同時多層分段讀出平面回波彌散加權成像鑒別乳腺良惡性腫瘤

李 雪，嚴福華，柴維敏，朱 宏，傅彩霞，劉 薇，孫 琨*

[1.上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院放射科，上海 200025；2.西門子(深圳)磁共振有限公司應用開發部，廣東 深圳 518057]

乳腺癌在我國女性中的發病率位居惡性腫瘤第一，也是全球女性最常見的惡性腫瘤之一[1]。彌散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)及其表觀彌散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)對于診斷乳腺癌、鑒別其分子分型及評估新輔助化療療效等具有顯著價值[2]。采用多次激發分段讀出圖像，分段讀出平面回波(readout segmented echo planar，RS-EP)序列較常規MRI呈現出更高的空間分辨率及更精確的ADC，但成像時間較長，導致掃描效率降低[3]。近年開發的同時多層(simultaneous multislice，SMS)成像技術又稱多帶(multi-band，MB)技術，可利用復合射頻脈沖同時激發多個掃描層面，有效節省掃描時間[4]。本研究評價SMS技術用于乳腺RS-EP序列的可行性及全腫瘤直方紋理分析參數鑒別乳腺良惡性腫瘤的價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性分析2018年12月—2019年10月185例女性乳腺單發腫瘤患者，年齡16～84歲，平均(49.6±13.0)歲；根據腫瘤性質分為良性組(n=58)及惡性組(n=127)。納入標準：①經MRI診斷為乳腺影像報告和數據系統(breast imaging reporting and data system，BI-RADS)4類或5類腫物；②經乳腺腫物穿刺活檢或手術取得病理結果。排除標準：①MR檢查前接受穿刺活檢等有創檢查；②影像學或病理學資料不完整；③DWI圖像質量不佳。檢查前患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Magnetom Aera 1.5T MR掃描儀，配備18通道雙側乳腺相控線圈。囑患者俯臥，使雙側乳房自然懸垂于線圈內，頭先進。采集乳房軸位SMS RS-EP DWI圖像，參數：TR 3 800.0 ms，TE 90.0 ms，FOV 340 mm×340 mm，矩陣192×192，分段讀出次數5，b=0、800 s/mm2，掃描時間3 min。平掃后以2.0 ml/s流率經上肢靜脈注射釓噴酸葡胺(469.01 mg/ml，0.2 ml/kg體質量)，以相同流率跟注15 ml生理鹽水，行動態對比增強MR(dynamic contrast enhanced MR, DCE-MR)掃描，參數：TR 4.58 ms，TE 1.89 ms，層厚1.5 mm，FOV 360 mm×360 mm；共采集5期圖像，每個時相掃描時間為90 s。

1.3 圖像分析 由具有2年和7年工作經驗的放射科醫師各1名(分別表示為R1和R2)，觀察病變影像學表現，意見不一致時與第3名具有8年以上工作經驗放射科醫師商討決定。以Siemens MR多參數分析軟件對SMS RS-EP DWI圖像行全腫瘤直方紋理分析，將b值為800 s/mm2的DWI圖及ADC圖導入軟件；于b值為800 s/mm2的DWI多平面重建圖像中勾畫病灶ROI內、外初始種子點，以之分別代表病灶及其周圍體素；軟件據此三維分割病灶，必要時加以人工校正。軟件基于三維分割結果自動計算出7個直方圖參數，即平均值(Mean)、標準差(SD)、中位數(Median)、百分位數(5th、95th)、偏斜度(Skewness)及峰度(Kurtosis)，以及4個紋理參數，包括彌散熵(Diff-entropy)、彌散方差(Diff-variance)、對比度(Contrast)及熵(Entropy)。每名醫師間隔≤7天操作2次，由第3名醫師記錄并匯總最終結果，以上參數取平均值作為結果。見圖1、2。

圖1 患者女，36歲，良性葉狀腫瘤 A.軸位DWI圖示右乳上部信號明顯增高(箭)，邊界較清晰；B.ADC圖示右乳上部未見明顯信號減低區(箭)，ADC值約1.62×10-3 mm2/s

