国际医学放射学杂志International Journal of Medical Radiology 2008 July;3 1(4):221-223 论 著 MR扩散加权成像评估前列腺癌细胞密度的应用价值 刘金刚 王锡臻王滨 牛庆亮 刘 强 【摘要】 目的探讨磁共振扩散加权成像(DWI)及表观扩散系数(ADC)评价前列腺癌(PCa)细胞密度 的价值。方法使用Siemens Sonata 1.5 T高场强超导MR成像设备和腹部相控阵线圈,采用EPI序列对38例资 料完整的前列腺癌病人行DWI检查。根据常规HE染色病理图片记录前列腺癌细胞密度。ADC与细胞密度相 关性分析用Peamon相关分析。结果PCa、前列腺增生区和正常外周带的平均ADC值分别为(49.32 ̄12.68)× 10 mmVs,(86.73 ̄26.75)xl0 mmVs,(126 25 ̄27.21)xl0 mmVs,差异有统计学意义(P<0.05)。PCa细胞密度 平均值为12.9%,ADC值与细胞密度存在负相关性(r一0.646,P<0.05)。结论细胞密度是影响组织扩散特性 的重要因素.ADC值能较好反映组织微观结构特点。 【关键词】前列腺癌;磁共振成像:扩散加权成像;表观扩散系数;细胞密度 Value of diffusion-weighted imaging in evaluating the cellularity densiyt of prostate cancer LIU Jingang, WANG Xizhen,WANG Bin,NIU Qingliang,LIU Qiang.Medical Imaging Center,Afifliated Hospitla of Weifang Medical University,Weifang 261031,China 【Abstract】 Objective To study the cellularity density of prostate cancer(PCa)with difusion—weighted imaging (DWI)and apparent diffusion coefifcient(ADC).Methods 38 patients with histologically proven prostate cancer(PCa)un- derwent DW1 with a 1.5 T MR scanner using a pelvic phased array multi-coil.The ADC values of PCa,benign prostatic hy— perplasia(BPH),and peripherla zone(PZ)were calculated.The cellularity density of PCa was recorded according to hema— toxylin nad eosin(HE)staining.The relationship between ADC value nad cellularity density of PCa was naalyzed with Pear- son correlation coeifcient.Results The ADC values ofPCa,BPH,and PZ were(49.32 ̄12.68)x10 mm%,(86.73_+_26.75)X 10 mm2/s and(126.25227.21)x10 mm2/s.respectively.The ADC value of PCa was singificantly lower htan that of BPH and PZ fP<0.05).The cellularity density of PCa was 1 2.9%.The ADC value revesrely related to the cellulariy density of prostate cancer(r=-O.646,P<0.05).Conclusion The ADC value can reflect hte cellulariy density of PCa. 【Key words】Prostate cancer;Magnetic resonance imaging;Diffusion weighted imaging;Apparent difusion coefif- cient;Cellularity density 前列腺癌为老年男性常见的恶性肿瘤之一,其 列腺疾病理想的检查方法 ]。磁共振扩散加权成像 自然病程长。个体间生物特性差异大。用现代功能 (diffusion weighted imaging,DWI)属磁共振功能成像, 成像技术评估PCa生物学行为.对指导制定个体化 可显示和定量测定组织内微观环境中水分子扩散 治疗方案及优化治疗结果有重要价值。