磁共振弹性成像在前列腺疾病中的应用与进展

综述

泌尿生殖放射学

磁共振弹性成像在前列腺疾病中的应用与进展

张添辉W

王

劲

2*

【摘要】软组织的弹性(硬度)变化与其病理过程有着密切的联系。磁共振弹性成像(MRE)是一种无创评估软 组织生物力学属性的MR成像新技术，可以通过定量测量软组织的弹性信息，为前列腺疾病的检出和诊断提供客 观依据。近年来MRE在前列腺疾病方面的应用已成为研究热点。主要阐述MRE的成像原理以及在前列腺疾病中 的应用进展。

【关键词】前列腺疾病;磁共振成像;弹性成像;诊断，鉴别;扩散加权成像 中图分类号:R737.25; R445.2

文献标志码:A

ZHANG Tianhui1,2, WANG

The advanced application of magnetic resonance elastography in prostate disease

Affiliated Hospital, Sun Yat-sen University

Jin2. 1 Department of MRI, People，s Hospital of Meizhou, Meizhou 514031, China; 2 Department of Radiology, The Third

【Abstract】 The elasticity (or stiffness) of soft tissue is closely related to pathological process. Magnetic resonance elas-

tography (MRE) is an advanced MR imaging technique which can be used to evaluate the biomechanical properties of tissues noninvasively. It can quantitatively measure the elasticity of soft tissue and provide an objective evidence for the detection and diagnosis of prostate disease. In recent years, the application of MRE in prostate diseases has become a research hotspot. In this review, we mainly described the principles of MRE and the application progress in prostate diseases.

【Keywords】 Prostate disease; Magnetic resonance imaging; Elastography; Diagnosis, differential; Diffusion weighted

imaging

Int JMed Radiol，2017,40(6) ：695-698

在欧美发达国家，前列腺癌是老年男性发病率

最高的恶性肿瘤，其死亡率位居第2位'近年随着 我国经济水平的提升，人们饮食习惯、生活方式的 改变以及人均寿命的提高，前列腺癌在我国的发病 率呈逐年升高趋势[2]。前列腺特异性抗原(prostate

specific antigen, PSA)是前列腺癌筛查的常用血清学

像新技术。根据成像设备不同分为磁共振弹性成像

(magnetic resonance elastography, MRE)和超声弹性成 像（ultrasound elastography，UE)。UE 在前列腺疾病 的应用起步较早，并已取得较好的研究成果[5^。但 UE属于二维成像，仅能从二维平面获取组织的弹 性信息，而前列腺组织为各向异性组织，UE不同切 面所测前列腺组织的弹性值存在差异，导致其诊断 价值有限[7]。MRE是一种通过机械剪切波定量测量 组织弹性属性的M

R

指标，但其特异性不高，易出现假阳性'直肠触诊

(digital rectal examination, DRE )是临床最常用的前 列腺癌筛查手段，通过触及硬结节可发现前列腺可 疑癌灶[4]。然而，DRE具有主观性，依赖于操作者的 经验，且只能检出外周带前列腺癌，对深部病灶和 小病灶的诊断价值有限。弹性成像是一种通过组织 弹性属性(硬度）变化来检出和诊断病灶的功能成

作者单位:1梅州市人民医院磁共振科，梅州514031;2中山 大学附属第三医院放射科

通信作者.王劲，E-mail ： wangjin3@mail.sysu.edu.cn*审校者

DOI: 10.19300/j.2017.Z5088

功能成像新技术，能够对组织

弹性信息进行三维空间成像，获取更加准确、可信 的弹性信息，其作为诊断和鉴别诊断前列腺良恶性 病变的一种新方法具有广阔的应用前景。

自1995年Muthupillai等[8]提出MRE技术以来， 研究者们利用M

RE技术对肝脏[9-10]、乳腺[11]、大脑[12]、

胰腺[13]及子宫[14]等器官的肿瘤进行了大量研究，并 已取得了较好的研究结果。近年来M

RE

在前列腺

疾病方面的探索应用已成为研究热点，本文对MRE

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国际医学放射学杂志Int J Med Radiol 2017 Nov;40(6)

