參數(shù)鑒別前列腺良惡性病變的效能

超高b 值和高b 值直方圖參數(shù)鑒別前列腺良惡性病變的診斷效能見(jiàn)表3。高b 值DWI 各參數(shù)中ADC10診斷效能最高(0.823)，ADCmean、ADCmedian及ADC90診斷效能也較高，分別為0.814、0.812 及0.810；超高b值A(chǔ)DC各參數(shù)中同樣是ADC10診斷效能最高(0.902)，其次為ADCmedian(0.851)、ADCmean(0.850)，均超過(guò)高b 值DWI直方圖各參數(shù)值，但超高b值與高b值A(chǔ)DC值診斷效能的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。

表3 超高b值和高b值直方圖參數(shù)鑒別前列腺良惡性病變的效能比較Tab.3 Comparison of efficacy of ultra-high and high b histogram parameters to identify benign and malignant prostate lesions

3 討論

本研究首先定性分析比較超高b 值及高b 值DWI圖對(duì)外周帶前列腺癌的診斷效能，再對(duì)其所對(duì)應(yīng)的ADC值進(jìn)行直方圖定量分析。結(jié)果顯示b值=2000 s/mm2的DWI 圖對(duì)腫瘤的敏感度明顯比b 值=1000 s/mm2的DWI圖高(P＜0.05)，但兩者所對(duì)應(yīng)的ADC值診斷效能相似(P＞0.05)。我們的研究結(jié)果可以部分解釋之前研究得出的不同結(jié)論，b 值的選擇會(huì)以不同的方式影響獲取的DWI及ADC，之前的大部分研究[8-14]主要是對(duì)其中的一個(gè)(DWI 圖、ADC 圖及ADC 值)進(jìn)行評(píng)價(jià)，所以會(huì)得出相互矛盾的結(jié)論。

3.1 超高b 值及高b 值DWI 的ADC 值對(duì)外周帶前列腺癌的診斷效能

本研究與Kim 等[12]、Koo 等[13]的研究有著較大差別，他們?cè)u(píng)估了兩個(gè)b 值(1000 和2000 s/mm2)對(duì)應(yīng)的ADC 值及ADC 圖對(duì)前列腺癌的診斷性能的影響，我們則在此基礎(chǔ)上另外評(píng)估了兩個(gè)b 值的DWI 圖像及其與常規(guī)MR 圖像組合的診斷效能。Kim 等[12]對(duì)兩個(gè)不同b 值(1000 和2000 s/mm2)導(dǎo)出的ADC 值進(jìn)行定量分析，結(jié)果顯示在b 值為1000 和2000 s/mm2的腫瘤區(qū)域的平均ADC 值均低于良性前列腺組織(P＜0.001)，兩者診斷性能相似，與本研究結(jié)果一致，可能是因?yàn)锳DC 圖是對(duì)數(shù)信號(hào)衰減曲線(xiàn)的陡度在至少兩次單獨(dú)采集的遞增b 值上的逐像素計(jì)算，與單一b 值軌跡圖像相比，更容易受到運(yùn)動(dòng)和其他偽影的影響。一項(xiàng)研究表明[14]，當(dāng)b值從1000 s/mm2增加到2000 s/mm2時(shí)，惡性組織內(nèi)的平均信噪比下降了21.6%，DWI 圖像嚴(yán)重失真，惡性組織與正常組織之間有一定的ADC值重疊。因此，與高b 值(1000 s/mm2)獲得的ADC 值相比，使用超高b 值(2000 s/mm2)獲得的ADC 值對(duì)于鑒別前列腺良、惡性病變并沒(méi)有額外的提高。

