DCE-MRI渗透性参数及DWI成像ADC值与前列腺癌Gleason评分的相关性研究

马向征 王世威* 沈建良 喻迎星 吕锟 庞佩佩

DCE-MRI渗透性参数及DWI成像ADC值与前列腺癌Gleason评分的相关性研究

马向征 王世威* 沈建良 喻迎星 吕锟 庞佩佩

目的探讨动态增强磁共振成像（DCE-MRI）血管渗透性参数及弥散加权成像（DWI）ADC值与前列腺癌（PCa）Gleason评分的相关性。方法收集37例经病理证实的PCa患者，均行磁共振常规扫描、DWI和DCE-MRI扫描。分别测量癌区和正常区域的Ktrans、Kep、Ve、Vp和ADC值，统计学分析采用两配对样本t检验和spearman相关分析。结果PCa区的Ktrans、Kep、Ve、Vp和ADC值分别为（2.40±1.13）min-1、（1.90±0.72）min-1、（0.82±0.24）、（0.31±0.25）和（0.93±0.43）×10-3mm2/s，正常区域的Ktrans、Kep、Ve、Vp和ADC值分别为（0.89±0.46）min-1、（0.82±0.42）min-1、（0.86±0.17）、（0.09±0.06）和（1.77±0.30）×10-3mm2/s，其中Ktrans、Kep、Vp和ADC值两组差异均具有统计学意义（P值均<0.01），Ve两组差异无统计学意义（P=0.292）。PCa区ADC值与PCa的主要结构分级、次要结构分级和Gleason评分均呈中度负相关（P均<0.01），PCa区Vp与PCa的主要结构分级呈低度负相关（P<0.05），与次要结构分级和Gleason评分无明显相关性，Ktrans、Kep和Ve与PCa的主要结构分级、次要结构分级和Gleason评分均无明显相关性（P>0.05）。结论PCa区Vp与PCa的主要结构分级呈低度负相关，ADC值与PCa的主要结构分级、次要结构分级和Gleason评分均呈中度负相关，Ktrans、Kep和Ve与Gleason评分均无明显相关性。

磁共振 DCE-MRI DWI 前列腺癌 Gleason评分

目前，前列腺癌（Prostate cancer，PCa）是全世界范围内老年男性发病率最高的恶性肿瘤［1］，随着生活习惯的改变、平均寿命的延长，在我国的发病率呈逐年上升的趋势［2］，已成为危害老年男性生命健康的重要疾病。由于Gleason分级评分系统与生物学行为和预后关联良好，被认为是评价PCa生物学侵袭性的“金标准”，已逐步成为制定PCa治疗方案的重要参考指标。目前，PCa的Gleason分级和评分主要依靠前列腺穿刺活检取得病理组织进行分析来获得，但是，前列腺穿刺活检是一种有创性的检查，存在导致一些严重并发症的风险，因此，寻找一种可以无创评价PCa生物学侵袭性及预测其Gleason分级的方法具有重要的临床意义。本文旨在探讨动态增强磁共振成像（Dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI）血管渗透性参数及弥散加权成像（Diffusion weighted imaging，DWI）表现扩散系数（ADC）值与PCa Gleason分级和评分的相关性，为临床判断PCa的生物学侵袭性和制定治疗方案提供可靠的影像学依据。

1 临床资料

1.1 一般资料 收集2014年10月至2016年1月由于前列腺特异性抗原（PSA）升高，临床怀疑为PCa的患者，在本院行常规MRI、DWI和DCE-MRI检查，并于1周内经手术或穿刺活检病理证实的PCa患者37例，年龄59~85岁，平均74.2岁。患者纳入标准：（1）患者无磁共振检查禁忌证。（2）MR检查前未经过内分泌、放疗等非手术治疗。（3）MR检查前1个月内未进行过前列腺穿刺活检。本研究获得医院伦理委员会的批准，所有患者均签署知情同意书。

1.2 检查方法所有检查均在德国Siemens Magnetom Verio 3.0T超导MR扫描仪上进行，采用16通道体部相控阵表面线圈。患者采取仰卧位、脚先进，扫描中心位于耻骨联合上方约2cm，佩戴专用耳机，以减少噪音的影响。常规扫描采用快速翻转恢复压脂序列横断位T2WI、矢状位T2WI和冠状位T2WI，扫描参数：TR 4000ms，TE 96ms，层厚3mm，FOV 240mm×240mm，采集矩阵320×320，激励次数2。DWI采用单次激发平面回波序列进行横断面扫描，具体参数：TR 4500ms，TE 93ms，层厚4mm，FOV 260mm×221mm，采集矩阵160×120，激励次数4，b值选择50和700s/mm2，扫描结束后自动重建出ADC图。DCE-MRI采用三维容积内插体部扫描序列（3D-VIBE）横断位T1WI，对比剂采用钆喷酸葡胺（北京北陆药业有限公司），经肘静脉以0.1mmol/kg的剂量、2ml/s的速率团注，注射完毕后加注10ml生理盐水。扫描参数：TR 5.80ms，TE 2.17ms，层厚3.60mm，FOV 260mm×211mm，采集矩阵352×352，激励次数1，扫描次数15。

