合成表观扩散系数乙-前列腺磁共振弥散加权成像的价值

抽象

目的. 据报道，弥散加权成像（DWI）具有超高乙-价值增加了前列腺癌的诊断能力。DWI与更高乙- 值是具有挑战性的，因为它通常是从低信噪比（SNR），失真，和较长的扫描时间受到影响。我们的研究的目的是开发一种用于为更高的表观扩散系数（ADC）的量化的技术乙从低 - 值乙- 值DW图像。材料和方法。15例（7恶性和良性8）被列入本研究回顾与机构伦理委员会批准。所有的图像是在3T磁共振扫描仪采集。ADC值采用单指数模型计算。合成ADC（南共体）更高乙- 值是使用对数线性模型来计算。前列腺病变和正常组织上合成的DWI（sDWI）之间的对比度（CR）中的溶液计算，并与原来的DWI和ADC图像进行比较。结果。实际ADC与sADC无显著性差异乙-2000在所有的前列腺病变。然而，CR显著上升（ ,成对的t型-test）中sDWI相比DWI。恶性病变表现显著降低南共体相比，良性病变（ ,独立的t型-测试）。恶性病变的sADC平均值为0.601±0.06，良性病变为0.92±0.09（10^-3个 mm^2个/秒）。讨论/结论。我们的初步调查表明，对应较高的ADC值乙-值可以使用从下面导出的对数线性关系来计算乙-价值观(乙≤1000)。我们的方法可以帮助临床医生决定最佳的治疗方案乙-前列腺病变鉴别诊断的价值。

1.简介

在过去的几年里，扩散加权磁共振成像（DWI-MRI）在疾病检测和特征描述方面的应用有了很大的增加。例如，一些研究评估了DWI导出的表观扩散系数（ADC）在前列腺癌侵袭性特征中的重要性[1个–4个]。ADC的量化是基于至少两个扩散加权（DW）与不同的图像乙值。一般来说，信号强度对的自然对数之间的单指数拟合乙-值产生ADC。在文献中，还提出了其他各种用于ADC量化的数学模型，如拉伸指数、高斯和峰度[5个,6个]. 然而，在前列腺中，ADC计算的单指数拟合足以区分前列腺癌和正常组织[5个]. 此外，由于乙-用于计算ADC的值[7个]。

决定最佳乙- 值对前列腺癌的表征是一个活跃的研究领域[八–11个]。在大多数DWI研究中，乙- 1000秒/毫米^2个或更少用于前列腺癌的检测或评估[4个,6个,7个]。普通实质可以显示在DWI高信号强度乙- 1000秒/毫米^2个或更小，这可使得难以正常组织从癌组织区分开来。据报道，使用更高乙-通过增加癌性病变和非癌性病变之间的对比度，这些值可以改善疾病的可视化和检测[10个,德意志北方银行,13个]. 虽然使用更高的乙值(> 1000秒/毫米^2个）是可取的，获得较高乙-value DW图像具有挑战性，因为它会导致信噪比(SNR)降低、失真增加、磁化率伪影和扫描时间增加。已提出计算DWI技术以克服这些困难[14个–18岁]。

计算的DWI是一种数学技术，其产生更高的图像乙通过使用至少两个不同的低 - 值乙-价值(乙 ≤ 1000) images. It involves computing the ADC map from two lower乙-使用以下公式计算DW图像的值： 哪里信号强度是乙 = 0 s/mm^2个. 一次ADC乙-值已知，DW图像的计算值越高乙-数值可通过解方程外推(1个)为了S公司_乙:

计算DWI方法的基本假设是ADC独立于乙-值，这与ADC随乙-VALUE如文献中报道19个,二十]。使用这种技术，DW图像更高乙可以生成 - 值但对于更高的ADC值乙- 值不能获得。计算DWI技术可能用于可视化目的是有用的;然而，对于定量DW图像分析，这可能是不够的。因此，存在用于生成合成ADC图更高需要的方法乙值。据我们所知，还没有报道创建合成ADC图的方法。

本研究的主要目的是探讨ADC与乙-值，并使用该关系推断与乙值。第二个目的是研究这种技术的可行性，以提高在前列腺癌病例病灶可视化，其更高乙-价值DWI可能是可取的。

