Application Value of Normalized Apparent Diffusion Coefficient and Prostate-specific Antigen Density for Prostate Imaging Reporting and Data System Category 3 Lesions in the Prostate-specific Antigen Gray Zone
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摘要:
目的：探讨当血清PSA处于4～10 ng/mL时，标准化表观扩散系数ADCn、前列腺特异性抗原密度PSAD在2.1版前列腺影像报告和数据系统（PI-RADS v2.1）评分3分病灶中的应用价值。方法：选取2018年1月至2022年6月经病理证实的58例PI-RADS v2.1评分为3分患者，PSA值均为4～10 ng/mL。根据病理结果分为PCa组（20例）和非PCa组（38例）。收集患者的临床资料，包括年龄、前列腺特异性抗原PSA、前列腺体积PV，通过公式计算PSAD（PSAD＝PSA/V）；同时于ADC图像上测量病变区及外周带正常组织的表观扩散系数值ADC，并计算标准化表观扩散系数值，即ADCn（ADC病灶/ADC外周带）。比较ADCn、PSAD在两组间差异是否具有统计学意义，采用受试者工作特性曲线（ROC）比较二者对 PI-RADS v2.1评分3分病灶中PCa的诊断效能。结果：年龄、PSA在两组间差异无统计学意义；PCa组的ADCn小于非PCa组（0.52 vs. 0.69），PCa组的PSAD大于非PCa组（0.28 vs. 0.18）。ADCn、PSAD诊断PCa的ROC曲线下面积 AUC、敏感度、特异度分别为0.849、85.2％、81.6％，0.813、85.0％、78.4％，ADCn表现的效能较高。当二者联合应用取最佳诊断阈值0.373时，诊断PCa的AUC为0.962，敏感度90.0％、特异度89.5％。结论：ADCn、PSAD能够辅助PSA灰区时PI-RADS v2.1评分3分病灶中PCa的检出，二者联合应用可明显提高诊断敏感性和特异性。
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关键词:
- 扩散系数 /
- 前列腺癌 /
- 前列腺特异性抗原密度 /
- PSA灰区
Abstract:Objective: To investigate the application value of normalized apparent diffusion coefficient (ADC) values and prostate-specific antigen density (PSAD) in category 3 Prostate Imaging Reporting and Data System (PI-RADS) version 2.1 lesions when the serum prostate-specific antigen (PSA) level is in the grey zone of 4～10 ng/mL. Methods: From January 2018 to June 2022, 58 patients with PI-RADS v2.1 scores of 3 and PSA values of 4~10 ng/mL were selected. According to the pathological results, the patients were divided into the PCa (20 cases) and non-PCa (38 cases) groups. The clinical data of the patients were collected, including age, PSA, prostate volume (PV), and PSAD (PSA/V) calculated by formula. Meanwhile, the ADC values of the lesion area and the normal tissue in the peripheral zone were measured on the ADC image, and the standardized apparent diffusion coefficient value was calculated, namely ADCn (ADC lesion/ADC peripheral zone). Statistical software was used to determine the statistical significance of the differences of ADCn and PSAD between the two groups. Receiver operating characteristic (ROC) curves were used to compare the diagnostic efficacy of the two for PCa in lesions with PI-RADS v2.1 score of 3. Results: Age and PSA did not differ significantly between the two groups. Compared to the non-PCa group, the PCa group showed lower ADCn (0.52 vs. 0.69) and higher PSAD (0.28 vs. 0.18). The area under the ROC curve (AUC), sensitivity, and specificity of ADCn and PSAD in the diagnosis of PCa were 0.849, 85.2%, and 81.6 % and 0.813, 85.0%, and 78.4%, respectively. For an optimal diagnostic threshold of 0.373, the AUC, sensitivity, and specificity of PCa were 0.962, 90.0%, and 89.5%, respectively. Conclusions: ADCn and PSAD can assist in PCa detection in lesions category 3 PI-RADS v2.1 lesions in the PSA gray area. The combination of ADCn and PSAD can significantly improve the diagnostic sensitivity and specificity.
