葉瑞婷 鄒玉堅(jiān) 鄭曉林 楊沛欽 袁灼彬 李建鵬

東莞市人民醫(yī)院放射科 (廣東 東莞 523000)

前列腺增生(benign prostatic hyperplasia，BPH)和前列腺癌(prostate cancer，PCa)是男性泌尿生殖系統(tǒng)最常見(jiàn)的病變。前列腺癌是全球男性發(fā)病率僅次于肺癌的第二大癌癥，其死亡率位居第五，且發(fā)病率逐年上升且呈現(xiàn)年輕化趨勢(shì)。研究發(fā)現(xiàn)，2017年全球共有1334314例前列腺癌新發(fā)病例，其中超過(guò)1/5發(fā)生在美國(guó)；接下來(lái)是中國(guó)，2017年前列腺癌患者144887人。在全球范圍內(nèi)，前列腺癌的發(fā)病率從1990年的每十萬(wàn)人30.49人到2017年的37.86人；相對(duì)年輕患者(≤64歲)的比例從1990年的23.6%增加到了2017年的27.3%，其中55～64歲組的新增患者最多[1]。磁共振多參數(shù)成像(multi parameter magnetic resonance imaging，MPMRI)是像診斷前列腺病變的重要方法，常規(guī)MRI分析局限于分析病灶的大小、形狀、位置、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化模式以及與周?chē)＝M織的關(guān)系，或?qū)RI信號(hào)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)鑒別，依賴(lài)于個(gè)人知識(shí)和臨床經(jīng)驗(yàn)，具有較強(qiáng)的主觀性和局限性，難以滿(mǎn)足臨床精準(zhǔn)診斷的要求。紋理分析技術(shù)是影像組學(xué)范疇的重要分析方法，它可以通過(guò)量化正常和病理組織內(nèi)像素灰度值的空間分布的不均勻度和規(guī)律性來(lái)評(píng)估圖像信號(hào)的不均勻性，從而反映組織病理學(xué)水平的微觀異質(zhì)性[2-4]。目前，紋理分析已在肺結(jié)節(jié)的良惡性鑒別、鼻咽癌及腎癌靶向療效的預(yù)測(cè)、食管的不良生物學(xué)特性及乳腺癌、直腸癌療效對(duì)比等疾病的研究中應(yīng)用[5]。本文探討MR-T2WI紋理分析在前列腺良惡性病變?cè)\斷的可行性，尋求有效、客觀、可量化的參數(shù)，為臨床提供可靠的診斷依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料收集2016年8月至2019年12月共108例行前列腺磁共振成像檢查并取得病理結(jié)果的病例，其中前列腺癌有28例，前列腺增生80例(T2WI上病變呈低信號(hào)的46例，混雜偏低信號(hào)的36例)。前列腺癌患者組的年齡為59～88歲，平均年齡(71.95±7.11)歲；前列腺增生患者組的年齡為54～88歲，平均年齡(72.90±7.48)歲。尿頻、尿急、排尿困難為患者主要臨床癥狀，血清前列腺特異抗原(prostate specific antigen，PSA)>2.5ng/mL。前列腺癌患者組PSA為4.15～359.01ng/mL，前列腺增生患者組PSA為3.21～67.44ng/mL。所有患者在MRI檢查前未進(jìn)行前列腺穿刺以及手術(shù)、藥物治療或其他處理,或最后一次活檢后相隔至少4周進(jìn)行術(shù)前MRI檢查。本研究經(jīng)過(guò)東莞市人民醫(yī)院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)，檢查前均獲得患者及其家屬同意，并簽署書(shū)面知情同意書(shū)。

納入標(biāo)準(zhǔn)：病灶T2WI以低信號(hào)為主。圖像清晰，沒(méi)有偽影。穿刺活檢病理證實(shí)前列腺癌或良性前列腺增生，接受根治性前列腺切除術(shù)。沒(méi)有MRI掃描和增強(qiáng)的禁忌證(如：肝腎功能不全、植入體內(nèi)金屬物如心臟起搏器等、幽閉恐懼癥)。排除標(biāo)準(zhǔn)：MRI檢查前患者接受放射治療、激素治療、穿刺活檢或前列腺電切除術(shù)；病灶太小，在T2WI圖像上無(wú)法勾畫(huà)或不能準(zhǔn)確勾畫(huà)三維興趣區(qū)(ROI)者；臨床、影像及病理資料不全；前列腺增生合并感染(如膿腫、結(jié)核)。

