正常前列腺組織IVIM-DWI的可重現(xiàn)性研究及年齡相關(guān)性分析

張冬，吳婷，史長征，羅良平

正常前列腺組織IVIM-DWI的可重現(xiàn)性研究及年齡相關(guān)性分析

張冬，吳婷，史長征，羅良平*

目的 探討體素內(nèi)不相干運動擴散加權(quán)成像(IVIM-DWI)各相關(guān)參數(shù)在正常前列腺組織中的可重現(xiàn)性，并分析其隨年齡的變化趨勢。材料與方法 將66名符合納入標準的各年齡段健康志愿者分成三組(A組，15～30歲，13名；B組，31～50歲，25名；C組，≥51歲，28名)，在3.0T磁場強度下對志愿者行IVIM-DWI掃描，休息30 min后行第二次IVIM-DWI掃描(b值0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1000、1200、1500、2000、3000 s/ mm2)，應(yīng)用雙指數(shù)模型對信號衰減進行分析得出slow ADC值，fast ADC值及f值。采用配對樣本t檢驗研究前后兩次掃描之間的差異，探討各參數(shù)的可重現(xiàn)性；采用方差分析(ANOVA)及LSD法對各參數(shù)在不同年齡段正常前列腺組織中的差異進行比較，分析其隨年齡的變化趨勢。結(jié)果 A組健康志愿者前列腺中央腺fast ADC值兩次測量數(shù)據(jù)差異有統(tǒng)計學意義(P=0.022)，其余各參數(shù)兩次測量數(shù)據(jù)差異沒有統(tǒng)計學意義；slow ADC值外周帶A、B組及A、C組間差異有統(tǒng)計學意義，B、C組間差異無統(tǒng)計學意義，中央腺A、C組及B、C組間差異有統(tǒng)計學意義，A、B組間差異無統(tǒng)計學意義；fast ADC值外周帶及中央腺各組兩兩間均無顯著性差異；f值外周帶各組兩兩間均有顯著性差異，中央腺A、C組及B、C組間差異有統(tǒng)計學意義，A、B組間差異無統(tǒng)計學意義；前列腺外周帶及中央腺slow ADC值、f值總體上隨年齡段升高呈上升趨勢。結(jié)論 不同年齡段正常前列腺組織的IVIM-DWI各相關(guān)參數(shù)總體上具有良好的可重現(xiàn)性；應(yīng)用影像學手段，通過對IVIM-DWI相關(guān)參數(shù)的分析，可以定量的反映前列腺隨年齡升高而發(fā)生的各種細胞水平的變化，為前列腺疾病的診斷及定量分析提供可靠的依據(jù)。

前列腺；磁共振成像；年齡因素

前列腺癌是男性最常見的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率在亞洲國家呈逐年上升的趨勢[1]。磁共振成像是診斷前列腺癌的重要影像學檢查手段，尤其擴散加權(quán)成像(DWI)能夠明顯提高癌灶的檢出率[2-3]。近年來，隨著磁共振設(shè)備的升級，體素內(nèi)不相干運動擴散加權(quán)成像(IVIM-DWI)逐漸應(yīng)用于臨床。IVIM-DWI在無需注射對比劑的情況下可以無創(chuàng)地、定量地反映組織的灌注與擴散特性，為疾病的診斷提供更加豐富的信息。但是，IVIM-DWI應(yīng)用于前列腺定量研究時，其各相關(guān)參數(shù)(slow ADC值，fast ADC值及f值)的可重現(xiàn)性(reproducibility)卻鮮有報道。同時前列腺組織作為一個激素依賴性器官，隨著年齡的變化，前列腺會呈現(xiàn)出不同的生理及組織學特性。因此有必要在應(yīng)用IVIM-DWI定量分析前列腺病變之前，了解其各相關(guān)參數(shù)的可重現(xiàn)性及其隨年齡的變化趨勢，為前列腺疾病的診斷及定量分析提供可靠的研究基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1臨床資料