1.4 統計學分析 采用SPSS 24.0及MedCalc 15.6.1統計分析軟件。以±s表示計量資料，組間行獨立樣本t檢驗；以頻數表示計數資料，組間行χ2檢驗。以組內相關系數(intra-class correlation coefficient，ICC)評價R1的2次紋理分析結果、R1與R2間首次紋理分析結果的可重復性，ICC<0.40為一致性差，0.40≤ICC≤0.75為一致性中等，0.750.90為一致性極好。繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線，計算曲線下面積(area under the curve，AUC)，評價全腫瘤定量參數鑒別乳腺良惡性腫瘤的效能。P<0.05為差異有統計學意義。

圖2 患者女，58歲，浸潤性導管癌 A.軸位DWI圖示右乳外上象限腫塊，信號明顯增高(箭)，邊界較清晰；B.ADC圖示右乳外上象限局部區域信號減低(箭)，ADC值約0.72×10-3 mm2/s

2 結果

本研究良性組患者平均年齡(42.8±12.7)歲，惡性組(52.7±12.0)歲(t=5.14，P<0.01)。

2.1 影像學特征 2組病灶長徑差異無統計學意義(P>0.05)；DCE-MRI曲線類型差異具有統計學意義(P<0.05)，見表1。良性組57例呈腫塊強化、1例呈非腫塊樣強化；惡性組121例呈腫塊樣強化、6例呈非腫塊強化。組間腫塊樣強化病灶的形狀、邊緣及內部強化情況差異均具有統計學意義(P均<0.05)，見表2。非腫塊強化病灶中，良性組1例呈局灶性分布，惡性組6例，其中2例呈局灶性分布。

表1 乳腺良、惡性腫瘤MRI特征

表2 腫塊樣強化的乳腺良惡性腫瘤MRI特征(例)

2.2 一致性 觀察者內全腫瘤直方紋理分析結果的ICC為0.54～0.96，觀察者間ICC為0.59～0.96。觀察者內及觀察者間ADCKurtosis、觀察者間ADCEntropy一致性中等，其余參數一致性較好或極好。見表3。

表3 觀察者內及觀察者間全腫瘤直方紋理分析結果的一致性

2.3 紋理參數 除ADCSD和ADCKurtosis外，組間其他全腫瘤直方紋理參數差異均有統計學意義(P均<0.05)，見表4。

表4 乳腺良、惡性腫瘤SMS RS-EP DWI序列全腫瘤直方紋理參數比較(±s)

表4 乳腺良、惡性腫瘤SMS RS-EP DWI序列全腫瘤直方紋理參數比較(±s)

組別Mean(×10-3mm2/s)SDMedian(×10-3mm2/s)5th(×10-3mm2/s)95th(×10-3mm2/s)Kurtosis良性組(n=58)1.43±0.25254.38±91.121.43±0.371.00±0.341.82±0.391.00±1.80惡性組(n=127)1.01±0.28281.94±92.260.98±0.260.60±0.231.52±0.341.13±1.47t值-8.051.89-8.38-9.25-5.240.49P值<0.010.06<0.01<0.01<0.010.63組別SkewnessDiff-entropyDiff-varianceContrastEntropy良性組(n=58)-0.23±0.701.88±0.203.00±2.048.20±4.792.87±0.28惡性組(n=127)0.55±0.602.07±0.173.45±1.3310.38±4.193.10±0.29t值7.856.201.873.175.18P值<0.01<0.010.030.02<0.01

2.4 鑒別效能 直方圖參數中，ADCMedian鑒別乳腺良惡性腫瘤的AUC最高(0.879)，敏感度和特異度分別為82.68%和82.76%；紋理參數中，ADCEntropy的AUC最高(0.764)，敏感度和特異度分別為60.63%和86.21%；見表5。ADCMedian和ADCEntropy聯合鑒別的AUC為0.911，敏感度和特異度分別為90.55%和81.03%，見圖3。