1.2 MR檢查方法使用Siemens Skyra 3.0T磁共振掃描儀、腹部相控陣線(xiàn)圈進(jìn)行檢查。所有病例行盆腔MR大范圍常規(guī)序列掃描及前列腺范圍高分辨率掃描。1)盆腔大范圍常規(guī)序列掃描：橫軸面TSE-T1WI，橫軸面TSE-T2WI。2)前列腺范圍高分辨率掃描: 橫軸面TSE-T1WI：TR 500ms，TE 13ms，F(xiàn)OV)=200mm×200mm，矩陣=256×256，層厚3mm，層間距0.3mm。橫軸面TSE-T2WI及冠狀位TSET2WI：TR 4170ms，TE 100ms，F(xiàn)OV=200mm×200mm(軸位)、200mm×200mm(冠狀位)，矩陣=256×256，層厚3mm，層間距0.3mm。橫軸面DWI：采用讀出方向分段采樣EPI序列(readout segmentation of long variable echo-trains，RESOLVE-DWI)，b值分別為0、800、1000、2000s/mm2。掃描參數(shù)：TR/TE 3020ms/67ms，F(xiàn)OV=200mm×200mm，矩陣=256×256，層厚3mm，層間距0.3mm，激勵(lì)次數(shù)NSA 5次，讀出方向分段5，掃描時(shí)間422s。動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描：采用三維容積式內(nèi)插值法屏氣檢查序列(3D volumetric interpolated breath-hold examination，3D-VIBE)，軸位掃描，TR/TE 4.8/1.7ms；FOV=260mm×260mm，矩陣=256×256，層厚3mm，層間距0.3mm，每期26層，動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描40期，掃描時(shí)間160s。

1.3 圖像處理和紋理分析將所有患者的MRI圖像以DICOM格式從PACS工作站導(dǎo)出并儲(chǔ)存。由兩名具有十年以上前列腺M(fèi)RI影像診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師首先對(duì)圖像的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，參照T2WI低信號(hào)及DWI高信號(hào)，在T2WI圖上圍繞病灶(包繞癌區(qū)或增生結(jié)節(jié)區(qū)，但不超過(guò)病變范圍)手動(dòng)繪制ROI。若同時(shí)存在2個(gè)或2個(gè)以上不相鄰癌灶或T2WI低信號(hào)增生結(jié)節(jié)灶，選取最大病灶。利用Omni-Kinertics (GE)軟件所選取ROI進(jìn)行紋理分析，得到定量參數(shù): 能量(energy)、熵(entropy)、偏度(skewness)、峰值(kurtosis)、均勻度(uniformity)、平均值(mean Value)和標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件，所有計(jì)量資料用(±s)表示。先對(duì)各組數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)和方差齊性檢驗(yàn)。前列腺癌與前列腺增生結(jié)節(jié)紋理分析各定量參數(shù)比較采用單因素方差分析和獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。兩位觀察者對(duì)前列腺癌和增生結(jié)節(jié)紋理分析定量參數(shù)測(cè)量差異性分析采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)法(intraclass correlation coefficient，ICC，其中，0表示不可信，1表示完全可信，一般認(rèn)為信度低于0.4表示信度較差，大于0.75表示信度良好。應(yīng)用受試者工作特征曲線(xiàn)(receiver operator characteristic，ROC) 分析T2WI圖像紋理分析各定量參數(shù)鑒別前列腺癌與前列腺增生結(jié)節(jié)的效能。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 MRI-T2WI紋理特征參數(shù)在PCa與BP中的表現(xiàn) PCa、BPH-T2WI低信號(hào)結(jié)節(jié)及BPH-T2WI混雜偏低信號(hào)結(jié)節(jié)組間能量、熵、偏度、不均勻度、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差6個(gè)參數(shù)的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；峰值于各組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見(jiàn)表1。 PCa組與BPH組間能量、熵、偏度、均勻度、標(biāo)準(zhǔn)差5個(gè)參數(shù)的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，峰值和平均值于各組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見(jiàn)表2。兩位觀察者對(duì)前列腺癌和前列腺增生結(jié)節(jié)紋理分析定量參數(shù)測(cè)量有良好一致性，組內(nèi)相關(guān)系數(shù)：能量ICC：0.896；熵ICC:0.880； 偏度ICC: 0.453；峰值ICC:0.865； 均度ICC:0.849；平均值ICC：0.962；標(biāo)準(zhǔn)差I(lǐng)CC：0.937。

