體素內無規則運動核磁成像技術在前列腺癌診斷中的價值

曹 曙曹惠霞胡衛列

1. 第二軍醫大學研究生院（上海 200433）; 2. 廣州軍區廣州總醫院核磁共振室; 3.廣州軍區廣州總醫院泌尿外科

體素內無規則運動核磁成像技術在前列腺癌診斷中的價值

曹 曙1曹惠霞2胡衛列3*

1. 第二軍醫大學研究生院（上海 200433）; 2. 廣州軍區廣州總醫院核磁共振室; 3.廣州軍區廣州總醫院泌尿外科

目的分析體素內無規則運動核磁成像（intravoxel incoherent motion MR imaging，IVIM-MRI）參數與病理診斷的相關性，探討其在診斷、評估前列腺癌的惡性程度、預后的應用價值。方法分析21例前列腺癌患者IVIM參數彌散系數D及灌注因子f，結合病理結果對比良性增生組織與腫瘤組織及中高危組與低危組中之間的區別。結果彌散系數D及灌注因子f （排除b=800 s/mm2）在良、惡性組織中差異均具有統計學意義（P＜0.05），同時，彌散系數D在中高危組與低危組之間差異也具統計學意義（P＜0.05）。結論IVIM技術有助于前列腺癌的診斷；彌散系數D值有助于對前列腺癌惡性程度的預估。

前列腺癌; 磁共振成像, 彌散

前列腺癌（prostate cancer，PCa）是全世界第五常見的腫瘤[1]。在我國等亞洲國家，伴隨人口總數增長、人口老齡化顯現及人們生活習慣改變，其發病率及死亡率均逐年上升[2]。但前列腺癌的診斷，尤其是前列腺癌的早期診斷仍是臨床上的一大難題。因此，改進前列腺癌診斷方法具有重要意義。

磁共振成像是前列腺癌最佳影像學診斷技術。T2加權成像（T2-weighted imaging，T2WI） 已經廣泛用于常規前列腺形態學檢查。近年來，在彌散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）基礎上，能更為精確分析體內水分子彌散情況的體素內無規則運動核磁成像（intravoxel incoherent motionMR imaging，IVIM-MRI）在前列腺癌診斷領域也獲得了廣泛關注[3,4]。而本研究重點分析以彌散系數D、灌注因子f等IVIM核磁參數與病理之間的相關性，探討其在診斷前列腺癌及評估其惡性程度、預后的應用價值。

研究方法

一、研究對象

本研究通過了我院倫理委員會的審核，并獲得所有患者的知情同意。研究對象為我院2012年6月至2013年6月之間在我院接受前列腺MRI檢查后，由前列腺穿刺活檢確診為前列腺癌的患者21例。其中年齡最大87歲，最小58歲，平均年齡67.5歲；其PSA值峰值是4.293～100 ng/dL，平均（35.2±18.1）ng/dL。

二、MRI成像方法

所有MRI數據均在使用8通道的torsal腹部相控陣線圈條件下由GE 3.0T HDxT MRI掃描儀掃描獲取。T2WI參數：重復時間（TR）：3000～6000ms；回波時間（TE）：90～150ms。FOV250×250mm，層厚4mm，間隔1mm，激勵次數1～2次。軸位多b值DWI掃描參數：使用單次激發自旋回波平面成像序列，TR4584ms，TE均盡可能的小。5個不同的b值（b=0,100,200,600,800s/mm2）。FOV250×250mm，層厚4mm，間隔1mm，平均激勵次數2次。

三、MRI圖像分析

由我院磁共振室2名副主任醫師共同完成閱片診斷，表觀擴散系數（apparent diffusion coefficient, ADC）等DWI數據均由美國GE公司AW 4.5工作站內置軟件完成分析。在T2WI、DWI圖像確定前列腺癌變可疑區域，用以指導超聲引導下的經直腸前列腺穿刺活檢。

四、病理檢查

采用寬頻直腸探頭彩超儀（頻率為6.95MHz），經直腸前列腺穿刺活檢，通過觀察前列腺形態、前列腺內部回聲表現等情況，在系統10針穿刺法的基礎上結合MRI提示的可疑區域有重點的穿刺取材。取材組織長度20mm。組織標本由我院病理科檢查并行GS評分。依據病理Gleason評分，將患者分為中高危（GS≥4+3，n=13）和低危（GS＜3+4，n=8）兩組。

