馬露 葉慧義 王海屹△

1中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院放射科 100853 北京

動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI定量分析在前列腺癌診斷中的應(yīng)用

馬露1葉慧義1王海屹1△

1中國(guó)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(dòng)態(tài)增強(qiáng)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(dòng)力學(xué)信息，顯著提高了前列腺癌診斷的準(zhǔn)確性。本文就動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI定量分析的原理、可重復(fù)性及其在前列腺癌診斷中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

前列腺癌；磁共振成像；動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振

前列腺癌是西方國(guó)家導(dǎo)致男性死亡的第二大癌癥[1]，在我國(guó)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(píng)估中發(fā)揮著重要作用。為了進(jìn)一步提高M(jìn)RI診斷前列腺癌的準(zhǔn)確性，研究者不斷探索MRI功能成像，如擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging, DWI)、磁共振波譜成像(magnetic resonance spectroscopy, MRS)、動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging, DCE-MRI)等在前列腺癌診斷中的應(yīng)用價(jià)值。其中DCE-MRI定量分析基于藥代動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，可以反映組織灌注和腫瘤微血管通透性等血流動(dòng)力學(xué)信息，在研究中得到了廣泛應(yīng)用。

1 DCE-MRI定量分析的原理

MRI造影劑Gd-DTPA經(jīng)肘前靜脈團(tuán)注后，進(jìn)入體循環(huán)，由動(dòng)脈輸送至組織毛細(xì)血管，造影劑可以在數(shù)秒內(nèi)滲出到血管外細(xì)胞外間隙(extravascular extracellular space, EES)并存留一定時(shí)間，當(dāng)其濃度高于血管內(nèi)的造影劑濃度時(shí)，造影劑又會(huì)返回到血管內(nèi)。當(dāng)腫瘤大小達(dá)到3 mm時(shí)，腫瘤細(xì)胞會(huì)上調(diào)分子通路，產(chǎn)生并釋放血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)促進(jìn)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(dǎo)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(dòng)脈輸入函數(shù)(arterial input function, AIF)，基于藥代動(dòng)力學(xué)模型(如應(yīng)用最廣的Tofts模型、較常見的Brix模型及Larsson模型)對(duì)時(shí)間-信號(hào)強(qiáng)度曲線進(jìn)行分析計(jì)算，得出反映腫瘤血流信息的定量參數(shù)：容積轉(zhuǎn)運(yùn)常數(shù)(Ktrans)，運(yùn)動(dòng)速率常數(shù)(Kep)，血漿容積分?jǐn)?shù)(Vp)和血管外細(xì)胞外容積分?jǐn)?shù)(Ve)等。理論上存在Ve=Ktrans/Kep的數(shù)學(xué)關(guān)系，但目前的分析軟件采用了部分假設(shè)處理以簡(jiǎn)化模型，所以測(cè)量的試驗(yàn)結(jié)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(dòng)力學(xué)信息，并且在計(jì)算過程中納入了組織中對(duì)比劑濃度和AIF因素，較DCE-MRI半定量分析更加準(zhǔn)確。隨著相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，不斷有新的藥代動(dòng)力學(xué)模型應(yīng)用于臨床研究。

2 DCE-MRI定量分析的可重復(fù)性

一種定量測(cè)量方法在廣泛應(yīng)用于臨床之前，必須要先驗(yàn)證其準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。可重復(fù)性的評(píng)估主要包括以下幾個(gè)方面：同一觀察者對(duì)一次檢查中定量參數(shù)測(cè)量的可重復(fù)性，不同的觀察者對(duì)一次檢查中定量參數(shù)測(cè)量的可重復(fù)性，重復(fù)檢查中定量參數(shù)測(cè)量的可重復(fù)性以及不同影像中心之間定量參數(shù)測(cè)量的可重復(fù)性。