在前列腺疾病的应用和研究进展予以综述。1 MRE成像原理及成像基础

MRE通过激发器对兴趣组织施加连续、动态的

机械剪切波。剪切波在兴趣组织内传播产生振幅， 引起组织微小形变和微米级别的位移，继而通过带 循环运动编码梯度(motion-encoding gradient, MEG) 的相位对比脉冲序列对组织质点位移进行成像，获 得动态剪切波传播的相位图和波形图。最后，通过 弹性成像处理软件将波形图经反演拟合算法生成 全幅、全定量的彩色编码弹性图[8，15]。在弹性图上选 取任意兴趣区，均可获得该区域组织的定量弹性 值，从而定量评估组织的的弹性属性。

软组织的弹性(硬度）变化与其病理过程有着 密切的联系。当前列腺组织发生癌变时，肿瘤细胞 增殖活跃，细胞密度增大，同时大量肿瘤微血管重 建以及正常腺体结构减少，导致前列腺癌的质地较 周围正常组织硬韧[54，16]。另外，前列腺癌组织浸润周 围组织，使邻近组织产生类似损伤修复的促纤维形 成间质反应，导致胶原沉积明显增加[17-18]，并且随着 癌灶Gleason评分增高，癌灶周围间质内的胶原沉 积也明显增多[19-20]。上述结构和成分的改变使前列 腺癌组织的硬度比周围正常组织硬度增高。这种组 织硬度的改变可采用MRE技术显示，为前列腺癌 的检出和诊断提供了一种新方法。2 MRE在前列腺疾病中的初步应用

前列腺位于盆腔深部，剪切波经体外传人前列 腺需穿透较厚的软组织层。剪切波在软组织内传播 会产生衰减，频率越高衰减越严重。当通过体外途 径发出剪切波时，仅低频剪切波能穿透软组织层到 达前列腺并产生足够的振幅成像[15,21]。然而，低频剪 切波波长较长，导致弹性图空间分辨力有限，不能 满足前列腺内小病灶的检出[15]。若要获得高空间分 辨力，则需采用波长较短的高频剪切波，然而频率 越高其在软组织内衰减越严重，经体外途径传人前 列腺后不足以产生足够的振幅成像。因此，为了成 功获得前列腺的弹性图像，同时获得较好的影像质 量和空间分辨力，众多研究者对前列腺MRE剪切 波的不同传播途径和频率进行了探索性研究。

目前，前列腺MRE技术根据剪切波传人前列 腺的途径分为以下几种：①经耻骨联合途径M

RE，

通过将体外激发器置于耻骨联合，剪切波经耻骨联 合传人体内。该方法简单、方便，易于被病人接受，

是最早应用于前列腺的MRE成像方式。文献报道

696

采用最高频率为100 Hz的纵向机械波[22]。另外，

Wang等[23]将内置导尿管与经耻骨联合MRE相结合，

通过内置导尿管间接增强剪切波振幅的方式改良

经耻骨联合MRE，以达到更高频率进行剪切波成 像。②经会阴途径M

RE，通过放置于两腿之间带液

压系统的激发器顶压会阴，从而将剪切波经会阴传 人体内[24];该方法需采用特制的液压系统激发器，操

作较复杂。③经尿道途径MRE，通过将柔软的激发 器插人并固定于尿道，使激发器在尿道中产生剪切 波后近距离传人前列腺进行MRE成像[25];该方法存 在有创性，了其在临床的应用，目前尚无在人 体应用的报道。④经直肠途径M

RE，通过将压电陶

瓷激发器融合到直肠线圈中，使其具备同时产生剪 切波和接收信号两个功能[26]。剪切波由激发器发出 后仅需穿过直肠壁到达前列腺，因此可采用最高频 率为300 Hz的剪切波成像[27]。2.1体外凝胶模型及动物实验M

