高洪波　周良平

放射技術學

前列腺癌擴散加權(quán)成像的研究進展

高洪波周良平*

MR擴散加權(quán)成像（DWI）可以無創(chuàng)地檢測活體組織水擴散特性的改變，反映分子水平的病理生理過程，其對前列腺癌的早期診斷、臨床分期及侵襲性評估具有重要價值。就DWI對前列腺癌的應用價值，尤其是多種DWI函數(shù)模型以及多參數(shù)MRI對前列腺癌的應用價值予以綜述。

擴散加權(quán)成像；前列腺癌；函數(shù)模型；多參數(shù)；磁共振成像；鑒別診斷

前列腺癌是發(fā)達國家男性最常見的惡性腫瘤之一，近年來在我國男性中的發(fā)病率也逐步上升。MRI是診斷前列腺癌的重要影像檢查方法，其中擴散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）可以無創(chuàng)性檢測活體組織的水擴散特性，反映分子水平的病理生理過程，并且能夠?qū)η傲邢侔┙M織進行定量分析，對前列腺癌的檢出及鑒別、侵襲性評估、療效評價等具有較大優(yōu)勢。尤其隨著DWI函數(shù)模型（如雙指數(shù)函數(shù)模型、擴散峰度模型、拉伸指數(shù)模型等）的開發(fā)及應用，使得DWI對于前列腺癌的診斷顯示出更為明顯的優(yōu)勢。

1 DWI對前列腺癌的應用價值

1.1前列腺癌的檢出目前大多數(shù)研究是利用DWI評價外周帶前列腺癌。Osugi等［1］對37例前列腺癌病人進行研究，結(jié)果顯示T2WI、動態(tài)增強MRI （DCE-MRI）、DWI影像及ADC圖 （b=1 000 s/mm2）診斷外周帶前列腺癌的敏感度分別為 31.4%、37.1%、51.4%、71.4%，陽性預測值分別為78.6%、92.9%、94.7%、96.0%。Miao等［2］的研究表明T2WI診斷前列腺癌的敏感度及特異度分別為76%和70%，DWI為86%和80%。由此可見，DWI對前列腺癌的檢出具有明顯優(yōu)勢。

1.2前列腺癌的鑒別

1.2.1與前列腺良性病變鑒別對于前列腺良惡性病變的鑒別，近年來的研究主要集中在通過測量組織ADC值來實現(xiàn)對前列腺癌和良性病變的定量分析。通常前列腺癌的ADC值低于前列腺良性病變，這為兩者的鑒別提供了依據(jù)。Nagel等［3］對130例可疑前列腺癌病人ADC值與MR引導穿刺下的病理結(jié)果對照分析，得出正常前列腺組織、前列腺炎、高分化前列腺癌（Gleason評分=2，3）、低分化前列腺癌（Gleason評分=4，5）的ADC值（×10-3mm2/s）分別為1.22±0.21、1.08±0.18、0.88±0.15、0.88±0.13，雖然ADC值有部分重疊，但其差異具有統(tǒng)計學意義。Nagayama等［4］對45例前列腺癌病人的ADC值研究發(fā)現(xiàn)，取不同ADC界值，前列腺癌診斷的準確率有明顯差異，當界值為1.35×10-3mm2/s時，診斷前列腺癌最高準確度為93%。以上研究結(jié)果表明雖然良惡性組織之間的ADC值有部分重疊，但只要選取

*審校者合適界值，對前列腺癌的診斷仍具有較高的準確性。然而在臨床實際應用中由于技術條件（b值、線圈等）及研究對象的不同，確定最適診斷界值具有一定難度，將來可以通過大樣本研究探尋最優(yōu)技術條件以尋求最適界值范圍。

