个人电脑 前列腺癌 2090 - 312 x 2090 - 3111 Hindawi 10.1155 / 2020/5091218 5091218 研究文章 合成表观扩散系数高 b价值Diffusion-Weighted磁共振成像在前列腺癌 https://orcid.org/0000 - 0001 - 9731 - 5364 Sahoo Prativa 1 https://orcid.org/0000 - 0002 - 1557 - 159 x Rockne 罗素C。 1 荣格 亚历山大 2 古普塔 Pradeep K 3 拉索尔教授 Ram k . S。 4 古普塔 拉克什K。 3 Magi-Galluzzi 克里斯蒂娜 1 数学肿瘤学部门 城市的希望 杜阿尔特 美国 cityofhope.org 2 部门诊断放射学 城市的希望 杜阿尔特 美国 cityofhope.org 3 放射学和成像 富通纪念研究所 古尔加翁 印度 fmri.in 4 数学和统计学 印度理工学院的坎普尔 坎普尔 印度 iitk.ac.in 2020年 10 2 2020年 2020年 11 10 2019年 09年 01 2020年 16 01 2020年 10 2 2020年 2020年 版权©2020 Prativa Sahoo et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

目的。据报道,diffusion-weighted成像(驾车)超高 b价值增加前列腺癌的诊断能力。较高的醉酒驾车 b价值观是具有挑战性的,因为它通常患有低信噪比(信噪比),变形,延长扫描时间。我们研究的目的是开发一种技术,量化的表观扩散系数(ADC)更高 b值较低 b价值DW图像。 材料和方法。15例(8 7恶性和良性)包含在本研究回顾性分析与制度伦理委员会批准。所有图片是3 t磁共振扫描器。使用monoexponential ADC值计算模型。合成的ADC (sADC)为高 b值是计算使用对数线性模型。对比度(CR)前列腺病变与正常组织之间在合成醉酒驾车(sDWI)计算并与原始驾车和ADC图像。 结果。没有观察到显著差异实际ADC和sADC之间 b-2000年在所有前列腺病变。然而,CR显著增加( p = 0.002 ,配对 t以及)sDWI比醉酒驾车。恶性病变显示显著降低sADC比良性病变( p = 0.0116 、独立 t以及)。意味着(±标准差)的南部非洲发展共同体的恶性病变是良性病变0.601±0.06和0.92±0.09 (10−3毫米2/ s)。 讨论/ 结论。我们的初步调查表明,相对应的ADC值更高 b值可以计算使用对数线性关系源于低 b值( b≤1000)。我们的方法可以帮助临床医生来决定最优 b值对前列腺病变鉴别。

1。介绍

在过去的几年中,使用diffusion-weighted磁共振成像(DWI-MRI)疾病检测和表征大幅增加了。例如,几项研究已经评估的重要性DWI-derived表观扩散系数(ADC)对前列腺癌侵犯( 1- - - - - - 4]。量化的ADC是基于至少两个diffusion-weighted (DW)与不同的图像 b值。一般来说,monoexponential适合自然对数之间的信号强度对 bADC值收益。在文献中,其他各种数学模型提出了ADC量化,如延伸型指数函数,高斯,峰度( 5, 6]。然而,在前列腺,monoexponential适合ADC计算足以辨别前列腺癌和正常组织( 5]。此外,在文献中可以找到不同的ADC值的变化 b值用于计算ADC ( 7]。

决定最优 b前列腺癌的价值表征是一个活跃的研究领域 8- - - - - - 11]。在大多数酒后驾驶的研究中, b值为1000秒/毫米2或少用于前列腺癌检测或评价 4, 6, 7]。正常的实质可以显示高信号强度在酒后驾车 b值为1000秒/毫米2或更少,很难区分正常组织和癌组织。据报道,使用更高 b值改善疾病检测通过增加可视化对比癌和良性病变( 10, 12, 13]。尽管较高的使用 b值(> 1000秒/毫米2)是可取的,获得更高 b价值DW图像是具有挑战性的,因为它会导致降低信噪比(信噪比),增加变形,工件磁化率,增加扫描时间。计算醉酒驾车技术提出了克服这些困难( 14- - - - - - 18]。