RE能用于检出前

列腺内硬度增高的小病灶。Chopra等[28]研发了经 尿道的激发器，剪切波到达兴趣区穿透深度仅为3~

5 cm

，使高频剪切波的应用具有可行性。Arani等[25]

利用该激发器进行MRE

成像，采用频率200 Hz的

剪切波时，前列腺模型中直径小至5 mm(体积为

0.056 mm3)的硬度增高区域即可被发现。采用频率

为400 Hz剪切波，直径为10 mm(体积为0.5 mm3)

病灶的弹性值能够被准确测量。在临床上，体积為

0.5 mm3癌灶被认为是具有临床意义的前列腺癌[29]。

因此，经尿道途径MRE具有很好的发展前景，但

其有创性了它的临床应用。Arani等[26]研发了 有创性更小的经直肠途径M

RE，采用频率为400 Hz

的剪切波，结果显示前列腺凝胶模型中直径为6 mm (体积为0.1 mm3)的病灶能够被检出。Sahebjavaher 等[30]则采用经体外会阴途径的M

RE

方式，结果显

示，采用频率为45 Hz的剪切波可以识别前列腺模 型中直径为10 mm(体积为0.5 mm3)的病灶。

Chopra等[28]进行了经尿道途径MRE

的动物实

验研究，采用频率为100 Hz的剪切波，结果显示犬 的整个前列腺范围内均能观察到连续、互不干扰的 剪切波，证实了该成像方式在活体动物中应用的可 行性，并测得3只实验犬的前列腺弹性值分别为(5.3±

1.4) kPa、（5.7±2.0) kPa 和(6.3±1.7) kPa。ThSrmer 等[31]

则利用猪动物模型验证了经直肠M

RE

的可行性，

研究结果显示改装后的直肠线圈不会对常规图像

的采集造成干扰。采用频率为150 Hz的剪切波，

国际医学放射学杂志 International Journal of Medical Radiology 2017 Nov; 40(6)

猪的前列腺、尿道球腺及肌肉弹性值分别为（3.0± 1.4) kPa、（5.6±1.9) kPa 和（7.1±2.0) kPa。

2.2前列腺疾病经耻骨联合途径MRE是最早应 用于人体前列腺的MRE成像方式，可用于前列腺 疾病的诊断和鉴别诊断。Kemper等[21]采用经耻骨联 合MRE研究了 7例健康志愿者前列腺的弹性值， 均弹性值之间具有统计学差异(P<0.05)，经会阴途 径MRE诊断前列腺癌的敏感度、特异度和ROC曲 线下面积分别为0.66、0.67及0.72[24]。

目前经直肠途径MRE应用于人体的研究少有 报道，但对前列腺癌的诊断表现出很好的应用前

景。Arani等[27]通过经直肠途径对前列腺进行MRE 选择频率为65 Hz的剪切波，结果显示弹性值与前 列腺的解剖分区具有相关性。前列腺腺体的弹 性值[(2.2±0.3) kPa]低于外周带[(3.3±0.5) kPa]。 Kemper等[21]认为腺体由大而富含空腔的腺体 组成，外周带则由管腔上皮细胞和小腺体组成，因 此外周带弹性值高于腺体。Li等[22]采用经耻骨 联合途径的MRE，选用频率为100 Hz的纵向机械 波，对经病理证实的8例前列腺癌与10例前列腺炎 病人进行研究，结果显示前列腺癌的弹性值和黏滞 度分别为(6.55 kPa和6.56 Pa's)，前列腺炎分别为 (1.99 kPa和2.13 Pa.S)，其差异均有统计学意义^值 分别为19.392和16.372，户<0.01)，提示弹性值和黏 滞度可用于鉴别前列腺癌和前列腺炎。另外，前列腺 癌Gleason评分与弹性值呈正相关(r=0.913，_P<0.01)， 提示MRE将来可能作为评估前列腺癌分级的无创 检查方法。Wang等[23]采用内置导尿管与经耻骨联 合MRE相结合的改良方式，结果显示前列腺癌、外 周带和腺体的弹性值分别为(6.10±1.72) kPa、 (3.11±0.69) kPa 和（4.28±0.79) kPa，前列腺癌与中 央腺体之间的弹性值差异无统计学意义，而前列 腺癌与外周带之间的弹性值差异具有统计学意义 (P<0.001)，提示MRE有助于外周带前列腺癌的诊断。