定量分析是DCE-MRI分析中最復(fù)雜的一種方法，如何獲得穩(wěn)定的，可重復(fù)性高的定量參數(shù)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，因?yàn)樾妮敵隽康淖兓?、測(cè)量組織的T1值和組織AIF的測(cè)量等都可能會(huì)影響定量參數(shù)的測(cè)量計(jì)算。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)前列腺癌DCE-MRI定量分析可重復(fù)性的研究較少，本文借鑒其他腫瘤中的相關(guān)研究作為參考。Wang等[6]認(rèn)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(fù)性，受試者內(nèi)變異系數(shù)(wCV)約3%或更低，在兩次重復(fù)掃描中也表現(xiàn)出較好的可重復(fù)性。其他學(xué)者在乳腺癌[7]和膠質(zhì)瘤[8]的研究中也發(fā)現(xiàn)了一致的結(jié)果。Barnes等[9]通過對(duì)15例乳腺癌模型的小鼠間隔一段時(shí)間進(jìn)行重復(fù)掃描，發(fā)現(xiàn)重復(fù)掃描中定量參數(shù)的可重復(fù)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(fù)性時(shí)需要考慮很多因素的影響，主要有以下幾個(gè)方面。

2.1 模型的選擇

現(xiàn)在有關(guān)前列腺DCE-MRI定量分析的研究多選用了Tofts模型進(jìn)行定量參數(shù)的計(jì)算，但也有少量研究選用更為復(fù)雜的三室模型。不同模型的使用會(huì)對(duì)定量參數(shù)的測(cè)量產(chǎn)生影響，降低了研究結(jié)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(duì)前列腺癌定量參數(shù)測(cè)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(kuò)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(duì)于重復(fù)掃描中定量參數(shù)的可重復(fù)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(cè)每位受試者得出個(gè)體化AIF，二是通過大量數(shù)據(jù)得到的經(jīng)驗(yàn)AIF。Yang等[12]認(rèn)為經(jīng)驗(yàn)AIF可以幫助解決要求高時(shí)間分辨率的問題，減少測(cè)量個(gè)體化AIF時(shí)ROI大小和位置帶來的錯(cuò)誤，提高定量參數(shù)測(cè)量的可重復(fù)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(dá)74%，組內(nèi)相關(guān)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(diǎn)相似。Huang等[13]還指出使用肌肉作為參考對(duì)AIF進(jìn)行校準(zhǔn)可以幫助減小AIF獲得方式對(duì)定量參數(shù)的影響。

2.3 后處理軟件

在既往研究中，學(xué)者往往容易忽視不同廠商不同類型后處理軟件對(duì)DCE-MRI定量參數(shù)的影響，與此相關(guān)的研究也很少。Heye等[15]對(duì)子宮肌瘤的患者進(jìn)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(jì)算得出定量參數(shù)，結(jié)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(biāo)準(zhǔn)化的后處理方法對(duì)于定量參數(shù)廣泛應(yīng)用于臨床非常重要。

2.4 其他

DCE-MRI定量參數(shù)的計(jì)算十分復(fù)雜，還會(huì)受到很多其他因素的影響。如：Dale等[16]認(rèn)為造影劑的不同可能會(huì)影響定量參數(shù)的測(cè)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(yùn)動(dòng)配準(zhǔn)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(jià)值

3.1 前列腺癌的檢出和診斷

目前臨床工作中，對(duì)于懷疑前列腺癌的患者通常依靠經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)下穿刺活檢(transrectal ultrasonography, TRUS)明確診斷，但是超聲對(duì)前列腺癌的診斷準(zhǔn)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(fēng)險(xiǎn)。近年來學(xué)者不斷將DCE-MRI定量分析應(yīng)用于前列腺癌的診斷，希望能夠幫助準(zhǔn)確檢出和診斷前列腺癌，減少漏診和不必要的穿刺活檢。