醉酒驾车是一个数学计算技术,产生更高的图像 b值通过使用至少两种不同的低 b值( b≤1000)图像。它涉及计算ADC图从两个低 b价值DW图像通过使用以下方程: (1) ADC = 1 b ln 年代 b 年代 0 , 在哪里 年代 0 信号强度在吗 b= 0 /毫米2。一旦降低ADC b值,计算DW的图像更高 b价值可以推断通过求解方程( 1) 年代 b: (2) 年代 b = 年代 0 e b ADC

醉酒驾车的方法计算的基本假设是,ADC是独立的 b的观测值,这与ADC与上可以有很大的不同 b据文献报道值( 19, 20.]。使用这种技术,DW图像更高 b可以生成值但的ADC值更高 b不能获得价值。计算酒后驾驶技术可能用于可视化的目的;然而,对于定量DW图像分析,它可能是不充分的。因此,有必要的方法来生成合成高ADC地图 b值。我们所知,合成ADC方法用于创建地图并没有被报道。

本研究的主要目的是探讨ADC和之间的关系 b合成ADC值并使用这种关系来推断相应更高 b值。第二个目标是研究这一技术的可行性改善可视化的病变在前列腺癌的情况下高 b价值酒后驾驶可能是可取的。

1.1。理论

扩散的水通过生物组织往往是量化使用成对的表观扩散系数计算 b价值DW图像使用monoexponential模型(方程( 1)然而,许多研究已经证明,ADC遵循multiexponential法律对更高 b价值醉酒驾车信号强度;此外,这种multiexponential行为不仅是灌注相关工件( 6, 7, 15, 21, 22]。multiexponential行为取决于intravoxel质子池,导致信号衰减。要克服的困难进行猜测intravoxel质子池的数量与不同的扩散系数在生物组织,贝内特et al。 6]介绍了延伸型指数函数模型。延伸型指数函数模型描述如下: (3) 年代 b 年代 0 = 经验值 b × 监护系统 α , 在哪里 α代表intravoxel异质性和监护系统是分布式扩散系数代表的意思是intravoxel扩散率, α= 1相当于monoexponential信号衰减。比较方程( 1)和( 3),从monoexponential ADC计算模型可以写成一个函数 b: (4) ADC = b α 1 监护系统 α ln ADC = α 1 ln b + α ln 监护系统 ln ADC = P 1 ln b + P 1 4 , 在哪里 P1 P2是常数。因此,我们假设一个对数线性关系ADC来自monoexponential模型和 b价值。本研究的目的是获得低的对数线性关系 b价值adc和使用这种关系来推断adc更高 b值。

2。材料和方法 2.1。病人的选择

共有15个患者平均年龄为62.5岁,怀疑患有前列腺癌被包含在这个回顾性研究机构伦理委员会的批准。所有患者治疗天真和从一个中心。图像引导活检后进行成像。USG图像扩散图像融合,从扩散异常病变活检是使用图像的指导。格里森评分(GS)恶性组织活检的记录( 23]。15例,只有两个病人GS 7和5患者GS 6。剩下的8例患者报告为良性的。从今以后,我们已经考虑了GS 6和7为恶性( N= 7)和其他良性( N= 8)。所有良性病变没有良性前列腺肥大与恶性肿瘤的证据,和所有恶性病变活检阳性PI-RADs 4 ( n= 3)或PI-RADS 5 ( n= 4)。

2.2。成像协议

所有成像进行3.0咯扫描仪(Ingenia是最好的飞利浦医疗系统公司,荷兰)。t2加权涡轮旋转回声(TSE)图像覆盖整个前列腺中获得轴面与参数:TR 4401 ms;TE 120 ms;切片厚度3毫米;片80;获取矩阵504×415;和FOV 377×377毫米2。醉酒驾车图像在七个不同的轴面 b值(0,200,400,700,1000,1500,和2000年代/毫米2),TR 3709 ms, TE 77.8毫秒,切片厚度3毫米、片数23日收购矩阵92×92,FOV 275×275毫米2。收集时间为所有7 b价值驾车序列是3分26秒。