MRI及MR 特性,提供各部分组织的空间结构信息,是目前活 功能成像可提供有关前列腺生理、生化、病理及解 体水分子扩散测量与成像的唯一方法。表观扩散系 剖学的信息,无论对前列腺癌的诊断还是分期,其 数(apparent diffusion coefifcient,ADC)是评价组织 都有很高的敏感性和特异性.目前被一致认为是前 微观环境流动效应的定量指标。在前列腺疾病诊断 及鉴别诊断中有较高的应用价值[ 。肿瘤细胞密度 基金项目:国家自然科学基金项目(30470518)、国家教育部 留学回国人员启动基金项目、山东省1020工程(卫生系统杰出学 大小在一定程度上反映出肿瘤增殖速度及组织微 科带头人和中青年重点科技人才)基金和潍坊医学院青年教师科研 观结构,通过ADC值与细胞密度相关性分析,一方 启动基金(KQ2007014) 作者单位:261031。潍坊医学院附属医院影像中心(刘金刚、 面提高对前列腺癌MR扩散加权成像特征的组织 王锡臻、王滨);山东大学山东省医学影像研究所(王锡臻、刘 强);潍坊市中医院MRI室(牛庆亮) 病理学基础的认识,另一方面探讨ADC评估前列 通讯作者:王滨.E—mail:binwangO01@yahoo.eom.en 腺癌微观组织结构的可行性。 DOI:10.3784/j.issn.1674—1897.2008.04.002 221 重庆维普 http://www.cqvip.com
国际医学放射学杂志International Journal of Medical Radiology 2008 July;31(4) 1材料与方法 1.1临床资料经病理证实前列腺癌38例,主要 症状为排尿困难、尿潴留、血尿和血精等。临床直肠 指诊前列腺增大,质硬或(和)有结节感。年龄45~ 87岁,平均68.1岁。前列腺癌组病人血清前列腺特 异抗原(PSA)4.3~267.0 ng/mL,平均为53.2 ng/mL。 Gleason计分2~10。平均为7.2。 1.2设备及成像参数 使用Siemens Sonata 1.5 T 高场强超导MR成像设备。线圈采用腹部相控阵线 圈.用加压敷带降低呼吸运动的影响。病人检查前 1 d进食少渣饮食,晚问口服缓泻剂,必要时于检查 前行清洁灌肠以保证检查时直肠内清洁。 首先进行常规盆腔和下腹部T WI、T2WI检查。 DWI采用EPI序列。以横断位T2WI作为定位像,扩散 敏感度b值选择为0、300及600s/mm 。TR=2900ms, TE=84 ms,层厚3 mm,层间距0.6 mm,矩阵=128x 128,激励3次,扫描时间1 min 8 S。分别记录PCa (38例)、前列腺增生 ̄(benign prostate hyperplasia, BPH)(21例)及正常外周带(peripheral zone:,PZ) (17例)的感兴趣区的ADC值。 1.3细胞密度分析从连续切片中随机抽取2张 进行HE染色,参照Sugahara等[5]的方法。先在低倍 镜(xlO0)下观察切片。然后选取5个视野(x400), 摄片后将彩色病理照片扫描入计算机。将彩色病理 照片转化为黑白照片,肿瘤细胞核显示为低密度, 以每张照片中肿瘤细胞核面积除以照片总面积即 为肿瘤细胞密度(用百分比表示)。 2结果 2.1 PCa、BPH及PZ的DWI表现特征正常前列 腺外周区在b=0的DWI上表现为均匀高信号, 区信号明显低于外周区,界线清楚,随着b值增大 两者信号减低,区与外周区的信号差别减小。 BPH区表现为不均匀的低信号,随b值变化信号改 变,随增生结节性质不同而信号不同。PCa病灶在 b=0时,信号明显低于周围正常前列腺组织,随着b 值的增大,PCa的信号无明显降低,而正常外周带组 织信号强度明显降低。正常前列腺外周区组织在 ADC图上显示出高信号,区的腺体相对为低信 号。BPH在ADC图上信号强度取决于增生组织的 成分,腺体结节的信号明显高于以纤维基质增生为 主结节的信号。PCa在ADC图上呈低信号并与周围 组织对比明显(图1a,图2a)。PCa、BPH和Pz的平 均ADC值分别为(49.32±12.68)xlO mm2/s、 222 (86.73 ̄26.75)×10 mm /s和(126.25-+27.21)× 10~mm2/s。PCa、BPH和PZ的ADC值依次升高,三 者差别具有统计学意义(P<0.05)。 2.2 PCa的ADC、细胞密度、Gleason分级及PSA的 两两相关分析PCa的细胞密度平均为12.9%(图1b、 图2b),ADC值与细胞密度存在负相关性(r一0.646, P<0.05),即细胞密度越大,其ADC值越低(图3)。 本组病例前列腺癌的ADC值有随Gleason分级及 血清PSA水平升高而降低的趋势,但其相关性无统 计学意义( 0.066、0.819)。细胞密度与Gleason分 级存在正相关性(r=0.426,P=0.021);细胞密度有随 血清PSA水平升高而升高的趋势,但其相关性无统 计学意义( 0.072)(表1)。 