IVIM多參數預測乳腺癌免疫組化指標表達的可行性研究

宋萌萌，張天月，王麗君，羅冉，汪登斌

IVIM多參數預測乳腺癌免疫組化指標表達的可行性研究

宋萌萌，張天月，王麗君，羅冉，汪登斌*

目的基于擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)和體素內不相干運動擴散加權成像(intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging，IVIM-DWI)技術，探究乳腺癌表觀擴散系數(apparent diffusion coeff i cient，ADC)值和IVIM-DWI多參數值(D值、D*值、f值)與乳腺癌免疫組化指標(ER、PR、HER-2和Ki-67)不同表達情況之間是否具有統計學差異。材料與方法前瞻性搜集懷疑為乳腺癌的患者，術前進行MRI評估，并進行IVIM-DWI成像，利用單指數DWI模型測量ADC值，利用雙指數IVIM模型對多b值DWI進行后處理，通過后處理工作站獲得IVIM各參數值：D值、D*值及f值。追蹤所有手術病人病理結果，最終入組經病理確診的乳腺癌患者共51例。采用SPSS 19.0統計軟件進行數據分析，探究乳腺癌ADC值和IVIM-DWI多參數值(D值、D*值、f值)與乳腺癌免疫組化指標(ER、PR、HER-2和Ki-67)不同表達情況之間是否具有統計學差異，采用獨立樣本t檢驗或U檢驗。結果51例乳腺癌患者共55個病灶。其中ER陽性、PR陽性、HER-2陽性及Ki-67高表達分別為45個、40個、14個、36個病灶。經統計學分析發現以Ki-67表達百分比為14%為閾值，Ki-67高表達組與低表達組的D平均值差異有統計學意義(P=0.046)，D*和f平均值差異無統計學意義；55個乳腺癌病灶中，ER 、PR、HER-2陰性組和陽性組的D、D*及f平均值差異均無統計學意義(P＞0.05)；ER、PR、HER-2陽性組與陰性組及Ki-67高表達組與低表達組的ADC平均值差異均無統計學意義(P＞0.05)。結論乳腺癌Ki-67高低表達組的IVIM-DWI 定量參數D值存在統計學差異，提示了通過非侵入性的影像學檢查方法預測Ki-67表達情況的潛能。

乳腺腫瘤；磁共振成像；免疫組織化學

乳腺癌是一種生物學特征高度異質性的惡性腫瘤，乳腺癌的雌激素受體(estrogen receptor，ER)、孕激素受體(progesterone receptor，PR)、人類表皮生長因子受體2(human epidermal growth factor receptor 2，HER-2)及細胞增殖抗原標記物Ki-67 (antigen identif i ed by monoclonal antibody Ki-67，Ki-67)四種免疫組化指標是判斷預后的主要因素、對治療方案的指導起到重要作用。傳統的單指數DWI模型所得到的ADC值(standard ADC)同時受到組織內水分子擴散和微循環灌注兩種成分的影響，不能全面反映組織的水分子的運動情況。Le Bihan等[1]學者針對這一問題提出“體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion，IVIM)”模型，最初應用于腦成像，現已廣泛應用于全身成像[2]。體素內不相干運動擴散加權成像(intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging，IVIM-DWI)將彌散效應和灌注效應區分開，則可更為準確的評價組織的擴散運動及微循環灌注情況。本研究旨在基于DWI和IVIM-DWI技術，探究乳腺癌ADC值和IVIM-DWI多參數值(D值、D*值、f值)與乳腺癌免疫組化指標(ER、PR、HER-2和Ki-67)不同表達情況之間是否具有統計學差異，進而探究IVIM-DWI對乳腺癌生物學行為、預后預測等方面的價值和潛力。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

前瞻性搜集自2015年11月至2016年2月上海交通大學醫學院附屬新華醫院術前懷疑為乳腺癌的患者，均于Philips公司3.0 T MRI (Ingenia)機行術前MRI檢查。所有患者在檢查前均簽署知情同意書。追蹤所有手術病人病理結果，最終入組經病理確診的乳腺癌患者共51例，所有患者均為女性，年齡范圍29～85歲，平均年齡55歲。

