前列腺癌（prostate cancer，PCa）是男性泌尿生殖系统最常见的恶性肿瘤之一，其发病率在欧美国家恶性肿瘤中居首位，死亡率仅次于肺癌^[1]。在亚洲国家，随着人口增长、人均寿命延长和生活习惯改变以及该病检出手段日益进步，其发病率及死亡率逐年上升^[2]。

       前列腺癌的临床诊断主要包括：早期诊断及定位、分期诊断及对侵袭性的预测。其中，肿瘤的体积（大小）、TNM分级、Gleason评分是前列腺癌预后的主要评价指标。目前前列腺癌术前的主要诊断方法有：①前列腺特异抗原（prostate specific antigen, PSA）检测。②直肠指检（digital rectal examination, DRE）。③直肠内超声（transrectal ultrasonography, TRUS）。④MRI(magnetic resonance imaging, MRI)诊断。⑤活体组织检查(biopsy)。其中，超声引导下经直肠穿刺活检被视为前列腺癌术前诊断金标准。依靠PSA、DRE及TRUS可进行前列腺癌初筛，但这些诊断方法的特异性有待提高，并且对肿瘤分期的评估有较大局限性。MRI以其在三维空间及软组织对比上的高分辨率以及多序列多参数成像的优势被认可为前列腺癌最佳影像学诊断技术之一。近年来，T2加权成像(T2WI)被广泛用于常规前列腺MRI形态学检查，但其对肿瘤定性及定位诊断的敏感性和特异性仍有待提高。在MR功能成像方面，动态增强扫描（dynamic contrast-enhanced MRI, DCE-MRI）、扩散成像（diffusion-weighted imaging, DWI）及表观扩散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）图和MR波谱成像等技术有较大发展，进一步提高了前列腺癌MR诊断的准确性^[3,4]。

1　前列腺癌MRI检查技术

       目前有三种线圈组合方式用于前列腺MR成像，即MR直肠内线圈（endo-rectal coil, ERC）、体线圈及体线圈联合应用ERC。前列腺腺体在T1WI表现为偏等信号且信号强度分布较均匀，各解剖区域分界不清。在T2WI图像上，相对于正常前列腺中央带和移行带的较低信号强度表现，外周带显示为明显的高信号，而在前列腺癌区域，MR信号明显降低，在周围较高信号强度的非癌外周带组织对比中显示较好。

1.1　前列腺的扩散成像

       DWI成像技术基于水分子的微观运动，能反应组织中水分子无序扩散运动快慢的信息并将这种扩散能力差异转化图像的灰度信号或其他参数值。

       目前常用平面回波成像（echo planar imaging，EPI）改进序列：单次激发自旋回波EPI(SE-EPI)。该序列缩短DWI成像时间，减少运动伪影，可提供快速切换的高强度梯度场，易获得高b值DWI影像^[5]。SENSE技术和触发脉冲技术进一步缩短DWI时间，减少运动伪影，提高了ADC值的准确度。

1.2　前列腺的磁共振波谱

       MRS是利用核磁共振现象和化学位移作用进行特定原子核及其化合物定量分析的方法。其基本原理包括化学位移和自旋耦合。在前列腺的波谱成像方面，目前临床上主要使用体线圈激发，直肠内线圈接受的方法获得高质量的谱线，脉冲序列为前列腺波谱专用脉冲序列(PROSE)，水抑制技术常采用化学位移选择法，脂肪抑制技术采用短T1反转恢复(STIR)技术、频率选择预饱和法、Dixon法等，也可采用混合法。在空间定位方面，2D-CSI和3D-MRSI的多体素成像技术取代了以往的单体素成像，经后处理可获得单个体素的波谱和整个前列腺的代谢图，以及不同代谢物灰阶图及伪彩图，使各种代谢物在前列腺腺体内分布的浓度直观表达^[6]。

1.3　磁共振动态增强扫描

       磁共振动态增强扫描是通过静脉注射对比剂无创地评价组织和肿瘤血管特性的一种功能性成像方法。DCE-MRI采用T1加权图像，反映动态数据采集期间对比剂所致的T1时间缩短效应。由于T1弛豫率的增加与对比剂的浓度呈正相关，因此可以通过T1加权图像的信号变化评估对比剂浓度。对前列腺DCE-MRI的采集数据，可通过多种方法分析，包括定性、半定量和定量分析。定性分析主要通过肉眼观察所得图像进行评估，直观、简便，但具有较大的主观性。半定量分析基于时间-信号强度曲线，通过多种指标对组织强化进行分析，如起始强化时间、强化曲线的平均和初始上升梯度、达峰时间、最大信号强度、对比剂浓度下积分面积等。定量分析以药代动力学模型（如Tofts模型）为基础，源于时间-浓度曲线，所分析参数主要包括转运常数K^trans、血管外细胞外间隙(EES)体积百分数Ve及速率常数Kep^[7]。