1.2.2與前列腺增生的鑒別前列腺增生好發(fā)于移行帶，在T2WI上前列腺增生和前列腺癌可以具有相似的影像表現(xiàn)，而DWI可以根據(jù)其水分子擴散差異做出較好的鑒別。Ren等［5］研究發(fā)現(xiàn)移行區(qū)惡性結(jié)節(jié)ADC值明顯低于良性結(jié)節(jié)，T2WI聯(lián)合DWI與T2WI單獨診斷前列腺癌的受試者操作特征曲線下面積 （area under curve，AUC）值分別為0.991和0.884，表明DWI對前列腺癌的檢出具有明顯優(yōu)勢。Jung等［6］也得出類似的結(jié)論，但認為與T2WI相比，DWI對于體積＜0.5 cm3或者Gleason評分＜7分的前列腺癌無明顯優(yōu)勢，這可能與部分病例使用1.5 T MR設備有關或者受技術條件限制。

1.3前列腺癌侵襲性的評價已有大量研究表明，前列腺癌ADC值與Gleason評分呈負相關。Nowak等［7］對66例前列腺癌病人癌區(qū)ADC值進行分析，結(jié)果顯示，當以1.005×10-3mm2/s為界值時，ADC值對于區(qū)分Gleason＜7和Gleason≥7的癌區(qū)敏感度和特異度分別為90.5%和62.5%（AUC=0.789）。Donati等［8］通過對131例前列腺癌病人平均ADC值、中位ADC值、第10百分位ADC值、第25百分位ADC值與根治術后逐層大切片病理對照得出，第10百分位ADC值與Gleanson評分相關性最好，其區(qū)分前列腺癌評分為6分與7分的效能最高 （AUC= 0.758）。雖然大量病例分析表明ADC值可以很好地評估前列腺癌的惡性程度，但在實際臨床運用中，由于不同等級前列腺癌ADC值之間存在部分重疊，因此目前尚未有統(tǒng)一的ADC值界限用來區(qū)分不同分化程度的前列腺癌，而且前列腺癌的侵襲性與其體積［9］和病灶數(shù)量［10］等也有一定關系，單純依靠ADC值來判斷其侵襲性尚有困難。而Rosenkrantz等［11］應用峰度模型中K值提高了鑒別高低分化前列腺癌效能（0.70∶0.62，P=0.01），這將是一個值得深入研究的方向。

近年一些研究還表明DWI有助于預測前列腺癌包膜外轉(zhuǎn)移。Kim等［12］對167例前列腺癌病人ADC值進行研究分析，結(jié)果顯示有包膜外轉(zhuǎn)移與無包膜外轉(zhuǎn)移的前列腺癌平均ADC值分別為（1.00±0.21）× 10-3mm2/s和（1.30±0.32）×10-3mm2/s（P＜0.001），以1.091 0×10-3mm2/s為界值，ADC值預測包膜外轉(zhuǎn)移的敏感度與特異度分別為 75%和 70%（AUC= 0.771）。Chong等［13］報道DWI結(jié)合T2WI預測包膜外轉(zhuǎn)移的敏感度與特異度分別為94.5%和91.7%，高于單獨使用 T2WI的敏感度與特異度 （87.2%和81.2%）。隨著研究的不斷深入，ADC值將不失為一種預測前列腺癌包膜外轉(zhuǎn)移的較好指標，并且可以嘗試與前列腺特異性抗原水平、臨床分期、Gleason評分、年齡等結(jié)合運用，以提高預測效能。

