前列腺癌及良性前列腺增生DKI及T1rho成像的初步研究

发布时间：2019-02-09 12:50

【摘要】：研究目的：回顾性分析经病理证实的前列腺癌(Prostate Cancer,PCa)及良性前列腺增生(Benign Prostate Hyperplasia, BPH)患者的扩散峰度成像(Diffusion Kurtosis imaging, DKI)及T1rho成像(T1 Relaxation Time in The Rotating Frame)影像表现,探究Dapp, Kapp和T1rho三个参数对前列腺癌的诊断价值及其与前列腺癌Gleasoi评分的相关性。材料与方法：搜集2014年12月～2015年12月间在南方医科大学南方医院行前列腺DKI和T1rho成像患者的影像学资料,共60例。分为两组,第一组为前列腺癌组30例,其中19例经前列腺癌根治术后病理证实,11例外周带前列腺癌经多点穿刺活检证实。Gleason评分(GS)6-9分,GS=3+3共7例,GS=3+4共10例,GS=4+3共6例,GS4+3共7例。第二组为良性前列腺增生组30例,MRI扫描后的多点穿刺活检提示BPH,且临床及影像表现均诊断为BPH。前列腺癌患者根据Gleason评分进行两种分组：(1)GS=3+3(7例),3+4(10例),3+4(13例)分为三组；(2)GS=3+3(7例),3+4(10例),4+3(6例),4+3(7例)分为四组。将Gleason评分=3+3者定义为低级别前列腺癌,将Gleason评分≥3+4者定义为中高级别前列腺癌。使用Philips Achieva 3.0T(Philips Healthcare, Best, Netherland)磁共振扫描仪对所有研究对象进行前列腺磁共振DKI和T1rho序列扫描。常规MRI序列包括横轴位T1WI、横轴位及矢状位T2WI、横轴位DWI、横轴位e-THRIVE动态增强扫描序列。DKI扫描使用横断位的单次激发平面回波序列(single-shot echo planar imaging,SS-EPI), TR/TE=2000ms/67ms, FOV=240 mm×240mm;翻转角=90°,矩阵=120×160；层厚=3.5 mm；激励次数(NEX)=4；层数=20。在3个方向上施加扩散梯度,b值设置为0,500,1000,1500s/mm2,扫描时间约6分44秒。T1rho扫描使用横断位快速梯度回波(turbo field echo, TFE), TR/TE= 3.3 ms/1.5 ms, FOV= 240 mm×240 mm;翻转角=40°,矩阵=118×192；层厚=3.5 mm；激励次数(NEX)=1；层数=20；自旋锁频率=500 Hz；自旋锁时间设置为0,10,20,40,60 ms,总扫描时间约5分钟。本研究采用的扩散峰度模型(Diffusion Kurtosis Model)公式为：Sb/So=exp(-bDapp+1/6b2Dapp2Kapp),将DKI扫描数据上传至本机后处理工作站,应用The IDL Virtual Machine软件,自动生成相应的Dapp图及Kapp图,在参数图上直接进行感兴趣区域(Region of Intest, ROI)的选取和测值。研究采用T1rho图像的信号强度符合公式S (TSL)= So*exp(-TSL/T1rho),将五个自旋锁时间的五组图像数据上传到本机后处理工作站,应用he IDL Virtual Machine软件,基于单指数衰减模型生成T1rho弛豫图(T1rho-mapping),用ImageJ软件打开T1rho-mapping图后进行ROI的选取和测值。结合术后病理结果描述及活检穿刺点的位置,对所有患者Dapp图、Kapp图及T1rho图进行ROI的选取和测量,ROI的定位和勾画由两位放射科医师同时进行并达成一致,每个病例每个病灶各进行三次测量,取平均值记录,Dapp图和Kapp图任选其一勾画ROI,随后将ROI复制到另一个参数图,T1rho图则在ImageJ软件上尽量选择与DKI参数相同的ROI进行测量。ROI的选取：结合术后病理结果描述及穿刺点的位置,参考常规T2WI、DWI及DCE (Dynamic Contrast Enhancement)的信号特点,尽量避开移行带与外周带交界处、精囊根部、血管、出血或钙化等。