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前列腺癌多参数磁共振成像的研究进展

2018-09-29 09:30 | 来源:未知 | 责任编辑:本站编辑

作者:姜慧杰,王巍,哈尔滨医科大学附属第一医院磁共振室

 

由于人口老龄化,预计未来几十年前列腺癌(prostatic cancer,PCa)的发病率将大幅度升高,这是一个巨大的卫生保健问题。由于PCa早期病灶较小,并与前列腺增生难以鉴别,一般发现时已为晚期,其中很多已有骨转移,所以病死率较高。据统计2012年有110多万PCa新病例被发现,其中30.7万人因此死亡。由此,对PCa的早期明确诊断显得尤为重要。

 

近年来各种检查技术手段日趋发展,前列腺磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)是PCa局部分期最准确的影像学方法,也可用于肿瘤侵袭性的无创性评价,不断地显示出其独特的优势,特别是前列腺影像学发展已趋于多参数MRI(multiparametric magnetic resonance imaging,mpMRI)。mpMRI是利用T1加权序列和T2加权序列与一种或多种功能成像方法相结合的成像方式,是指形态学序列和功能成像技术的结合。现对mpMRI在评估PCa中的可行性予以综述。

 

1.前列腺磁共振常规序列

 

T1加权成像序列不能区分前列腺各区,它的主要功能是检测活检后的出血、淋巴结及骨转移情况。前列腺肿瘤的MRI检查应至少在活检后6~8周进行,以避免不必要的诊断障碍。然而,有时出血也可能持续数月。因此,出血时间的确定对检测也是必要的。前列腺正常组织和PCa在T1加权成像序列上均表现为均匀的低信号,该序列不适合PCa的检测和定性。快速自旋回波T2加权成像序列可以提供高的空间分辨率和优良的软组织对比度图像,可较清晰地显示腺体结构,包括周围区、中央腺体和任何可疑病变。PCa中有70%位于外周区,T2加权成像在PCa检测中有一定意义,为均匀高信号的外周区内出现的低信号,但许多病理征象如活检后出血、激素或放射治疗后、前列腺炎、钙化和纤维化等同样表现为外周区域出现低信号病变类似PCa。

 

此外,间质型前列腺增生结节和PCa表现也相似。因此,仅T2加权成像在检测前列腺病变的能力上是有限的,一项Meta分析中,其检测PCa的灵敏度和特异度分别为0.62和0.77。为了克服这些局限性并提高传统MRI对PCa的诊断准确性研发了多种功能MRI新技术。

 

2.前列腺动态增强MRI

 

在动态增强MRI(dynamic contrast enhanced-MRI,DCE-MRI)中,图像对比的形成是基于肿瘤和正常前列腺组织摄取造影剂的速度和强度的差异。DCE-MRI能显示组织的灌注参数,它通过评估静脉注射钆造影剂后组织的信号强度变化来收集有关组织血管的信息。静脉注射钆造影剂后,连续、快速、动态地获得整个腺体的MRI,这能评估对比增强的强度和动态,并间接提供有关感兴趣组织的血管通透性、灌注等信息。与前列腺增生或前列腺上皮内瘤变等相比,PCa的微血管发生改变、新生血管增多。

 

此外,随着PCa微血管密度的增高,其预后可能不佳,往往与DCE-MRI表现相关,而细胞外间隙与血浆之间的反向反流速率常数等因素可影响DCE-MRI的效果。DCE-MRI在前列腺的临床实践中有几个优点:利用高时间分辨率梯度回波T1加权成像,同一序列可在前列腺中连续运行,而不像CT扫描会受到电离辐射的不利影响。细胞外钆螯合剂是DCE-MRI应用的主要药物,除近年来对晚期肾损害中肾源性系统性纤维化研究的关注外,这些螯合物的使用是安全的。而且DCE-MRI可以很容易地在大多数临床MRI扫描仪上进行,与磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy,MRS)比较,其扫描时间更短,DCE-MRI一般扫描时间为15~20min,比常规序列通常只需要额外增加5min。

 

DCE-MRI利用的是对比剂缩短T1效应,在对比剂注射后对感兴趣区域的信号变化进行检测。史浩等研究表明良性前列腺增生(benign prostate hyperplasia,BPH)峰值出现较晚,而PCa的强化峰值出现较早。

 

DCE-MRI对采集到的数据进行分析包括:①定性分析,即剖析DCE-MRI原始图像后处理获得的时间-信号强度曲线来区分前列腺疾病,PCa血供较丰富,其癌组织血管壁结构脆弱、通透性较高,因而对比剂在PCa中表现为“快进快出”,即时间-信号强度曲线“速升速降”型,此分析法可以比较直接地观察分析图像,简单方便,但存在一定的局限性。②半定量分析,即在时间-信号强度曲线基础上对PCa做出进一步的分析,其参数有达峰值时间、最大信号强度、强化率。③定量分析,是由相应的模型公式得出常用参数,继而对这些参数进行定量分析研究。有研究表明单用DCE-MRI检测PCa的灵敏度和特异度分别为0.46~0.96和0.71~0.96。