1.3 Gleason分级和评分获得方法 11例患者采用手术方法取得病理结果，26例患者采用经直肠超声（TRUS）引导的前列腺6+4穿刺活检法，常规穿刺6个点后再增加两侧外周区各2个点，共10个穿刺点，然后对可疑区域增加穿刺1~2针。由泌尿科穿刺医生记录穿刺点位置，并对穿刺取得组织用10%福尔马林溶液固定。标本经常规HE染色后制成玻片，由病理医生负责观察报告，并标注Gleason分级和评分。

1.4 图像及数据分析 DWI扫描完成后自动生成ADC图，在ADC图直接进行ADC值的测量，测量时首先与穿刺所得病理结果进行匹配，然后参照其他序列图像，在ADC图上的PCa区和正常组织放置感兴趣区（ROI）。每个区域重复勾画3次ROI，记录3次测量的平均值作为该区域的ADC值。DCE-MRI定量分析采用血流动力学定量分析软件Omni-Kinetics（GE医疗，中国）进行后处理。选择Extended Tofts Linear双室模型对PCa区所在层面进行血管渗透性定量分析，获得血管渗透性参数容量转移常数（Ktrans）、速率常数（Kep）、血管外细胞外间隙容积比（Ve）和血浆内对比剂容积分数（Vp）。测量时首先与穿刺所得病理结果进行匹配，然后在动态增强原始图像上在PCa区和正常组织勾画ROI，软件自动分析所画区域的Ktrans、Kep、Ve和Vp值并生成各参数的红蓝伪彩图像。每个区域重复勾画3次ROI，测量3次取其平均值。

1.5 统计学方法 采用SPSS 22.0统计软件。计量资料以（±s）表示。PCa区和对应的正常组织的血管渗透性参数及ADC值的比较采用两配对样本t检验；PCa区的血管渗透性参数和ADC值与PCa主要结构分级、次要结构分级和Gleason评分的相关性采用spearman相关分析。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 病灶形态及MRI表现 本研究共采集37份可用组织样本，包括外周区癌24例，移行区癌10例。PCa在T2WI上表现为低信号结节，DWI上以高信号为主，ADC图上表现为低信号，DCE-MRI扫描多表现为快进快出。2.2 PCa癌区和正常组织的血管渗透性参数及ADC值的比较分析 PCa癌区和对应正常组织的血管渗透性参数及ADC值均呈正态分布，两配对样本t检验显示PCa癌区与所对应的正常区域的Ktrans、Kep、Vp和ADC值两组差异均具有统计学意义（P<0.01），Ve两组差异无统计学意义（P=0.292）。见表1。

表1 PCa癌区和对应正常组织的血管渗透性参数及ADC值的比较

2.3 PCa癌区血管渗透性参数和ADC值的与Gleason评分的相关性分析 采用spearman相关分析分析PCa癌区的血管渗透性参数和ADC值与PCa主要结构分级、次要结构分级和Gleason评分的相关性，PCa癌区ADC值与PCa的主要结构分级、次要结构分级和Gleason评分均呈中度负相关（r值分别为-0.655、-0.513和-0.706，P值均<0.01），PCa区Vp与PCa的主要结构分级呈低度负相关（r=-0.388，P<0.05），与次要结构分级和Gleason评分无明显相关性，Ktrans、Kep和Ve与PCa的主要结构分级、次要结构分级和Gleason评分均无明显相关性（P>0.05）。

3 讨论

Gleason分级是目前广泛采用的前列腺腺癌组织学分级方法，由于其与生物学行为和PCa预后关联良好，已成为制定PCa治疗方案的重要参考指标。Gleason分级采用与预后密切相关的5级法，级别随着组织结构分化程度及预后变差而升高，1级表示肿瘤组织结构分化最好，预后最好；5级表示肿瘤组织结构未分化，预后最差。Gleason评分是按癌区主要结构类型和次要结构类型分化程度分别评分，以两项评分相加的总分作为判断预后的标准。Gleason评分越高说明肿瘤侵袭性越大，复发的可能性越大。