3.2 超高b值及高b值DWI圖對(duì)外周帶前列腺癌的診斷效能

本研究結(jié)果與Rosenkrantz等[8]的研究結(jié)果有一定的一致性。他們的研究方案對(duì)b值=1000和2000 s/mm2的DWI和ADC圖進(jìn)行定性分析，并由兩名放射科醫(yī)生對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行獨(dú)立評(píng)估，使用從不同b 值得到的ADC 圖檢測(cè)主要腫瘤病變的敏感度沒(méi)有發(fā)現(xiàn)差異，而使用b 值=2000 s/mm2時(shí)DWI 圖像檢測(cè)腫瘤的敏感度明顯高于b 值為1000 s/mm2。此外，基于腫瘤與背景組織對(duì)比度的定量分析，在b值為2000 s/mm2時(shí)，DWI圖的對(duì)比度明顯高于b 值為1000 s/mm2時(shí)；而ADC圖的腫瘤與周?chē)鷧^(qū)域?qū)Ρ蕊@示兩者之間沒(méi)有明顯差異。Metens等[11]定量分析了DWI圖的病灶組織的可見(jiàn)性(對(duì)比度、噪聲比)，發(fā)現(xiàn)與b值為1000 s/mm2相比，使用b值為2000 s/mm2的DWI圖增加了前列腺癌病灶和背景組織之間的對(duì)比度，從而提高了腫瘤檢測(cè)的敏感度。以上結(jié)果表明，在前列腺癌中，當(dāng)磁共振掃描儀具有足夠的梯度性能和低噪聲系數(shù)時(shí)，DWI 應(yīng)采用超高b值，以使DWI 圖像具有足夠的對(duì)比度，從而提高腫瘤檢測(cè)的敏感度。

3.3 直方圖分析法是鑒別良惡性腫瘤、分級(jí)和評(píng)估腫瘤療效的有效工具

分化良好的腫瘤維持其管狀結(jié)構(gòu)，而癌灶組織增殖過(guò)快、細(xì)胞密度過(guò)高會(huì)限制水分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，并可通過(guò)ADC值量化彌散受限的程度[15,16]。同一前列腺癌灶內(nèi)不同區(qū)域的細(xì)胞密度不同，其信號(hào)亦有很大的差異。直方圖分析法可以提取不同的微環(huán)境，以免被平均ADC 值掩蓋[17]，是鑒別良惡性腫瘤、分級(jí)和評(píng)估腫瘤療效的有效工具[18]。通過(guò)ROC 曲線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)ADC10高于ADCmedian、ADCmean、峰度和偏度，表明這個(gè)指標(biāo)對(duì)鑒別良惡性病變的診斷效果最好，與以前的一些研究基本一致[19,20]。這可以用組織學(xué)異質(zhì)性來(lái)解釋?zhuān)[瘤細(xì)胞增殖最旺盛的部分細(xì)胞核分裂最活躍、結(jié)構(gòu)最致密，水分子彌散受限最明顯，因而ADCmin最能反映腫瘤細(xì)胞的病理及分化程度[21]，然而ADCmin易受腫瘤邊緣偽影、噪聲及鄰近結(jié)構(gòu)等極端數(shù)值的影響，值不穩(wěn)定，而ADC10同樣能反映腫瘤的病理特性，其結(jié)果更穩(wěn)定，因此ADC10能更好地反映前列腺惡性成分[21]。因此，采用直方圖分析DWI 成像對(duì)前列腺良惡性病變的鑒別是可行的。

3.4 存在的不足

本研究不足之處：(1)本研究大部分病理結(jié)果為經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)下系統(tǒng)穿刺，與MRI病灶不能完全一一對(duì)應(yīng)，結(jié)果可能存在偏差；(2)本文為回顧性研究，且樣本選擇可能存在偏倚；(3)本組樣本量相對(duì)不足，今后仍需要大樣本多中心研究進(jìn)一步證實(shí)。

綜上所述，盡管超高b 值與高b 值所對(duì)應(yīng)的ADC圖直方圖對(duì)外周帶前列腺癌的診斷效能相似，但在b 值為2000 s/mm2時(shí)的DWI 圖像的敏感度顯著高于b 值為1000 s/mm2時(shí)。因此，超高b 值DWI 有助于提高對(duì)外周帶前列腺癌的診斷價(jià)值。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無(wú)利益沖突。