乳腺磁共振波譜分析特征與影響因素研究

李偉 龍晚生 陳曼瓊 羅學(xué)毛 吳國(guó)昌 何義改 廣東省江門市中心醫(yī)院 (江門 529030)

乳腺癌是婦女最常見的惡性腫瘤之一，近年來受飲食習(xí)慣及其它因素的影響，其發(fā)病率明顯增高。隨著乳腺外科的發(fā)展，要求保乳手術(shù)者逐漸增多，臨床迫切需要對(duì)乳腺癌進(jìn)行術(shù)前定性和判斷有無多發(fā)病灶，乳腺磁共振成像技術(shù)在乳腺腫瘤的鑒別診斷中顯示出其突出優(yōu)勢(shì)。

磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy, MRS)分析利用磁共振J-耦合現(xiàn)象和化學(xué)位移作用，進(jìn)行特定原子核及其化合物定量分析的方法。是目前唯一無創(chuàng)性研究人體內(nèi)部器官及組織代謝、生理生化改變的定量分析方法，已廣泛應(yīng)用于腫瘤的研究，如腦腫瘤、乳腺腫瘤、骨腫瘤、前列腺腫瘤等。

本文通過對(duì)39例乳腺患者(52個(gè)惡性腫瘤、36個(gè)良性腫瘤、20個(gè)正常腺體)進(jìn)行常規(guī)MRI成像和MRS分析，探討乳腺M(fèi)RS成像的特點(diǎn)和影響因素。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

2009年4月～2010年5月有明確病理結(jié)果的39例女性患者中的88個(gè)占位性病灶和20個(gè)正常腺體行乳腺M(fèi)RS檢查，共108個(gè)興趣區(qū)MRS作為研究對(duì)象。88個(gè)乳腺病灶中包括良性病灶36個(gè)(纖維腺瘤22個(gè)、乳腺增生癥伴纖維腺瘤樣改變7個(gè)、導(dǎo)管內(nèi)乳頭狀瘤3個(gè)、囊腫4個(gè))和惡性病灶52個(gè)(浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌34個(gè)、浸潤(rùn)性小葉癌9個(gè)、中-高分化鱗癌1個(gè)、葉狀囊肉瘤3個(gè)、乳頭狀腺癌2個(gè)、小細(xì)胞癌2個(gè)、髓樣癌1個(gè))?；颊吣挲g27～58歲，平均35.6±10.2歲，病灶大小0.6～7.8cm，平均2.5±1.0cm。

1.2 儀器與方法

采用Philips Achieva 1.5T雙梯度超導(dǎo)磁共振掃描儀，雙環(huán)極陣列乳腺線圈，患者取俯臥位，雙側(cè)乳腺自然懸垂于乳腺線圈內(nèi)，用墊子適當(dāng)填充固定，讓患者有個(gè)比較舒適的體位，掃描過程中保持靜止。

MRI平掃：快速反轉(zhuǎn)恢復(fù)磁化準(zhǔn)備壓脂SE橫斷面T2WI掃描，TR/TE =8900/67ms，TI=180ms，層厚3.0mm，掃描時(shí)間2min15s；快速小角度激發(fā)三維成像橫斷面T1WI掃描，TR/TE =11/4.76 ms，層厚3.0mm，掃描時(shí)間1min30s；雙矢狀位T2WI飽和壓脂掃描，TR/TE =6900/90ms，TI=180ms，層厚3.0mm，掃描時(shí)間2min18s?？筛鶕?jù)實(shí)際需要選擇其它序列進(jìn)行掃描，如動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描等，以便更好的觀察病變，但切記乳腺M(fèi)R掃描最基本最有效的序列是脂肪抑制序列。

1H-MRS：采用單體素波譜( single voxel spectroscopy, SVS)檢查方法，點(diǎn)分辨波譜分析法(point resolved spectroscopy, PRESS)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，TR/TE=1650/120ms，翻轉(zhuǎn)角90?，采集次數(shù)218，掃描時(shí)間4min32s。1H-MRS采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)Philips工作站軟件進(jìn)行后處理。主要觀察的代謝物有膽堿(choline,Cho)和肌酸 (Creatine, Cr)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

用SPSS 13.5統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)MRS數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，共分為三大組統(tǒng)計(jì)：惡性腫瘤與良性腫瘤間、惡性腫瘤與良性病變(含正常組織) 間、良性腫瘤與良性病變(含正常組織)間。統(tǒng)計(jì)分析方法包括：方差齊性檢驗(yàn)，各組間均數(shù)比較，t 檢驗(yàn)等。以P<0.05為顯著性差異，與病理結(jié)果及MRI表現(xiàn)相對(duì)照。

