擴散磁共振定量參數在乳腺原位癌與浸潤性乳腺癌中的鑒別診斷

張勇

乳腺癌是嚴重威脅女性健康的常見惡性腫瘤，且發(fā)病率一直呈上升趨勢，據國家相關統(tǒng)計數據顯示，我國乳腺癌發(fā)病率位居女性惡性腫瘤的第一位[1]。通過穿刺或手術方法獲取乳腺癌病理結果是現行的主要確診方式，根據病理結果，可以將乳腺癌大致上分為非浸潤性乳腺癌(乳腺原位癌)和浸潤性乳腺癌；對于浸潤性乳腺癌，通過癌細胞導管的形態(tài)、核的異型性以及核分裂數目還可以細分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級，分級越高的乳腺癌其5年生存期越差，浸潤性乳腺癌的分級已經成為判斷乳腺癌預后的非常有意義的指標，臨床制訂治療方案需要結合乳腺腫瘤的病理類型[2-3]。

手術和穿刺獲取的癌細胞分級給患者本身帶來了很大的傷害，MRI通過無創(chuàng)方式可以實現腫瘤病灶的全面評估，前期的研究表明MRI可以用于乳腺癌的病理分級。基于此，本研究嘗試通過乳腺擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)實現對乳腺原位癌以及浸潤性乳腺癌不同分級的綜合鑒別診斷。

1 材料與方法

1.1 病例收集

本研究系統(tǒng)性收集了自2016年10月至2018年10月在我院行乳腺磁共振檢查的病例137例，通過手術和病理穿刺結果可以將乳腺癌患者分為乳腺原位癌(37例)、浸潤性乳腺癌Ⅰ級(31例)、浸潤性乳腺癌Ⅱ級(40例)以及浸潤性乳腺癌Ⅲ級(29例)。其中腫瘤患側位置位于左側的64例，患側位置位于右側的73例，患者年齡(46.33±10.1)歲，磁共振檢查獲取每位患者的T1WI、T2WI、DWI以及磁共振動態(tài)增強成像。

1.2 MR掃描方案

掃描時患者頭先進，采用俯臥位并用乳腺專用線圈進行MRI掃描，MRI掃描儀采用西門子3.0 T磁共振掃描儀(MAGNETOM, Verio)。具體掃描參數如下：(1)MRI掃描平面分為軸位T1WI (TR 640 ms，TE 8.9 ms)、T2WI (TR 4500 ms，TE 88.2 ms)，掃描視野32 cm×32 cm，層厚4.0 mm，層距1 mm，矩陣256×192。(2) DWI掃描參數：TR 3300 ms，TE 71.9 ms，擴散敏感系數b值取800 s/mm2，層厚4.0 mm，層距1 mm，間隔20%，掃描視野32 cm×32 cm，矩陣256×192。

磁共振動態(tài)增強成像采用歐乃影(GE Healthcare Life Science，Shanghai, China)進行成像，對比劑注射速率4 mL/s，注射劑量0.2 mL/kg，由患者肘靜脈經高壓注射器進行注射，對比劑注射完成后，以相同速率注射20 mL生理鹽水。T1對比增強成像的詳細參數如下：FOV 32 cm×32 cm，層厚4.0 mm，層數64層，層間距 1 mm，矩陣 256×192，TR 640 ms，TE 8.9 ms，共掃描5期對比增強成像，每期掃描時間為40 s，總共掃描時間約為4 min 30 s。

1.3 圖像后處理

由兩位經驗豐富的影像醫(yī)生完成圖像后處理操作，對于每一例患者選取腫瘤病灶最大層面進行DWI后處理，勾畫病灶感興趣區(qū)域時避免壞死囊變。DWI后處理分兩部分進行，第一步，采用西門子影像后處理工作站對DWI進行后處理操作，獲取表觀擴散系數(apparent diffusivity coefficient，ADC)圖，并測量腫瘤的ADC值，重復測量3次取平均值；第二步，將DWI圖像輸入MATALB (Mathworks, Natick, MA, USA)中，獲取相同層面腫瘤DWI圖像的直方圖參數，重復測量3次，對于每一個直方圖參數，取3次的平均值作為最終值，后處理流程如圖1所示。

在MATLAB軟件中勾畫DWI圖像上腫瘤邊界時，需參照西門子工作站中測量ADC時腫瘤邊界勾畫方式，保證對于每一例乳腺癌患者在ADC圖像中勾畫腫瘤病灶獲取ADC參數以及在DWI圖像中勾畫腫瘤病灶獲取直方圖參數取自相同層面、相同位置的病灶。

1.4 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件進行分析，對DWI獲取的定量化參數采用非參數Mann-Whitney檢驗和受試者工作操作(receiver operator characteristic，ROC)曲線分析參數對不同分組乳腺癌的鑒別能力，其中P＜0.05認為參數對兩組樣本差異有統(tǒng)計學意義，通過ROC曲線下面積評判參數對兩組樣本鑒別診斷的敏感性和特異性。

圖1 DWI圖像后處理分析流程Fig. 1 Analysis flow of post-processing for DWI image.