搜集2013年5月至12月來我院體檢的66名健康志愿者，年齡19～76歲，平均年齡48.8歲。健康志愿者的納入標準為：(1)無泌尿系統(tǒng)疾病的癥狀、體征，直腸指檢無異常；(2)未做過前列腺穿刺活檢手術(shù)及相關(guān)檢查；(3)實驗室檢查結(jié)果正常：血清總前列腺特異性抗原(tPSA)<4.0 ng/ml，血清游離前列腺特異性抗原/血清總前列腺特異性抗原(fPSA/tPSA)>0.16；(4)同時由2名經(jīng)驗豐富影像科醫(yī)師對前列腺MRI形態(tài)、信號特點進行分析后確定為正常前列腺者，不明確則由2名醫(yī)師討論，意見不一致者去除。

根據(jù)Xia等[4]的三段年齡分組法，將66名健康志愿者分為三組：A組，15～30歲；B組，31～50歲；C組，≥51歲(表1)。

表1　各組人數(shù)及其年齡平均數(shù)Tab. 1The population and mean age in every group

1.2MR檢查方法

采用GE Discovery HD 750 3.0T磁共振掃描儀和8通道相控陣表面線圈(8 USTORSOPA)對志愿者進行掃描。囑志愿者在檢查前60 min飲適量水，使膀胱中度充盈。采取仰臥位，下腹部加壓，線圈中心定位于恥骨聯(lián)合，腳先進。常規(guī)MR采用快速自旋回波序列，軸面T1WI：TR 500 ms，TE 15 ms，F(xiàn)OV 340 mm×340 mm，矩陣352×352，層厚4.0 mm，層間距0.5 mm，激勵次數(shù)(NEX) 2；軸面T2WI檢查序列：TR 4500 ms，TE 120 ms，F(xiàn)OV 340 mm×340 mm，矩陣352×352，層厚4.0 mm，層間距0.5 mm，激勵次數(shù)(NEX) 2。IVIM-DWI檢查序列：TR 2000 ms，TE 80 ms，F(xiàn)OV 340 mm×340 mm，矩陣 128×160，層厚4.0 mm，層間距0.5 mm，b 值0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1000、1200、1500、2000、3000 s/ mm2，NEX 4、2、2、3、3、4、4、6、6、8、8、10、10、12、15(與b值相對應(yīng))。第一次掃描結(jié)束后，囑志愿者下檢查床，休息半小時后重新定位，進行T2WI、IVIM-DWI第二次掃描。

1.3圖像后處理及數(shù)據(jù)測量

應(yīng)用雙指數(shù)模型，在GE AW 4.5后處理工作站對所得圖像數(shù)據(jù)的信號衰減進行處理，計算公式如下。

S為不同b值下的信號，S0為b=0時的信號，ADCf和ADCs分別為快慢擴散系數(shù)(fast ADC值)及慢擴散系數(shù)(slow ADC值)，f為快擴散系數(shù)所占的比例。

對所得圖像進行感興趣區(qū)(ROI)的測量，在軸面上，分別選取外周帶(PZ)及中央腺(CG，包括移行帶及中央帶)顯示最佳的兩個層面，分別對稱設(shè)置兩個ROI，對兩次檢查的IVIM-DWI序列分別測量，要求選擇ROI層面、大小及位置盡可能一致。ROI選取盡可能避開尿道前列腺部、脂肪、血管及鈣化(T1WI、T2WI呈低信號)區(qū)域，ROI面積盡可能大。測量并記錄感興趣區(qū)相關(guān)雙指數(shù)參數(shù)(fast ADC值、slow ADC值、f值)數(shù)據(jù)并取平均值。

1.4統(tǒng)計方法

所有數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS 13.0軟件進行分析，健康志愿者前列腺中央腺及外周帶雙指數(shù)IVIM-DWI各相關(guān)參數(shù)可重現(xiàn)性分析采用配對樣本t檢驗，各相關(guān)參數(shù)不同年齡段間的比較采用方差分析(ANOVA)，進一步兩兩組間比較采用LSD-t檢驗。P<0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