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Keywords:
- diffusion coefficient /
- prostate cancer /
- antigen density /
- PSA grey zone
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支气管囊肿（bronchogenic cyst，BC）是一种先天性发育异常导致的支气管良性囊性病变，于1859年由Meyer首次报道[1]。支气管囊肿发生在纵隔内时，称之为纵隔型支气管囊肿（mediastinal bronchogenic cyst，MBC）。纵隔型支气管囊肿可发生于纵隔的任何位置，多位于中纵隔中上部，发生在后下纵隔相对少见。后下纵隔支气管囊肿的典型影像表现为纵隔内液体密度（CT）或信号（MRI）的囊性病灶。不典型的后下纵隔支气管囊肿，往往内部成分复杂，影像表现多样，CT分辨病变成分存在一定困难。
MRI具有较高的软组织分辨力，对成分复杂的不典型后下纵隔支气管囊肿的定位定性诊断具有较高特异性。现将我院收治的1例不典型后下纵隔支气管囊肿患者报道如下，主要对其CT和MRI特征进行总结。
1. 病历资料
1.1 临床资料
患者男性，19岁，主因体检发现纵隔肿物半月就诊。患者既往体健，无咳嗽、发热、胸闷等症状；专科查体：胸廓两侧对称，呼吸运动正常，肋间隙无增宽，双侧触诊语颤正常，双肺野叩诊音清；听诊双肺呼吸音正常，未闻及干、湿性啰音及胸膜摩擦音。实验室检查无异常。
1.2 设备与检查方法
CT检查，采用GE MEDICAL SYSTEMS Optima CT680 Series CT扫描仪，管电压120 kV，管电流200～250 mAs，矩阵512×512，螺距1.2，准直器厚度160 mm，层厚和间距分别为5 mm，重建层厚1.25 mm，层距1.25 mm。增强扫描采用非离子型碘对比剂（碘海醇注射液），经肘静脉高压注射器团注，剂量1.5 mL/kg，注射速率3.5 mL/s。
MRI检查，采用Philips Medical Systems Ingenia 3.0 T MRI扫描仪，采用体部表面线圈，行常规MRI平扫及增强扫描。常规MRI行矢状面、横轴面、冠状面扫描，扫描参数：梯度回波序列（gradient recalled echo，GRE）T1WI序列，TR 3.6 ms，TE 1.2 ms，层厚6 mm，层间距7.2 mm；TSE T2WI序列，TR 3000 ms，TE 77.6 ms，层厚5 mm，层间距6.2 mm；自旋回波-平面回波成像（spin echo-echo planar imaging，SE-EPI）DWI序列，TR 1894.7 ms，TE 69.4 ms，层厚5 mm，层间距6.2 mm。加做横轴位脂肪抑制成像（化学饱和法）。
增强扫描对比剂采用钆喷酸葡胺注射液，经肘前静脉高压注射器团注，注射剂量0.1 mmol/kg（0.2 mL/kg），注射速率2.5 mL/s，行改良版DIXON（modified DIXON，mDIXON）序列T1WI横轴面和冠状面成像，TR 3.7 ms，TE 2.4 ms，层厚3.8 mm，层间距1.9 mm。
1.3 图像分析
CT图像应用GE AW4.6工作站进行后处理重建，数据传送至PACS工作站进行阅片，数据测量。MRI图像传送至PACS工作站进行图像分析，数据采集。图像分析由两名放射科副主任医师以上职称的医师分析CT、MRI的影像表现，分别判读病灶在CT、MRI平扫及增强扫描的密度和信号特点、强化方式，意见不一致时协商统一。
1.4 影像表现
CT显示左下肺脊柱旁延伸至横膈上方一大小约5.7 cm×3.6 cm×7.2 cm的不规则肿块，边界清晰，其内密度混杂。CT值约35～77 HU，边缘及内部可见结节状钙化，病变下缘呈宽基底位于横膈上方（图1（a）～图1（c）），增强扫描病变未见明确强化（图1（d）），病变邻近骨质未见异常。