1.1条。理论

通过生物组织的水扩散，使用从对计算出的表观扩散系数往往量化乙-使用单指数模型（方程式）计算DW图像值(1个))然而，正如许多研究所证明的那样，ADC对于较高的乙- 值DWI信号强度;此外，该多指数的行为不仅关系到灌注神器[6个,7个,15个,21岁,22个]。该多指数的行为取决于有助于信号衰减素内质子池。为了克服作出有关素内质子池的与生物组织，Bennett等不同扩散系数的数目的假设的难度。[6个]介绍了拉伸指数模型。拉伸指数模型描述如下： 哪里α其中，DDC为分布扩散系数，代表平均扩散速率α = 1相当于单指数信号衰减。比较方程式(1个)以及(三）中，从单指数模型计算出的ADC可以写成的函数乙: 哪里第页_1个和第页_2个是常数。因此，我们假设由单指数模型导出的ADC与乙-值。这项研究的目的是为了获得更低的对数线性关系乙- 值ADC和利用这种关系，以获得更高的ADC外推乙值。

2。材料和方法

2.1。病人选择

在机构伦理委员会的批准下，共有15名年龄中位数为62.5岁的疑似前列腺癌患者被纳入这项回顾性研究。所有的病人都是从一个中心接受治疗的。成像后进行图像引导活检。扩散图像与超声图像融合，在图像引导下对异常扩散灶进行活检。记录恶性组织活检的Gleason评分（GS）[23个]. 在15例中，只有2例有7型半胱氨酸，5例有6型半胱氨酸。其余8例报告为良性。从今以后，我们认为GS 6和GS 7是恶性的(N个 = 7) and rest as benign (N个 = 8). All benign lesions had benign hypertrophy of the prostate with no evidence of malignancy, and all malignant lesions with biopsy positive had PI-RADs 4 (n个 = 3) or PI-RADS 5 (n个 = 4).

2.2条。成像协议

所有的成像是在3.0TMR扫描仪（INGENIA飞利浦医疗系统，最佳，荷兰）进行。T2-weighted turbo spin-echo (TSE) images covering the whole prostate gland were acquired in the axial plane with parameters: TR 4401 ms; TE 120 ms; slice thickness 3 mm; number of slices 80; acquisition matrix 504 × 415; and FOV 377 × 377 mm^2个。DWI图像进行在轴向平面获取的具有七个不同乙-价值观(0个,二十0个,4个0个0个,7个0个0, 1000, 1500, and 2000 s/mm^2个),TR 3709 ms, TE 77.8 ms, slice thickness 3 mm, number of slices 23, acquisition matrix 92 × 92, and FOV 275 × 275 mm^2个。采集时间为所有7乙-DWI序列值为3 min 26 sec。

2.3。统计分析

针对不同的ADC值乙-使用单指数模型（方程式）计算值(1个voxel-wise))。感兴趣区域(roi)的大小(15-20毫米)^2个)分别置于前列腺移行区（TZ）和外周区（PZ）。ROI内平均ADC值相对于乙用于ADC的量化 - 值用单因素ANOVA检验。对数线性模型（公式（4个))将体素调整到较低的位置乙- 值模数转换器（ADC_{0 - 400},ADC_0-700,ADC_{0 - 1000}）来估计模型参数第页_1个和第页_2个。由式(4)计算得到的合成ADC (sADC乙-1500和乙-2000用模型参数外推，并与实际ADC相比_0-1500和ADC_0-2000年. 南共体的错误乙-1500和乙-2000相对于观察到的ADC计算为

合成DWI（sDWI）图片乙-1500和乙-2000是使用DWI of生成的乙0和使用单指数模型共同体，并与原来的相比，DWI₁₅₀₀和DWI_2000年。Contrast ratio (CR) between normal and lesion for DWI and sDWI were computed using CR = (S公司_癌症 − S公司_{正常 组织}）/（S公司_癌症 + S公司_{正常 组织})。CR为原始DWI, sDWI为原始DWI乙-1500和乙-2000年，采用a对评估sADC值的良恶性病变t型-测试。值<0.05被认为是统计学显著。使用Prism（格拉夫派得软件版本7.0）进行统计分析。

2.4。感兴趣区域

感兴趣（投资回报）​​区被放置在正常出现的肌肉区域，并在原始图像DWI对病变和计算DWI图像。两名放射科，一个有10多年的经验和另一拥有超过20年的蒙蔽对方，并组织学表现的经验，放在投资回报。从两名医生确定ROI的重叠率为95％。对于可疑肿瘤的区域的情况下，ROI被放置在轴向高乙-数值扩散加权图像(乙 = 2000 秒/毫米^2个)在同一图像上，位于可疑肿瘤的高信号区和腺体内的正常信号区。对于怀疑肿瘤的区域位于腺体外围区域的病例，从同一图像上外围区域的一个位置选择感兴趣的正常强度区域。对于没有可疑肿瘤区域的病例，感兴趣的区域被放置在相对高强度的外周区和同一图像上通常低强度到外周区的过渡区。

