基于PI-RADSv1的定量MRI技术在前列腺癌诊断中的研究进展.docx

基于PI-RADSv2.1的定量MRl技术在前列腺癌诊断中的研究进展摘要1欧洲泌尿生殖系统放射学会在2019年更新了前列腺影像报告和数据系统E(ProstateImagingReportingandDataSystemversion2.1*PI-RADSv2.1)该系统由TIWI、心射、DWI、DCE-MRI序列组成，是以视觉评分的方法来评估临床显著性前列腺癌可能性。定量MRl可以从结构、细胞扩散、血管灌注等方面对前列腺病灶精准量化，有助于减少影像科医生的主观性，提高前列腺癌的诊断率。本文就基于Pl-RADSv2.1的定量MRl技术在前列腺癌诊断的研究进展予以综述。关键词前列腺影像报告和数据系统、前列腺癌、磁共振定量技术AbstractlIn2019,TheEuropeanSocietyofUrogenitalRadiationupdatedProstateImagingReportingandDataSystemversion2.!(PI-RADSv2.l).ThissystemconsistsofTlWI5T2WI,DWl,DCE-MRlsequencesandisbasedonvisualscoringtoassessthelikelihoodofclinicallysignificantprostateitativeMRIcanaccuratelyquantifyprostatelesionsfromtheaspectsofstructure,celldiffusion,vascularperfusion,etc.,whichhelpstoreducethesubjectivityofimagingdoctorsandimprovethediagnosisrateofprostatecancer.Inthispaper,theresearchprogressofquantitativeMRItechnologybasedonPI-RADSv2.1inthediagnosisofprostatecancerisreviewed.KeywordsPI-RADSv2.1;Prostatecancer;Quantitativemagneticresonanceimaging在我国，前列腺癌的发病率呈上升趋势:PT-RADSv2.l规范了前列腺多参数磁共振成像(Mp-MRl)的技术参数、图像解读和放射学报告，但是对于各序列的评分仍然是依赖影像科医生的主观性经验I磁共振定量技术提供了图像分析的客观性测量方法，其衍生的成像生物标志物与前列腺癌的血管生成、细胞密度、侵袭性和肿瘤分级等特征相关，显示出改善癌症检测和预测肿痛侵袭性的潜力，有助于提高前列腺癌的正确诊断率。本文将基于PI-RADSv2.I的三个评分序列，就TMI、细胞扩散、血管灌注方面的定量分析在前列腺癌的诊断展开综述。1 T"WI和定量/值1.1 PI-RADSv2.1指出，T5I是前列腺癌分期和评估移行带病变的主导序列。影像科医生通过前列腺病灶的形态、大小、信号、包膜、边界等方面对移行带可疑结节进行评分。TMI还可评估前列腺包膜外侵犯、精囊腺浸润及淋巴结受累情况。1.2 定量%值：目前临床上采用多回波(GRE或FSE)序列的T2mapping技术来获得组织的定量的%值。T2加apping技术3是使用多个连续回波次数(TES)和恒定重豆时间(TR),推导出信号衰减曲线，然后编码成颜色参数化地图，从而计算出组织的"弛摩时间。该技术图根据正常前列腺组织和恶性前列腺组织中基质和腺体含水量提供功能信息。传统的TMl图像信号强度在不同的患者之间不具有可比性，对比度高度依赖于影像学参数。/值是组织固有的特性，不受机器、扫描参数影响。%信号量化可以消除传统TzWI图像解读的主观性，提高其诊断率，补充T2WI对病变的分析。正常前列腺组织由充满液体的腺体(长Tz弛豫时间)和上皮细胞、基质细胞(短Tz弛豫时间)组成，上值呈双指数弛豫衰减。HOang等E对同一患者同时使用两种不同扫描机器获得的前列腺4值进行比较，发现测得的T2值无显著差异。在国内外，仅有极少数研究报道了前列腺定量%值诊断前列腺癌的效能。