 

而一项Meta分析认为,包括T2加权成像加扩散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)或DCE在内的两序列方法对于常规前列腺成像已足够,而T2加权成像和DWI结合可能更有利于病变的检测。

 

3.前列腺DWI

 

DWI不需要使用外源性造影剂,也不需要长时间的获取,因此被认为是一种实用、快速、简单的功能成像技术。DWI的信号强度由组织内水分子(即水扩散)的布朗运动速率决定。因此,典型的细胞密度高、细胞间水扩散受限的PCa可在DWI上与正常前列腺组织区分开来。DWI主要参数为表观扩散系数(apparent diffusion coefficients,ADC)值,可从DWI中计算得到。ADC图比直接获得的b值图像本身更能反映水分子扩散性能,这实际上反映了扩散加权和T2加权的结合。一项纳入27项研究的Meta分析评价了DWI单独检测PCa的诊断性能,其灵敏度和特异度分别为0.62和0.90。

 

Nagayama等研究认为ADC取临界值为1.35×10-3mm2/s时,对PCa诊断的准确度可达93%。ADC的取值在一定程度上影响其准确度,并且对病灶良、恶性的鉴别诊断也有一定重叠。近年来的研究越来越多的关注DWI在评估PCa侵袭性方面的作用,其结果表明ADC值与Gleason评分呈负相关,即低ADC值主要见于高级别侵袭性PCa。同时,DWI在监测治疗反应、评估肿瘤转移性、指导有针对性的活检和患者随访等方面也发挥重要作用。Turkbey等发现ADC值与D'Amico临床风险评分呈负相关。

 

扩散敏感因子(b)是扩散敏感指标,其应用于PCa中最佳值的选取是一个持续辩论的问题。由于ADC绝对值在很大程度上取决于b值的选择,所以应谨慎,特别是在试图确定诊断疾病状态的“阈值”时。较高的b值可使良性组织中的扩散加权增强,信号强度减弱,而水分子扩散不明显,从而增加肿瘤病变与良性组织之间的图像对比度,然而,b值过高也会导致信噪比降低,而敏感性伪影和图像失真度也会增加,目前b值的选择多集中在800~1000s/mm2。Pokharel等对组织病理学相关研究发现,当采用T2加权成像和较低ADC值联合诊断PCa时,可以获得100%的特异度与阳性预测值。

 

4.前列腺扩散张量成像

 

扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)得益于较高的正交梯度方向,提供了平均扩散率,消除了DWI中ADC的方向依赖性。此外,DTI还可以从组织中获得几种扩散各向异性值,也可量化分析前列腺疾病的早期诊断以及鉴别诊断,其对前列腺疾病诊断的可行性已得到国内外学者的证实。最初是应用于中枢神经系统中无创观察脑白质纤维束的走行,现在其在各系统的研究都已不断深入。

 

迄今为止,DTI在前列腺周围神经丛的神经解剖分布、密度和与前列腺肿瘤的关系等方面显示出了一定的优势,这些信息可用于指导术中对神经的处理,从而确保术后勃起功能的维持。DTI有很多参数,但目前临床应用较多的为ADC值,各向异性分数值,纤维示踪图等。各向异性分数值能反映水分子各向异性成分占整个扩散张量的比例,用来描述水分子在组织内扩散的各向异性程度。实际上前列腺各带区纤维束分布的密度不一,有一定差异性,前列腺的外周带纤维束略稀疏,而中央带则较稠密,而且纤维示踪图在应用时易受观察者主观因素及个人经验的影响。

 

有研究表明联合应用DTI和DCE-MRI诊断外周带PCa的受试者工作特征曲线下面积显著高于单独应用DTI(0.93比0.86)和DCE-MRI(0.93比0.84)。DTI与MRS联合应用诊断外周带癌的受试者工作特征曲线下面积显著高于单独应用DTI、MRS,DTI、MRS两者之间差异无统计学意义,提示DTI、MRS对外周带癌的诊断价值相仿,两者联合较单独任何一种更有价值,而对于中央区癌,DTI联合MRS诊断的受试者工作特征曲线下面积显著高于DTI,但与MRS比较差异无统计学意义,提示MRS对中央区癌的诊断价值高于DTI,分析其原因可能是由中央区的异质性决定的。因此,DTI对PCa的诊断是有局限性的,仍需大样本研究不断提高图像质量并与其他技术联合运用,为临床PCa的诊断提供更多依据。

 

5.前列腺扩散峰度成像

 

扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)是传统DWI的延伸,是基于水分子非高斯扩散的,能更好地描述复杂的组织微结构。在DKI模型中,一种新的度量称为峰度,它代表了水的扩散与高斯分布的偏差。DKI使用更高的扩散敏感因子(b)值,一般b>1000s/mm2,拟合成比传统单指数模型更准确反映组织微结构的复杂程度。最近有研究者表示为了更好地拟合,临床实践时建议使用至少15个弥散方向以及3个b值其中包括高于和低于1000s/mm2的b值各一个。

 

DKI技术可获得的主要参数包括轴向峰度、平均峰度、平行扩散峰度值、径向峰度,而且它还可获取DTI常用的参数,如轴向扩散率、平均扩散率和径向扩散率、各向异性分数,以此满足临床的多种需要。DKI分析应至少提供Dapp和Kapp的参数图。Dapp类似大家熟知的ADC值,在限制性扩散时降低,能更加精确地测量组织扩散,反映校正后的非高斯扩散行为。Kapp为0时符合高斯扩散分布,研究认为治疗后的肿瘤坏死区域Kapp值会稍降低,而正常生物组织Kapp值则为0~1。

 

最早有关DKI的研究集中在中枢神经系统,近年来对前列腺的研究也不断加强,主要集中在PCa诊断、Kapp和Dapp对PCa危险度的预测以及Kapp和Dapp与病理评分Gleason评分的相关性等,最终认为DKI序列在PCa临床诊断与风险评估方面有一定价值。但目前大多设备尚不能常规提供在线的DKI处理。Roethke等采取多个b值研究DKI和DWI认为当b值取0和800时DKI与标准ADC相比在PCa的检测与分级中没有明显优越性。Tamada等的研究也认为DWI与DKI高度相关,具有相似的诊断性能,绝大多数前列腺病例的诊断结果是一致的。

 

虽然应用中还存在一些不足,如b值的确定、个别参数的争议性以及样本量的确定等,但多数研究仍证实DKI在良、恶性前列腺疾病的鉴别诊断与PCa分级方面较DWI更具有优势。

 

6.前列腺MRS

 

MRS是目前唯一能够无创的进行化合物定量分析、检测活体组织代谢产物的非侵入性影像检查技术。PCa出现临床症状被发现一般都已是晚期并发生转移,由于其特定的代谢特点,在MRI检查形态、信号发生改变前其内物质代谢可能早已发生异常,因此MRS检查对前列腺疾病早期诊断很有价值。

 

前列腺MRS检测的代谢物一般是枸橼酸盐、胆碱、肌酸。PCa由于腺上皮被异常细胞所替代,致使枸橼酸盐的产生、储存均显著减少,因此PCa组织内枸橼酸盐的水平很低。而肌酸在PCa和正常前列腺组织中差异并不显著。

 

综上,PCa患者中的胆碱复合物水平升高、枸橼酸盐水平下降、而肌酸水平则较稳定,这种具有特征性的代谢浓度变化致使(胆碱+肌酸)/枸橼酸盐比值升高,其比值较单一代谢物测定能更好地反映组织代谢改变,提高病灶检出率,为公认的评价PCa代谢的测量值。

 

2014年PCa诊断指南将此阈值定为0.86,认为PCa患者的比值一般大于0.86,而BPH患者一般小于0.86,可以用来反映PCa与BPH间代谢物含量的差异,为鉴别诊断提供依据。王霄英等认为,我国中老年男性PCa诊断以(胆碱+肌酸)/枸橼酸盐阈值为0.99时,其敏感性、特异性均较高而假阳性率较低,更利于癌灶的检出。近年来MRS越来越多地应用于前列腺疾病的临床诊断,国内外学者研究认为(胆碱+肌酸)/枸橼酸盐比值与Gleason评分呈正相关,即其恶性程度随比值增大而提高,这同样与代谢物在癌组织中的作用机制相关。

 

MRS检查为无创性、耗时短、无并发症,并且能够全面探测前列腺的代谢情况,还可以对可疑位置进行定位检查,弥补了小疑似灶取材的局限性,MRS结合血清前列腺特异性抗原值,对大体积前列腺穿刺的检出率有一定提升,特别是前列腺特异性抗原取值为4~10μg/L时,可以提高特异性,进一步指导临床患者是否需要穿刺。

 

7.小结

 

前文讨论了MRI常用检查技术及一些功能成像在PCa诊断中的应用价值,其中T2WI、DCE-MRI、DWI、MRS是mpMRI检测的常用序列,其分别从形态学、血流动力学、水分子扩散及物质代谢水平等方面对PCa进行评估,未来的研究会更多地加入DTI、DKI。因不同功能成像技术有各自的优缺点,采用多参数联合应用以达到优势互补,提高诊断准确率的目的。mpMRI提供了一种能够自动检测、定位和分期PCa的检查方法,在活检前诊断和分期方面均有明显优势。mpMRI的最新研究涉及促进焦点疗法、治疗后监测和对低至中度风险疾病的积极监测等。

 


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