2　函數(shù)模型的應用價值

2.1單指數(shù)函數(shù)模型單指數(shù)模型通過分析單一b值DWI的ADC臨界值來判斷前列腺病變的性質(zhì)。b值是影響DWI的重要因素，臨床常用的b值范圍主要在500～1 000 s/mm2之間，可獲得較好的影像質(zhì)量。b值的提高利于增加擴散權(quán)重，提高DWI對水分子擴散的敏感性，減少T2穿透效應，更加真實地反映組織的擴散特性［14-15］。Wang等［16］對73例病理證實為前列腺癌病人的DWI（b值分別取1 000、1 500、2 000 s/mm2）與ADC圖進行分析。結(jié)果表明，當b=1 500 s/mm2時，病變區(qū)信噪比明顯優(yōu)于其他b值者更有助于前列腺癌的診斷。Manenti等［17］對78例前列腺癌病人的DWI影像及ADC圖研究發(fā)現(xiàn)，對于年輕（經(jīng)驗較少）醫(yī)生，當b值取2 000 s/mm2時應用DWI及ADC圖診斷外周帶前列腺癌的準確度優(yōu)于b=1 000 s/mm2時，但利用ADC圖診斷外周帶前列腺癌的準確度差異無統(tǒng)計學意義；而對于有經(jīng)驗的醫(yī)生，雖然更高b值可以提高其診斷準確度，但兩者差異均無統(tǒng)計學意義。Rosenkrantz等［18］也認為超高b值 （b＞1 000 s/mm2）DWI可提高前列腺癌的診斷準確度，而ADC圖對于前列腺癌診斷的準確度差異無統(tǒng)計學意義。以上研究表明超高b值的應用更有助于年輕醫(yī)生診斷前列腺癌的準確率提高，并且結(jié)合ADC圖和DWI是十分必要的。然而隨著b值的升高，信噪比相應降低，隨之影像質(zhì)量下降，其診斷結(jié)果受到相應的影響［19］，因此有研究者得出相反的結(jié)論，Kim等［19］通過分析b值分別為1 000 s/mm2及2 000 s/mm2時前列腺癌組織的ADC值，結(jié)果表明b值取2 000 s/mm2時并不能提高移行帶前列腺癌的診斷準確率。Koo等［20］認為，與b=2 000 s/mm2相比，b=1 000 s/mm2時具有更高的診斷效能?？梢姴⒉皇莃值越高越好，Clark等［21］認為在腦部進行超高b值（b＞1000 s/mm2）DWI時，組織的信號強度與b值偏離了直線關系，而呈曲線關系，DWI信號的衰減背離了單指數(shù)模型。前列腺癌DWI是否也遵循此規(guī)律尚需要進一步研究。

計算得出的DWI影像（computed DWI，cDWI）是近年興起的一種新技術，其原理是通過對至少兩個不同低b值DWI影像數(shù)據(jù)進行計算分析而得到的高b值DWI影像，這樣不僅癌區(qū)與非癌區(qū)信號對比度得到提高而且信噪比損失和影像失真會被極大降低或消除［22-23］。如果知道每個體素的ADC值，那么高b值時每個體素的信號強度就可以通過以下公式計算出來：Sb=S0·e-（b-b0）ADC=S1·e-（b-b1）ADC，Sb、S0、S1為b取高b值、b0、b1時每個體素的信號強度。Blackledge等［24］對比了10例前列腺癌病 b=2 000 s/mm2時獲得的cDWI影像和b=900 s/mm2時直接獲得的DWI影像，結(jié)果顯示前者獲得的cDWI影像對前列腺癌診斷敏感度和特異度更高（96.0%∶89.4%和96.6%∶87.5%，P＜0.01）。Andrew等［25］報道，通過b=0、1 500 s/mm2和0、1 000 s/mm2計算得到的 b=1 500 s/mm2時的cDWI影像與b=0、1 000 s/mm2和0、1 500 s/mm2直接得到的DWI影像對比發(fā)現(xiàn)，良性前列腺組織信號得到更好的抑制，而且影像偽影更少，失真程度更低，b=1 500 s/mm2時的cDWI影像對于診斷前列腺癌的敏感性和陽性預測值高于直接得到的DWI影像，但兩者差異并無統(tǒng)計學意義。雖然cDWI對于前列腺癌診斷效能尚值得進一步探討，但因其時間成本以及對軟件要求并不高，若技術成熟，在臨床上利用cDWI診斷前列腺癌將會有較好的應用空間。另外，cDWI是否存在最適b值也是一個值得探討的問題。