在Lee即的系统综述中，大多数研究报道了正常外周带的%弛豫时间为100ms,正常移行带的"弛豫时间范围为77-97.7ms,其中正常的移行带与前列腺癌的弛豫时间相重叠。ChatteIjee等人口测量了112例外周带前列腺癌(PCa)和42例外周带良性前列腺组织(PZ)的T?定量值,其中PCa的"定量值(105±28ms)显著低于PZ良性组织(211±71ms),同时通过比较PCa和外周带良性组织TZ定量值的箱线图，发现%值与癌症Gleason评分之间存在中度Spearman相关性。Hepp等人""研究发现前列腺癌的ADC和T2值明显低于正常前列腺组织，其中小mapping在区分PCa和慢性前列腺炎方面显示出较高的诊断准确性，与ADC值的表现相当。这与MAl等人研究相一致，他们认为定量1值可用于前列腺癌与正常腺体组织及EpH淋巴结的鉴别，与ADC值类似，提供了前列腺癌侵袭性的指示。Klingebiel研究E表明"定量值可以区分TZ和PZ的前列腺癌，不同的阈值似乎适用于PZ和TZ病变，检测PZ/TZ前列腺癌、临床显著性前列腺癌的最佳rOlaPPing阈值分别为81/86ms、IIOmSo梁结宜等,通过初步探讨了T2值在中央腺体前列腺癌和前列腺增生的诊断价值，发现T2值有助于前列腺癌和前列腺增生的鉴别。目前，T2mapping的挑战主要是建立能够可靠地区分良性和恶性前列腺组织的阈值，以及缩短其采集时间以常规应用于临床中。但是在老年患者中，前列腺增生的患病率越来越高，其影像学表现与前列腺恶性肿瘤相似，这也使得建立阈值变得更加困难。2 DWl和扩散信号的定量分析2.1扩散加权成像(diffusionweightedimaging,DWI)DWI依赖于检测活体中自由水分子的随机微观运动，即布朗运动，来反映组织中水的功能环境信息。DWT的扩散权重取决于成像序列中所施加的扩散敏感梯度的场强、持续时间和间隔时间，综合以b值来表示。当b值(200s/时，DWl呈现的图像对比度主要来自于L信号，而不是扩散受限。随着b值的增大，扩散受限对DWl信号强度的影响也增大。在PI-RADSv2.1中，DWI序列推荐使用不低于1400S/5:的b值。目前，超高b值是前列腺癌MRI研究的热点，大多数研究g1"表明超高b值DWl的应用有助于提高前列腺癌的检测率，这得益于超高b值可以降低T2穿透效应，增加肿瘤与正常前列腺组织的对比度。这与季立标、张鑫等e研究相符，他们发现超高B值(b=2000sm2)对前列腺外周带癌的诊断能力优于高b值(b=1000s/mm2)DWI和TMI。张琨等""发现超高b值DWI诊断前列腺中央腺体癌的敏感度和特异度均高于常规DWI,其中使用2000s/mm和3000s/mm"超高b值DWI诊断前列腺中央腺体癌的效能相仿。b值的增加会导致图像信噪比SNR降低、失真增加和扫描时间增加。因此，在保证图像的质量、信噪比以及没有伪影的情况下，使用更高的b值可以提高前列腺癌的检出率，尤其是良性前列腺增生和移行带前列腺癌的鉴别以及前纤维肌肉间质和前列腺尖部病变的检出。2.1 2表观扩散系数(APparentdiffusioncoefficient,ADC)是DWl的最常用定量参数,代表细胞外和血管外空间的水扩散和毛细血管灌注。ADC采用单指数模型，是基于至少两幅具有不同b值的扩散加权图像计算出来，表示扩散图像中的信号强度指数衰减曲线的绝对斜率。组织中水的运动受限扩散数量可以通过测量表观ADC值来定量评估。ADC图可以消除DWI中的T?透过效应，透过效应在DWI和DC图上均表现为高信号，同时显示出高ADC值。在前列腺癌中，随着肿痛分级的增加，细胞密度增加，正常前列腺腺体结构消失，细胞外空间减少，限制水扩散，ADC值降低W。PI-RADSV2.1指出为了避免峰度效应，计算ADC时的最大b值不应超过100Os/mn?。Zhang等.研究发现在不同的b值中，在相同的b值下，前列腺癌组织ADC值均低于非前列腺癌组织。随着b值的升高，前列腺癌的平均ADC值降低。BOnekamP等人J发现，当平均ADC的阈值为0.732XlO-5m/s时，预测CSPCa的敏感性和特异性分别为90%和62%,其性能与放射机器学习(AUC:0.79vs0.78)相当。