2　前列腺癌磁共振成像诊断

2.1　T2WI诊断前列腺癌

       前列腺解剖结构在T2WI上显示最好。70%～75％的前列腺癌发生于外周带，T2WI上通常表现为低信号，在外周带容易与正常组织的高信号相区别（图1A、图1B）。然而，T2WI上外周带低信号并非前列腺癌特异表现，部分良性病变如前列腺炎、前列腺出血、良性前列腺增生（benign prostatic hyperplasia, BPH）、放疗或内分泌治疗后改变等也可有类似表现（图2、图3），这些疾病是导致外周带前列腺癌诊断特异性减低的常见原因。而发生于中央腺体的前列腺癌则显示欠佳，因为癌与正常组织在T2WI上均表现为低信号。因此T2WI对于中央腺体肿瘤的检出则比较困难。另外，早期前列腺癌(B期及以下的癌)表现缺乏特异性，与前列腺常见良性病变存在重叠，MR定性诊断困难，并且部分前列腺癌在T2WI上可表现为等或高信号，易被漏诊。Quint等^[8]早期研究表明部分前列腺癌在T2WI上表现为等或高信号，易被漏诊。Ikonen等^[9]的研究进一步提示了低分化的前列腺癌由于向周围腺体内浸润，因而与周围的前列腺无明确分界，在T2WI上表现为等信号，不易被检出。

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图1  前列腺癌：左侧外周带结节影，T2WI上为低信号（图1A、1B），DWI上为高信号（图1C）
Fig 1  Prostate cancer confirmed by pathology: a hypointense nodule in the left peripheral zone on T2WI (Fig 1A, Fig 1B). Note the hyperintense tissue at the same position on DWI (Fig 1C).

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图2  前列腺炎：T2WI示左侧外周带低信号区（图2A），ADC图示相应区域ADC值降低（图2B）
Fig 2  Prostatitis: the signal intensity of left peripheral zone decreases on T2WI (Fig 2A) and the ADC value also decreases (Fig 2B).

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图3  前列腺癌激素治疗前，T2WI示右侧外周带低信号结节，突破包膜，中央腺体受累（图3A），前列腺癌激素治疗后，T2WI示前列腺呈弥漫低信号（图3B）
Fig 3  Prostate cancer: a hypointense nodule in the right peripheral zone on T2WI before endocrine treatment, extending beyond the capsule and involving the central gland. The prostate shows diffuse low signal intensity on T2WI after endocrine treatment.

2.2　DWI诊断前列腺癌

       根据b值定义，其值越小，DWI的扩散权重越小，T2穿透（shine through）效应越大；而b值越高，信号衰减越大，信噪比越差^[10]。由于前列腺癌在T2加权像上表现为低信号，而其DWI图中应表现为高信号，故在较低b值时，由于图像中T2加权的成分较大，T2与扩散的成分相互抵消，癌灶显示不明显，癌灶的检出困难。相反，b值取较高值时，图像的T2加权成分很少，癌灶则表现出DWI的高信号特点（图1c，图4）。Gibbs等研究表明，选用适当b值(b＝ 720 mm²/s)，DWI能良好的显示前列腺解剖结构，且正常前列腺组织ADC值约为前列腺癌的2倍^[11]。

       正常前列腺外周带的腺泡沿着尿道呈放射状分布，腺体和腺管结构丰富，水分子运动自由度较高，ADC值也相应较高，而在肿瘤区域，细胞密度增大、高核浆和细胞外水减少比可能会对分子扩散造成影响，从而使ADC值下降，在ADC图为信号强度减低改变^[12]。Hosseinzadeh和Schwarz^[13]在1.5 T场中采用直肠内线圈并选用b值为1000 mm²/s的研究中得出前列腺癌和非癌组织的ADC值分别为1.34±0.38×10^-3 mm²/s和1.61±0.27×10^-3 mm²/s，二者有统计学差异。Gibbs等^[14]在3.0T场中采用b值500 mm²/s时，以1.45×10^-3 mm²/s为临界值诊断前列腺癌的敏感度为84%，特异度为80%。Shimofusa等^[15]研究显示DWI与T2WI综合应用诊断前列腺癌的准确度为93%，明显高于T2WI独立诊断，运用两者综合的诊断方法对前列腺癌的诊断有较好的价值。