五、IVIM-MRI數據后處理及觀察指標

根據病理活檢確診腫瘤部位，選取相應區域為興趣區1（ROI1），并在同一名患者病理活檢為良性增生組織的部位選取興趣區2（ROI2）作為對照。兩個興趣區內，彌散系數D（slow D）、灌注因子f 等IVIM參數的分析由美國GE公司AW4.5工作站完成。

六、統計學處理

所有的測量值均采用平均值±標準差的形式表達。采用SPSS 13.0統計軟件處理，計量資料運用兩樣本均數t檢驗，P=0.05。

結 果

一、21名患者的DWI及IVIM相關參數

21例前列腺癌患者的DWI及IVIM相關參數中，良性增生組織和腫瘤組織的ADC值分別為1.616± 0.391和0.775±0.209×10-3mm2/s，D值分別為1.287± 0.294和0.552±0.208×10-3mm2/s均表現出了顯著性差異（P＜0.01）。由表1可見，只有在排除b=800s/ mm2的數據之后，良性增生組織與腫瘤組織的f值（分別為4.565±8.978%和10.78±8.673%）才具有顯著性差異（P＜0.05）。

表1 21名患者的DWI及IVIM參數

二、中高危組、低危組IVIM參數

在中高危組及低危組中，D值分別為0.513±0.183和0.735±0.251×10-3mm2/s，ADC值分別為0.623± 0.142和0.947±0.103均具有顯著性差異（P＜0.05）。由表2可見，無論包含或排除b=800s/mm2所測數據，f值均無顯著性差異（P＞0.05）。

表2 中高危組與低危組的IVIM參數

討 論

MRI體系中，DWI技術反映組織中水分子無序擴散運動快慢并將其轉化為圖像的灰度信號或其他參數[5]。傳統上，其主要參數ADC是在假設組織內水分子彌散是一種簡單、隨意的分子運動而獲取的。相較于良性組織，腫瘤組織的ADC較低[6,7]。但在實際情況中，組織內水分子的擴散將受到多種因素的干擾，所以ADC存在一定的誤差，無法真實反映組織內水分子擴散。

基于DWI技術基礎上開發的IVIM成像技術，在神經系統檢查已經發展超過20年，最近又在前列腺等部位重新引起人們極大熱情。IVIM成像技術通過將DWI技術采集的水分子彌散數據進行一系列高斯彌散及非高斯彌散理論公式運算得到彌散系數D及灌注因子f 等參數，從而更精確的分析組織內水分子真實擴散情況，同時具備在不使用對比劑的DWI技術從純擴散中分析組織灌注情況的可能[3]。

本研究中，彌散系數D表現與國外文獻報道一致[8,9]。類似ADC值，腫瘤組織的D值較良性增生組織表現出明顯下降的趨勢，兩者差異具有統計學意義（P＜0.05），且這種下降趨勢與腫瘤的惡性程度表現出正相關關系。如同圖1所示，經病理證實的前列腺癌結節位于外周帶1點至6點區域，常規運用的T2WI圖像中表現為高信號的外周帶中出現低信號缺損區（圖1A），通過DWI測得的ADC圖中為ADC值降低區域（圖1B），而IVIM所得D值圖同樣為低數值區（圖1C）。就工作原理而言，IVIM技術本身就具備比DWI技術更為精確分析組織水分子彌散狀態的能力。所以，D值的這種趨勢較ADC值的改變呈現出一種更為精確的變化。如同表2展示，在中高危組及低危組之間，D值亦表現出顯著性差異（P＜0.05）。在中高危組，D值的降低比低危組更為明顯。這其中的原因，我們認為與腫瘤組織內細胞密度較大、細胞排列紊亂、細胞核質比提高、細胞間質成分減少等因素限制了組織內水分子的擴散運動相關。然而，隨著惡性程度的提高，腫瘤組織內細胞的排列等亦將越發紊亂，也將給水分子的擴散運動帶來更大的限制。這就提示我們，D值具備幫助臨床明確前列腺癌診斷并區分中高度惡性及低度惡性腫瘤的可能。因此，彌散系數D的精確測量將最終提高前列腺癌診斷率及評估腫瘤惡性程度的可靠性，這對臨床將有非常大的幫助，特別是對于那些無法取得病理標本的患者。

