目前，MRI扩散成像技术，包括单指数模型扩散加权成像(diffusionweightedimaging，DWI)、扩散张量成像(diffusiontensorimaging，DTI)、双指数模型体素内不相干运动(intravoxelincoherentmotion，IVIM)成像、扩散峰度成像(diffusionkurtosisimaging，DKI)能够从分子水平对前列腺进行无创性成像，已成为常规MRI的重要补充并逐步应用于临床。结合国内外文献，本文就这四种扩散成像技术在前列腺癌(PCa)诊断中的研究现状进行综述。

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由于DTI是在单指数模型DWI的基础上发展起来的，两者在前列腺成像的生物学基础、理论基础、主要参数及b值的选择等方面有重叠，因此在此把两者放在一起描述。

1.1正常前列腺、PCa、良性前列腺增生(BPH)单指数模型DWI及DTI的生物学基础

正常前列腺由腺体和间质组织组成，间质组织主要由平滑肌和纤维组织组成。中央腺区腺管较宽，腺泡腔大，腺泡上皮呈柱状，形成许多复杂的乳头状嵴，突向管腔。胞质呈颗粒状，其内分布着较多的色素性细颗粒。间质致密，含多量平滑肌束，环状包绕腺泡。外周带腺泡小而圆，内壁较平坦，胞质透明，胞核小、深染，胞核排列规则，靠近基底膜。间质疏松，含稀疏的平滑肌束。

PCa主要发生于外周带(约占70%)，其失去了特征性的腺管形态结构，缺乏足够空间储存液体，另外肿瘤增殖使得组织结构排列紧密，细胞间隙减小。BPH主要发生于中央腺区，细胞及间质成分不同比例增生，导致中央腺体体积增大，组织内结构排列紧密。

1.2单指数模型DWI和DTI的理论基础及主要参数

传统DWI通过测量组织水分子的扩散运动速度和方向，推测组织内部微观结构状态的细微变化，其数学模型是单指数模型。在人体内，由于受各种因素的影响，通常选用表观扩散系数(apparentdiffusioncoefficient，ADC)表示扩散运动程度。扩散加权的程度由扩散梯度持续时间、扩散梯度间隔时间、施加梯度场强大小各因素共同决定，上述各因素综合起来可用一参数b值，即扩散梯度因子来表示，单位是s/mm2。通过结合至少2次以上的不同b值所得DWI即可得到ADC图。

计算公式为：ADC=-ln〔S(b)/S(0)〕/b，其中S(b)为对应b值的DWI信号强度，S(0)为b=0时的DWI信号强度。水分子扩散快的组织信号衰减大，DWI呈低信号，而在ADC图呈高信号;扩散慢的组织信号衰减小，DWI呈高信号，而在ADC图呈低信号。DTI是传统DWI的发展和深化，它在传统DWI的基础上施加6个以上非线性方向的扩散敏感梯度场，在每个方向采集信号或图像，经过后处理合成而获得扩散张量图像，它可检测每个体素水分子在不同方向上的扩散情况，可以对水分子的扩散运动进行更加精确的描述，并显示出纤维束的走行，主要用来评价组织微观结构的完整性及水分子扩散运动的方向性。DTI的主要参数指标为ADC、各向异性分数(FA)及纤维示踪图(FT)。

ADC值用于描述不同方向的分子扩散运动速度和范围。FA值是指水分子各向异性成分占整个扩散张量的比例，它描述水分子在扩散运动中速度与方向的不均匀性，范围为0～1，当FA值趋近于1，各向异性最大;当FA值接近于0，表示各向同性。有资料研究表明：FA值和ADC值均可反映组织的细胞密度，组织的细胞密度越大，其FA值越高、ADC值越低，FA值与ADC值呈负相关。FT是通过DTI后处理工作站专用软件对图像进行校正、重建出来的三维重组图像，能够直观地显示组织纤维束的走行、完整性和方向性。