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图 1 后下纵隔支气管囊肿CT图像Figure 1. CT images of a patient with posterior inferior mediastinal bronchogenic cystsMR显示肿块于T1WI呈不均匀低信号，T2WI为高信号，内见多个条状低信号，DWI呈不均匀高信号，ADC未见扩散受限（图2（a）～图2（d）），冠状位T2WI显示病变上方胸膜腔内条状液性信号，邻近椎间孔未见明确异常（图2（e）），增强扫描显示囊壁及内部分隔呈延迟强化（图2（f）和图2（g））。
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图 2 后下纵隔支气管囊肿MR图像（a）横断面TSE FS T2WI显示病变呈高信号，内见分隔样低信号；（b）横断面FS T1WI显示病变呈不均匀低信号；（c）～（d）横断面DWI呈不均匀高信号，ADC图未见扩散受限；（e）冠状面TSE T2WI显示病变位于脊柱左旁，其上方见条状液性信号；（f）横断面增强T1WI动脉期，病变未见强化其他（g）～（h）横断面、冠状面增强T1WI延迟期，病变囊壁及内部分隔强化。Figure 2. MR images of a patient with posterior inferior mediastinal bronchogenic cysts1.5 手术与病理
患者行胸腔镜下纵隔肿物切除术。术中所见：左膈肌后膈角处见囊实性肿物，质韧，约6.0 cm×7.0 cm，沿膈肌间生长，切开邻近膈肌胸膜，分离肿物，其上缘与胸膜分界不清，向外牵引肿物，完全分离、切除肿物。病理所见：肉眼观，肿物呈灰褐色，大小约7.5 cm×5.5 cm×3.0 cm，可见包膜，切面呈多房，囊实性，内含灰黄色粘稠物；镜下观，（肿物）囊壁衬以呼吸道上皮，由假复层纤毛柱状上皮及少许充满黏蛋白的杯状细胞构成，囊壁内散在淋巴细胞浸润，局灶可见软骨，符合支气管源性囊肿（图3）。
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图 3 后下纵隔支气管囊肿病理图像Figure 3. Pathological images of a patient with posterior inferior mediastinal bronchogenic cysts1.6 预后
术后8个月随访，患者无明显临床症状及体征。行胸部CT平扫复查，影像学检查提示左肺下叶少许索条，后下纵隔术区周围未见明确结节及囊实性病灶（图4）。
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图 4 后下纵隔支气管囊肿术后随访CT图像Figure 4. CT images of postoperative follow-up of a patient with posterior inferior mediastinal bronchogenic cysts2. 讨论
纵隔型支气管囊肿是一种少见的先天性疾病，是源于胚胎期前肠发育异常，导致的先天性支气管良性囊性病变。
2.1 病因及发病机制
支气管囊肿的发生机制，目前普遍认同Sumiyoshi等[2]于1985年提出的“胚芽脱落移位”假说，即在胚胎发育第3～6周，原始前肠向腹侧发出气管、支气管树胚芽过程中，因各种原因出现胚芽脱落、迁移，导致分泌物潴留，在迁移部位聚集膨胀而形成的囊肿。支气管囊肿可含有多种支气管组织，包括呼吸道上皮、平滑肌、透明软骨、腺体和弹力纤维等[3]。
病理学诊断为：假复层纤毛柱状上皮，可合并软骨、平滑肌或粘液腺组织[4]。根据肺芽出现的不同时间、位置，支气管囊肿可形成肺内型、纵隔型和胸腔外型3种类型，以纵隔型多见[5-6]。纵隔型支气管囊肿可发生于纵隔的任何位置，多位于中纵隔中上部，气管旁和隆突下多见，好发于右侧；前、后纵隔支气管囊肿，好发于左侧[7]。
2.2 CT表现
纵隔型支气管囊肿，常见表现为单房、类圆形的囊性病变，边缘光滑，边界清晰，囊壁薄、均匀。部分囊肿可为不规则形，囊内可见分隔或多房改变，囊壁不均匀增厚，可能与病灶反复感染有关[7]。后下纵隔支气管囊肿，常表现为“颈部”细长、“泪滴状”或梭形的囊性肿块。
本例病变CT显示位于脊柱左侧、横膈上方，密度混杂，边缘及内部可见多发钙化；增强后病灶未见强化。病灶表现为软组织密度，密度混杂，其稍高密度可能与含较多蛋白成分或合并出血、感染有关，钙化可能与黏液中含钙或草酸钙结晶有关。
2.3 MRI表现