2 結(jié)果

2.1 乳腺M(fèi)RS特征

52個(gè)惡性病灶中，包括浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌34個(gè)，浸潤(rùn)性小葉癌9個(gè)，中-高分化鱗癌1個(gè)，葉狀囊肉瘤3個(gè)，乳頭狀腺癌2個(gè)，小細(xì)胞癌2個(gè)，髓樣癌1個(gè)；MRS成像中，有39個(gè)病灶在3.22ppm處出現(xiàn)明顯Cho峰(圖1)，為75.00%(39/52)，有11個(gè)病灶未在3.22ppm處出現(xiàn)明顯Cho峰，為21.15%(11/52)，2個(gè)掃描失敗，無可分析譜線形成。36個(gè)良性病灶中，包括纖維腺瘤22個(gè)，乳腺增生癥伴纖維腺瘤樣改變7個(gè)，導(dǎo)管內(nèi)乳頭狀瘤3個(gè)，囊腫4個(gè)；MRS成像中，有8個(gè)病灶在3.22ppm處出現(xiàn)Cho峰，為22.22%(8/36)，24個(gè)病灶未在3.22ppm處出現(xiàn)Cho峰，為66.67%(24/36)，4個(gè)病灶掃描失敗，無可析譜線形成。52個(gè)乳腺惡性病灶的信噪比SNR為2.08±0.53，大于2.00，36個(gè)良性病灶的信噪比SNR為1.72±0.45，小于2.00，二組有顯著性差異(P<0.05)(表2)。乳腺惡性病灶的Cho/Cr值為3.83±1.32，乳腺良性病灶的Cho/Cr值為1.42±0.71，惡性病變組值明顯高于良性病變組，二者之間有顯著性差異(P<0.05)(表3)。20個(gè)正常腺體中未出現(xiàn)Cho峰(圖2) 。以Cho峰鑒別乳腺良惡性病變的靈敏度為75.00%，特異性為96.32%，陽性預(yù)測(cè)值為98.32 %，陰性預(yù)測(cè)值為73.25%(P<0.05)，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2 乳腺M(fèi)RS的影響因素

通過大量的乳腺M(fèi)RS成像，我們發(fā)現(xiàn)影響乳腺M(fèi)RS質(zhì)量的因素有核的敏感性和濃度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)均勻性、機(jī)器壓水壓脂性能、體素大小和位置、對(duì)比劑、信噪比、空間分辨率及患者合作程度等(表4)。

3 討論

3.1 乳腺M(fèi)RS的特點(diǎn)

表1 乳腺良惡性組出現(xiàn)Cho峰的病灶個(gè)數(shù)

表2 乳腺良惡性組病灶信噪比比較

表3 乳腺良惡性組病灶各代謝產(chǎn)物比較

表4 各因素對(duì)乳腺M(fèi)RS質(zhì)量的影響

圖2 同一患者左側(cè)正常乳腺1HMRS，Cho峰低平，Cr峰清晰，Cho/Cr比值較小，為1.46，腺體信噪比為1.73

乳腺1H-MRS主要測(cè)量組織的Cho含量。Cho及其代謝物含量反映了乳腺上皮細(xì)胞的代謝水平，主要參與細(xì)胞膜運(yùn)輸及擴(kuò)散功能。作為活性代謝物的游離Cho在正常組織中濃度較低，Cho含量升高反映細(xì)胞膜合成增加或細(xì)胞增殖加快。惡性腫瘤細(xì)胞增殖旺盛，快速的細(xì)胞分裂導(dǎo)致細(xì)胞增殖加快和膜轉(zhuǎn)運(yùn)增加，Cho含量也隨之升高；同樣良性腫瘤若在短期內(nèi)迅速生長(zhǎng)，Cho含量也可升高[1]。本研究組中52個(gè)惡性病灶中有39個(gè)在3.22ppm處出現(xiàn)Cho峰，Cho/Cr升高，36個(gè)良性病灶中有8個(gè)在3.22ppm處出現(xiàn)Cho峰。