1.3单指数模型DWI和DTIb值的选择

b值较小容易受T2加权影响，产生T2透射效应，所测得的ADC值及FA值稳定性差，不能真实的反映水分子扩散运动;b值较大所测得的ADC值及FA值较为稳定，能较好的反映水分子扩散运动，但b值越大，越易产生磁敏感伪影，信号衰减较大，信噪比差，图像质量下降。因此b值的选择应兼顾ADC值及FA值的稳定性及图像质量。在前列腺DWI的研究中，大部分研究选用的b值范围在0～1000s/mm2，王猛等研究认为b=800s/mm2在3.0TMR前列腺DWI扫描中较为合适，但也有研究者Shimofusa等报道，选择权重较大的扩散加权成像(b=1000s/mm2)对PCa诊断有较高的价值;在DTI的研究中，有研究者从扩散角度和信噪比方面选择b值为500s/mm2或700s/mm2。

1.4单指数模型DWI和DTI在PCa诊断中的研究现状

前列腺癌区组织的ADC值减低，可用肿瘤细胞过度增殖，细胞密度增大导致水分子扩散受限程度增加来解释，这一理论已经得到公认。Iwazawa等研究发现，DWI检出PCa的敏感性和特异度分别为74.8%、79.8%。另外，Oto等研究表明ADC值与PCa的Gleason评分分级存在负相关关系(r=-0.376，P=0.001)。但对于DTI中FA值的研究存在颇多的争议，目前DTI在前列腺的研究主要集中在三个方面：一是正常中央腺区与外周带ADC值与FA值的比较，二是癌区与非癌区ADC值与FA值的比较，三是癌区与非癌区纤维束走行的差异。

目前，大部分研究指出正常中央腺区ADC值低于外周带，中央腺区FA值高于外周带，Li等用3.0TMR对20例平均年龄29.6岁的健康志愿者进行前列腺研究，测得中央腺区的ADC值、FA值分别为(1.10±0.09)×10-3mm2/s、0.37±0.05，外周带的ADC值、FA值分别为(1.63±0.15)×10-3mm2/s、0.21±0.07。但也有研究者Manenti等运用3.0TMR研究显示正常中央腺区及外周带之间FA值无明显差异，中央腺区癌组织的FA值低于正常中央腺区组织的FA值。Xu等指出外周带癌区与非癌区FA值无明显差异。但大部分研究者得出的结论是：前列腺癌区组织的FA值明显高于非癌区。

王倩等总结导致FA值多变性的原因可能有以下三种：1)与前列腺局部组织结构构成不同及PCa的恶性程度有关;2)在DTI所得图像上测量FA值时，图像噪声的增加会导致所测数值偏大，尤其是在癌区T2更短，信噪比的减低会更明显;3)受呼吸运动伪影和磁场不均匀性等的影响，而且不同场强、不同厂家的设备，信噪比往往会不同，即使相同的场强，相同的设备，由于扫描参数的设置不同，其信噪比也会有差异。

FT图显示：中央腺区和外围带的纤维束用3种走向和3种颜色显示，且走行不同颜色不同：蓝色表示纤维束走行主要沿头尾方向;红色表示沿左右方向走行;绿色表示沿前后方向走行。不同区域前列腺纤维束的疏密不同，周围带纤维束结构排列相对较疏松。FT图内纤维束的色彩及颜色的深浅分别代表各向异性的方向及程度。FT图显示正常前列腺中央腺区及外周带纤维束走行规则，无推压破坏;癌区纤维束受癌组织挤压、破坏走行极不规则，连续性局部中断，而增生区纤维束受增生结节的推压而排列紊乱但并不出现中断。