       研究表明，正常前列腺中央腺体在ADC图上明显低于外周带，可能是由于中央腺体内基质及平滑肌成分比较大，对分子的扩散有一定限制影响。BPH病变的中央腺体在ADC图表现为混杂信号影，前列腺癌区域均表现为在DWI上相对于周围正常组织高信号，ADC图低信号，中央带内癌组织兴趣区的平均ADC值低于非癌组织兴趣区。但实验数据表明PCa与良性病变如良性前列腺增生、炎症间及正常前列腺组织间ADC值的交叉较大，导致部分良性病变为假阳性数据，并干扰部分早期局灶性癌变的检出，使得诊断的敏感性和特异性不够理想。

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图4  前列腺癌：右侧外周带结节影，T2WI上为低信号（图4A），DWI上为高信号（图4B）
Fig 4  Prostate cancer: a nodule in the right peripheral zone, showing low signal intensity on T2WI (Fig 4A) and high signal intensity on DWI (Fig 4B).

2.3　MRS诊断前列腺癌

       大量国内外研究表明MRS可定量研究前列腺癌的代谢异常。枸橼酸盐（Cit）、胆碱（Cho）和肌酸（Cre）是前列腺MRS检查中最易观察到的三种代谢物。正常前列腺外周带MRS的特点是在2.6~2.7 ppm附近可见到显著的Cit峰，其峰值明显高于Cho和Cre，为精液主要组成部分。正常前列腺腺体细胞的线粒体和胞质转运能够合成净Cit，而细胞内高浓度的Zn²+导致顺乌头酸酶的活性降低，三羧酸循环中的Cit氧化受限，因此前列腺分泌液中含有极高浓度的Cit，约为血浆的240~1300倍^[16,17,18]。Cho化合物包括胆碱、磷酸胆碱、甘油磷酸胆碱、乙醇胺、磷酸乙醇胺等，与细胞膜的合成与降解有关，在各种生长活跃、细胞增殖速度快的组织里均含量较高，其共振峰位于3.2 ppm附近。Cre包括肌酸和磷酸肌酸，其共振峰位于3.0 ppm附近，含量较少，并且在正常与病变的前列腺组织中含量差异不大。由于1.5 T的MR扫描仪得到的MRS谱线中，Cre与Cho峰部分重叠，不易分离，因此多与Cho合并计算。文献表明^[16,17,19]比较不同个体间前列腺代谢的差别通常用(Cho+Cre)/Cit的比值。发生前列腺癌时，正常腺体组织被破坏而使分泌、浓缩Cit的能力降低，并且癌组织的能量代谢消耗掉大量Cit，导致癌区Cit含量减少。另一方面，肿瘤细胞的增殖速率加快，细胞密度增加，细胞膜结构改变等病理学改变导致前列腺癌组织中Cho含量明显增加（图5、图6）。

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图5  前列腺右侧外周带为正常前列腺组织（图5B），MRS示代谢正常，前列腺左侧外周带为癌区（图5D），MRS示胆碱代谢升高，枸橼酸盐代谢降低，两者比值升高（图5C）
Fig 5  The right peripheral zone of prostate is normal prostate tissue with normal metabolism on MRS. The left peripheral zone is prostate cancer, showing high choline peak and low citrate peak on MRS.

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图6  前列腺移行带癌MRS代谢表现，MRS示胆碱代谢升高，枸橼酸盐代谢降低，两者比值升高
Fig 6  Prostate cancer in the transitional zone, showing high choline peak and low citrate peak on MRS.