3.2 影響乳腺M(fèi)RS質(zhì)量的因素

理想狀態(tài)下，單一磁共振譜線對(duì)應(yīng)某種特定代謝物，但實(shí)際上不同代謝物的譜線經(jīng)常有重疊，甚至完全重合，為保證波譜檢查質(zhì)量，必須充分理解波譜信號(hào)產(chǎn)生的影響因素。影響乳腺M(fèi)RS敏感性的因素主要有核的敏感性和濃度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)均勻性、機(jī)器壓水壓脂性能、體素大小和位置、對(duì)比劑、信噪比、空間分辨率及患者合作程度等，其中磁場(chǎng)均勻性、機(jī)器壓水壓脂性能、體素大小和位置尤為重要。

3.2.1 核的敏感性和濃度

對(duì)活體組織進(jìn)行MRS測(cè)量時(shí)，某種化合物必須達(dá)到一定的濃度，才有足夠的信號(hào)強(qiáng)度加以分析。如檢測(cè)1H核代謝物的濃度要達(dá)到100μmol～1mmol/ l。由于一般代謝物含量較低，MRS檢測(cè)的敏感性很低，故盡管能用于MRS研究的原子核有1H、31P、12C、23Na、19F等，但臨床上常用的原子核為1H，31P。而1H核的自然豐度和感應(yīng)性在所有核中最高，MRS檢測(cè)的敏感性也最高，同時(shí)1H-MRS檢測(cè)無需增加特殊硬件，臨床應(yīng)用最廣。

3.2.2 磁場(chǎng)均勻性

MRS原理決定了磁場(chǎng)均勻性對(duì)MRS質(zhì)量起至關(guān)重要的作用。在外加磁場(chǎng)中，生物大分子的原子核周圍環(huán)繞的電子云產(chǎn)生微小的磁場(chǎng)對(duì)抗外加磁場(chǎng)，導(dǎo)致原子和局部的磁場(chǎng)降低，稱為電子云的屏蔽作用。同一種原子核在不同的生物大分子中，周圍電子云的分布和運(yùn)行狀態(tài)不同，屏蔽后的局部磁場(chǎng)會(huì)有細(xì)微不同，所產(chǎn)生的共振頻率也有所差異，這種現(xiàn)象稱為化學(xué)位移，是MRS成像的基礎(chǔ)，由于波譜是以化學(xué)位移的細(xì)小變化為基礎(chǔ)的，所以要求外加磁場(chǎng)均勻，而波譜的信噪比和分辨率部分決定于譜線線寬，譜線線寬受原子核自然線寬和磁場(chǎng)均勻度的影響，內(nèi)磁場(chǎng)的均勻度越高，線寬越小，基線越平滑。由于乳腺組織中含有大量的脂肪和水分，在1H-MRS檢查中必須進(jìn)行抑水、抑脂和勻場(chǎng)，對(duì)機(jī)器性能條件要求較高。如果水和脂肪抑制不完全，就會(huì)造成基線不平穩(wěn)，線寬加大，造成譜峰重疊干擾。

3.2.3 壓水壓脂能力

通常代謝物的信號(hào)強(qiáng)度跟水信號(hào)強(qiáng)度相差10000倍，使與水信號(hào)化學(xué)位移相鄰近的化合物易被掩蓋，難以觀察。因此水峰的抑制非常關(guān)鍵。大多數(shù)的水峰抑制技術(shù)是根據(jù)水峰的共振頻率，在對(duì)代謝物自旋核進(jìn)行激發(fā)之前，先選擇性使水峰飽和，稱為預(yù)飽和方法。另外乳腺組織含有大量脂肪，較高的脂肪峰干擾膽堿峰和肌苷峰的出現(xiàn)，因此機(jī)器要有良好的壓脂性能。

3.2.4 體素大小與位置

為提高1H-MRS敏感性，要求感興趣區(qū)有嚴(yán)格的邊界。體素太小且未放置在代謝活躍的腫瘤區(qū)，則不能真正反映腫瘤的特征；體素太大，由于部分容積效應(yīng)導(dǎo)致正常組織的沾染，從而影響波譜分析的結(jié)果；體素增大會(huì)提高M(jìn)RS的信噪比，但同時(shí)也降低了空間分辨率，因此體素大小和位置選擇對(duì)MRS至關(guān)重要。

3.2.5 對(duì)比劑

MR對(duì)比劑是否對(duì)MRS產(chǎn)生影響仍存在爭(zhēng)議。Tailor 等[2]認(rèn)為順磁性對(duì)比劑可能會(huì)對(duì)腫瘤的Cho信號(hào)產(chǎn)生影響。Fanklyn 等[3]對(duì)腦腫瘤的MRS研究表明，注射對(duì)比劑前后各代謝峰無明顯變化。其它文獻(xiàn)認(rèn)為不管釓鰲合物對(duì)細(xì)胞的代謝存在哪些潛在影響，MRS仍能準(zhǔn)確的區(qū)別腫瘤與非腫瘤病變。