1.2 儀器與方法

采用Philips Ingenia 3.0 T超導型磁共振掃描儀和乳腺專用相控線圈。受檢者俯臥位，雙側乳腺自然懸垂于檢查線圈內。掃描序列包括：(1)常規三平面定位及校正。(2)軸面T2WI-SPAIR序列，TR 5000 ms，TE 65 ms，層厚4 mm，間隔0 mm，矩陣400×382， FOV 32 cm×37 cm，激勵次數1，層數40。(3)軸面IVIM，b值取0, 10, 20，50, 100, 200, 500和800 s/mm2，TR 5098 ms，TE 69 ms，層厚4 mm，間隔1 mm，矩陣140×93，FOV 35 cm×24 cm，激勵次數1，層數32。(4)軸位動態增強掃描，采用美國GE 公司專有的乳腺容積成像序列eTHRIVE，橫軸面掃描，TR 4.1 ms，TE 2.1ms，層厚1 mm，間隔0 mm，矩陣336 ×405，FOV 28 cm×34 cm，激勵次數1，層數150。對比劑采用釓噴酸葡胺注射液(Gd-DTPA) 0.2 mmol/kg。高壓注射器開始注藥后立即進行掃描，連續掃描5期。

1.3 圖像分析處理

由2名從事乳腺影像診斷的放射科醫師，利用單指數DWI模型測量ADC值，利用雙指數IVIM模型對多b值DWI進行后處理，通過飛利浦后處理工作站相關軟件(DWI-tool)獲得IVIM各參數值：D值、f值及D*值。感興趣區(region of interest，ROI)的選擇：結合動態增強及常規T2WI綜合確定病灶范圍，避開囊變區及壞死區，取病灶高信號區最均勻處作為ROI， ROI面積需小于病灶，測量三次并取平均值。每次所選取的感興趣區依據所測對象大小而不同，面積在6～50 mm2之間。

1.4 免疫組化指標的檢測和判定

陽性結果染色呈棕黃色或棕褐色顆粒，陰性細胞無著色，以陽性細胞比例的平均值定義為該腫瘤的陽性細胞百分比。HER-2陽性部位在細胞膜，ER、PR和Ki-67陽性部位在細胞核。

ER和PR表達判定標準：評估整張切片中陽性染色的腫瘤細胞占所有腫瘤細胞的比例，當≥1%的腫瘤細胞核呈現不同程度的著色時，即為陽性；整張切片中＜1%的腫瘤細胞核呈現不同程度的著色或完全無著色，即為陰性[3]。

HER-2表達判定標準：觀察細胞膜著色的浸潤癌細胞的比例及著色強度，結果分為(－)～(+++)，結果判讀標準(按每張切片計)：(－)：無染色或≤10%的浸潤癌細胞呈現不完整的、微弱的細胞膜染色；(+)：＞10%的浸潤癌細胞呈現不完整的、微弱的細胞膜染色；(++)：有兩種情況，第一種為>10%的浸潤癌細胞呈現不完整和(或)弱至中等強度的細胞膜染色，第二種為≤10%的浸潤癌細胞呈現強而完整的細胞膜染色；(+++)：＞10%的浸潤癌細胞呈現強而完整的細胞膜染色。對于++的病例，應該做Fisher檢測，有擴增者為陽性組，無擴增者為陰性組。將(－)、(+)、(++)無擴增定義為陰性組，將(++)擴增、(+++)定義為陽性組[4]。

Ki-67表達判定標準：正確的Ki-67免疫組織化學染色陽性應定位于細胞核，評估Ki-67陽性指數時應計數核陽性的腫瘤細胞百分比，但目前尚無統一的Ki-67陽性指數評估體系，絕大部分病理科采用人工計數的方法來評估Ki-67陽性指數。Ki-67高低表達的判定值文獻報道高低不一，2009年Cheang等[5]將Ki-67陽性指數臨界值定為14%，被2011年歐洲St．Gallen 乳腺癌共識所采納。本研究采用14%作為判斷Ki-67高低的界值。

1.5 統計學方法

所有統計學分析均采用SPSS 19.0軟件進行。使用單樣本S-W檢驗各樣本的正態分布性，正態分布數據行兩獨立樣本t檢驗，非正態分布數據行非參數檢驗(Mann-Whitney U檢驗)進行比較。探究乳腺癌ADC值和IVIM-DWI多參數值(D值、D*值、f值)與乳腺癌免疫組化指標(ER、PR、HER-2和Ki-67)不同表達情況之間是否具有統計學差異。所有統計分析均以P＜0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 臨床特征與病理結果

51例患者中，2例患者雙側均為浸潤性導管癌，2例患者為單側乳腺兩個病灶。51例患者共55個病灶，病理類型以浸潤性導管癌為主(45例，82%)，導管內癌3個，導管內乳頭狀瘤或不典型導管上皮增生(atypical ductal hyperplasia，ADH)伴癌變2個，導管內癌伴微浸潤2個，實性乳頭狀癌1個，小管癌2個。根據免疫組織化學染色結果判定：ER陽性45個病灶，陰性10個病灶；PR陽性40個病灶，陰性15個病灶；HER-2陽性14個病灶，陰性41個病灶；Ki-67高表達36個病灶，低表達19個病灶(圖1，2)。