2.3。统计分析

ADC值不同 b值是计算使用monoexponential模型(方程( 1voxel-wise))。感兴趣的区域(roi)的大小(15 - 20毫米2)被放置在过渡区(TZ)和外围区(PZ)为每个病人的前列腺。变化意味着在ROI的ADC值 b值用于量化分析了ADC的单向方差分析测试。对数线性模型(方程( 4)安装voxel-wise越低 b价值ADC (ADC0 - 400,ADC0 - 700,ADC0 - 1000)来估计模型参数 P1 P2。合成ADC (sADC)方程(4)的计算 b-1500年和 b-2000年是使用模型参数和外推与真正的ADC0 - 1500和ADC0 - 2000。在南部非洲发展共同体的错误 b-1500年和 b相对于观察到的ADC被计算为-2000 (5) 相对误差 = ADC 南部非洲发展共同体 ADC × One hundred.

合成驾车(sDWI)图像 b-1500年和 b-2000人使用醉酒驾车的生成 b0和sADC使用monoexponential模型并与原始醉酒驾车1500年和醉酒驾车2000年。正常和病变之间的对比度(CR)醉酒驾车和sDWI计算使用CR = ( 年代癌症 年代正常组织)/ ( 年代癌症+ 年代正常组织)。为原始醉酒驾车和sDWI CR b-1500年和 b-2000年,南部非洲发展共同体的恶性和良性病变评估值配对 t以及。 p 值< 0.05被认为是具有统计学意义。统计分析了使用棱镜(GraphPad软件,版本7.0)。

2.4。感兴趣的区域

感兴趣区域(roi)被放置在正常肌肉面积和病变在原始酒后驾车和醉酒驾车计算图像形象。两个放射科医生,一个有10年的经验,另一个拥有超过20年的经验相互蒙蔽和组织学发现,把roi。重叠的两个放射科医生的roi是95%。例可疑区域的肿瘤,roi是放置在轴向高 b价值扩散加权图像( b= 2000 s /毫米2)hyperintense可疑肿瘤和正常强度区域内腺在相同的图像。在该地区可疑肿瘤的周边地带的腺,正常强度的选择从一个位置在外围区域在相同的图像。可疑肿瘤病例,没有区域,区域的利益被放置在相对hyperintense外围区和过渡区通常是hypointense外围区域相同的形象。

3所示。结果

在单向方差分析测试中,ADC显示高度显著变化( p < 0.0001 )的 b值,在过渡区(TZ)和外围区(PZ)(图 1)前列腺癌的患者数据。这个观察支持我们最初的假设对ADC不是常数 b值。对数线性模型给出了最适合的数据( R2∼从前列腺组织(图0.9) 2)。

使用monoexponential模型估计表观扩散系数(ADC)的过渡区(TZ) (a)和外围区(PZ) (b)的前列腺。每个选择的ADC值的变化 b价值从其他被发现是非常重要的 p < 0.0001 使用单向方差分析测试的地区。

ADC和对数线性关系 b价值。对数线性模型的例子适合目标组织的69岁高龄患者前列腺腺癌在外围区域(PZ)。轴向驾车的图片 b-1000年与感兴趣的区域(roi) PZ病变(a),正常PZ (b),正常的过渡区(c)和相应的图形 b值( x设在)、ADC ( y设在),和对数线性适合每个ROI (d, e, f)。故事情节(g), (h),(我)适合ADC值的对数线性模型 b-400年, b-700年, b-1000(黑色实线)和南部非洲发展共同体的推断 b-1500年和 b-2000(虚线)。底下一行显示了sDWI、ADC和sADC地图 b-2000年和相应颜色错误的地图切片。

成对观察无显著差异 t以及南部非洲发展共同体之间相比实际ADC前列腺病变;然而,变化是重要正常组织( p < 0.001 ) b-2000年。之间的对比度显著增加原始图像和sDWI醉酒驾车图像( p = 0.002 )(图 3)。

Inter-reader ADC和对比度的变化。ADC值没有显著区别和合成ADC (sADC)病变(a和b)中的值 b-2000年。ADC的区别和sADC roi放置在正常组织明显不同(c和d)。然而,病变和周围正常组织的对比度醉酒驾车和sDWI之间的显著增加 b-2000 (e和f)。 p < 0.05 , p < 0.01 。最上面一行显示的结果读者1 ( N= 15),和底部的行显示,读者2 ( N= 12)。(一)读者1病变。(b)读者1正常。(c)读者1醉酒驾车( b-2000)。(d)读者2病变。(e)读者2正常。(f)读者2醉酒驾车( b-2000)。