2.4　DCE-MRI诊断前列腺癌

       DCE-MRI具有无创性评估肿瘤血管的优越性，它的应用有助于提高前列腺癌诊断的准确性。对前列腺DCE-MRI的采集数据，可通过多种方法分析，包括定性、半定量和定量分析。目前应用最广泛的是半定量分析。

       定性分析主要通过肉眼对所得图像进行主观评估，不涉及半定量参数或定量参数的测量，多以动态增强早期出现强化区域为恶性标准（图7）。研究表明，与T2WI相比，DCE-MRI可以明显提高诊断前列腺癌的敏感性。Brown等^[20]对前列腺进行了DCE-MRI的相关研究，结果表明，与常规T2WI相比，动态增强早期图像可以更好地显示肿瘤的界限，同时可以改善对包膜外侵犯的评估。

       基于时间-信号强度曲线的DCE-MRI半定量分析可以提供起始强化时间、达峰时间、最大信号强度等多个参数对组织进行评估，可为组织的血流灌注提供更多信息。典型的前列腺癌曲线类型表现为速升速降（图8、图9），而缓慢上升曲线多代表良性病变，但良性中央腺体也可表现为速升速降型。Padhani等发现，前列腺癌区的平均强化速率、强化幅度以及清除速率都与非癌区存在显著差异^[21]。Engelbrecht等则引入一个新的指标^[22]，相对强化峰值，即病变的强化峰值减去周围组织的平均强化峰值，这个指标对于前列腺良恶性疾病的鉴别很有价值。Kim等^[23]也发现DCE-MRI半定量分析的敏感性和特异性均高于T2WI（分别为96% vs 65%，82% vs 60%）。

       根据DCE-MRI定量分析所得的各参数值是否可以鉴别前列腺癌、正常前列腺以及前列腺增生、炎症等良性病变，目前尚无公论。多数学者认为，癌区的K^trans和kep均高于正常外周带，而癌区和中央腺体的K^trans和kep则存在交叉^[21,24,25]。关于Ve值，大多数学者认为癌区、正常外周带及中央腺体三者之间不存在统计学差异^[26,27,28]，但也有研究表明癌区的Ve高于正常外周带，而癌区和正常中央腺体的Ve则存在交叉^[21](图10)。对于前列腺癌、炎症及正常外周带三者之间的比较，目前研究得较少，Ocak等^[27]得出的结果为，癌和炎症的K^trans和kep均显著高于正常外周带，但癌和炎症之间无显著差异，此外，这三者的Ve值不存在差异。

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图7  前列腺左侧外周带癌：动态增强早期见左侧外周带强化明显（图7A），晚期强化程度明显下降（图7B）
Fig 7  Prostate cancer in the left peripheral zone shows obvious enhancement in early phase and the signal intensity decreases obviously in late phase.

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图8  图8A：前列腺动态增强早期图像，1区示右侧外周带早期强化结节，2区示左侧外周带无明显强化，3区示中央腺体。图8B：强化曲线示：1区呈速升速降型，2区呈缓慢上升型，3区呈逐渐上升型。穿刺病理示1区为前列腺癌，Gleason 7分，2、3区均为良性
Fig 8  Fig 8A. Early phase enhancement of prostate. Note an obvious enhanced nodule in the right peripheral zone (ROI 1), no obvious enhancement in the left peripheral zone (ROI 2) and central gland (ROI 3). Fig 8B. intensity-time curves: wash-in and wash-out type (ROI 1), plateau type (ROI 2), progressive enhancement type (ROI 3). ROI 1 is proved to be prostate cancer, while ROI2 and ROI 3 benign tissue by biopsy.

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图9  T2WI示右侧外周带低信号结节（图9A），动态增强早期强化明显（图9B），动态增强晚期强化程度显著下降（图9C），强化曲线示右侧外周带呈速升速降趋势，左侧外周带及中央腺体呈逐渐上升趋势（图9E），活检证实右侧外周带为前列腺癌，左侧外周带及中央腺体为良性组织
Fig 9  A hypointense nodule in the right peripheral zone on T2WI, enhances obviously in the early enhancement phase and the signal intensity decreases obviously in late phase. Intensity-time curve shows wash-in and wash-out type. Left peripheral zone and central gland show progressive enhancement. ROI 1 is proved to be prostate cancer, while ROI 2 and ROI 3 benign tissue by biopsy.

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图10  T2WI图示前列腺外周带尖部7点方向局灶性低信号结节（图10A）；DWI图示前列腺右侧外周带高信号结节（图10B）；DCE图示前列腺右侧外周带结节早期明显强化（图10C）；K^trans、Ve及Kep图均示前列腺右侧外周带结节参数值高于前列腺其他区域（图10D~10F）。穿刺活检结果为前列腺癌，Gleason评分为4+ 3= 7
Fig 10  A hypointense nodule in the right peripheral zone on T2WI (Fig 10A). The nodule is hyperintense on DWI (Fig 10B) and enhances obviously in early phase (Fig 10C). K^trans, Ve and Kep map show that the nodule has higher value than other area of the prostate (Fig 10D-10F). The nodule is proved to be prostate cancer, Gleason score=7, by biopsy.