表5 全腫瘤直方紋理參數分析鑒別乳腺良、惡性腫瘤的效能

圖3 ADCMedian、ADCEntropy及二者聯合鑒別乳腺良、惡性腫瘤的ROC曲線

3 討論

加快掃描速度和提高圖像質量是MR技術發展的重要方向。SMS技術與平面回波成像(echo planar imaging，EPI)已廣泛用于研究全身多個領域。FILLI等[5]采用SMS技術進行乳腺成像，發現SMS RS-EPI序列可在保持圖像ADC和信噪比(signal noise ratio，SNR)不變的情況下縮短掃描時間，并推薦最佳加速因子為2。OHLMEYER等[6]進一步關注SMS技術在保持DWI序列圖像質量及顯示病變能力不變前提下的加速作用，發現結合SMS技術可明顯縮短DWI掃描時間，且圖像質量及顯示病變與傳統單次激發EPI(single shot EPI, SS-EPI)序列相當。如何在掃描時間不變的前提下利用SMS技術進一步提高DWI圖像層面內空間分辨率少見報道[7]。本研究對常規RS-EPI序列的掃描時間加以調整，使其在合理范圍內(約3 min)，結合SMS技術增大掃描矩陣，并進一步分析SMS RS-EPI序列的ADC圖，利用全腫瘤直方紋理分析軟件計算7種直方圖參數和4種紋理參數，評價SMS RS-EP DWI鑒別乳腺良、惡性腫瘤的效能。

RS-EP DWI采用多次激發分段讀出EPI的方式填充K空間數據，相比傳統DWI序列極大降低了回波間隙，可克服幾何變形及磁敏感偽影，進而提高圖像SNR及空間分辨率，顯示病灶邊界及微小病變更為清晰[8]。臨床工作中，如何提高RS-EPI序列掃描速度是亟待解決的問題。SMS技術沿層選方向加速，將多個射頻脈沖調制成單個寬帶脈沖，實現了同時激發和采集多個掃描層面，大大縮短了成像的TR[9]。此外，SMS技術還能在TR相同的前提下激發更多層數或進一步提高圖像分辨率；可與多個MR序列如EPI、DWI等相結合，在保證圖像質量的同時明顯縮短成像時間，實現薄層、大視野及大范圍成像[7]。

既往研究[10-11]證實，直方圖及紋理分析診斷乳腺癌具有較高價值。相比單個或多個層面勾畫ROI，全腫瘤直方紋理分析對病灶進行三維分割，可更準確地評估腫瘤的異質性。本研究多個定量參數的測值均具有較好或極好的一致性(ICC均>0.75)。

本研究良、惡性組間直方圖參數ADC百分位數、偏斜度(ADCSkewness)及紋理參數差異均有統計學意義(P均<0.05)，惡性組的百分位數值低于良性組，而其ADCSkewness高于良性組。DWI對組織中水分子的隨機熱運動較為敏感，而乳腺惡性腫瘤細胞致密，細胞外間隙小，水分子運動受限，故其ADC明顯低于良性腫瘤[12]。ADCSkewness可反映曲線分布的對稱性，不對稱曲線的尾部位于平均值右側時多為正值，代表整體ADC偏小[13]。傳統ADC的平均值和中位數對于診斷乳腺腫瘤仍具有一定價值。ADCEntrophy可反映灰度值空間分布的隨機性，是評估腫瘤異質性的參數之一。本研究惡性組紋理參數值均高于良性組，原因可能在于紋理分析基于像素灰度值空間分布特征進行計算，且惡性腫瘤的生物學特征相對多樣化。直方圖和紋理參數中，分別以ADCMedian和ADCEntropy鑒別診斷乳腺良、惡性腫瘤的效能最佳，二者聯合診斷的AUC為0.911，敏感度和特異度分別為90.55%和81.03%。

本研究的主要不足之處：①為單中心研究，樣本量有限且分布不均衡；②納入非腫塊病灶可能影響勾畫ROI的準確性；③未評估圖像質量，而是基于前期工作經驗及數據積累直接進行全腫瘤直方紋理分析；④全腫瘤直方紋理分析步驟相對煩瑣與耗時。

綜上所述，SMS RS-EP DWI序列鑒別乳腺良、惡性腫瘤具有一定價值；結合全腫瘤直方紋理分析可提供更豐富信息。