意思是南部非洲发展共同体的前列腺病变明显低于周围正常组织( p < 0.001 ) b-2000年当考虑所有数据( N= 15)。显著降低南共体是使用一个独立的观察 t以及在恶性病变(GS 6、7)与良性病变(GS <(图6) 4)。此外,南部非洲发展共同体 b-1000年, b-1500年, b-2000被发现显著区分病变GS < 6从病变GS≥6。南部非洲发展共同体的平均值,可信区间(CI), p值表中给出 1

对比合成ADC (sADC)恶性和良性组织的价值观。南部非洲发展共同体的分布值恶性(格里森评分6和7; N= 7)和良性病变(格里森评分< 6; N= 8)的病人 b-1000(一个), b-1500 (b), b-2000 (c)。该中心水平线表示中位数。 p < 0.05

南共体在病变格里森评分值之间的比较(GS) < 6和GS≥6 b-1000年, b-1500年, b-2000年。

恶性GS (6、7) N= 7南部非洲发展共同体(10−3毫米2/秒)(平均数±标准差) 良性的GS < 6 N= 8南部非洲发展共同体(10−3毫米2/秒)(平均数±标准差) 95%可信区间 p 价值
b-1000年 0.818±0.067 1.131±0.084 0.075 - -0.550 0.0138
b-1500年 0.682±0.059 1.007±0.090 0.084 - -0.567 0.0121
b-2000年 0.601±0.057 0.935±0.094 0.088 - -0.581 0.0116

统计学意义。95%可信区间,95%置信区间;南部非洲发展共同体、合成表观扩散系数;GS,格里森评分。

4所示。讨论和结论

的选择 b值可以显著影响ADC使用monoexponential扩散模型估计在前列腺,同意ADC的变化中发现文献[ 7, 19, 20.]。我们的研究显示了一个ADC和对数线性关系 b值。使用对数线性关系源自adc的低 b值( b= 400、700和1000),adc为高 b值( b= 1500和2000年)可以推断小相对误差(10±5)%。对比度的病变和正常组织显著增加合成DW图像。

生成合成ADC的技术给临床医生额外自由度的选择 b值。最优 b疾病检测的价值取决于图像对比,可能会改变组织类型和组织学研究。而不是决定最优 b前值成像得到最佳对比正常和癌组织,使用合成ADC可以修改 b价值和得到最优图像对比度即使成像。此外,这项技术允许外推的ADC值更高 b值,不能酒后驾驶方法计算获得的。然而,这种技术可能不会减少整体扫描时间;在我们的扫描协议,得到三种不同的扫描时间 b值( b-400、700和1000)和扫描时间为一个高1分39秒 b值( b-2000)是1分5秒。这种技术提供了一种方法来获得DW图像和广泛的ADC值 b值。

根据扩散方程, b值有一个[时间]3依赖;因此,一个非常高的 b值可以在临床扫描器实现适度增长的回波时间(TE)。然而,信号损失扩散是一个限制因素在高 b值。最初的信噪比(信噪比)和组织扩散迅速确定信号噪声水平以下。组织扩散系数较高的正常组织与肿瘤组织、正常地区信号衰减达到噪声水平的相对速度。因此,观察到的信号在高 b值由噪声和衰减速度较慢。这就解释了ADC和sADC值之间的显著差异的原因在正常区域。醉酒驾车信号衰减指数依赖ADC,小ADC的变化可以显著改变醉酒驾车的对比;这导致在sDWI CR图像的显著增加而醉酒驾车。

目前的研究表明,尽管越高 b价值sDWI增加对比病变和正常组织,南共体显示类似的对比 b-1000年, b-1500年, b-2000年。这可能是由于小队列的大小不同的格里森评分,患者与其他研究结果一致( 12, 24]。ADC计算从高 b价值酒后驾驶已被证明是更准确的区分良性前列腺病变和正常组织 25, 26]。临床应用的进一步调查可以做sDWI与更大的患者群体。我们的研究的局限性之一是MRI检查并不与根治性前列腺切除术标本。然而,图像引导MR-overlayed活检可能是一个不错的选择,根治性前列腺切除术患者拒绝接受前列腺切除术。