DCE-MRI是通过观察对比剂随时间扩散至血管外细胞外间隙的过程，从而了解肿瘤新生血管形成情况的一种定量分析方法。与前列腺增生组织相比，PCa的新生血管具有数量多、走行乱、渗透高等特点，DCE-MRI通过定量测量病灶区域的Ktrans、Kep、Ve和Vp等血管渗透性参数，可以间接反映新生血管的数量和通透性等特点，进而评估病灶的血流动力学特征和代谢特征［3］。PCa的生长和侵袭依赖肿瘤新生血管，预后也与肿瘤新生血管密切相关。PCa组织分化越差，肿瘤细胞代谢和增殖就越快，新生血管越多，导致内皮细胞间隙较正常血管内皮细胞间隙增大，与正常血管比较具有较大的渗透性。刘会佳等［4］对28例PCa患者行DCE-MRI检查，分别测量癌区的Ktrans、Kep和Ve值并与Gleason评分做相关性分析，结果显示癌区的Ktrans值与Gleason评分呈正相关（r=0.533，P<0.05），认为Ktrans值可以无创预测肿瘤恶性程度和预后。而李春媚等［5］对经穿刺活检证实的38例PCa患者行DCE-MRI检查，测量PCa区的Ktrans、Kep和Ve值并与Gleason评分做相关性分析，发现Ktrans、Kep和Ve值均与Gleason评分无显著相关性（r值分别为0.279、0.069、0.109，P均>0.05）。目前关于DCE-MRI与Gleason评分相关性的研究仍较少，并且尚未得出一致性的结论，不同研究中心所采用的测量软件和后处理模型不同得出的结果也存在较大差异，其可行性和准确性还有待进一步研究证实。

DWI是通过对生物组织内水分子的扩散运动特征进行成像，从而无创地反映水分子在活体组织中的布朗运动状态的成像方法，DWI在中枢神经系统疾病中的应用比较广泛，近年来被广泛应用于体部肿瘤的诊断和鉴别诊断当中。ADC作为DWI的主要评估参数，其反映的是水分子扩散运动的范围和速度，与肿瘤的生长和癌变组织的侵袭性有关，ADC值越低说明该区域水分子的扩散受限程度越明显。Itatani等［6］对117例经手术证实为低危PCa（Gleason评分≤6分）患者行DWI检查，应用ROC曲线分析显示，ADC值对诊断PCa的敏感度和特异度分别为76.5%和81%，并且ADC值的截断值为1.04×10-3mm2/s。Gleason分级越高PCa细胞分化越差，形成正常腺管结构的能力越低，而肿瘤细胞增殖加快，使组织腺体结构减少，细胞间隙缩小，小分子扩散受限，导致ADC值降低。HambrocK等［7］对51例PCa患者行DWI检查，结果显示PCa ADC值与Gleason评分呈负相关，并且Gleason分级升高1级ADC值下降（0.18±0.02）×10-3mm2/s，认为ADC值可以反映外周区PCa的分级，间接提示肿瘤的分化程度。

本研究结果显示，PCa癌区Ktrans、Kep和Vp明显高于正常组织，并且两组之间具有显著性差异，而Ve在两组间无明显差异，说明PCa内有大量分化不成熟的肿瘤新生血管，管壁通透性较高，低分子对比剂易于通过。PCa区的Ktrans、Kep和Ve值均与Gleason评分无明显相关性，而Vp与PCa的主要结构分级呈低度负相关（r=-0.388，P<0.05），与次要结构分级和Gleason评分无明显相关性。分析原因可能是Vp反映血管内对比剂的情况，与肿瘤新生血管的密度和管壁的通透性密切相关，PCa肿瘤新生血管增多，对比剂滞留在血管内，引起Vp升高。随着PCa恶性程度的增加，血管的通透性升高，致使血管内的对比剂有所降低。上述结果提示Vp与前列腺肿瘤的分化程存在一定的相关性，可用来评估PCa的恶性程度和预后。但是，Ve和Vp尚未确立公认的最优测量方法和处理软件，定量分析的准确性有待于进一步分析和探索。本研究结果还发现PCa癌区ADC值明显低于正常组织，并且两组之间具有显著性差异，PCa ADC值与肿瘤主要结构分级、次要结构分级和Gleason评分均呈中度负相关，说明随着癌变病灶中肿瘤细胞快速增殖，致使肿瘤细胞排列异常紧密，细胞外间隙受压、变形，水分子扩散运动受到限制，导致癌变病灶区域水分子含量减少和自由运动的减弱，致使ADC值降低，提示ADC值可以在一定程度上判断肿瘤的侵袭性和复发的可能性，为临床制定治疗方案提供参考依据。