表1 PCa的ADC、细胞密度、Gleason分级及 PSA的两两相关分析 ADC—Cell ADC—GG ADC—PSA Cell—GG Cell—PSA GG—PSA r值 一O.646 一O.448 一O.121 O.426 O.626 O.147 P值 O.044 O.066 O.819 O.021 O.072 O.813 稍 霉 婚 田 U PCaADC值 图3前列腺癌ADC值与细胞密度存在负相关性 3讨论 3.1 PCa、BPH及PZ DWI特征的组织病理学基 础DWI是观察活体组织中水分子的微观扩散运 动并定量测量和成像的方法[6]。DWI的物理基础是 分子的随机分布扩散运动,在不同介质扩散运动中 扩散运动方式不同,在均匀无限介质中扩散运动不 受任何阻碍,而在生物体组织结构中,水分子的扩 散过程受到许多天然屏障的阻碍,如细胞空间排 列、细胞膜、大分子蛋白或多糖等,扩散运动往往有 不同程度受限[7]。生物体不同组织的水分子扩散受 限程度不同,在DWI上所显示的信号特征亦不同, 扩散受限程度可作为DW1分辨不同组织的依据。 重庆维普 http://www.cqvip.com
国际医学放射学杂志International Journal of Medical Radiology 2008 July;31(4) 前列腺PZ腺体丰富,腺腔内为含少量蛋白的 稀薄液体.细胞以分泌型上皮为主,其T2值明显比 PCa组织的长,因此正常外周区扩散受限程度较轻[8]。 BPH体积明显增大、结构紧密、间质成分增多使得 水分子扩散低于正常前列腺组织,但细胞密度及细 胞形态功能接近于正常前列腺组织,组织内的水分 子运动受限程度明显低于PCa而高于pz E 。PCa失 去了特征性的腺管形态结构,缺乏足够空间储存液 度小的PCa,细胞密度是影响ADC的一个重要因 素[12_n]。因此,ADC值能反映组织内微观结构的特 点.可以作为反映前列腺癌细胞增殖程度的一项影 像学指标。 参考文献: [1] Wang L'Mullerad M,Chen HN,et a1.Prostate cancer:incremental value of endorectl aMR imaging findings for prediction of extracap・ sular extension[J].Radiology,2004,232(1):133—139. [2]王滨,Lowry M,Trunbull L.应用MRI药物代谢动力学模型评价 体,其T2已经明显短于正常前列腺组织,尽管其扩 散受限程度大于PZ,但是对DWI信号强度的影响 低于 rI信号成分。由于PCa组织T2明显短于正 常前列腺组织,增高b值对其DWI信号强度的影响 要小于对PZ组织的影响,因此PCa区DWI的信号 前列腺不同组织的增强作用[J].医学影像学杂志,2001,11(6): 371-373. [3]Gibbs P,Tozer DJ,Liney GP,et 1a.Comparison of quantitative T2 mapping and difusion—weighted ima ng in the normal and patho・ logic prostate[J].Magn Reson Med,2001,46(6):1054—1058. [4]王锡臻,王滨,牛庆亮,等.MRI扩散加权成像和ADC值对前列 腺癌的诊断应用[J].临床放射学杂志,2007,26(6):581—584. [5]Sugahara T,Korogi Y,Kochi M,et a1.Usefulness of difusion— weighted MR1 with echo——plnar atechnique in the evaluation of cel・ -强度随b值增高其下降不明显,而正常PZ组织的 信号强度随b值增高而下降[ 。ADC图是根据组织 ADC值大小而形成的参数图像,相应ADC图信号 高低取决于组织ADC值的高低,直观真实地反映 前列腺不同组织的扩散特性,PCa在ADC图上表现 为低信号.而正常PZ组织表现为高信号[10]。 3.2 PCa ADC值与细胞密度的相关性恶性肿瘤 分化程度不同.其组织结构也存在明显差别。细胞 密度在一定程度上可反映PCa增殖,增殖活跃的前 列腺癌细胞细胞核增大或出现核象,细胞器增 大,胞浆较少。核与细胞质比例增加,正常的结缔组 织网架丧失.