表1 患者基本信息 Tab. 1 Basic information of patients

表2 ADC值在乳腺原位癌與浸潤性乳腺癌的非參數Mann-Whitney檢驗Tab. 2 Nonparametric Mann-Whitney test of ADC value for in situ- and invasive breast cancer

2 結果

本研究納入的乳腺癌患者的統(tǒng)計分析如表1所示。卡方檢驗用來評估原位癌與浸潤性癌在年齡、患側位置上的分布，結果顯示年齡、患側位置在兩類樣本間差異均無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。

乳腺原位癌、浸潤性乳腺癌I級、浸潤性乳腺癌Ⅱ級以及浸潤性乳腺癌Ⅲ級的DWI圖像、ADC圖像以及腫瘤DWI直方圖曲線如圖2所示。每一類乳腺癌的直方圖曲線取自DWI圖像中紅色不規(guī)則圖形所勾畫的腫瘤感興趣區(qū)域。

由表2可知，乳腺原位癌、浸潤性乳腺癌I級、浸潤性乳腺癌Ⅱ級以及浸潤性乳腺癌Ⅲ級的ADC值約為1×10-3mm2/s。對比分析顯示乳腺原位癌與浸潤性乳腺癌差異有統(tǒng)計學意義，ROC曲線下面積為0.712，敏感性為0.647，特異性為0.842(圖3)。浸潤性乳腺癌Ⅰ級與浸潤性乳腺癌II級，浸潤性乳腺癌Ⅱ級與浸潤性乳腺癌Ⅲ級之間的ADC值差異無統(tǒng)計學意義。

圖2 乳腺原位癌(43歲)、浸潤性乳腺癌Ⅰ級(54歲)、浸潤性乳腺癌Ⅱ級(52歲)以及浸潤性乳腺癌Ⅲ級(61歲)的DWI和ADC圖以及腫瘤感性區(qū)域的直方圖曲線Fig. 2 DWI and ADC image of carcinoma in situ (43 years old), invasive breast cancer grade Ⅰ (54 years old), invasive breast cancer grade Ⅱ (52 years old) and invasive breast cancer grade Ⅲ (61 years old), and histograms of each breast cancer.

圖3 ADC參數在乳腺原位癌與浸潤性乳腺癌的ROC分析(ROC曲線下面積為0.712，敏感性0.647為，特異性為0.842，最大約登指數為0.515)Fig. 3 ROC analysis of ADC parameters for in situ- and invasive breast cancer (the area under ROC curve was 0.712, the sensitivity was 0.647, the specificity was 0.842, and the maximum Youden index was 0.515).

DWI腫瘤區(qū)域直方圖參數如表3所示，直方圖參數包括強度最大值、強度最小值、強度值標準差、偏度、峰度、能量值、熵值。直方圖參數的強度最大值在乳腺原位癌與浸潤性乳腺癌(P=0.037)，浸潤性乳腺癌Ⅰ級與浸潤性乳腺癌Ⅱ級(P=0.024)，浸潤性乳腺癌Ⅱ級與浸潤性乳腺癌Ⅲ級(P＜0.01)中差異均有統(tǒng)計學意義。最大強度值在乳腺原位癌與浸潤性乳腺癌，浸潤性乳腺癌Ⅰ級與浸潤性乳腺癌II級，浸潤性乳腺癌Ⅱ級與浸潤性乳腺癌Ⅲ級的ROC曲線下面積分別為0.699、0.703、0.777(圖4、表4)。

3 討論

3.1 ADC在乳腺癌中的鑒別研究

本文嘗試將DWI的ADC值應用在乳腺癌病理分級的研究中，研究結果發(fā)現，ADC值在乳腺原位癌與浸潤性乳腺癌的鑒別診斷中存在顯著性差異，ROC曲線分析表明ADC對兩類乳腺癌的鑒別診斷有著較高的敏感性和特異性。這一結果與之前的研究結果一致，賀延莉等[4]以及Bickel 等[5]采用DWI的ADC參數對乳腺原位癌以及浸潤性癌的分析結果同樣發(fā)現DWI在乳腺癌病理分型上可提供一些其他MRI序列無法獲得的有價值的信息，ADC值對乳腺癌的浸潤性有著輔助診斷的作用。