本研究的不足之处在于：（1）部分患者病理取得方法为B超定位下穿刺活检，测量数值与实际病变部位可能存在一定误差。（2）ROI放置于病灶最大横断面，虽然操作简单、重复性好，但是未考虑其他层面的病灶组织，对数值的精准测量存在一定的影响。

［1］ Decelle EA, Cheng LL. High-resolution magic angle spinning 1H MRS in prostate cancer. NMR Biomed, 2014, 27(1):90-99.

［2］ Chen W, Zheng R, Baade PD, et al. Cancer Statistics in China, 2015. CA Cancer J Clin, 2016, 66(2):115-132.

［3］ 中华放射学杂志前列腺疾病诊疗工作组,中华放射学杂志编辑委员会. 前列腺癌MR检查和诊断共识. 中华放射学杂志, 2014, 48(7):531-534.

［4］ 刘会佳, 赵娓娓, 任芳, 等. 3.0T动态增强磁共振对前列腺癌的定量分析研究. 放射学实践, 2014, 29(5):477-481.

［5］ 李春媚, 陈敏, 李飒英, 等. 3.0T MR动态增强扫描定量分析诊断前列腺癌的初步研究. 中华放射学杂志, 2011, 45(1):50-54.

［6］ Itatani R, Naminmto T, Kajihara H, et al. Triage of lowrisk prostate cancer patients with PSA levels 10 ng/ml or less: comparison of apparent diffusion coefficient value and transrectal ultrasound-guided target biopsy. AJR Am J Roentgenol, 2014, 202(5): 1051-1057.

［7］ Hambroc KT, Somford DM, Huisman HJ, et al. Relationship between apparent diffusion coeffcients at 3. 0-T M R imaging and Gleason grade in peripheral zone prostate cancer. Radiology, 2011, 259(2):453-461.

ObjectiveTo evaluate the correlation of permeability parameters of dynamic contrast-enhanced MRI（DCE-MRI）and ADC Values of diffusion weighted imaging（DWI）with Gleason scores of prostate cancer（PCa）.Methods37 patients suspected with prostate cancer underwent conventional MRI，DWI and DCE-MRI，and all patients were confi rmed by pathology. The ADC values and the quantitative permeability parameters such as Ktrans，Kep，Ve，Vpof the lesions and normal tissues were calculated and compared. Statistical analysis was performed using two-matched t-test and spearman correlation analysis.ResultsThe Ktrans，Kep，Ve，Vpand ADC values of the malignant lesions were（2.40±1.13）min-1，（1.90±0.72）min-1，（0.82±0.24），（0.31±0.25）and（0.93±0.43）×10-3mm2/s，while the normal tissues were（0.89±0.46）min-1，（0.82±0.42）min-1，（0.86±0.17），（0.09±0.06）and（1.77±0.30）×10-3mm2/s，respectively. The difference of the Ktrans，Kep，Vpand ADC values between the malignant lesions and the normal tissues was statistically signifi cant（P<0.01），while the difference of the Vewas not signifi cant（P=0.292）. The ADC values of the lesions were moderate negatively correlated with the main structural grade，secondary structure grade and Gleason scores of prostate cancer（P<0.01）. There was low negative correlation between Vpand the main structural grade（P<0.05），but there was no signifi cant correlation between Vpand the secondary structure grade and Gleason scores of prostate cancer（P>0.05）. Ktrans，Kepand Vehad no signifi cant correlation with the main structural grade，secondary structure grade and Gleason scores of prostate cancer（P>0.05）.Conclusions There is low negative correlation between Vpand the main structural grade，The ADC values of the malignant lesions are moderate negatively correlated with the main structural grade，secondary structure grade and Gleason scores of prostate cancer，while Ktrans，Kepand Vehave no signifi cant correlation with the Gleason scores of prostate cancer.

Magnetic resonance imaging Dynamic contrast-enhanced MRI Diffusion weighted imaging Prostate cancer Gleason scores

浙江省医药卫生科技计划项目（2014KYB171）；浙江省中医药科技计划项目（2014ZB042）

310006 浙江中医药大学附属第一医院医学影像科（马向征 王世威 陶新文 沈建良 喻迎星 吕锟）

310007 GE医疗（中国）生命科学部（庞佩佩）

*通信作者