2　結(jié)果

2.1不同年齡段正常前列腺中央腺及外周帶各參數(shù)可重現(xiàn)性結(jié)果

通過對不同年齡段的志愿者進行兩次IVIMDWI掃描，采用雙指數(shù)衰減模式分析各參數(shù)，對不同年齡段的外周帶和中央腺的fast ADC值、slow ADC值及f值進行比較，僅發(fā)現(xiàn)A組(15～30歲)健康志愿者前列腺中央腺fast ADC值兩次測量數(shù)據(jù)差異有統(tǒng)計學意義(P=0.022)，A組其余各參數(shù)及B、C組各參數(shù)兩次測量數(shù)據(jù)，沒有顯著差異，即兩次測量可重現(xiàn)性良好(表2～4)。

2.2IVIM-DWI各參數(shù)隨年齡變化趨勢

為了分析正常人前列腺隨年齡生長發(fā)育過程，將正常組兩次掃描獲得的外周帶和中央腺的fast ADC值、slow ADC值及f值進行平均計算，然后對不同年齡組進行比較，發(fā)現(xiàn)slow ADC值外周帶A、B組及A、C組間差異有統(tǒng)計學意義，B、C組間差異無統(tǒng)計學意義，中央腺A、C組及B、C組間差異有統(tǒng)計學意義，A、B組間差異無統(tǒng)計學意義；fast ADC值外周帶及中央腺各組兩兩間均無顯著性差異；f值外周帶各組兩兩間均有顯著性差異，中央腺A、C組及B、C組間差異有統(tǒng)計學意義，A、B組間差異無統(tǒng)計學意義；前列腺外周帶及中央腺slow ADC值、f值總體上隨年齡段升高呈上升趨勢(表5，6；圖1～3)。

表2　slow ADC值(×10-3mm2/s)各年齡組重現(xiàn)性結(jié)果Tab. 2 The results of the reproducibility for slow ADC value (×10-3mm2/s) in every group

表3　fast ADC值(×10-3mm2/s)各年齡組重現(xiàn)性結(jié)果Tab. 3 The results of the reproducibility for fast ADC value (×10-3mm2/s) in every group.

表4　f值各年齡組重現(xiàn)性結(jié)果Tab. 4 The results of the reproducibility for f value in every group.

3　討論

表5　各年齡組間fast ADC、slow ADC及f值的平均值Tab. 5 The mean values of fast ADC, slow ADC and f inThree groups

表6　fast ADC值、slow ADC值及f值各年齡組間LSD-t檢驗P值結(jié)果Tab. 6 The P values of LSD-tTest betweenThree groupsTo fast ADC, slow ADC and f value

MRI是目前公認的較為有效的前列腺無創(chuàng)性檢查方法，尤其是DWI在前列腺癌的檢出方面有明顯的優(yōu)勢。近年來，隨著定量影像學的發(fā)展，基于雙指數(shù)擴散衰減模式的IVIM-DWI逐漸應(yīng)用于臨床研究中。

圖1　外周帶及中央腺各參數(shù)隨年齡變化趨勢。組A～C所代表年齡段分別為15～30歲、31～50歲、≥51歲，fast ADC值及slow ADC值(×10-3mm2/s)。slow ADC值外周帶組B、C間及中央腺組A、B間差異無統(tǒng)計學意義，fast ADC值外周帶及中央腺各組兩兩間均無顯著性差異，f值中央腺組A、B間差異無統(tǒng)計學意義，外周帶與中央腺slow ADC值及f值隨年齡增大總體呈上升趨勢Fig. 1TheTrend of every parameter in both PZ and CG with age changing. Group A, B, C represent different age ranges, which is 15—30 years, 31—50 years, ≥51 years respectively. Fast ADC value and slow ADC values (×10-3mm2/s）.There is no signifcant difference for slow ADC values between group B and C in PZ， as well as group A and B in CG. Fast ADC values have no signifcant difference betweenThree groups.The difference of f values is not signifcant between group A and B in CG. In general， it presents an elevatedTrend for slow ADC values and f values in both PZ and CG.