BPH组在每个病例的移行带和外周带各放置一处ROI,移行带ROI放置在基质增生为主的区域(通常T2WI表现为结节状或片状较低信号)；在外周带应尽量选择显示较佳的层面,结合穿刺点位置和磁共振信号手绘ROI,范围不超出外周带边界,ROI约包含20-30个像素,ROI面积约5.6*6.0mm2。前列腺癌组：根据前列腺癌根治术后病理结果和穿刺活检点位置,在癌灶处勾画ROI,范围位于病灶的中央位置,且不能超出病灶,ROI约包含20-30个像素,ROI面积约5.0*5.6mm2。采用SPSS(version22.0)和MedCalc软件进行统计分析。DaPP、Kapp及T1rho值用均值±标准差来表示,其正态性检验用Shapiro-Wilk方法进行检验,levene检验用于方差齐性检验。不同疾病组间及BPH组外周带和移行带的Dapp、Kapp及T1rho值的比较优先行两独立样本的的T检验(independent-samples test),若符合正态分布但方差不齐者行Satterthwaite近似T检验,不符合正态分布的数据行非参数检验(nonparametric test)中的Mann-Whitney U检验。前列腺癌病例各Gleason评分组组间Dapp、Kapp及T1rho值的比较行单因素方差分析(One Way ANOVA)和组间多重比较(Post Hoc Multiple Comparisons),组间多重比较采用Bonferroni法并进行P值校正,上述各测量值与Gleason评分组的相关性作Spearman相关分析,观察相关系数的大小与方向。ROC曲线(receiver operating characteristic curve)用来评估上述各参数对低级别和中高级别前列腺癌的预测能力,约登指数(灵敏度+特异度-1)最大时所对应的值为最佳诊断界值并得到ROC曲线下面积(AUC)。本研究中,均数置信区间设为95%,P0.05具有统计学意义。结果：3.1 DKI表现3.1.1扩散峰度模型(diffusion kurtosis model)拟合在较低b值时(b500s/mm2)信号衰减快,曲线的斜率大,随b值增高信号的衰减稍变缓慢,曲线的斜率相对较小,曲线能较好的拟合所有b值数据。3.1.2前列腺癌及良性前列腺增生Dapp、Kapp值的特点前列腺癌组Kapp为(1.17±0.20)×10-3,Dapp为(1.32±0.32)×10-3mm2/s。在b=1500s/mm2的DWI上,癌灶表现为结节状或小片状的明显高信号。Kapp伪彩图上癌灶表现为较对侧相对正常区的较深色区域,Dapp伪彩图上癌灶表现为较对侧相对正常区的较浅色区域。BPH组外周带Kapp为(0.63±0.087)×10-3,Dapp为(2.44±0.24)×10-3mm2/s,移行带基质增生结节Kapp为(0.92±0.19)×10-3,Dapp为(1.85±0.17)×10-3mm2/s。BPH组外周带和移行带Kapp和Dapp分别行Mann-Whitney U检验和两独立样本的的t检验显示外周带的Kapp值低于移行带基质增生结节,外周带的Dapp值高于移行带基质增生结节,两参数的差异在前列腺两个不同解剖分区均具有显著统计学差异(P=0.000)。Kapp伪彩图上移行带增生结节表现为略不均匀的稍低信号,外周带表现为均匀的低信号,Dapp伪彩图上移行带增生结节表现为中等信号,外周带表现为均匀的高信号。Satterthwaite近似T检验显示前列腺癌Kapp值高于BPH外周带且差异具有显著统计学意义(P=0.000),Mann-Whitney U检验显示前列腺癌Kapp值高于BPH移行带基质增生结节且差异具有显著统计学意义(P=0.000)；两独立样本T检验显示前列腺癌Dapp值低于BPH外周带且差异具有显著统计学意义(P=0.000),前列腺癌DapP值低于BPH移行带基质增生结节且差异具有显著统计学意义(P=0.000)。3.1.3不同前列腺癌Gleason评分组组间Dapp、Kapp的比较按分成3或4个Gleason评分组的两种不同分组方法分别进行单因素方差分析显示,无论分成3组或4组,各Gleason评分组的Dapp、Kapp符合正态分布且方差齐,进行单因素方差分析(One Way ANOVA)显示参数Dapp、Kapp在不同的Gleason评分组组间差异均具有显著统计学意义(P=0.000)。