MRI可多序列、多参数、多方位成像，对于病变毗邻组织结构显示清晰。后下纵隔支气管囊肿，大多囊内含较多水与少量含蛋白黏液，表现为T1WI低信号，T2WI高信号，DWI/ADC检查无扩散受限。后下纵隔不典型支气管囊肿，囊内蛋白含量较高或囊内出血时，T1WI可见不均匀高信号，T2WI为等或高信号，DWI/ADC无扩散受限。囊肿含有纤维组织成分或出现反复感染时，病变T1WI呈不均匀低信号，T2WI可见条索、分隔样低信号，DWI/ADC无扩散受限[7-11]。增强扫描时后下纵隔不典型支气管囊肿囊壁可见轻度强化，分隔可见延迟强化。支气管囊肿壁出现结节样强化时，需警惕病灶恶变[12]。
本例病变MRI图像冠状位可见病灶上方条状液性信号，为胸膜腔内少量液体，提示病变位于胸膜外、后下纵隔内。病变T1WI不均匀低信号，T2WI高信号，提示囊内以含水和黏液蛋白为主；T2WI条索、分隔样低信号，可能与钙化、纤维组织成分有关；DWI/ADC无扩散受限，提示良性病变可能；增强扫描延迟期病变囊壁轻度强化，可能与囊肿合并感染有关，分隔延迟强化可能与纤维组织成分有关。
2.4 鉴别诊断
后下纵隔支气管囊肿一般以CT检查为主，常见为液体密度，其CT值与囊内成分有关。囊肿成分主要为水与含蛋白粘液时，CT值为水样液体密度。后下纵隔不典型支气管囊肿，囊内往往蛋白含量较高，或者合并感染或囊内出血，表现为软组织密度；少见囊肿伴有钙化或含有草酸钙结晶，CT值可高于100 HU[8-10]。增强扫描，病变囊壁含有平滑肌成分，或囊壁反复感染、肉芽组织增生时，可见轻度不均匀强化[13]。
纵隔支气管囊肿发生在脊柱旁、邻近胸膜腔时，CT图像较难显示病灶的准确位置，由于病变形态不规则，密度混杂，增强检查较难判定病灶强化程度，因此在定性方面也存在一定难度。MRI具有较高的软组织分辨率，不仅能够准确定位而且可准确分析病变内的成分，在病灶定位、定性方面有较大优势。后下纵隔支气管囊肿需与以下疾病进行鉴别[11,14-15]。
①囊性神经源性肿瘤：神经源性肿瘤好发于后纵隔脊柱旁，常发生坏死，可伴有钙化，CT平扫呈低密度，MR平扫呈T1WI低信号，T2WI高信号，增强扫描囊性部分无强化，囊壁可轻度强化，实性部分明显强化，可见邻近椎间孔扩大、骨质吸收改变。②食管囊肿：位于后纵隔食管旁，病灶与食管不相通，可突向食管或压迫食管移位，可合并蝶形椎，CT平扫呈液性密度，MR平扫呈T1WI低信号，T2WI高信号，增强扫描无强化；与典型支气管囊肿不易鉴别。③淋巴管囊肿：好发于前纵隔，中上纵隔多见，常沿纵隔间隙蔓延式生长，包绕纵隔结构，CT平扫呈水样密度，MR平扫呈T1WI低信号，T2WI高信号，增强扫描无强化。④心包囊肿：多发生于右侧心膈角，部位相对恒定，与心包腔不通，以宽基底或窄蒂与心包相连，CT平扫呈囊性低密度，MR平扫呈T1WI低信号，T2WI高信号，增强扫描无强化。⑤肺隔离症，常见于左肺下叶后基底段纵隔旁，分肺叶内型和肺叶外型，CT平扫为实性、囊实性结节或肿块，MR平扫呈T1 WI等信号，T2 WI高信号，可见流空效应，增强扫描可见点条状、结节样强化，可见供血动脉来自主动脉或其分支。
综上所述，后下纵隔不典型表现的支气管囊肿，可发生在纵隔任意位置，当病变形态不规则、成分复杂时，CT检查难以准确定位、定性。MRI可多角度、多参数成像，软组织分辨率高，能清楚显示病变与邻近组织结构关系，明确病变位置，精准定位；同时可显示较多组织信号特征，分析病灶可能存在的成分，结合增强扫描，能进一步明确病变性质，为影像诊断和临床治疗提供重要依据。
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图 1 ADCn、PSAD及两者联合诊断PCa的ROC曲线
Figure 1. ROC curve of PCa diagnosis of ADCn, PSAD and their combination
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图 2 男，64岁，前列腺增生患者，PSA 6.8 ng/mL，PSAD 0.17 ng/mL·cm3，PI-RADS v2.1评分3分
Figure 2. A 64-year-old man with prostatic hyperplasia. PSA 6.8 ng/mL, PSAD 0.17 ng/mL·cm3, PI-RADS v2.1 score 3 points. A stripe of low signal in the right transitional band of the prostate is visible on T2WI