经会阴途径MRE是另一种经体外途径的成像 方式。Sahebjavaher等[30]首次将经会阴途径前列腺 MRE应用于人体，采用频率为45 Hz的剪切波，结 果显示前列腺的平均弹性值为（8.2±2.9) kPa，验证 了该成像方式在人体应用的可行性。Sahebjavaher 等[32]进一步将频率提高到70 Hz，并利用第二谐波技 术缩短采集时间，检查过程中7例研究对象均未出 现任何不舒适感。研究结果显示6名健康志愿者外 周带和腺体弹性值分别为（7.9±1.0) kPa和 (9.8±1.4) kPa，纳人研究的唯一一例前列腺癌病人 的癌组织区域最高弹性值为20 kPa，相对应的癌组 织/正常组织比值为2.4,初步提示MRE能够识别和 检出前列腺癌。一项纳人11例拟行前列腺癌根治 术病人的研究发现，通过将弹性图与病理切片逐层 对比，Gleason评分為3+3分的癌灶与正常组织的平

成像，分别采用了 100、200、300Hz的剪切波，结果 显示健康志愿者前列腺腺体和外周带的弹性 值分别为（2.5±0.7) kPa 和（2.7±0.6) kPa(100 Hz)、 (9±2) kPa 和（9±2) kPa(200 Hz)、（19±5) kPa 和 (17±3) kPa(300Hz)。该研究首次报道了频率高达 300 Hz的高频剪切波在前列腺中应用的可行性。经 直肠途径MRE中高频剪切波的应用，能够极大提 高MRE成像空间分辨力，有利于前列腺内小病灶 的检出。该研究纳人了1例经病理确诊的前列腺癌 病人，发现弹性图上前列腺癌对应区域硬度明显增 高，提示经直肠途径MRE在前列腺癌的检出及诊 断方面具有很好的应用前景。

MRE鉴别前列腺癌与正常组织的准确性优 于扩散加权成像（DWI)。Sahebjavaher等[33]在7.0 T MRI上对9例前列腺癌根治术后大体标本进行体 外MRE和DWI的对比研究，采用频率为800 Hz的 剪切波，结果显示弹性模量、损耗模量和表观扩散 系数(ADC)鉴别Gleason评分為3+3分癌灶与外周 带正常组织的ROC曲线下面积分别为0.75、0.75和 0.68[33]。3

小结

目前，前列腺MRE面临的主要挑战是:如何将 更高频率的剪切波传人前列腺内，从而获得更高的 空间分辨力。经尿道途径MRE是目前采用剪切波 频率最高的成像方式，可达到最优的空间分辨力， 对前列腺癌，特别是小病灶的检出具有高度敏感 性，但其为有创性。经耻骨联合途径MRE及经会阴 途径MRE可用于前列腺良恶性病变的鉴别诊断， 并且有助于前列腺癌Gleason分级的评估，但空间 分辨力较低。采用内置导尿管改良的经耻骨联合途 径MRE，通过导尿管间接增强剪切波振幅，能够采 用频率更高的剪切波，达到更高的空间分辨力[23]，从 而更精确地评估组织的弹性信息，是目前较具有前 景的成像方式。

综上所述，MRE成像是能够无创评估组织弹性 属性的新技术，可以获得常规MRI无法获取的组织 弹性信息，弥补了现有前列腺多参数MRI的不足，

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国际医学放射学杂志Int J Med Radiol 2017 Nov;40(6)

但目前MRE成像在前列腺的研究尚处于初步探索 阶段，随着技术的不断改进，将为前列腺癌的检出、 定位、诊断及分级提供更多有价值的信息。

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(收稿 2017-02-04)