表1 前列腺癌組與前列腺增生結(jié)節(jié)組紋理分析定量參數(shù)one-way ANOVA比較

表2 PCa組與BPH組紋理分析參數(shù)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)

2.2 MRI-T2WI紋理特征參數(shù)在PCa與BPH中的診斷效能對(duì)上述7個(gè)紋理特征參數(shù)的診斷效能進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：7個(gè)紋理特征參數(shù)在兩者診斷中的AUC為0.722～0.832，其中標(biāo)準(zhǔn)差最高，偏度和不均勻度最低；在靈敏度方面，7個(gè)紋理特征參數(shù)在48.75%～78.75%之間：在特異度方面，7個(gè)紋理特征介于42.86%～92.86%之間，見(jiàn)表3、圖1～圖4。

圖1 男，80歲，前列腺癌。圖1A：前列腺中央葉T2WI低信號(hào)腫塊；圖1B：DWI(b=1000s/mm2)腫塊上呈高信號(hào)(白箭)；圖1C：ADC圖上腫塊呈低信號(hào)(白箭)；圖1D：腫塊內(nèi)感興趣區(qū)灰度直方圖左移、峰度增高。圖2 男，77歲，前列腺增生。圖2A：前列腺中央葉增生結(jié)節(jié)T2WI低信號(hào)；圖2B：DWI(b=1000s/mm2)呈等信號(hào)(白箭)；圖2C：ADC圖上腫塊呈稍低信號(hào)(白箭)；圖2D：增生結(jié)節(jié)內(nèi)感興趣區(qū)灰度直方圖左移、峰度降低。圖3 男，68歲，前列腺增生。圖3A：前列腺中央葉增生結(jié)節(jié)T2WI混雜偏低信號(hào)腫塊。圖3B：DWI(b=1000s/mm2)腫塊上呈等信號(hào)(白箭)。圖3C：ADC圖上腫塊呈等信號(hào)(白箭)。圖3D：增生結(jié)節(jié)內(nèi)感興趣區(qū)灰度直方圖右移、峰度增高。

表3 PCa組與BPH組紋理分析定量參數(shù)ROC

圖4 T2WI圖像紋理分析定量參數(shù)鑒別PCa組和BPH組ROC

3 討 論

3.1 前列腺T2WI低信號(hào)增生結(jié)節(jié)及癌結(jié)節(jié)的病理基礎(chǔ)及MRI特征前列腺增生結(jié)節(jié)是在前列腺增生基礎(chǔ)上出現(xiàn)的局灶性多中心性的組織病變，主要出現(xiàn)在增生的中央腺體(由中央帶和移行帶兩者組成)[6]，小部分出現(xiàn)在外周帶，結(jié)節(jié)通常成團(tuán)塊狀，組織比較致密，可以與周邊結(jié)構(gòu)無(wú)明顯界限。在病理組織學(xué)上，前列腺增生結(jié)節(jié)是腺體和基質(zhì)增生的混合物，結(jié)節(jié)內(nèi)可出現(xiàn)囊性變，結(jié)節(jié)的周?chē)砂@致密的基質(zhì)和萎縮的腺體[7]?？紫樘锏萚8]、Franks[9]通過(guò)免疫組織化學(xué)的研究認(rèn)為，按病理成分不同，前列腺增生結(jié)節(jié)應(yīng)分為5類(lèi)，但這5種類(lèi)型結(jié)節(jié)在磁共振上很難區(qū)分。Ishida等[10]結(jié)合病理組織通過(guò)MR-T2WI檢查把前列腺增生分為間質(zhì)增生及非間質(zhì)增生，間質(zhì)增生被定義為腺體成分占前列腺的10%以下，而非間質(zhì)增生被定義為腺體成分占前列腺的10%或以上(或腺體體積與總體積的比率大于0.75)，兩者在磁共振成像確定組織學(xué)類(lèi)型的準(zhǔn)確性為94%。間質(zhì)增生含纖維基質(zhì)及平滑肌為主，腺體成分較少，其內(nèi)液體含量低，故于T2WI呈低信號(hào)表現(xiàn)；前列腺癌病變組織內(nèi)腺體及癌細(xì)胞排列致密，其內(nèi)黏蛋白和液體的含量明顯減少，在T2WI也呈低信號(hào)表現(xiàn)；兩者在T2WI上難以鑒別。