3.2.6 信噪比

乳腺腫瘤1H-MRS中的膽堿信號(hào)受MR掃描信噪比的影響。提高膽堿信噪比的方法有采用高場(chǎng)強(qiáng)掃描系統(tǒng)(>1.5T)，改進(jìn)MR脈沖序列(3.2×10-6ppm)，研究更適合乳腺波譜檢查的表面線圈及相應(yīng)的處理軟件等。通過對(duì)活體1H-MRS的研究發(fā)現(xiàn)，信噪比與場(chǎng)強(qiáng)呈線性正相關(guān)。Dreher等[6]在空間定位RARE和化學(xué)位移編碼技術(shù)基礎(chǔ)上采用4.7T研究健康小鼠的腦組織，獲得一種新的MR快速波譜成像技術(shù)。Katz-Brull等[4]建議使用長(zhǎng)回波時(shí)間(135～270ms) 以增強(qiáng)膽堿信號(hào)的顯示，又能減少脂肪信號(hào)的重疊。應(yīng)用更適合乳腺檢查的MR線圈可提高膽堿復(fù)合物的檢測(cè)，其中多通道相控陣線圈能明顯提高圖像信噪比，現(xiàn)已逐漸應(yīng)用于臨床。

3.2.7 空間分辨率

1H-MRS臨床應(yīng)用受限于空間分辨率，大多數(shù)有關(guān)乳腺1H-MRS研究采用單體素技術(shù)，空間分辨率較低(>1.5 cm3)。Katz-Brull等[4]認(rèn)為1H-MRS對(duì)于乳腺疾病的診斷靈敏度主要依賴于腫瘤大小，若體積太小，其所含膽堿化合物的定量成分就很難通過1H-MRS檢測(cè)出來。另外組織的不均一性和部分容積效應(yīng)都會(huì)影響單體素成像中像素的測(cè)量進(jìn)而降低診斷準(zhǔn)確性。

Mountford等[5]在8.5T設(shè)備上對(duì)乳腺腫瘤細(xì)針抽吸活檢標(biāo)本1H-MRS的研究中發(fā)現(xiàn)惡性病變、小葉浸潤(rùn)的導(dǎo)管原位癌、無小葉浸潤(rùn)的導(dǎo)管原位癌以及良性病變的波譜特征各異，有明顯區(qū)別。空間分辨率提高后的1H-MRS不僅有助于明確動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI發(fā)現(xiàn)的病變性質(zhì)，而且還能在常規(guī)MRI基礎(chǔ)上更全面地發(fā)現(xiàn)病灶。

3.2.8 其它因素

病人的輕微移動(dòng)或身上的金屬異物會(huì)造成波譜結(jié)果的不真實(shí)性，檢查前應(yīng)做好充分準(zhǔn)備?？傊橄費(fèi)RS受很多因素的影響，檢查時(shí)應(yīng)綜合考慮。

3.3 乳腺M(fèi)RS的臨床價(jià)值

3.3.1 鑒別乳腺腫瘤的良惡性

明確早期乳腺疾病的良惡性是目前1H-MRS研究的焦點(diǎn)。Roebuck等[7]提出Cho含量可作為鑒別乳腺惡性腫瘤的指標(biāo)，隨后又有多個(gè)研究得出相似的結(jié)論，盡管所采用的設(shè)備和掃描方法不盡相同。Katz-Brull等[4]認(rèn)為利用檢測(cè)Cho含量得出診斷敏感度和特異度分別為83 %、85 %，而在年輕患者兩者均接近100 %。

本組88個(gè)病灶研究中，利用有無Cho峰出現(xiàn)、Cho的信噪比和Cho/Cr值來鑒別乳腺良惡性的靈敏度為75.00%，特異性為96.32%，陽性預(yù)測(cè)值為98.32 %，陰性預(yù)測(cè)值為73.25%