我们的初步调查表明,相对应的ADC值更高 b价值来源于酒后驾驶可以计算使用对数线性关系更低 b值( b≤1000)。此外,这种计算方法还可以确定优化操纵 b创建ADC值地图。合成ADC技术可能是一个有用的工具为定量DW-MR提供优化的图像对比成像应用于肿瘤学ADC在哪里经常用于临床实践。

数据可用性

的数据支持本研究的发现可以从相应的作者在合理的请求。

信息披露

部分结果这手稿已经在欧洲社会的磁共振在医学和生物学(ESMRMB), 2017年,西班牙,巴塞罗那与抽象的题为“合成超高表观扩散系数b值扩散加权成像在前列腺癌”(文摘号:esmrmb2017.58233ce)。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

巴尔加斯 h·A。 类似 O。 Franiel T。 Diffusion-weighted endorectal成像在前列腺癌的3 T先生:侵略性的肿瘤检测和评估 放射学 2011年 259年 3 775年 784年 10.1148 / radiol.11102066 2 - s2.0 - 79956325077 Tamada T。 您正在 V。 J。 巴伯 j·S。 希夫 美国年代。 Rosenkrantz 答:B。 评估前列腺癌侵犯使用表观扩散系数值:病人种族和年龄的影响 腹部放射学 2017年 42 6 1744年 1751年 10.1007 / s00261 - 017 - 1058 - y 2 - s2.0 - 85011628787 t·H。 c K。 公园 b K。 格里森评分和表观扩散系数之间的关系diffusion-weighted磁共振成像在前列腺癌患者 加拿大泌尿协会期刊 2016年 10 11 - 12 E377 E382 10.5489 / cuaj.3896 2 - s2.0 - 84995520723 Lebovici 一个。 Sfrangeu 美国一个。 庆祝 D。 评估normal-to-diseased表观扩散系数比作为前列腺癌侵犯的指标 BMC医学成像 2014年 14 1 15 10.1186 / 1471-2342-14-15 2 - s2.0 - 84900506261 昆汀 M。 索道起重机 D。 Klasen J。 比较不同的diffusion-weighted前列腺先生成像的数学模型 磁共振成像 2012年 30. 10 1468年 1474年 10.1016 / j.mri.2012.04.025 2 - s2.0 - 84868652511 班尼特 k . M。 Schmainda k . M。 班尼特(通) R。 d·B。 H。 海德 j·S。 描述连续分布的皮质水扩散率和延伸型指数函数模型 磁共振医学 2003年 50 4 727年 734年 10.1002 / mrm.10581 2 - s2.0 - 0141506097 的魔法师 M . M。 Parsai 一个。 纳斯 m E。 Diffusion-weighted磁共振成像在癌症:报道表观扩散系数,体外和体内再现性 世界放射学杂志》 2016年 8 1 21 49 10.4329 / wjr.v8.i1.21 京金 C。 关颖珊公园 B。 B。 c K。 在3 T High-b-value diffusion-weighted成像来检测前列腺癌:比较1000年和2000年的s / b值之间毫米2 美国放射学杂志》 2010年 194年 W33 W37 10.2214 / ajr.09.3004 2 - s2.0 - 74749100179 de Perrot T。 Scheffler M。 宝途 J。 扩散在前列腺癌检测3 t扫描仪:需要b值多少? 磁共振成像杂志》上 2016年 44 3 601年 609年 10.1002 / jmri.25206 2 - s2.0 - 84982292335 Manenti G。 Nezzo M。 Chegai F。 Vasili E。 布莱诺 E。 Simonetti G。 醉酒驾车的前列腺癌:最佳的b值在临床实践中 前列腺癌 2014年 2014年 9 868269年 10.1155 / 2014/868269 sarita e U。 j . H。 西村 d·G。 信噪比依赖表观扩散系数的最优参数的测量 IEEE医学成像 2011年 30. 2 424年 437年 10.1109 / tmi.2010.2084583 2 - s2.0 - 79551599128 Tamada T。 Kanomata N。 T。 高b值(2000 s /毫米2)diffusion-weighted磁共振成像在前列腺癌3特斯拉:比较1000年代/毫米2为肿瘤侵犯的显眼和歧视 《公共科学图书馆•综合》 2014年 9 e96619 10.1371 / journal.pone.0096619 2 - s2.0 - 84900808332 Katahira K。 