對(duì)于外周帶前列腺癌，目前較為一致的觀點(diǎn)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(bào)導(dǎo)，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(jià)值仍存在爭(zhēng)議。一些學(xué)者認(rèn)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(duì)癌灶的診斷沒有明顯幫助。但王世威等[26]對(duì)39例中央腺體前列腺癌的患者進(jìn)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(jié)合應(yīng)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(dāng)大的重疊，所以DCE-MRI定量參數(shù)應(yīng)該與T2WI、DWI或MRS結(jié)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(yīng)用T2WI單獨(dú)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(rèn)為在鑒別外周帶的前列腺癌組、炎癥組和正常組織時(shí)，不能單獨(dú)應(yīng)用Ktrans值，需要結(jié)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(gè)前列腺癌灶和38個(gè)基質(zhì)增生病灶，結(jié)果表明雖然Ktrans值不能有效鑒別中央腺體前列腺癌和基質(zhì)增生，但是與單獨(dú)應(yīng)用ADC值相比，Ktrans值與ADC值結(jié)合可以有效提高診斷的靈敏度，并降低假陽(yáng)性率。但也有學(xué)者持有不同觀點(diǎn)，Donati等[31]發(fā)現(xiàn)在T2WI和DWI的基礎(chǔ)上聯(lián)合Ktrans值和Kep值，對(duì)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(duì)治療后前列腺癌復(fù)發(fā)的診斷

研究發(fā)現(xiàn)前列腺癌根治術(shù)后的患者有15%～30%可以發(fā)生生化復(fù)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(fù)發(fā)[33]。缺乏正常的解剖標(biāo)志和瘢痕組織的形成給治療后前列腺癌復(fù)發(fā)的診斷帶來一定難度，但是發(fā)現(xiàn)和確定復(fù)發(fā)部位，及時(shí)接受進(jìn)一步治療對(duì)于延長(zhǎng)患者的生存期有很大意義。

放療導(dǎo)致的纖維化改變或根治術(shù)后的瘢痕組織在T2WI上都表現(xiàn)為與復(fù)發(fā)癌灶相似的稍低信號(hào)，很難鑒別。但Yakar等[34]對(duì)24例接受外照射放療的前列腺癌患者進(jìn)行前瞻性研究表明，DCE-MRI定量參數(shù)與T2WI相結(jié)合診斷外照射放療后前列腺癌復(fù)發(fā)的陽(yáng)性預(yù)測(cè)值可以達(dá)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(fù)發(fā)癌灶的曲線下面積由0.53升高至0.86。對(duì)于前列腺癌根治術(shù)后PSA升高的患者，DCE-MRI定量參數(shù)也同樣有助于局部復(fù)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(xì)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(shí)間較長(zhǎng)，直腸蠕動(dòng)或膀胱充盈引起的偽影可能會(huì)影響定量參數(shù)的測(cè)量；②對(duì)時(shí)間分辨率的要求較高，從而導(dǎo)致空間分辨率降低；③需要專門的后處理軟件，計(jì)算復(fù)雜，較為費(fèi)時(shí)；④受影響因素多，缺乏統(tǒng)一的參數(shù)，可重復(fù)性欠佳，很難實(shí)現(xiàn)不同影像中心、不同后處理軟件之間的比較。美國(guó)磁共振協(xié)會(huì)QIBA(Quantitative Imaging Biomarkers Alliance)和美國(guó)放射影像網(wǎng)絡(luò)學(xué)院(American College of Radiology Imaging Network)等已經(jīng)開展了有關(guān)的多中心研究，國(guó)內(nèi)目前尚缺乏此類研究。

綜上所述，隨著學(xué)者的重視、研究經(jīng)驗(yàn)的積累和后處理技術(shù)的發(fā)展統(tǒng)一，前列腺癌DCE-MRI定量分析與其他序列結(jié)合應(yīng)用，將在前列腺癌的診斷、分期和療效檢測(cè)等方面有更廣泛的應(yīng)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(duì)干部保健專項(xiàng)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