2.2 免疫組化指標與ADC值和IVIM多參數值之間的關系

Ki-67高表達組與低表達組組間D值的差異具有統計學意義(高表達組：(0.80±0.16)× 10-3mm2/s，低表達組：(0.88±0.14)×10-3mm2/s，P=0.046)，兩組間D*值、f值和ADC值未見顯著性差異。

ER、PR及HER2陽性組與陰性組組間的D值、D*值、f值和ADC值的差異均無統計學意義。具體數據詳見表1。

3 討論

乳腺癌的發生與ER、PR分泌過多和長期作用有關，ER、PR的檢測對判斷乳腺癌的預后、指導內分泌治療具有一定的意義[3]，ER、PR陽性患者對激素治療反應性高，通過內分泌治療，可顯著改善患者預后，尤其ER、PR均陽性患者有更好的內分泌治療效果，且ER、PR陽性的乳腺癌一般分化好、發展慢，術后不易復發，生存率高。HER-2高表達的乳腺癌，細胞整合素和黏合素功能異常,侵襲力強，容易發生轉移，預后差[6]。細胞增殖抗原標記物Ki-67是一種與細胞增殖周期有關、參與DNA合成的蛋白質，Ki-67陽性指數是評估腫瘤細胞增殖活性的重要指標，可用于判斷乳腺癌的預后，影響乳腺癌治療方案的選擇，預測和判斷乳腺癌治療的療效[7]。

國內外關于ER、PR表達與ADC值之間相關性的研究較多，但目前尚無統一定論。Jeh等[8]對107例IDC患者研究發現，ER陽性表達的乳腺癌ADC值較低。Choi等[9]對290例浸潤性導管癌研究發現，ER、PR陽性組的ADC值低于ER、PR陰性組并具有統計學意義。然而，Sun等[10]對52例浸潤性導管癌研究發現，ER、PR、HER-2陽性組與陰性組的ADC平均值差異均無統計學意義(P＞0.05)。傳統的單指數模型ADC 值在一定程度上可以從分子水平評價疾病的病理生理狀態，但是生物活體內除了組織內水分子的擴散外，微循環內的血液像水分子一樣在做無規律的運動，因而擴散加權圖像同時受水分子擴散和微循環血液灌注的影響[11-12]，也就是說，傳統的ADC 值不能單純地反映水分子的擴散運動，它并沒有排除血液微循環灌注的影響。

文獻報道，乳腺惡性腫瘤的腫瘤血管生成會不同程度增加，灌注效應會導致惡性病灶的ADC值顯著升高，即微循環灌注和組織細胞構成從完全相反的方向影響ADC值[13]，且病變組織內微血管密度(microvessel density，MVD)在腫瘤邊緣區高于中心區。對于乳腺惡性腫瘤，灌注效應的影響是不可忽視的[14]，Sigmund等[15]認為乳腺癌的微循環灌注平均約占ADC 值的10% , Bokacheva等[16]研究發現在81%的乳腺癌IVIM 模型中的，微循環灌注效應的比例大于4%。IVIM雙指數模型可以通過多b值彌散加權成像生成雙指數擬合曲線，進而計算出定量多參數值，其中，純擴散系數D (Slow ADC)剔除了微循環灌注因素的影響，更為真實地反映了水分子真實的擴散情況，直接反映了組織的細胞密度，從而提高了診斷的敏感性；另外，也能在無需對比劑的條件下得到相對應的灌注參數：灌注相關擴散系數D*(FastADC)及微血管內容量分數f (fraction)[17-18]，反映出病變血流灌注的信息。本研究采用IVIM-DWI將擴散和灌注分離開，結果顯示，ER、PR、HER2陽性組與陰性組的ADC值及IVIM各參數值(D值、D*值、f值)之間差異均無統計學意義。文獻報道，ER對血管生成途徑有抑制作用，從而誘導灌注減少，進而影響ADC值[8-9，19]。Hyder等[20]研究發現，PR通過調節乳腺癌細胞的血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)促進血管生成。即ER、PR對ADC值的影響是通過影響血管生成實現的。筆者推測ER、PR、HER2與IVIM各參數無明顯相關性，可能是由于ER、PR陽性表達對微循環灌注影響小，且微循環灌注效應本身在惡性腫瘤IVIM模型中所占比例較小，遠不及組織細胞密度影響大；還有可能與選取較小的ROI且避開灌注豐富的邊緣區域有關。