表3 直方圖參數在乳腺原位癌與浸潤性乳腺癌的非參數Mann-Whitney檢驗(P值)Tab. 3 Nonparametric Mann-Whitney test of histogram parameters on in situ- and invasive breast cancer (P value)

表4 強度最大值在乳腺原位癌與浸潤性乳腺癌的ROC分析Tab. 4 ROC analysis of maximum intensity for in situ- and invasive breast cancer

圖4 最大強度值在乳腺原位癌與浸潤性乳腺癌的ROC分析。A：乳腺原位癌VS浸潤性乳腺癌；B：浸潤性乳腺癌Ⅰ級VS浸潤性乳腺癌Ⅱ級；C：浸潤性乳腺癌Ⅱ級VS浸潤性乳腺癌Ⅲ級Fig. 4 ROC analysis of in situ- and invasive breast cancer. A: Breast cancer in situ vs invasive breast cancer； B: Invasive breast cancer grade Ⅰ vs invasive breast cancer grade Ⅱ； C: Invasive breast cancer grade Ⅱ vs invasive breast cancer grade Ⅲ.

對腫瘤組織內部來說，微血管分布不均，形態(tài)不規(guī)則，由于微血管、細胞等的變化而引起的微環(huán)境的改變會導致水分子在腫瘤組織內部擴散受限。乳腺癌大多有較高的細胞密度，細胞間隙較小，水分子擴散受限明顯，ADC值減低。在乳腺癌的不同病理類型中，乳腺原位癌沒有侵犯周邊的腺體和導管，癌細胞只出現在上皮層內，未破壞基底膜或侵入其下的組織，浸潤性乳腺癌是原位癌細胞突破基底膜后形成的腫瘤，其形狀不規(guī)則，邊緣為針刺狀、放射狀或鋸齒狀，周圍腺體分界不清。浸潤性乳腺癌與乳腺原位癌相比其惡性程度高，細胞密度高，水分子擴散運動受限更加明顯，因而ADC值較低。

此外，在本研究中，浸潤性乳腺癌的ADC值隨著浸潤性分級的提高而逐漸下降，這一現象與之前的研究結果保持一致[6]，但ADC參數在浸潤性乳腺癌的Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級的鑒別診斷中無顯著性差異。

3.2 直方圖參數在乳腺癌中的研究

本研究中，DWI圖像的直方圖參數顯示，DWI圖像直方圖的最大強度值參數在乳腺原位癌與浸潤性乳腺癌、浸潤性乳腺癌Ⅰ級與浸潤性乳腺癌Ⅱ級以及浸潤性乳腺癌Ⅱ級與浸潤性乳腺癌Ⅲ級之間均存在顯著性差異。ROC曲線分析顯示，最大強度值參數在不同類型乳腺癌的鑒別中有著較好的敏感性和特異性。

直方圖參數描述了腫瘤區(qū)域內部像素的整體分布情況，腫瘤區(qū)域內部的差異在DWI圖像上以不同的灰度值顯示并通過直方圖參數來量化[7-8]，即直方圖參數反映的是腫瘤異質性，前期研究結果顯示直方圖參數對腫瘤感興趣區(qū)域的描述相較于傳統(tǒng)的功能定量參數(如ADC值)更加有效[9-10]。在本研究中，不同病理分級的浸潤性乳腺癌的異質性可以被直方圖參數體現出來。鑒于本研究中的病例數量較多，納入研究的不同病理類型的乳腺癌數量分布相對均衡，DWI圖像直方圖參數的最大強度值可以實現對不同病理分型乳腺癌的輔助鑒別診。

4 總結與展望

本研究中，由乳腺DWI圖像得到的定量參數分為ADC和直方圖參數兩類。第一類定量參數即ADC值，ADC值是成像區(qū)域的功能定量參數，ADC參數間接反映了成像感興趣區(qū)域的血管、細胞以及微環(huán)境的變化。在本研究中，腫瘤細胞微環(huán)境的變化所導致的水分子自由擴散作用(即ADC值)在浸潤性乳腺癌中無顯著性差異。第二類定量參數即DWI圖像的直方圖參數，腫瘤血管、細胞等的變化所導致的灰度值變化可以通過直方圖參數直接表現出來。本研究結果表明，基于影像圖像本身的研究可能能夠更加有效地反映腫瘤的異質性，為腫瘤的鑒別、分類、預后等提供更多有價值的臨床信息。

利益沖突：無。