相位襯度成像在乳腺癌成像方面的研究*

沈富強，監悟帥，孫郁，徐偉華，許濤，石宏理

(1.河北省廊坊市人民醫院放射科，河北 廊坊 065000；2.首都醫科大學生物醫學工程學院，北京 100069)

1 引 言

眾所周知，乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤，嚴重影響著婦女的身體健康。早期發現乳腺惡性轉變是提高乳腺癌治愈率和降低死亡率的重要手段之一[1～2]。乳腺X線攝影可以有效發現乳腺癌的早期征象，例如乳腺微鈣化。但是乳腺微鈣化灶通常比較細小，分布無規律，與周圍組織的密度差異較小。放射科醫生容易因此而造成漏診[3-4]。

相位襯度成像是近年發展起來的一種新的成像技術，它利用光線穿過物體后的相位信息變化，觀察物體的內部細微結構。對于軟組織而言，和傳統的基于吸收的X射線成像相比，圖像襯度提高近千倍，在醫學、生物學、材料學等研究領域，具有獨特的優勢[5-7]。但相位襯度成像的研究目前基本尚處于探索階段，成為一項專門的診斷工具還有很大的距離。

本研究的目的是利用相位襯度成像在弱吸收組織成像上的優勢，探索其在乳腺癌早期診斷上的可行性。對于檢測早期階段的乳腺癌來說，建立和保持一個乳腺X線片圖像質量的較高標準是十分重要的。一個在乳腺X線片上評估圖像的通常使用的方法就是使用檢測仿體。本研究使用了本課題組設計的一種適用于乳腺相襯成像的微型仿體(體模)[8]。該仿體使用乳腺組織等效材料制成，同時具備半定量和病變模擬功能。半定量功能可以校準相襯成像裝置參數和精確確定實驗樣品的成像參數條件。同時有利于隨后的圖像數據算法研究的標準化評估。病變模擬功能充分模擬了乳腺癌的各種基本病變形態，對早期乳腺癌的相襯成像研究提供了標準化工具。

2 材料與方法

2.1 乳腺仿體

仿體樣本使用有機亞克力板制作載體，呈立方形；載體上布滿分布、大小、深度不同的微孔；微孔分垂直和水平徑向兩種；載體分半定量效驗區和模擬病變區；半定量效驗區的微孔大小相同而深度不同或大小不同而深度相同；半定量區垂直徑向上的微孔內插不同標號的釣線短棒；模擬病變材料有玻璃微珠、碳酸鈣、三氧化二鋁和聚氯乙烯顆粒，用于模擬乳腺斑塊樣鈣化和泥沙樣微鈣化。棉團、纖維團和各種有機物，用于模擬邊緣模糊和邊緣清楚的良惡性腫塊。金屬細絲，用于模擬乳腺病變纖維機構和正常乳腺的條索樣結構。各種材料搭配模擬各種病變形態。總共搭配形式10種。

2.2 成像原理及參數

相位襯度成像是一種生物醫學中的新興領域，可以對細微結構成像[9]。本實驗在上海光源(SSRF) X射線成像及生物醫學應用光束線站(BL13W1)完成。成像裝置見圖1。同步輻射光線經過兩塊單色晶體后，轉化成單色光，照射到成像樣本上。當一均勻相干光波通過一截面非均勻的物體時，不可避免地產生相位差，即波前發生畸變。這一畸變的波面如果繼續傳播到一定的距離，將和未發生畸變的波面重疊而發生干涉；進一步傳播時，這種畸變波能以可觀察的強度變化顯示出來[10]。通過調節這個適當的傳播距離，我們可以在探測器上得到邊緣增強的相位襯度圖像。本實驗中成像樣品與探測器間的距離為1.2 m，探測器分辨率9 μm，同步輻射光能量為17 keV。

圖1 BL13W1站線相襯成像的示意圖

3 結果

圖2所示為仿體a和b的相位襯度成像結果。圖中尺寸不同的孔洞均有良好的顯示，成像結果與實際仿體測量尺寸相吻合。水平方向和垂直方向的孔洞均能夠顯示。對于孔洞內的不同填充物，具備分辨其形態的能力。

圖2 乳腺仿體的相位襯度圖像

將圖像放大后，可以看到仿體內各種填充物的成像細節，見圖3。圖3a模擬的是乳腺索條樣結構，b為邊緣清楚的多發結節，c為邊緣模糊的團塊，d為泥沙樣鈣化，e為乳腺增生的乳腺組織，f為正常的乳腺組織，g為乳腺纖維結構，h為退化型乳腺的微鈣化灶，i為邊緣清楚的腫塊，j為纖維結構及微鈣化灶。

圖3 模擬病變區的放大顯示

4 結論與討論

目前文獻報道的乳腺仿體有Ackermann、Barts、CIRS XI, Leeds TOR(MAX)、Leeds TOR(MAM) 、Newcastle和RMI 152 等七種[11]。均顯示了半定量和病變模擬的良好功能。但是上述仿體體積較大，不適合我國相襯成像裝置上使用，并且價格昂貴，國內市場難于買到。相襯成像光斑僅數毫米，遠較傳統醫學成像裝置光斑小，需要專門設計相應的結構精巧的微型仿體。國內尚未見適合用于乳腺X線成像的微型仿體。國外文獻類似仿體未在國內銷售，價格昂貴，缺少半定量分析，對病變模擬不充分，僅適用于國外專門的成像裝置。

本研究結果顯示，相位襯度成像可以很好的區分各種模擬的乳腺正常和病變結構，對于病變的尺寸、形態、成分均有較高的分辨能力。結果表明相位襯度成像對于乳腺癌診斷敏感度及特異度均較高，對于乳腺微細結構的分辨和顯示具有一定優勢，具有重要的臨床應用價值。

(感謝上海光源工作人員的幫助。)