有研究者［26］提出，多組b值DWI可以提高計算ADC值的準確性。而Park等［27］分析了48例可疑前列腺癌病人雙b值與多組b值（單指數(shù)函數(shù)）所得ADC值診斷前列腺癌的信度和變異度，多組b值的最終ADC值采用最小二乘法擬合多組雙b值分別得到的ADC值而獲得，結(jié)果顯示兩種方法得到的ADC值之間具有良好的相關性，且差異微小?？梢?，在臨床工作中僅從時間成本考慮，單指數(shù)模型下多組b值DWI對于前列腺癌診斷并無太大優(yōu)勢，單指數(shù)模型下可以優(yōu)先考慮利用雙b值DWI。

2.2雙指數(shù)函數(shù)模型單指數(shù)函數(shù)模型主要針對水擴散的總體情況進行運算，而雙指數(shù)函數(shù)模型可區(qū)分不同擴散速率的水分，其計算公式為S/S0= fexp（-bADCf）+（1-f）exp（-bADCS），S0為b=0時的信號強度，ADCf為快擴散系數(shù)，代表自由水，ADCS為慢擴散系數(shù)，代表結(jié)合水，f為快擴散成分比例。傳統(tǒng)的雙指數(shù)函數(shù)模型其多b值呈等差數(shù)列排列［28］（本段雙指數(shù)函數(shù)模型均指傳統(tǒng)雙指數(shù)函數(shù)模型）。雙指數(shù)函數(shù)模型可以提供前列腺組織特性的附加參數(shù)，有研究［28］表明前列腺癌ADCf、ADCS、f值分別低于正常前列腺組織、良性前列腺增生、前列腺炎的相應值，f和ADCS對于鑒別前列腺癌與良性前列腺組織的準確性低于ADC值，ADCf值與ADC值對于鑒別前列腺癌與良性前列腺組織具有相似的準確性。一項對中央?yún)^(qū)前列腺癌的研究表明，雙指數(shù)函數(shù)模型DWI有助于前列腺癌與前列腺間質(zhì)性增生的鑒別，其ADCf鑒別能力優(yōu)于ADC值［29］。另外與單指數(shù)函數(shù)模型相比，雙指數(shù)函數(shù)模型處理多組b值與高b值的采樣信息更強，正常前列腺組織及前列腺癌組織的水分子擴散衰減特性可以得到精確的描繪［30］。Jambor等［31］通過研究48例健康志愿者前列腺組織的ADCS、ADCf、f認為，正常前列腺組織的雙指數(shù)函數(shù)模型下最優(yōu)b值數(shù)量為8～10，低噪聲水平下的最優(yōu)b值分布為0～400、650～1 200、1 700～2 000 s/mm2。目前尚未有關于如何選擇前列腺癌雙指數(shù)函數(shù)模型DWI最優(yōu)b值的報道，并且關于利用雙指數(shù)函數(shù)模型評價前列腺癌侵襲性的研究也鮮有報道，故對前列腺雙指數(shù)函數(shù)模型仍需進一步研究。

體素內(nèi)不相干運動模型 （intravoxel incoherent motion，IVIM）為一種雙指數(shù)函數(shù)模型，但較上述傳統(tǒng)雙指數(shù)函數(shù)模型不同，其b值主要分布在較低范圍內(nèi)，其計算公式為S/S0=（1-f）exp（-bD）+fexp（-bD*），D值代表水分子擴散系數(shù)，D*值代表灌注相關擴散系數(shù)，f代表灌注系數(shù)。有研究表明，與良性前列腺組織相比，前列腺癌區(qū)D、f值降低（P＜0.05）；雖然D*也相應降低，但其差異并無統(tǒng)計學意義，盡管如此，IVIM DWI對前列腺癌的診斷準確率低于單指數(shù)函數(shù)模型下的ADC值［32］。Zhang等［33］把IVIM應用到評價前列腺癌的侵襲性上，其結(jié)果表明D值對于鑒別高低分化前列腺癌的效能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)ADC值，這將成為IVIM DWI評估前列腺癌的一大優(yōu)勢，值得進一步研究。