当按Gleason评分=3+3,3+4,3+4分为三组时,组间多重比较Bonferroni法显示各组间Dapp、 Kapp差异均具有显著统计学意义(P=0.000～0.015)；当按Gleason评分=3+3,3+4,4+3,4+3分为四组时,则Gleason评分=3+4/4+3(P=0.740)、Gleason评分=4+3/4+3(P=0.180)两组的Kapp差异无统计学意义,Gleason评分=3+4/4+3(P=0.261)、Gleason评分=4+3/4+3(P=1.000)、Gleason评分=3+4/4+3(P=0.049)三组的Dapp差异无统计学意义。3.1.4 KaPP、Dapp与前列腺癌Gleason评分组的相关性Spearman相关分析显示Kapp随着前列腺癌Gleason评分组评分的增高而逐渐增高,二者呈正相关关系。当Gleason评分组为3组时,ρ=0.815(P=0.000),Gleason评分组为4组时,ρ=0.841(P=0.000)；而Dapp随着前列腺癌Gleason评分组评分的增高而逐渐减低,二者呈负相关关系,当Gleason评分组为3组时,p=-0.803 (P=0.000),Gleason评分组为4组时,ρ=-0.771(P=0.000)。3.1.5 ROC曲线分析Kapp、Dapp对低级别和中高级别前列腺癌的鉴别效能ROC曲线分析得到了Gleason评分=3+3和Gleason评分≥3+4前列腺癌Kapp值的分界值为1.08(10-3)、ROC曲线下面积为0.988(Z=32.293,P0.0001),敏感度91.3%,特异度均为100%；Dapp值的分界值为1.44(10-3mm2/s)、ROC曲线下面积为0.947(Z=11.007,P0.0001),敏感度为91.3%,特异度均为85.7%。3.2 T1rho成像表现3.2.1 T1rho弛豫图的信号表现五组不同自旋锁时间(TSL=0,10,20,40,60ms)的T1rho图及基于单指数衰减模型拟合后的T1rho-mapping图均能较好区分前列腺与周围结构及前列腺外周带与中央腺体,区分中央腺体的移行带和中央带的能力稍弱,部分体积较大的增生结节可以辨认边界。随着自旋锁时间的增加,T1rho图像的信噪比减低,TSL=0ms的图像信噪比最高。3.2.2 良性前列腺增生组T1rho值在BPH病例中,外周带厚度与中央腺体增生程度相关,当外周带被压缩呈明显线状时,T1rho图像将无法明确区分外周带。T2WI上表现为均匀高信号的外周带组织,在对应的各个自旋锁时间的T1rho图及拟合后的T1rh-mapping图上,常常表现为均匀极低信号,ROI定量测量T1rho值为0ms,或略不均匀的低信号,当勾画不同ROI时T1rho值变异很大。对应T2WI上表现为较低信号的基质增生为主的感兴趣区,T1rho值为68.65±9.51 ms。3.2.3前列腺癌组T1rho值发生在外周带的癌灶,当外周带体积较小或癌灶体积较小时,T1rho图像不易发现,当外周带较厚且表现为明显长T2信号时,癌灶在低信号背景的外周带上呈稍高信号,而在移行带区域,癌灶与增生灶无明显区分,两者信号表现类似。癌灶T1rho值为65.33±7.68 ms。3.2.4 良性前列腺移行带增生结节与癌灶T1rho值的比较BPH组移行带基质增生结节与癌灶T1rho值行两独立样本的的T检验,显示两者差异不具有统计学意义(P=0.142)。研究结论：1、无论在外周带或移行带,前列腺癌Kapp值高于良性前列腺增生,前列腺癌Dapp值低于良性前列腺增生,DKI序列可以鉴别前列腺癌与良性前列腺增生。2、前列腺癌组Kapp与Gleason评分呈正相关,前列腺癌组Dapp与Gleason评分呈负相关,DKI参数可以在一定程度上预测肿瘤的分化情况。3、DKI有潜力鉴别低级别和中高级别前列腺癌,但鉴别中高级别前列腺癌和Gleason评分总分为7分(3+4或4+3)的前列腺癌能力不足。4、T1rho成像无法鉴别前列腺癌和基质增生结节；表现为长T2信号的BPH外周带在T1rho图常表现为均匀或略不均匀的明显低信号(T1rho=0ms),提示本研究中T1rho成像不适合用于前列腺癌的诊断。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R737.25;R697.3

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