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2.1PCaIVIM成像的生物学基础

前列腺癌区组织内癌细胞增殖，细胞密度增高，排列紊乱，细胞核浆比增大等因素限制了组织内水分子的扩散运动，与此同时，Franiel等通过动态增强MR扫描发现，前列腺癌组织血供丰富，其内的微血管密度、血流量及血管通透性等血流灌注指标均明显高于非癌组织。

2.2IVIM成像的理论基础及主要参数

传统单指数模型DWI的主要参数ADC值是在假设组织内水分子扩散是一种简单、随意的分子运动而获取的，但实际上得到的是分子扩散及微循环灌注共同作用的结果，无法真实反映组织内水分子的扩散。LeBihan等于1988年首次提出IVIM模型，用于观察体素内分子的微观运动，包括细胞内外水分子的扩散和血液的微循环灌注。IVIM技术是对多个不同b值(3个或3个以上)的DWI图像进行拟合，通过双指数模型获取分别反映组织扩散和微循环灌注效应的参数。组织内局部信号强度衰减与b值的关系符合以下方程式：S(b)/S(0)=(1-f)·exp(-bD)+f.exp〔-b(D+D*)〕，其中S被称为体素内信号强度;D(diffusioncoefficient)称为扩散系数，代表的是纯水分子的扩散效应，单位为mm2/s;D*(pseudo-diffusioncoefficient)则称为伪扩散系数，代表毛细血管网的微循环灌注所致的扩散效应，单位为mm2/s;f(perfusionfraction)称为灌注分数，表示毛细血管网的微循环所致灌注效应占总体扩散效应的容积比率，大小介于0～1之间。

2.3IVIM成像b值的选择

Pang等研究提出IVIM参数D值和f值的精确获取对b值的选取具有非常大的依赖性，因此，选择合适的b值对于IVIM研究能够应用于临床是十分关键的。目前对于前列腺IVIM研究中多b值的选取数量及范围并没有统一的标准，大部分研究者采用4～10个b值，范围0～1000s/mm2。LeBihan等认为高b值时灌注效应所致信号衰减很小，因此选取低b值能更好地反映灌注效应。

2.4IVIM成像在PCa诊断中的研究现状

IVIM在前列腺的研究中，D值较ADC值能更精确地反映组织水分子的扩散效应，类似于ADC值，癌组织的D值低于非癌组织，且D值的降低与肿瘤的恶性程度呈正相关关系。但对于f值的研究，目前尚无统一结论。Pang等研究者认为与b值的选取密切相关，研究发现b值低于750s/mm2时，前列腺癌组织的f值将明显增加，但当b值更高时，f值将减小。D-pfert等研究者选取(0，50，500，800)这样的b值，发现前列腺癌组织的f值较良性前列腺组织减低(P<0.005)，这与Franiel等通过动态增强MR发现的肿瘤组织微循环灌注特点相矛盾。另外，Shinmoto等选择(0，10，20，30，50，80，100，200，400，1000)这样的b值，研究发现PCa的f值较正常外周带组织减低，且无统计学意义，可能的原因是f值不仅包含微血管的血流灌注，也包含了腺体的分泌、腺管内液体的流动等，因而导致f值偏离实际水平。大部分学者研究认为D*值变异度高，在鉴别前列腺组织良恶性方面无统计学意义。

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3.1前列腺DKI的生物学基础传统

DWI、DTI认为组织内水分子的扩散可被看作是一个随机布朗运动，因此，在一定时期内某一特定水分子从一个位点到另一个位点扩散的机率受概率分布支配。在简单的模型中，这一分布具有正态分布(即高斯分布)形式。然而，就在以几十毫秒的时间间隔下，人体大多数组织(包括前列腺组织)的复杂结构(如各类型的细胞、细胞膜和组织的生化特性等)能够导致水分子扩散位移概率分布实际上偏离正态分布，即为非高斯分布。