2.3擴散峰度模型單指數(shù)函數(shù)模型假設體內(nèi)水分子擴散呈高斯分布，然而水分子擴散受限時，水分子擴散并不遵循高斯分布。2005年Jensen等［34］建立了峰度模型，描述了在擴散加權(quán)中水分子偏離高斯分布的現(xiàn)象，其公式為：Sb=S0exp（-b ADCkurt+1/6b2ADC2kurtK），K為峰度系數(shù)，表示偏離高斯分布的程度，ADCkurt為非高斯分布中相應的ADC值 （即下文D值），S0為b=0時對應的信號強度。擴散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）是基于體內(nèi)水分子非高斯擴散的特性，可以更好地反映復雜組織的微觀結(jié)構(gòu)，非高斯模型對前列腺癌及正常組織信號強度的擬合優(yōu)度明顯高于單指數(shù)函數(shù)模型，癌區(qū)與非癌區(qū)對比度更高［34-35］。DKI首先被用于神經(jīng)系統(tǒng)，現(xiàn)已經(jīng)被普遍應用于腦梗死、神經(jīng)膠質(zhì)瘤等腦部疾病的診斷，近年來有研究者開始探討DKI模型對前列腺癌的診斷價值。Rosenkrantz等［11］應用峰度模型和單指數(shù)模型分析47例前列腺癌病人的K值、D值和ADC值，認為前列腺癌組織K值明顯高于正常前列腺組織，應用K值診斷前列腺癌的敏感度高于相應D值及ADC值的 （分別為93.3%、78.5%和83.5%，P＜0.001），尤其在評價前列腺癌侵襲性方面，K值更是優(yōu)于ADC值，但K值對于診斷前列腺癌的特異性與ADC值相比并無明顯差別。Suo等［36］也得出了類似的結(jié)論，并認為K值與前列腺癌評分呈正相關（r=0.729），與ADC值相比D值與K值在鑒別良性前列腺病變與前列腺癌的重疊更?。ㄆ鋌最大值為2 000 s/mm2）。然而Tamura等［37］的研究顯示，雖然K值對于前列腺癌的診斷敏感性高于ADC值，但DK影像與標準DWI影像對于前列腺癌的診斷具有相似的準確性（AUC值無明顯差異）。該研究納入的病例數(shù)僅為20例，b值范圍在0～1 500 s/mm2之間。因此，DK模型對于前列腺癌的診斷準確率是否優(yōu)于單指數(shù)模型仍需通過更大病例量及更高b值進一步研究。Mazzoni等［38］對比了單指數(shù)模型與雙指數(shù)模型和峰度模型對于前列腺癌的診斷價值，結(jié)果表明b值范圍在0～2 300 s/mm2或0～1 800 s/mm2之間時，DK影像對于診斷前列腺癌的準確性高于單指數(shù)與雙指數(shù)模型所得到的DWI影像，然而b值范圍在0～800 s/mm2之間時其準確率并無明顯差異。這表明DK影像對于前列腺癌的診斷及評價具有較高的價值，而其診斷效能與b值密切相關。Rosenkrantz等［11］認為DK影像是利用圖像后處理技術通過標準DWI影像（b值數(shù)量大于3）獲得，其最大b值需為2 000 s/mm2左右，以保證其峰度相對精確。關于不同b值對DK影像診斷前列腺癌價值的影響以及以此確定最優(yōu)b值范圍可以作為峰度模型的一個研究方向。