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图 3 男，56岁，前列腺癌患者，PSA 5.2 ng/mL，PSAD 0.28 ng/mL·cm3，PI-RADS v2.1评分3分
Figure 3. A 56-year-old man with prostate cancer. PSA 5.2 ng/mL, PSAD 0.28 ng/mL·cm3, PI-RADS v2.1 Score 3 points
表 1 前列腺MRI扫描具体参数
Table 1 Specific parameters of prostate MRI scans
扫描序列 TR/ms TE/ms Fov/mm 层厚/mm 矩阵 层间距/mm 横断位T1WI 850 20 250×220 4 224×380 1 横断位T2WI 4000 110 250×220 4 224×380 1 矢状位T2WI 3000 110 240×220 4 240×160 1 横断位DWI 6000 76 290×240 4 128×128 1 DCE-MRI 5.28 1.35 220×220 4 240×330 1 
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表 2 各变量在PCa组和非PCa组间差异比较
Table 2 Comparison of the differences in variables between the PCa and non-PCA groups
项目 组别 统计检验 PCa组 非PCa组 t/Z P 例数 20 38 − − 年龄/岁 67.60±10.78 67.84±7.37 -0.101 0.021 PSA/（ng/mL） 7.15±2.17 6.39±1.75 1.45 0.052 PSAD/（ng/mL·cm3） 0.28（0.23，0.31） 0.18（0.14，0.24） -3.89 <0.001 ADCn 0.52（0.47，0.57） 0.69（0.64，0.78） -4.36 <0.001 注：表中括号内数字为第 25 百分位数和第 75 百分位数。
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表 3 ADCn、PSAD及两者联合的灵敏度、特异度、最佳阈值及AUC的比较
Table 3 Comparison of sensitivity, specificity, optimal threshold, and area under the AUC of ADCn, PSAD, and their combination
观察变量 AUC 95％CI 灵敏度/％ 特异度/％ 约登指数 阈值 标准误差 P ADCn 0.849 0.730，0.929 85.2 81.6 0.666 0.588 0.051 <0.001 PSAD 0.813 0.688，0.903 85.0 78.4 0.534 0.211 0.055 <0.001 ADCn+PSAD 0.962 0.876，0.995 90.0 89.5 0.795 0.373 0.021 <0.001
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表 4 ADCn、PSAD及两者联合的受试者工作特征曲线（ROC）比较
Table 4 Comparison of ROCs of ADCn, PSAD, and their combination
观察变量 ADCn PSAD ADCn+PSAD ADCn − 0.664/0.434 0.012/2.524 PSAD 0.664/0.434 − 0.004/2.863 ADCn+PSAD 0.012/2.524 0.004/2.863 − 注：表中数字为不同变量之间ROC比较P/Z的结果，前者为P值，后者为Z值。如0.012/2.524即为ADCn与ADCn+PSAD之间的AUC比较，P值为0.012，Z值为2.524。
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