相位襯度成像在乳腺癌成像方面的研究*

沈富強，監(jiān)悟帥，孫郁，徐偉華，許濤，石宏理

(1.河北省廊坊市人民醫(yī)院放射科，河北 廊坊 065000；2.首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)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(yán)重影響著婦女的身體健康。早期發(fā)現(xiàn)乳腺惡性轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)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(guī)律，與周圍組織的密度差異較小。放射科醫(yī)生容易因此而造成漏診[3-4]。

相位襯度成像是近年發(fā)展起來的一種新的成像技術(shù)，它利用光線穿過物體后的相位信息變化，觀察物體的內(nèi)部細微結(jié)構(gòu)。對于軟組織而言，和傳統(tǒng)的基于吸收的X射線成像相比，圖像襯度提高近千倍，在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、材料學(xué)等研究領(lǐng)域，具有獨特的優(yōu)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(yōu)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(zhì)量的較高標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(zhǔn)相襯成像裝置參數(shù)和精確確定實驗樣品的成像參數(shù)條件。同時有利于隨后的圖像數(shù)據(jù)算法研究的標(biāo)準(zhǔn)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(tài)，對早期乳腺癌的相襯成像研究提供了標(biāo)準(zhǔn)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(qū)和模擬病變區(qū)；半定量效驗區(qū)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(qū)垂直徑向上的微孔內(nèi)插不同標(biāo)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(gòu)和正常乳腺的條索樣結(jié)構(gòu)。各種材料搭配模擬各種病變形態(tài)?？偣泊钆湫问?0種。

2.2 成像原理及參數(shù)

相位襯度成像是一種生物醫(yī)學(xué)中的新興領(lǐng)域，可以對細微結(jié)構(gòu)成像[9]。本實驗在上海光源(SSRF) X射線成像及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用光束線站(BL13W1)完成。成像裝置見圖1。同步輻射光線經(jīng)過兩塊單色晶體后，轉(zhuǎn)化成單色光，照射到成像樣本上。當(dāng)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(chǎn)生相位差，即波前發(fā)生畸變。這一畸變的波面如果繼續(xù)傳播到一定的距離，將和未發(fā)生畸變的波面重疊而發(fā)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(diào)節(jié)這個適當(dāng)?shù)膫鞑ゾ嚯x，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(jié)果

圖2所示為仿體a和b的相位襯度成像結(jié)果。圖中尺寸不同的孔洞均有良好的顯示，成像結(jié)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(nèi)的不同填充物，具備分辨其形態(tài)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(nèi)各種填充物的成像細節(jié)，見圖3。圖3a模擬的是乳腺索條樣結(jié)構(gòu)，b為邊緣清楚的多發(fā)結(jié)節(jié)，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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)及微鈣化灶。

圖3 模擬病變區(qū)的放大顯示

4 結(jié)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(nèi)市場難于買到。相襯成像光斑僅數(shù)毫米，遠較傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)成像裝置光斑小，需要專門設(shè)計相應(yīng)的結(jié)構(gòu)精巧的微型仿體。國內(nèi)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(nèi)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(jié)果顯示，相位襯度成像可以很好的區(qū)分各種模擬的乳腺正常和病變結(jié)構(gòu)，對于病變的尺寸、形態(tài)、成分均有較高的分辨能力。結(jié)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(jié)構(gòu)的分辨和顯示具有一定優(yōu)勢，具有重要的臨床應(yīng)用價值。

(感謝上海光源工作人員的幫助。)