可出现更致密的异常间质组织紧紧包 lularityin gliomas[J].JMagnResonImaging,1999,9(1):53-60. [6]MoseleyME,Cohen T'Kucharczyk J.Difusion—weightedMRimag— ing of anisotropic water difusion in cat centrla nervous system[J]. Radiology,1990,176(2):439—445. [7]Cercignani M,Hordfield MA.The physical basis of difusion— weighted MRI[J].J Neurol Sci,2001,186 Suppl 1:Sll一14. [8]Issa B.In vivo measurement of the apparent difusion coefifcient in normal and malignant prostatic tissues using echo-plnaar imaging [J].J Magn Reson Imaging,2002,16(2):196-200. [9]Randolph TL,Amin MB,Ro JY,et a1.Histologie variants of adeno— carcinoma and other and clinical signiicafnce carcinomas of 绕于周围.导致单位体积内有形成分增加[9]。PCa细 胞密度大小与Gleason分级存在正相关性(r=0.426. P<O.05),Gleason分级是以腺体的分化程度及其在 间质中的生长方式作为标准。分化程度和生长方式 从高分化(1级)到低分化(5级)共分5级,兼容了 肿瘤不同区域的组织结构变异,能够反映出PCa的 恶性程度。细胞密度与Gleason分级相关性说明肿 prostate:pathologic criteria and clinical sinigifcncae[J].Mod Pathol, 1997,10(6):612—629. [1O]王霄英,丁建平,周良平,等.前列腺癌的扩散成像初步研究[J]. 中华放射学杂志,2005,39(11):1207—1209. [11]秦海燕,白人驹,孙浩然,等.肾上腺肿瘤MR扩散加权成像表 现与细胞密度相关性的初步研究[J].临床放射学杂志,2007,26 (6):575-580. [12]Lyng H,Harladseth O,Rofstad EK.Mesuraement of cell density nd anecrotic fraction in human melanoma xenografts by difusion 瘤细胞密度与肿瘤恶性程度相关,本组PCa的ADC 值与细胞密度之间呈负相关(P<0.05),提示细胞密 度高的PCa组织微观扩散受限程度要高于细胞密 weighted magnetic resonance iaglmng[J].Magn Reson Med,2000, 43(6):828-836. (收稿2008—04—08) 下期重点预告cT与MRI在直肠癌诊断及术前分期中的价值(论著)、内分泌肿瘤SPECT/CT临床应用进展、 MR淋巴成像研究进展、阿尔茨海默病的神经影像学诊断进展、内源性神经干细胞示踪的研究现状、MR扩散加权 及相位对比法成像评价肝纤维化及肝硬化的应用现状、MRI在胆胰管十二指肠连接区癌诊断中的应用、下肢深静 脉血栓形成的影像学诊断进展、c臂cT在介入治疗中的临床应用、新型磁共振对比剂USPIO及应用、慢性胃炎的 分类和钡剂造影的基本病变表现(下)等。 223 重庆维普 http://www.cqvip.com
应用’H—MRS~ILCM0del研究鼻喷酒石酸布托啡诺对猪脑(正文见第217页)代谢物的影响及谷氨酸复合物的绝对定量十∞lJ懈蛔懈蝴椭lj柑lIIlI:图1aa横断位L刚选取脑实质最大层面的中心部位为,后脑内各代谢物的氢质子波谱图分离良好,固一面。I《甄=从8:ii件h{牌‰《I:图lb。图1cHMRSVOI—;b、c分别为鼻喷止痛剂前、、TE图2TR/3000,rrL450m时所得。频率轴上可清楚看到N从、ChoCr、Glx等峰,各峰质子波谱图Glx峰显示欠佳基线平稳由b、c可观察到Glx曲线幅度下降图1鼻喷给药前后脑内各代谢物的浓度改变MR扩散加权成像评估前列腺癌细胞密度的应用价值(正文见第221页)图1h图1a_图1ab为高分化前列腺癌病例男,78岁、,PSA60n矿nL、,Glea、son分级4图1b①②③分别为b0300600DWI影像④为ADc参数图像PCa区(自箭头)随b值增大信号强度下降程度低于PZ;ADC参数图像显示PCa~ADC值明显低于BPH(黑箭头)及PZHE染色(×100)显示PCa细胞密度增大异型性明显腺体结构不完整PCaDWI及ADC参数图像。=、,,,图2b图2a—b低分化前列腺癌男性,59、图2aPCa图2b图2a③分别为b0300600DWI影像④为ADC参数图像右侧外周带区前列腺癌(白箭头)为低信号累及带残留左侧外周带为高信号PCa区随h值增大信号强度下降程度低于PZ;ADC参数图示PCa区ADC值明显低于残留PZ}Ⅲ染色(×loo)PCa细胞密度大异型性明显腺体结构形成较差DWI及ADC参数图像。①岁②,PSA=196=nmLg/、。Gle、ason分级,:9、,,,,,
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