3.2DKI的理论基础及主要参数

DKI模型最早于2005年由纽约大学Jensen教授提出，DKI技术需要使用多个b值(至少3个)及至少15个非共线且非共面的扩散梯度方向，以非高斯分布模型模拟生物体内水分子的扩散运动，来反映组织微观结构的变化。DKI是DTI技术的延伸。体素内信号衰减与b值间的关系为：S=S(0)·exp(-bD+b2·D2·K/6)，其中，K被称为平均扩散峰度(meankurtosis，MK)，是指所有梯度方向的扩散峰度平均值，主要反映组织整体扩散的不均匀性，其大小不依赖于组织结构的空间方位，而是取决于组织结构的复杂程度，结构越复杂，非正态分布水分子扩散受限越显著，MK也越大，大小介于0～1之间。D值是指经这种非高斯分布矫正过的ADC值。

相对于DTI模型，DKI模型的优势在于它可以得到DTI模型的参数，包括FA值、平均扩散系数(meandiffusion，MD)，同时还可以得到额外的参数，包括MK、轴向扩散峰度(axialkurtosis，Ka)、径向扩散峰度(radialkurtosis，Kr)。Ka指所有垂直于主本征向量方向的扩散峰度平均值，Kr指主本征向量方向的扩散峰度值，Ka和Kr完善了DKI所提供信息的方向性，可全面观察组织细微结构的变化。

3.3DKIb值的选择

根据Jenson等研究表明，选择较大的b值，水分子扩散信号的衰减开始偏离线性，呈非高斯分布，才更准确地检测水分子的扩散运动。Rosenkrantz等对PCa的研究，采用(0，500，1000，1500，2000)这样的b值，得到了有价值的结果;Quentin等采用(0，300，600，1000)这样的b值，得出DKI模型较单指数模型DWI更适用于反映组织内水分子的扩散运动;Mazzoni等通过三组不同b值对前列腺进行研究，发现扩散参数值对b值具有很大的依赖性，而且高b值(0～2300s/mm2)序列鉴别诊断前列腺组织良恶性的敏感性及特异度最高。

3.4DKI在PCa诊断中的研究现状

近几年来，DKI已初步应用于前列腺研究，结合国外文献研究的结果，发现DKI的参数K值、D值、Ka值等在PCa的诊断及鉴别诊断中有很大的价值。研究发现前列腺癌区的K值高于非癌区，D值低于非癌区。Rosenkrantz等运用DKI技术对47例PCa患者进行扫描，测量并分析癌组织和良性外周带组织的ADC值、K值和D值，研究发现癌组织的K值明显高于良性外周带组织〔(0.96±0.24)：(0.57±0.07)〕，P<0.001，Gleason评分高(>6分)癌组织的K值高于评分低(=6分)的癌组织〔(1.05±0.26)：(0.89±0.20)，P<0.001〕;相对于ADC值与D值，K值在鉴别PCa与良性外周带组织的敏感度更高(93.3%>78.5%和83.5%，P<0.001)。

Quentin等研究还发现前列腺癌区的Ka值高于非癌区(P<0.05)，且Ka值与Gleason评分分级呈轻度正相关性(r=0.19)。目前关于前列腺DKI的研究相对较少，对于DKI技术在前列腺疾病诊断中的应用价值还有待于我们进一步发现。扩散相关成像技术可以从分子水平无创性观察前列腺组织细微结构的变化。

其中，DTI及DKI技术在传统单指数模型DWI的基础上从分子的方向性及分布特点更加精确地描述前列腺组织内水分子的扩散运动，而双指数模型IVIM技术通过对组织的扩散及微灌注效应分别进行描述，也更加精确真实地反映前列腺组织内水分子的扩散运动，这使得扩散相关成像技术在PCa的诊断及鉴别诊断中更有价值。但是目前结合国内外文献发现这四种成像的扫描参数(如b值的选择)及成像参数(如DTI中的FA值、IVIM中的f值及DKI中的Ka、Kr值等)在前列腺的研究中仍存在较多的争议，还需要我们不断地探究。