如表1所示，在包含與排除b=800s/mm2的不同條件下，本研究所得f值將出現明顯變化。包含b=800s/mm2所測數據，所測f值在良性增生組織及腫瘤組織之間并沒有表現出顯著性差異。而一旦排除b=800s/mm2所測數據，腫瘤組織的f值將會出現一種明顯升高的趨勢，其在良性增生組織及腫瘤組織之間的差異具有統計學意義（P＜0.05）。文獻報道[3]：b值低于750s/mm2時，腫瘤組織的f值將明顯增加。然而，當b值更高時，f 將減小甚至消失。IVIM理論最初提出時為雙指數模型，其中假設一個偽彌散和一個分子彌散，然而，分子彌散在高b值時將表現出一種與傳統隨意彌散過程相背離的運動過程。這是因為細胞所處復雜環境中存在障礙，從而導致出現與單指數函數衰減不同的觀察結果。這種非高斯彌散行為在前列腺組織中很明顯，因此取高b值時，并不適用IVIM相關彌散數據[10,11]。在排除b= 800s/mm2所測數據后，21名患者中腫瘤組織的灌注分數 f 均明顯高于良性增生組織，這可能與生長活躍的腫瘤組織中具有更大的微血管密度、更高的血管通透性以及更多的血流灌注等原因相關。但是，在中高危組和低危組之間，無論包含或排除b= 800s/mm2所測數據，f 值均沒有表現出顯著性差異（P＞0.05），見表2。其中的原因，我們認為可能與在細胞實際復雜環境以及在前列腺中很明顯的非高斯彌散相關，但真正的原因仍有待進一步明確。在最近的報道中，非高斯彌散的干擾已經在功能MRI的背景上獲得確認[12]。

本研究結果提示IVIM參數彌散系數D和灌注因子f的精確獲得對b值選取具有非常大的依賴性，選擇合適的b值，IVIM研究中獲取的D值和f值將具有較大潛在臨床應用可能。值得注意的是，代表組織灌注情況的參數f不需要注射靜脈對比劑就可以獲取，這一點對腎功能不全或對對比劑嚴重過敏的患者來講，具有相當大的臨床意義。同時，我們可以看到，如果使IVIM成像技術疊加于T2加權成像與DWI成像，將有助于提高MRI（T2、ADC、D和f）早期篩選前列腺癌的可能性，同時可在保持前列腺癌診斷正確率基礎上縮短檢查時間，提高患者MRI檢查的醫從性。

當然，本研究也存在局限性。首先，本次研究僅為小樣本的單中心研究，其結果尚有待于大樣本的多中心研究來進一步證實。同時，本研究使用的病理結果均來自于經直腸前列腺穿刺活檢獲取的病理標本，所得到的GS評分相對全前列腺取材標本偏低[13]。另外，由于我院條件有限，本研究使用經直腸超聲引導穿刺，并沒有采用國外運用的MRI引導穿刺技術，不利于直接獲取可疑組織標本[3]。最后，因為考慮到國內患者的醫從性問題，本研究在MRI掃描時只采用了8通道的torsal腹部相控陣線圈，并未聯合運用直腸內線圈，對核磁數據的準確獲取產生了一定的不利影響。這些制約因素在下一步的研究中有待進一步改進。

結 論

1. IVIM參數中的彌散系數D和灌注因子f （排除b=800 s/mm2）在腫瘤組織與良性增生組織之間差異均具統計學意義（P＜0.05）。對比良性增生組織，在腫瘤組織中，彌散系數D明顯降低，灌注分數f則明顯升高，這兩個參數可能成為一個潛在的前列腺癌生物標志。