3.2 MR-T2WI影像組學(xué)在前列腺良惡性病變?cè)\斷的診斷及應(yīng)用多參數(shù)MRI是前列腺癌診斷最敏感和特異的影像學(xué)檢查方法，也是前列腺癌定位、分期及治療后評(píng)估等的重要影像學(xué)手段[11]。這些磁共振成像包括T2加權(quán)成像(T2WI)、擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)、動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振成像(DCE)以及可以選擇性進(jìn)行的磁共振波譜(MRS)。MR-T2WI能提供前列腺及周?chē)M織的高分辨率影像，對(duì)于前列腺癌的診斷具有較高靈敏度、特異度[12]。而前列腺間質(zhì)增生結(jié)節(jié)與癌結(jié)節(jié)在T2WI上均表現(xiàn)為低信號(hào)，兩者難以鑒別。紋理分析是一項(xiàng)圖像后處理技術(shù)，可以利用已獲得的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，它通過(guò)量化正常和病理組織內(nèi)像素灰度值的空間分布的粗糙度和規(guī)律性來(lái)評(píng)估圖像信號(hào)的不均勻性(在人眼所能理解的范圍之內(nèi)和之外)，并且不需要進(jìn)行額外的掃描及避免增強(qiáng)掃描造影劑的副作用。不依賴(lài)于診斷醫(yī)生的主觀因素，分析重復(fù)性高；利用醫(yī)學(xué)圖像中的宏觀異質(zhì)性可能反映組織病理學(xué)水平的微觀異質(zhì)性。紋理分析所得的額外組織異質(zhì)性數(shù)據(jù)為基因水平上診斷提供了可能。