三。结果

在单因素方差分析测试，ADC显示高度显著变化（ )关于乙- 值，无论是在过渡区（TZ）和外围区（PZ）（图1个)所有病人资料中的前列腺。这个观察结果支持我们最初的假设，即ADC对于乙-价值观。对数线性模型最适合于数据(右^2个~0.9）从前列腺组织（图2个)。

在配对未见显著差异t型-前列腺病变中sADC与实际ADC的比较；然而，在正常组织中的变化是显著的( )在乙-2000年。对比度原始DWI图像和sDWI图像（之间显著增加 )（图三)。

前列腺病灶平均数共同体比周围正常组织的更低显著（ )对于乙-所有数据均为2000(N个 = 15）。使用一个独立的t型-test in malignant lesions (GS 6,7) as compared to benign lesions (GS < 6) (Figure4个). 此外，南共体乙-1000，乙-1500，和乙-2000年was found to be significantly distinguish lesions with GS < 6 from the lesions with GS ≥ 6. The mean sADC value, confidence interval (CI), and the第页数值见表1个。

4.讨论和结论

的选择乙-根据文献中发现的ADC的变化，数值可以显著影响前列腺中使用单指数扩散模型的ADC估计[7个,19个,二十]. 我们的研究显示ADC和乙值。利用对数线性关系推导出较低的adc乙-价值(乙= 400, 700，和1000)，adc更高乙-价值观(乙 = 1500 and 2000) can be extrapolated with a small relative error (10 ± 5)%. Contrast ratio of lesion and normal tissue significantly increases in synthetic DW images.

生成合成ADC的技术为临床医生提供了额外的自由度选择乙-价值观。最佳的乙-疾病检测的价值取决于图像对比度，这种对比度可能随着组织类型和组织学发现而改变。而不是决定最佳乙- 值成像以获得正常和癌症组织之间的最佳的对比度之前，使用合成的ADC可以是能够修改乙- 值和报复成像后的最佳图像对比度。此外，该技术允许ADC值的外推为更高乙- 值，这是不能由所计算的DWI方法获得。但是，这种技术可能不会降低整体扫描时间;在我们的扫描协议，扫描时间拿到三个不同乙-价值观(乙-400、700和1000）为1 分39 秒，扫描时间为1高乙-价值(乙-2000)是1分5秒。该技术提供了一种获取DW图像和ADC值的方法乙值。

根据扩散方程，乙-value有[时间]^三依赖性；因此乙- 值可以在临床扫描器与回波时间（TE）适度增加来实现。然而，由于扩散的信号损耗是一个限制因素在高乙值。初始信噪比(SNR)和组织扩散决定了信号以多快的速度降到噪声水平之下。由于正常组织的组织扩散率高于癌组织，正常区域的信号衰减达到噪声水平的速度相对较快。因此，观测到的信号在高乙- 值是由噪声主导，并出现以较慢的速率衰减。这说明在正常区域ADC和南部非洲发展共同体值之间的差异显著的原因。由于DWI信号衰减指数规律取决于ADC，在ADC的微​​小变化可以使DWI对比度显著的变化;此结果在CR中sDWI图像显著增加相比，DWI。

目前的研究表明，尽管乙- 值sDWI增加病灶和正常组织之间的对比度，南共体示出了用于相似的对比度乙-1000，乙-1500，和乙-2000年。这可能是由于不同Gleason评分的患者队列规模较小，与其他研究的结果一致[德意志北方银行,24个]。ADC从乙- 值DWI已被证明是在从良性和正常组织区分前列腺病变更准确[25个,26个]. 进一步研究sDWI在较大患者群体中的临床应用。我们研究的局限性之一是没有将MRI检查与根治性前列腺切除标本进行比较。然而，在影像引导下，磁共振重叠活检是根治性前列腺切除术的一个很好的替代方法，因为病人拒绝接受前列腺切除术。

我们的初步调查表明，对应较高的ADC值乙-值DWI可以使用从下面导出的对数线性关系来计算乙-价值观(乙≤1000)。此外，这种计算方法也可被操纵，以确定优化乙-用于创建ADC映射的值。合成ADC技术可以作为一种有用的工具，为临床上常规使用ADC的肿瘤定量DW-MR成像应用提供优化的图像对比度。

数据可用性

支持这一研究结果的数据可直接从合理要求通讯作者。

泄露

本手稿的部分结果已提交给欧洲医学与生物学磁共振学会（ESRMB），2017年，西班牙巴塞罗那，摘要标题为“前列腺超高b值扩散加权成像的合成表观扩散系数”（摘要编号：ESRMB2017.58233ce）。

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

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