IVIM理論是由Le Bihan[5]于1985年提出，他認為組織微循環(huán)中血液的水分子流動是一種偽擴散運動，傳統(tǒng)的DWI中應(yīng)用單指數(shù)模型得到的ADC值并不能反映真實的水擴散?；隗w素不相干運動理論，在一組包含高b值(>200 s/mm2)與低b值(≤200 s/mm2)的掃描序列下，應(yīng)用雙指數(shù)數(shù)學模型對衰減信號進行分析、處理，將組織中由血液灌注引起的信號衰減從總的衰減信號中剝離出來，得到一組既能反應(yīng)組織真正擴散特性，又能反應(yīng)其灌注特性的參數(shù)。主要參數(shù)為慢擴散系數(shù)(slow ADC)、快擴散系數(shù)(fast ADC)及快擴散比例(fraction of fast component，f)。

圖2　不同年齡段病例外周帶各參數(shù)比較。A1～A4、B1～B4、C1～C4分別為24歲、45歲、62歲男性健康志愿者的T2WI、slow ADC 圖、fast ADC圖及f圖，于外周帶兩側(cè)分別放置感興趣區(qū)ROI1、RIO2，彩圖中藍色到紅色的變化代表參數(shù)值由低到高，對比觀察各參數(shù)不同年齡段外周代的偽彩圖，slow ADC及f值隨年齡增大呈升高趨勢，fast ADC值不同年齡段間變化不明顯 圖3 不同年齡段病例中央腺各參數(shù)比較。A1～A4、B1～B4、C1～C4分別為24歲、45歲、62歲男性健康志愿者的T2WI、slow ADC 圖、fast ADC圖及f圖，于中央腺兩側(cè)分別放置感興趣區(qū)ROI3、RIO4，彩圖中藍色到紅色的變化代表參數(shù)值由低到高，對比觀察各參數(shù)不同年齡段中央腺的偽彩圖，slow ADC及f值隨年齡增大呈升高趨勢，fast ADC值不同年齡段間變化不明顯，同外周代呈現(xiàn)相同的變化趨勢Fig. 2The comparison of parameters in PZ forThree cases in different groups. A1—A4, B1—B4, C1—C4 representsT2WI, slow ADC maps, fast ADC maps and f maps forThree volunteers of 24 years, 45 years and 62 years respectively. Regions of interest 1 and 2 (ROI1, RIO2) are set in both side of PZ symmetrically,The change of colour from blueTo red representsThe values from lowTo high. An elevatedTrend with age was observed in slow ADC values and f values， whileThe change of fast ADC values betweenThree cases is not signifcant. Fig. 3The comparison of parameters in CG forThree cases in different groups. A1—A4, B1—B4, C1—C4 representsT2WI, slow ADC maps, fast ADC maps and f maps forThree volunteers of 24 years, 45 years and 62 years respectively. Regions of interest 3 and 4 (ROI 3, RIO 4) are set in both side of CG symmetrically,The change of colour from blueTo red representsThe values from lowTo high. An elevatedTrend with age was observed in slow ADC values and f values, whileThe change of fast ADC values betweenThree cases is not signifcant， as well as observed in PZ ofThe same cases.

3.1不同年齡段正常前列腺中央腺及外周帶各參數(shù)可重現(xiàn)性分析

隨著磁共振儀器硬件的不斷發(fā)展，除了腦組織以外，腹部臟器如肝臟、腎臟、胰腺及前列腺的IVIM-DWI的研究也不斷開展。已有多個研究結(jié)果顯示，除了slow ADC值，fast ADC值及f值在疾病狀態(tài)與正常組織間存在明顯的改變[6-9]，這在診斷疾病及評價臟器功能方面有很大的幫助。但是在這些參數(shù)作為定量指標廣泛應(yīng)用于臨床實踐之前，研究并分析這些參數(shù)的可重現(xiàn)性是很有必要的?？芍噩F(xiàn)性(Reproducibility)[10-11]是指在實驗時間、地點、測量方法、檢查者及實驗設(shè)備可變狀態(tài)下，應(yīng)用相同實驗材料，在不同實驗狀態(tài)下獲得的結(jié)果之間的一致性分析，用來評價檢測方法的穩(wěn)定性。