中田英寿, T。 Kwee t . C。 Ultra-high-b-value diffusion-weighted成像检测前列腺癌的先生:评估201例与组织病理学的相关性 欧洲放射学 2011年 21 1 188年 196年 10.1007 / s00330 - 010 - 1883 - 7 2 - s2.0 - 78650532563 上野 Y。 高桥 年代。 Kitajima K。 计算diffusion-weighted成像用3 t磁共振成像对前列腺癌的诊断 欧洲放射学 2013年 23 12 3509年 3516年 10.1007 / s00330 - 013 - 2958 - z 2 - s2.0 - 84890548090 Blackledge介绍 m D。 浸出 m . O。 柯林斯 d . J。 Koh D.-M。 计算diffusion-weighted先生成像可以提高肿瘤检测 放射学 2011年 261年 2 573年 581年 10.1148 / radiol.11101919 2 - s2.0 - 80054790768 竹内 M。 松崎 K。 原田 M。 计算diffusion-weighted成像为区分decidualized子宫腺肌瘤卵巢癌 欧洲放射学杂志 2016年 85年 5 1016年 1019年 10.1016 / j.ejrad.2016.03.009 2 - s2.0 - 84960897076 上野 Y。 高桥 年代。 Ohno Y。 计算diffusion-weighted前列腺癌的MRI检测:b值的组合的影响 英国放射学杂志》上 2015年 88年 1048年 20140738 10.1259 / bjr.20140738 2 - s2.0 - 84930347042 吉田 R。 Yoshizako T。 Katsube T。 玉城丹尼 Y。 石川 N。 Kitagaki H。 计算diffusion-weighted成像使用1.5 t磁共振成像对前列腺癌的诊断 临床成像 2017年 41 78年 82年 10.1016 / j.clinimag.2016.10.005 2 - s2.0 - 84995427097 Thormer G。 奥托 J。 Reiss-Zimmermann M。 ADC前列腺癌患者的诊断价值:b值的选择的影响 欧洲放射学 2012年 22 8 1820年 1828年 10.1007 / s00330 - 012 - 2432 - 3 2 - s2.0 - 84864658067 Y。 Y。 滑稽可笑的 T。 前列腺癌的表观扩散系数成像:b值的影响 美国放射学杂志》 2014年 202年 3 W247 W253 10.2214 / ajr.13.10917 2 - s2.0 - 84896718168 Oto Y。 Afaq 一个。 d·B。 Y。 Shukla-Dave 一个。 格罗弗 J。 Diffusion-weighted前列腺癌的磁共振成像:改进的健壮性和拉伸指数建模 计算机辅助断层扫描杂志》上 2012年 36 6 695年 703年 10.1097 / rct.0b013e31826bdbbd 2 - s2.0 - 84870861795 [不 M。 勒比昂 D。 临床intravoxel不连贯的运动和扩散成像先生:过去,现在和未来 放射学 2016年 278年 1 13 32 10.1148 / radiol.2015150244 2 - s2.0 - 84952925672 理解你的病理报告:前列腺癌 Rosenkrantz 答:B。 几何 N。 Lim r P。 前列腺Diffusion-weighted成像:比较b1000索引损伤检测和b2000图像集 磁共振成像杂志》上 2013年 38 3 694年 700年 10.1002 / jmri.24016 2 - s2.0 - 84883394503 希夫 K。 个性 Y。 黑田 K。 Sugimura K。 高b值diffusion-weighted成像在前列腺的正常和恶性周边区组织:信噪比的影响 磁共振医学科学 2008年 7 2 93年 99年 10.2463 / mrms.7.93 2 - s2.0 - 56149086844 Kitajima K。 高桥 年代。 上野 Y。 临床实用的表观扩散系数值获得使用高b值使用3特斯拉MRI在诊断前列腺癌:超高b值之间的比较(2000 s /毫米2)和标准高b值(1000 s /毫米2) 磁共振成像杂志》上 2012年 36 1 198年 205年 10.1002 / jmri.23627 2 - s2.0 - 84862747622