2.4拉伸指數(shù)模型Bennett等［39］認為雙指數(shù)模型描述組織擴散時過于簡單化，理想化的組織擴散是將體素內(nèi)連續(xù)分布的擴散系數(shù)假設為兩個部分，因此進一步提出了拉伸指數(shù)模型，其公式為Sb/S0=exp ［-（b×DDC）a］，其中DDC表示分布擴散系數(shù)，代表體素內(nèi)平均擴散率，a代表體素內(nèi)的異質(zhì)性，反應體素內(nèi)擴散的不均勻性，大小在0～1之間，Sb是擴散系數(shù)為b時的信號強度，S0是無擴散時的信號強度。a越接近0，說明體素內(nèi)擴散異質(zhì)性就越高；反之，異質(zhì)性越低。拉伸指數(shù)模型最先用于神經(jīng)系統(tǒng)影像研究，Kwee等［40］利用拉伸指數(shù)模型DWI評價高級別膠質(zhì)瘤，結(jié)果表明a在腫瘤區(qū)明顯低于正常的腦組織區(qū)，而DDC在腫瘤區(qū)明顯高于正常腦組織區(qū)，并且DDC與a呈負相關，利用DDC和a能很好地評估高級別膠質(zhì)瘤的生物特征。目前拉伸指數(shù)模型DWI應用于前列腺癌的研究較少，Liu等［41］對比了27例前列腺癌單指數(shù)模型與拉伸指數(shù)模型DWI數(shù)據(jù)，結(jié)果前列腺癌DDC值低于正常前列腺組織，其ADC值與DDC值呈強相關性。拉伸指數(shù)模型DWI為前列腺癌的診斷提供了新的參數(shù)，將來可以從以下兩方面進一步探討其價值：①前列腺癌與正常組織的差異；②DDC與ADC值的強相關性。

3　多參數(shù)MRI對前列腺癌的應用價值

前列腺多參數(shù)MRI（multiparametric MRI，MPMRI）掃描方案的最優(yōu)化是目前研究的一大熱點。MP-MRI是指常規(guī)序列結(jié)合功能序列的MRI掃描，功能序列主要包括MR DWI、MRS、DCE-MRI。高分辨力T2WI聯(lián)合兩個以上功能序列的MP-MRI可明顯提高前列腺癌診斷的敏感性和特異性。歐洲泌尿放射學會前列腺MR檢查指導意見推薦T2WI+ DWI+DCE-MRI作為前列腺癌診斷的掃描方案［42］。Kim等［43］對110例前列腺癌病人多參數(shù)MRI研究認為，MP-MRI診斷前列腺癌的準確性明顯高于T2WI聯(lián)合DWI、T2WI聯(lián)合DCE-MRI以及各序列單獨成像（P＜0.05）。也有研究者［44］報道T2WI+DWI+DCEMRI方案略優(yōu)于T2WI+DWI方案，但兩種掃描方案差異無統(tǒng)計學意義。由于T2WI聯(lián)合兩種以上功能序列的MP-MRI檢查時間長、費用昂貴，目前在臨床很難推廣應用。綜合比較而言，T2WI聯(lián)合DWI方案可能是目前比較適合的檢查方案。因此，MP-MRI中最優(yōu)化組合還需要進一步深入的研究和探討。

4　展望

DWI以其無創(chuàng)、無需對比劑以及可反映分子水平病理變化等優(yōu)點，在前列腺癌檢出及鑒別、侵襲性評估、預后檢測等方面具有重要價值。目前面臨的主要問題仍是ADC值重疊問題，如何縮小ADC重疊應作為將來研究的一個方向。隨著高b值的應用以及多種模型的開發(fā)和深入研究，DWI將會在前列腺疾病診斷中發(fā)揮更加積極的作用。

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Research progress in diffusion weighted imaging of prostate cancer

GAO Hongbo，ZHOU Liangping.Department of Diagnostic Radiology，F(xiàn)udan University Shanghai Cancer Center，Shanghai 200032，China

【Abstract】Diffusion weighted imaging（DWI）can detecte the change of water diffusion properties of living organisms nonivasively and reflect the physiological processes of molecular pathophysiology.It plays a important role in the detection，staging，and aggressiveness assessment of prostate cancer.This article reviews its application values，especially the appliacation values of DWI functional models and multiparametric MRI in prostate cancer.

Diffusion weighted imaging；Prostate cancer；Functional models；Multiparametric；Magenetic resonance imaging；Differential diagnosis Int J Med Radiol，2016，39（1）：49-54

10.3874/j.issn.1674-1897.2015.06.Z3369

復旦大學附屬腫瘤醫(yī)院放射診斷科，上海 200032

周良平，E-mail：zhoulp-2003@163.com