本研究基于MR-T2WI圖，從108例前列腺T2WI低信號(hào)病變(癌結(jié)節(jié)28例、增生結(jié)節(jié)80例)中提取紋理特征，以直方圖參數(shù)對(duì)兩者進(jìn)行鑒別。研究紋理參數(shù)為能量、熵、偏度、峰值、不均勻度、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差，其中熵為目前研究中是最常用的分析參數(shù)。能量和熵反映了圖像所含信息量的大小，能量反映圖像的均勻性，感興趣區(qū)內(nèi)像素強(qiáng)度越均勻，值越大；熵主要反映的是圖像上紋理的不均勻性或復(fù)雜程度，組織成分復(fù)雜、熵值高；偏度和峰度是直方圖不對(duì)稱(chēng)性和銳度的度量，反映病變組織內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度的變化率，變化率大、數(shù)值高；方差和標(biāo)準(zhǔn)差衡量灰度級(jí)與平均值的偏離程度，標(biāo)準(zhǔn)差(SD)是在一個(gè)感興趣區(qū)測(cè)量關(guān)于平均值的像素強(qiáng)度的變化，低SD表示該區(qū)域的像素強(qiáng)度感興趣的是同質(zhì)的，高SD表示該區(qū)域的像素強(qiáng)度感興趣的是異質(zhì)的[13]。本研究通過(guò)使用紋理分析軟件(Omni-Kinertics GE)所提取的7個(gè)紋理分析定量參數(shù)，其中5個(gè)定量參數(shù)(能量、熵、偏度、不均勻度、標(biāo)準(zhǔn)差值)在PCa組和BPH組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，有助于鑒別診斷PCa與BPH；定量參數(shù)能量、不均勻度PCa組數(shù)值高于BPH組，熵、偏度及標(biāo)準(zhǔn)差低于BPH組，與國(guó)內(nèi)學(xué)者許崗等[14]研究結(jié)果一致。而相應(yīng)五個(gè)參數(shù)值在BPH T2WI低信號(hào)結(jié)節(jié)及T2WI混雜偏低信號(hào)結(jié)節(jié)組間相仿。分析其中相關(guān)原因，可能是：前列腺癌區(qū)域內(nèi)有大量緊密排列癌變的腺體組織，黏蛋白和液體的含量明顯減少，組織成分及紋理相對(duì)均勻，熵值、偏度及標(biāo)準(zhǔn)差較低，而能量值較高；而前列腺增生結(jié)節(jié)是腺體和基質(zhì)增生的混合物，結(jié)節(jié)內(nèi)可出現(xiàn)囊性變，組織成分及紋理混雜，熵值、偏度及標(biāo)準(zhǔn)差值較高，而能量值較低。本研究中標(biāo)準(zhǔn)差鑒別PCa組和BPH組的AUC值為0.832，當(dāng)截點(diǎn)為0.5804時(shí)，其診斷敏感性為68.75%、特異性為89.29%；而熵則同時(shí)有較高的敏感度及診斷效能。既往有學(xué)者研究單獨(dú)T2WI序列診斷PCa的敏感度為56%、特異度為63%[15]。本研究結(jié)合影像組學(xué)方法可進(jìn)一步提升T2WI在鑒別診斷PCa中的價(jià)值。近年來(lái)，不少學(xué)者結(jié)合T2WI紋理分析對(duì)前列腺病變進(jìn)行研究。Bate等[16]通過(guò)對(duì)前列腺移行帶內(nèi)前列腺特異性膜抗原的研究，發(fā)現(xiàn)前列腺特異性膜抗原的表達(dá)異常與T2WI中的紋理改變相關(guān),為移行帶前列腺癌的檢出提供了新的依據(jù)。Nketiah[17]通過(guò)紋理分析，發(fā)現(xiàn)T2WI-MRI衍生的結(jié)構(gòu)特征與前列腺癌組織的潛在病理生理學(xué)相關(guān)，可反映前列腺癌的侵蝕性；國(guó)內(nèi)學(xué)者劉瑤等[18]基于T2WI影像組學(xué)方法對(duì)前列腺癌與前列腺增生的預(yù)測(cè),分析各種方法的靈敏度,特異度、準(zhǔn)確率。Sidhu等[19]對(duì)前列腺移行帶進(jìn)行多參數(shù)MRI紋理分析，發(fā)現(xiàn)前列腺癌ADC直方圖等峰值及T1WI圖的熵值明顯降低。這些基于MRI圖像上的紋理分析研究顯示，影像組學(xué)分析方法在前列腺腫瘤鑒別診斷中的效能較高，且研究中對(duì)前列腺良惡性病變的診斷進(jìn)行了預(yù)測(cè)性分析，是磁共振檢查方法的額外補(bǔ)充。

本研究不足：(1)本研究受人群代表性的限制，所得到的結(jié)果需經(jīng)過(guò)未來(lái)研究的驗(yàn)證；(2)樣本量較小，但研究方法是新興技術(shù)，結(jié)果仍有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；(3)僅鑒別前列腺良性增生與前列腺癌，未進(jìn)行解剖學(xué)分區(qū)的定位。

綜上所述, MRI-T2WI紋理分析對(duì)前列腺良惡性病變的鑒別診斷及預(yù)測(cè)具有一定價(jià)值，診斷客觀性強(qiáng)，隨著樣本量擴(kuò)大、設(shè)備性能提升、算法升級(jí)、更多數(shù)據(jù)的完善，紋理分析將會(huì)廣泛應(yīng)用于臨床鑒別診斷中。