本研究中不同年齡段健康志愿者前列腺中央腺及外周帶IVIM-DWI各參數(shù)可重現(xiàn)性分析顯示，除A組fast ADC值外，其余相關(guān)參數(shù)前后兩次的測量結(jié)果均沒有顯著差異，因此IVIM-DWI各相關(guān)參數(shù)測量的可重復(fù)性良好，對前列腺擴散指標的測量可以提供穩(wěn)定的實驗數(shù)據(jù)。A組年齡段健康志愿者前列腺中央腺體積較小，中央腺結(jié)構(gòu)顯示欠清晰，容易與周圍組織產(chǎn)生容積效應(yīng)，而且前后兩次放置的ROI很難在同一層面，因此造成兩次測量數(shù)據(jù)存在差異，導(dǎo)致可重現(xiàn)性差。這一點同時也反映出fast ADC值相對于其他各參數(shù)具有較差的穩(wěn)定性[12]。

3.2IVIM-DWI各參數(shù)隨年齡變化趨勢分析

對各年齡段slow ADC值、fast ADC值及f值變化的統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，隨著年齡的升高，slow ADC值及f值隨年齡的升高呈上升的趨勢，而fast ADC值在各年齡段之間無統(tǒng)計學差異。前列腺主要由腺體組織、前列腺液及基質(zhì)成分組成。腺體組織主要是指由上皮細胞包繞形成的腺泡及腺管結(jié)構(gòu)，在性激素的刺激下上皮細胞分泌前列腺液儲存在腺泡中，并通過腺管最終排入尿道?；|(zhì)成分主要包括平滑肌組織、結(jié)締組織、纖維母細胞、淋巴組織、神經(jīng)及血管。隨著年齡的增長及激素水平的變化，前列腺組織在細胞水平也發(fā)生著顯著的變化[13]，如上皮細胞的減少，細胞外基質(zhì)的沉積等。

slow ADC值，即純擴散系數(shù)，主要反應(yīng)組織中真實的水分子擴散運動。隨著年齡的升高，前列腺組織內(nèi)的上皮成分逐漸減少而基質(zhì)成分逐漸增多，尤其在50歲以后，這種變化更加明顯[14]。Roger等的研究結(jié)果顯示，上皮成分中的水分子擴散ADC值約0.4 ± 0.1×10-3mm2/s，而基質(zhì)成分中的水分子擴散ADC值接近0.7 ± 0.1×10-3mm2/s，明顯高于上皮組織中的水分子擴散。這說明了基質(zhì)成分中的水分子擴散更加自由，隨著年齡的增大，外周帶及中央腺中的上皮成分逐漸減少而基質(zhì)成分逐漸增多，slow ADC值也逐漸升高；同時slow ADC值所反映的這種趨勢與Arenas等[15]的研究結(jié)果也相一致。

隨著年齡的增長，前列腺的體積也逐漸增大，其血液灌注水平也相應(yīng)提高[4]，因此其灌注分數(shù)f值也逐漸上升。按照Le Bihan[5]的理論，組織微循環(huán)灌注中的水分子運動在宏觀水平上也可以被看作為一種擴散運動，由偽擴散系數(shù)fast ADC值及灌注分數(shù)f值反映。雖然f 值隨年齡升高，然而fast ADC值在各年齡組間卻無顯著性差異。這可能是由于腺體組織內(nèi)前列腺液的流動在一定程度上也參與了Le Bihan[5]理論中的偽擴散運動，導(dǎo)致fast ADC值對血液灌注的變化不敏感，而且相對于slow ADC值及f值，fast ADC值的相對不穩(wěn)定性也可能導(dǎo)致其無法準確反映組織的灌注特性[12，16]。Pang等[17]關(guān)于前列腺癌的研究及Woo等[18]對于肝細胞癌的研究結(jié)果同樣顯示，與fast ADC值相比，f值對灌注水平的變化更加敏感。

本研究具有一定的局限性。首先，樣本量較少及各年齡組人數(shù)分布的不均勻可能對研究結(jié)果產(chǎn)生偏倚；其次，實驗對象為正常志愿者，實驗結(jié)果的分析與闡述缺乏直觀的病理對照，結(jié)論的有效性仍需其他學者更多的實驗來證實；最后，本實驗選用15個b值(0～3000 s/ mm2)，目前文獻報道的關(guān)于前列腺IVIM-DWI的研究中多選取4～10個b值，而且b值的范圍與分布也不相同，所得各定量參數(shù)的范圍存在一定的差異，因此關(guān)于前列腺IVIM-DWI研究中b值范圍與分布的標準化仍需進一步探究。