2. 彌散系數D在中高度惡性腫瘤與低度惡性腫瘤差異具有統計學意義（P＜0.05），它的降低與腫瘤的惡性程度表現出正相關關系。

總之，在選取合適的b值后，IVIM成像技術可合并到現有的MRI檢查體系中來提高診斷前列腺癌的準確率，并可幫助判斷預后、減少或消除對比劑使用及縮短檢查時間。

1 Ferlay J, Shin HR, Bray F, et al. Estimates of worldwide burden of cancer in 2008: GLOBOCAN 2008. Int J Cancer 2010; 127(12): 2893-2917

2 Parkin DM, Bray F, Ferlay J, et al. Global cancer statistics, 2002. CA Cancer J Clin 2005; 55(2): 74-108

3 Pang Y, Turkbey B, Bernardo M, et al. Intravoxel incoherent motion MR imaging for prostate cancer: an evaluation of perfusion fraction and diffusion coeffi cient derived from different b-value combinations. Magn Reson Med 2013; 69(2): 553-562

4 Le Bihan D. Intravoxel incoherent motion perfusion MR imaging: awake-up call. Radiology 2008; 249(3): 748-752

5 Padhani AR, Liu G, Koh DM, et al. Diffusion-weighted magnetic resonance imaging as a cancer biomarker: consensus and recommendations. Neoplasia 2009; 11(2): 102-125

6 Xu J, Humphrey PA, Kibel AS, et al. Magnetic resonance diffusion characteristics of histologically defi ned prostate cancer in humans. Magn Reson Med 2009; 61(4): 842-850

7 Gibbs P, Pickles MD, Turnbull LW. Diffusion imaging of the prostate at 3.0 tesla. Invest Radiol 2006; 41(2): 185-188

8 Vargas HA, Akin O, Franiel T, et al. Diffusion-weighted endorectal MR imaging at 3 T for prostate cancer: tumor detection and assessment of aggressiveness. Radiology 2011; 259(3): 775-784

9 Turkbey B, Shah VP, Pang Y, et al. Is apparent diffusion coeffi cient associated with clinical risk scores for prostate cancers that are visib le on 3-T MR images? Radiology 2011; 258(2): 488-495

10 Mazaheri Y, Vargas HA, Akin O, et al. Reducing the infl uence of b-value selection on diffusion-weighted imaging of the prostate: evaluation of a revised monoexponential model within a clinical setting. J Magn Reson Imaging 2012; 35(3): 660-668

11 Dopfert J, Lemke A, Weidner A, et al. Investigation of prostate cancer using diffusion-weighted intravoxel incoherent motion imaging. Magn Reson Imaging 2011; 29(8): 1053-1058

12 Le Bihan D. Diffusion, confusion and functional MRI. Neuroimage 2012; 62(2): 1131-1136

13 那彥群, 郭震華. 實用泌尿外科學. 北京: 人民衛生出版社, 2009: 359-370

（2013-08-12收稿）

Intravoxel incoherent motion MR imaging for diagnosis of prostate cancer: an evaluation of perfusion fraction and diffusion coeffi cient

Cao Shu1, Cao Huixia2, Hu Weilie3*
1. Graduate School of Second Military Medical University, Shanghai 200433, China; 2. Department of MRI, General Hospital of Guangzhou Military Command of PLA; 3. Department of Urology, General Hospital of Guangzhou Military Command of PLA Corresponding author: Hu Weilie, E-mail:huwl-mr@vip.sina.com

ObjectiveTo evaluate the value of intravoxel incoherent motion MR imaging diffusion coeffi cients (D) and perfusion fractions (f ) in the diagnosis of prostate cancer.MethodsThe clinical and imaging data of 21 patients with prostatic cancer were analyzed retrospectively, including the D values and the f values of the different pathological pattern and the different levels of malignancy.ResultsThere were signifi cant difference in D values and f values (exclude b=800s/ mm2) between the normal and tumor tissues(P<0.05). But, between the different levels of malignancy, only the D values had statistical difference(P<0.05).ConclusionIVIM shows some advantages in the differential diagnosis of prostatic cancer and accurate quantifi cation of D value will be helpful to determine tumor malignancy.

prostatic neoplasms; diffusion magnetic resonance imaging

10.3969/j.issn.1008-0848.2014.01.006

R 737.25

*通訊作者, E-mail:huwl-mr@vip.sina.com">