此外，ADC值被认为与肿瘤分级、肿瘤侵袭性和病理分期呈负相关，在鉴别高、低风险前列腺癌中具有一定的指导性NI由于DWl脉冲序列的差异及可变的b值选择，目前还没有建立区分前列腺良性与恶性病变的ADC阈值。需注意的是磁化率伪影可导致低ADC值，即T2暗化效应，发生在非常短的R或者Tj值的组织中，如纤维化或亚急性出血，从而导致假阳性解释，结合TIWI可排除出血灶对ADC值的影响。2.3 体素内非相干运动IVlM采用双指数模型，是基于同时观察体素中水分子的扩散(慢组分)和毛细血管流动(灌注)(快组分)的概念，将组织扩散与微血管灌注分离3。IVIM可以获得定量参数包括分子扩散系数(D)、流动相关伪扩散系数(D.)和灌注分数(f),从而真实反映组织内微灌注和水分子的扩散情况。D值反映的是组织单纯水分子的真实扩散，D.是指随机导向微血管中的血流，主要在低b值(200s/mr)时导致扩散信号衰减。f值是指组织微循环灌注占整体扩散效应的容积百分比。随着b值的升高，分子扩散的权重越来越大。ShinmotO等人切研究发现前列腺癌的ADC、分子扩散系数(D)和灌注分数(f)均低于外周带正常前列腺组织。Pesapane等人闱在对132例可疑外周带前列腺癌患者中行10个b值的IVIM研究得出PCa中D值和f值显著低于非癌性前列腺实质，而D*值在PCa中显著高于PZ,其中PCa的D值(O.88±0.31X1(Tmnf7s)明显低于PZ(1.78±0.34×lWs)nBPH(I.ll±O.2X10"mm7s).尽管近年来IVIM在前列腺癌的研究显示了良好的结果，但在确定IVlM哪一个参数在诊断前列腺癌中具有显著优势仍存在争议。2.4 扩散张量成像(DiffUSiontensorimaging,DTI)DTl是DWl的扩展,使用多指数模型，在至少6个方向上评估水扩散的方向依赖性，来表征沿多个方向扩散的特征，提供各向异性扩散信息。DTI的定量参数主要包括ADC值、各向异性分数(fractionalanisotropy,FA)值。FA是指水分子各向异性成分占整个扩散张量的比例，取值为0、1,当FA接近O时，各向异性越低，表明各项趋向同性，当FA接近1时，表明各向异性越高。DTI己广泛应用于神经影像学。最近，一些研究探讨了DTT在评估前列腺癌的可行性。前列腺是由腺体、肌肉、腺腔组成的组织，移行带具有致密的平滑肌纤维组织和腺体组织，对水分子在不同方向的扩散产生更多的限制，从而产生各向异性。另一方面，外周带主要由腺腔组成，组织比较松散，对扩散的限制较少，因而具有各向异性四。大多数前列腺癌DWl研究表明，肿瘤组织中测量的ADC降低，主要是由于正常具有高ADC值的腺腔被破坏以及癌细胞密度的增加所致。国内外多数学者认为FA值在前列腺增生和前列腺癌灶中具有差异，其中前列腺癌的FA值高于前列腺增生的FA值，并且FA值有可能会随着肿瘤级别、恶性程度升高而升高，ADC则反之。Tian等人雨把50例前列腺癌患者按照Gleason评分分成3组,测得低、中、高级别组FA值分别为0.284±0.313、0.293±0.347、0.369±0.347,ADC值分别为1.070±0.072×10三7s,0.961±0.081XloTmm7s,0.821±0.048XlOTmm7s,ADC值的差异具有统计学意义，与GleaSOn评分呈负相关，FA值与Gleason评分有一定的相关性。Li等物通过对83名外周带前列腺癌患者在3.OTMRl行b值分别为0和800sun2,扩散敏感梯度为32个方向的DTl扫描，发现FA值与肿瘤GS呈正相关，ADC值与肿瘤GS呈负相关。BOUrne等阎认为简单的DTl测量所得的FA值不能提高前列腺癌的诊断率，主要因为FA随着前列腺体积的增大而降低，但在相同体素体积的前列腺之间差异很大，且不显示组织病理学的定性变化。不同的采集参数如b值、TE和TR以及扩散时间之间的差异可能会影响计算出的FA值。包括前列腺癌组织与非癌组织的FA值是否存在差异尚不明显，有待进一步研究。3 DCE-MRl和灌注参数的分析3. IPI-RADSv2.1推荐DCE-MRI使用三维TI序列,相比于2D-T1序列相比,三维Tl序列具有高空间分辨率的优势。PI-RADSv2.1建议对DCE-MRl进行简单的定性可视化评估，而不需要定量评估。DCE阳性定义为相对于邻近正常的前列腺组织，出现局部早期的强化的病灶，同时在DWl及T2WI上有相应的改变。