綜上所述，不同年齡段正常前列腺組織的IVIM-DWI各相關(guān)參數(shù)總體上具有良好的可重現(xiàn)性；應(yīng)用影像學手段，通過對IVIM-DWI相關(guān)參數(shù)的分析，可以定量的反應(yīng)前列腺隨年齡升高而發(fā)生的各種細胞水平的變化，為前列腺疾病的診斷及定量分析提供可靠的研究基礎(chǔ)。

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選取我院2015年1月～2016年12月收治60例上肢骨折需行手術(shù)患者，ASA分級Ⅰ～Ⅱ級，年齡25～65歲，隨機分為三組，Ⅰ組：靜脈注射生理鹽水2 mL，Ⅱ組：靜脈注射舒芬太尼0.2 μg/kg，Ⅲ組：靜脈注射舒芬太尼0.3 μg/kg，隨后行臂叢神經(jīng)阻滯。注藥后神經(jīng)支配區(qū)域針刺皮膚刺痛覺消失可開始手術(shù)。

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The reproducibility of IVIM-DWI in normal prostate and age-related analysis

ZHANG Dong, WUTing, SHI Chang-zheng, LUO Liang-ping*
Center of Medical Imaging，The Fist Affliated Hospital of Jinan University， Guangzhou 510632, China

*CorrespondenceTo: Luo LP, E-mail:Tluolp@jnu.edu.cn

23 Aug 2015, Accepted 26 Sep 2015

Objective：To investigateThe reproducibility ofThe intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging (IVIM-DWI) derived parameters, and analyzeThe change ofThe IVIM-DWI derived parameters of normal prostate in different age groups. Materials and Methods： Sixty-six volunteers conformedToThe standards were divided intoThree groups (group A, 15—30 years, 13. Group B, 31—50 years, 25. Group C, ≥51 years, 28) and underwentThe scanning of IVIM-DWI with 15 b-factors from 0To 3000 (0, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1500, 2000, 3000 s/ mm2)Twice with an interval of 30 minutes using 3.0T MRI device,The biexponential fts were appliedTo fgure outThe slow ADC， fast ADC and f values.The reproducibility of every parameters were investigated byThe pairedT-test.The differences of every parameters in normal prostate betweenTheThree age groups were assessed using oneway analysis of variance (ANOVA) andThe least significant difference (LSD)T-test. Results： Slow ADC, fast ADC and f values showed good reproducibility in both peripheral zone (PZ) and central gland (CG) ofThree age groups, except fast ADC in CG of group A (P=0.022).The slow ADC and f values ofThe prostate peripheral zone and central gland hadThe upwardTendency with age increasing. Slow ADC showedsignifcant difference between group A and B， group A and C， while had no signifcant difference between group B and C in PZ，and slow ADC showed signifcant difference between group A and C， group B and C， while had no signifcant difference between group A and B in CG. Fast ADC in both PZ and CG betweenThree age groups had no signifcant different. F value show signifcant difference betweenThree age groups in PZ， while in CG f value show signifcant difference between group A and C， group B and C，while had no signifcant difference between group A and B. Conclusions： In general, a good reproducibility of IVIM-DWI derived parameters in normal prostate ofThree age groups was observed. IVIM-DWITechnology refectedThe age-related change of prostateTissues inThe celluar level, andThe derived parameters could set a reliable referenceToThe quantitative analysis of prostate diseases.

Prostate; Magnetic resonance imaging; Age factors

作者單位：
暨南大學附屬第一醫(yī)院醫(yī)學影像中心，廣州，510632

2015-08-23

R445.2；R697.3

A

10.3969/j.issn.1674-8034.2015.11.010

廣東省社會發(fā)展領(lǐng)域科技計劃項目(編號2013B021800161)

羅良平，tluolp@jnu.edu.cn

接受日期：2015-09-26

張冬, 吳婷, 史長征, 等. 正常前列腺組織IVIM-DWI的可重現(xiàn)性研究及年齡相關(guān)性分析. 磁共振成像, 2015, 6(11): 848-854.

ACKNOWLEDGMENTSThis article was funded by Social development of science andTechnology plan projects in Guangdong province (No. 2013B021800161).