研究發(fā)現(xiàn)在正常哺乳期婦女的乳腺組織和許多良性病變?nèi)缋w維腺瘤、乳腺增生的1H-MRS上出現(xiàn)了Cho峰。理論上MRS對(duì)于哺乳期婦女良惡性乳腺腫瘤的鑒別仍有困難，但臨床上乳腺惡性腫瘤在哺乳期的發(fā)生率是很低的。Stanwell等[8]在40例非哺乳期健康志愿者行1.5T 1H-MRS檢查，發(fā)現(xiàn)有3例出現(xiàn)Cho峰，但位于3.28ppm處，與乳腺癌病例Cho峰出現(xiàn)在3.22ppm不同，還發(fā)現(xiàn)高場(chǎng)強(qiáng)中正常乳腺組織經(jīng)常能檢測(cè)到Cho峰。目前對(duì)如何提高1H-MRS診斷乳腺疾病的特異度是非常值得關(guān)注的。Jacobs等[9]認(rèn)為多種MR檢查技術(shù)聯(lián)合有助于提高診斷乳腺疾病的特異度。Huang等[10]在常規(guī)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI基礎(chǔ)上聯(lián)合應(yīng)用單體素1H-MRS和T2*灌注成像研究認(rèn)為，聯(lián)合單體素1H-MRS后診斷特異度由62.5 %提高到87.5 %，再聯(lián)合T2*灌注成像后診斷特異度達(dá)到100 %。

3.3.2 診斷腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移

腋窩淋巴結(jié)的評(píng)價(jià)對(duì)乳腺癌分期診斷和治療意義重大，準(zhǔn)確判斷腋窩淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移程度不僅可以降低淋巴結(jié)清掃術(shù)后的并發(fā)癥，且有助于選擇最佳的治療方案及減少病人負(fù)擔(dān)。盡管動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI有利于轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的檢出，但假陽性率高。Seenu等[11]在活體的1H-MRS研究中發(fā)現(xiàn)，甘油磷酸膽堿磷酸二酯( GPC-PC) 、膽堿、乳酸、丙氨酸和二磷酸尿苷葡萄糖水平在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移中明顯增高。另外GPC-PC/ Thr比率也明顯增高，用這個(gè)作標(biāo)記，MRS檢測(cè)腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的靈敏度、特異度、準(zhǔn)確度分別為80 %、91 %、88 %。本研究組中有2例患者行常規(guī)MRI和MRS發(fā)現(xiàn)腋窩淋巴結(jié)出現(xiàn)轉(zhuǎn)移。

3.3.3 早期評(píng)估乳腺癌療效和判斷預(yù)后

目前新輔助化療日益被乳腺癌患者接受并應(yīng)用于保乳術(shù)前。應(yīng)用新輔助化療的同時(shí)需要早期發(fā)現(xiàn)腫瘤對(duì)藥物的反應(yīng)，從而及時(shí)調(diào)整用藥，避免耐藥性的產(chǎn)生。而常規(guī)檢查(如體格檢查、超聲、鉬靶X線) 在觀測(cè)腫瘤對(duì)藥物的反應(yīng)中可靠性不佳。常規(guī)MRI也只是通過對(duì)腫瘤大小、形態(tài)及信號(hào)變化等與治療反應(yīng)相關(guān)指標(biāo)的觀察而用于治療的監(jiān)測(cè)，需要在新輔助化療6周后才能發(fā)現(xiàn)相應(yīng)改變。

1H-MRS可以觀測(cè)到乳腺病變發(fā)生形態(tài)學(xué)變化之前的細(xì)胞內(nèi)代謝化合物的變化。Jacobs等[9]首先報(bào)道了通過觀察Cho含量的變化反映乳腺癌對(duì)治療后的反應(yīng)情況。Meiamy等[12]在對(duì)首次劑量使用阿霉素化療方案的原位癌乳腺病人治療前后24小時(shí)Cho含量變化的研究中發(fā)現(xiàn)，在最先的13例患者中治療前后24小時(shí)Cho 含量的變化與第四個(gè)化療周期結(jié)束后病變大小的變化呈顯著正相關(guān)，而且Cho含量的變化在對(duì)治療有效者和無效者之間有顯著性差異。Kumar等[13]通過1H-MRS對(duì)33例原位癌乳腺患者的化療后反應(yīng)研究認(rèn)為，接受NACT治療前后的病人原發(fā)腫瘤體積變小的同時(shí)其水脂比的減低亦有顯著性差異。

4 結(jié)論

通過本文的研究，我們找出了影響乳腺M(fèi)RS質(zhì)量的各種因素，和提高乳腺M(fèi)RS質(zhì)量的方法。盡管MRS不能替代常規(guī)MRI單獨(dú)對(duì)乳腺疾病進(jìn)行診斷，但作為乳腺M(fèi)RI檢查技術(shù)的重要補(bǔ)充，不僅可以鑒別腫瘤的良惡性和提高M(jìn)R診斷的準(zhǔn)確性，還可用于判斷淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及觀察腫瘤的化療效果。

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