相对而言，弥漫性或多灶性增强不是典型的癌症征象，而是炎症改变的一种表达。4. 2DCETRl是通过静脉注射低分子量轧螯合剂，在其之前、期间和之后连续扫描获得的前列腺T1WT快速梯度51波图像，可反映肿痛血管生成的情况。与大多数其他实体肿瘤一样，前列腺癌表现为肿瘤血管生成，血管内皮生长因子与新生血管生成和预后相关。前列腺癌的新生血管很薄，形状、结构不规则，具有高渗透性，因此在DCE-MRl表现为早期的强化。目前有三种方法对DCE-MRl进行分析，包括定性分析、半定量分析和定量分析。定量分析方法被认为是最客观的，可以提供关于肿瘤性质的额外数据。双室药代动力学ToftS模型是DCE-MRl最常用的模型，这种方法不依赖于信号强度，而是根据肿瘤中轧的浓度来量化造影剂在血管内和血管外细胞外间隙之间的交换。DCE-MRI的定量参数有KG:Kep、Ve。K”""是血浆与肿瘤血管外细胞外间隙之间的体积转移常数，可以衡量血管通透性。Ve是血管外细胞外间隙的体积分数，常数kep是IrM除以Ve所得的商，表示从血管外细胞外间隙返回血浆的流出/冲洗量。大量研究跟"认为定量DCE-MRl参数是预测PCa侵袭性的潜在生物标志物。Gao等人阿对14项研究484例高度怀疑的前列腺腺癌患者进行荟萃分析，结果表明Kw和Kep是区分PCa与非癌组织的最可靠参数，对评估癌症的内部结构至关重要，Ve值对区分PCa和非癌性CG组织没有帮助。Abreu-Gomez等人""对73例PI-RADSv2.1评分为3分、DCE-MRl评为阴性的外周带病灶进行研究，表明Kg和Ve值优于ADC指标，可以作为检测临床显著前列腺癌的成像生物标志物。刘会佳施等研究认为前列腺癌区的ICi值与GleaSon评分呈正相关，提示定量参数K"后值可用于评估PCa的恶性程度。此外，DCE-MRl可监测前列腺根治术思者的治疗反应，提高局部复发的诊断准确性。3. 3动脉自旋标记(ASL)ASL通过使用磁性标记的动脉血质子作为内源性示踪剂来测量组织灌注，是一种不需要造影剂的MRl灌注成像技术。ASL最初多应用于中枢神经系统，包括脑缺血病变、肿瘤病变等领域。近年来，ASL逐渐应用于体部肿瘤，通过测量的血流量(Bloodflow,BF)来评估肿瘤血管生成情况。Cai等人函用ASL替代标准DCE-MRL发现前列腺癌区的BF明显高于前列腺外周带非癌区的BF,表明了前列腺癌的富血管特性,其中当Tl=1200InS时,前列腺癌的平均BF值为114.7±28.7ml/100gmin,非癌区域的BF值为42.2±13.7ml/100g/min。张晓东等""人在15例前列腺癌患者中同时采集4个不同反转时间的ASL数据来估算前列腺血流灌注，结果表明前列腺癌区有更大的血流灌注。定量ASL测量显示癌组织和良性组织之间存在显着差异，并且与使用DCE-MRI获得的参数表现出强到中度的相关性。这些结果显示了ASL作为DCE-MRI的无创替代方案的前景，在不适用轧造影剂的病人中具有广泛的用途。但是由于前列腺血流量相对较低、传输时间长，在前列腺中获得ASL测量的前景具有挑战性。总结与展望：定量MRl可以从结构、细胞扩散、血管灌注等方面对前列腺病灶精准量化，有助于减少影像科医生的主观性，提高前列腺癌的诊断率。但是定量MRl对于前列腺癌的评估需要统一扫描标准、优化各参数的阈值。未来仍需要多中心及大样本合作研究,以实现定量MRl充分的临床用途。参考文献11TurkbeyB.RosenkrantzAB,HaiderMA,etal.ProstateImagingReportingandDataSystemVersion2.1:2019UpdateofProsiaieImagingReportingandDataSystemVersion2J.EurUroL2019,76(3):340-351.2 XiaC,DongX,LiH,etal.CancerstatisticsinChinaandUnitedStates,2022:profiles,trends,anddeterminants!J.ChinMedJ(Engl),2022,135(5):584-590.3 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