Choi等[9]對290例浸潤性導管癌研究發現，Ki-67高表達組的ADC值低于Ki-67低表達組并具有統計學意義(P=0.028)。Sun等[10]對52例浸潤性導管癌研究發現， Ki-67高表達組和低表達組的ADC平均值差異無統計學意義(P=0.087)。本組結果顯示，Ki-67高表達組和低表達組的ADC平均值差異無統計學意義(P=0.491)，而Ki-67高表達組的Slow ADC平均值低于Ki-67低表達組并具有統計學意義(P=0.046)，這充分說明了ADC值不能單純地反映水分子的擴散運動，Slow ADC值診斷的敏感性高，因去除了微循環灌注影響，可真實地反映組織細胞的密度和水分子真實的擴散情況，并且Ki-67高表達的乳腺癌較Ki-67低表達的乳腺癌細胞增殖旺盛，細胞密度較高，細胞外間隙相應減小，水分子擴散運動受限更為明顯，因此代表水分子真實擴散的Slow ADC 平均值更低。

綜上所述，乳腺癌Ki-67高低表達組的IVIMDWI定量參數D值存在統計學差異，提示了通過非侵入性的影像學檢查方法預測Ki-67表達情況的潛能，即可望通過IVIM-DWI的D值來預測腫瘤的Ki-67增殖指數，進而用于判斷乳腺癌的預后，為乳腺癌患者治療方案的選擇提供一定的參考，預測和判斷乳腺癌治療的療效。筆者初步探索了IVIM多參數預測乳腺癌免疫組化指標表達情況的可行性，預示了此技術的應用前景，但還需要更大數量的樣本研究來證實。

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The feasibility of intravoxel incoherent motion to indicate immunohistochemical characteristics in breast cancer

SONG Meng-meng, ZHANG Tian-yue, WANG Li-jun, LUO Ran, WANG Deng-bin*Department of Radiology, Xinhua Hospital, School of Medicine, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200092, China
*Correspondence to: Wang DB, E-mail: dbwang8@aliyun.com

Objective:To explore the difference in apparent diffusion coeff i cient (ADC) and intravoxel incoherent motion (IVIM) parameters (D, D*, and f) of breast cancer regarding the expression of estrogen receptor (ER), progesterone receptor (PR), human epidermal growth factor receptor 2 (HER-2), and antigen identified by monoclonal antibody Ki-67.Materials and Methods:Patients suspected to be suffering from breast cancer and had undergone preoperative breast MRI with intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging in our institution between November 2015 and February 2016 were included in this study. All MR imaging examinations were performed on a 3.0 T MRI scanner (Philips, Ingenia). The ADC values were calculated from DW images at all b-values, assuming monoexponential signal shape. IVIM parameters (D, D*, and f) were obtained using multi-b-value DWI with a biexponential curve fi tting. ADC and IVIM parameters (D, D*, and f) of patients with different ER,PR, HER-2, or Ki-67 expression were compared to explore the relationships between MRI and immunohistochemical fi ndings of patients with breast cancer.Results:Fifty-f i ve breast cancer lesions (51 patients) with positive pathologic results were included in our study. Of the 55 lesions, the amount of ER positive, PR positive, HER-2 positive, and Ki-67 high-expression lesions were 45, 40, 14, and 36, respectively. Mean D values in the Ki-67 high-expression group were signif i cantly lower than those in the Ki-67 low-expression group (0.80±0.16 vs 0.88±0.14,P=0.046), while no signif i cant differences were showed in ADC, D*, and f value between the two groups. No statistical signif i cance was reached regarding the difference in mean ADC value or IVIM parameters (D, D*, and f) between the groups with different ER, PR, or HER-2 expression.Conclusions:Statistical difference in D value of IVIM parameters was found between the two groups with different Ki-67 expression in breast carcinoma. This may indicate the potential to provide a surrogate measure of Ki-67 expression through noninvasive imaging tools.

Breast neoplasms; Magnetic resonance imaging; Immunohistochemistry

國家自然科學基金(編號：81371621)；上海申康發展中心，臨床輔助科室能力(影像學科)建設(編號：SHDC22015022)

上海交通大學醫學院附屬新華醫院放射科，上海 200092

E-mail：dbwang8@aliyun.com

2016-12-15

接受日期：2017-01-20

R445.2；R737.9

A

10.12015/issn.1674-8034.2017.03.003

宋萌萌, 張天月, 王麗君, 等. IVIM多參數預測乳腺癌免疫組化指標表達的可行性研究. 磁共振成像, 2017, 8(3): 170-175.

Received 15 Dec 2016, Accepted 20 Jan 2017

ACKNOWLEDGMENTSThis work was supported by the fund of National Natural Science Foundation of China (No. 81371621) and Shanghai Shenkang Hospital Development Center (No. 22015022).