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图11  T2WI示中央腺体内低信号区（图11A），动态增强早期强化明显（图11B），Kep图示相应区域参数值高于前列腺其他区域（图11C），强化曲线呈速升速降型（图11D），病理证实为前列腺癌，Gleason评分为7
Fig 11  Prostate cancer, Gleason score=7, confirmed by biopsy. Note hypointense tissue in central gland on T2WI (Fig 11A) and obvious enhancement at the same position in early phase (Fig 11B). Kep map shows that the tissue had higher value than other area of the prostate (Fig 11C). Intensity-time curves shows wash-in and wash-out type (Fig 11D).

3　临床治疗方案选择

       前列腺癌的分期与治疗方式的选择密切相关，尤其是有无包膜外侵犯是鉴别B期与C期的关键点，直接关系到患者能否采取手术治疗方式。MRI对于前列腺癌局部分期的判断起着重要的作用。尽管近些年来有一些回顾性的研究结果发现，对于那些高危的局限性前列腺癌或局部进展性前列腺癌采用根治性治疗仍然可以取得更好的生存时间，这使得前列腺根治性切除术的手术指证有进一步扩大的趋势。但是即便如此，通过MRI了解肿瘤局部的分期仍然对治疗的选择以及预后的判断有重要的意义。Engelbrecht等^[29]对以往MRI前列腺癌分期诊断研究进行的荟萃分析发现：不同研究得到的MRI对前列腺癌分期诊断的敏感性和特异性差别很大。其原因之一是在MRI上诊断前列腺癌灶包膜外侵犯的标准很多，包括：不对称的神经血管束影像、直肠前列腺角消失，肿瘤突出于前列腺轮廓外，前列腺外发现癌灶等。MRI技术的发展对于判断前列腺癌分期提供了更好的手段。与MRI常规扫描相比，DCE-MRI能更好的发现前列腺癌灶向前列腺外的侵犯，而且它对读片者的经验要求相对较低。另外直肠内线圈扫描对发现前列腺癌灶外侵犯有更高的特异性。

       PSA筛查的普遍应用使得越来越多的早期前列腺癌被发现，这其中包括了越来越多的微小癌灶病例。而他们当中很多肿瘤是非致命性的，即使不被诊断或治疗也不会对患者造成影响。对所有发现的癌灶行前列腺癌根治术会导致过度的治疗。目前认为如果前列腺癌的病灶体积小于0.5 ml，且没有Glesaon分级4级或5级的病灶时，这种肿瘤被认为是没有临床意义的前列腺癌。这种没有临床意义的肿瘤很少是致命的，一般不需要积极的治疗。但是如何在根治手术前筛选出这些肿瘤是目前所面临的难题。目前已经有学者在针对MRI预测前列腺癌临床意义的作用进行研究。一项220例前列腺癌病例研究中发现，利用T2WI和MRS能更好的发现和判定无临床意义的前列腺癌^[30]。

       前列腺癌早期诊断的增加带来的另一个影响就是局部治疗方式的出现。有学者尝试对于早期前列腺癌采用仅仅针对肿瘤病灶而保留前列腺的治疗方式（例如：局部冷冻治疗）。这样可以减少治疗的创伤并部分保留前列腺的功能。而这就涉及肿瘤的定位诊断。MRI可以通过重建肿瘤的三维图像，帮助我们决定哪些前列腺癌患者适合局部治疗并确定肿瘤的位置。我们也可以利用MRI评估局部治疗引起勃起功能障碍或尿失禁的可能性。判断手术是否彻底是前列腺局部治疗方案里重要的一环，有研究表明动态增强MRI扫描是检查局部治疗是否彻底去除肿瘤的最好方法之一^[31]。

4　总结

       MRI具有多序列、多方位成像的优势，可以清楚显示前列腺解剖结构。更为重要的是，通过DWI、MRS、DCE-MRI等成像技术，MRI还可以对前列腺进行功能成像和代谢成像，从而更好评估肿瘤定位、肿瘤体积、肿瘤侵及范围和侵袭性。随着磁共振成像技术的不断进步，MRI有望在前列腺癌的诊断、治疗选择及预后评估方面发挥更大的作用。