乳腺癌患者M(jìn)RI體素內(nèi)不相干運(yùn)動成像中感興趣區(qū)選擇方法對參數(shù)一致性的影響

孫瑞紅，王 翔，沈麗娟，孟凡華，尹化斌

1.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬武漢中心醫(yī)院放射科，湖北 武漢 430014；

2.復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放射診斷科，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院腫瘤學(xué)系，上海 200032；

3.復(fù)旦大學(xué)附屬上海市第五人民醫(yī)院放射科，上海 200240

乳腺癌是女性常見的惡性腫瘤之一，早期診斷和及時(shí)治療對疾病的發(fā)展和預(yù)后有重要的意義。常規(guī)擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion-weighted imaging，DWI）可觀察活體水分子擴(kuò)散運(yùn)動變化，表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）可協(xié)助鑒別乳腺良惡性病變［1-3］。然而在活體組織中，組織信號強(qiáng)度并不隨b值呈單指數(shù)線性衰減，低b值時(shí)DWI信號衰減與微循環(huán)灌注相關(guān)，ADC值不能真實(shí)反映體素內(nèi)水分子的擴(kuò)散特征［4-5］。1986年，Le Bihan等［6］提出體素內(nèi)不相干運(yùn)動（intravoxel incoherent motion，IVIM）擴(kuò)散加權(quán)成像的雙指數(shù)模型理論，可定量評價(jià)水分子擴(kuò)散和微循環(huán)灌注兩種效應(yīng)，能更準(zhǔn)確地反映活體內(nèi)水分子的擴(kuò)散特征。

IVIM參數(shù)有助于乳腺良惡性腫瘤的檢出、定性、療效評價(jià)及預(yù)后評估［7-8］，其定量參數(shù)的可行性與準(zhǔn)確性是臨床關(guān)注的重點(diǎn)。掃描序列、b值、感興趣區(qū)（region of interest，ROI）的選擇、患者呼吸動度及參數(shù)分析模型等因素對參數(shù)測量的可重復(fù)性均有一定影響［9-10］，尤其對于腫瘤患者，腫瘤組織內(nèi)新生血管分布不均，高低血管密度區(qū)混雜，使得ROI的選擇成為影響IVIM各參數(shù)結(jié)果的重要因素［11］。以往IVIM參數(shù)的可重復(fù)性在腹盆部臟器中有所研究［12-13］，亦有在動物乳腺腫瘤中的報(bào)道［14］，但是目前在人體乳腺腫瘤中尚未見相關(guān)報(bào)道。本文旨在探討選擇不同ROI對乳腺惡性腫塊IVIM參數(shù)一致性的影響，并分析乳腺腺體類型、微鈣化及腫瘤組織學(xué)分級對IVIM參數(shù)重復(fù)性的影響。

1 資料和方法

1.1 研究對象

回顧性分析2016年10月—2018年5月華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬武漢中心醫(yī)院符合以下標(biāo)準(zhǔn)的患者納入研究。納入標(biāo)準(zhǔn)：① 行3.0 T MRI和乳腺X線攝影兩種檢查；② MRI檢查前未行穿刺、手術(shù)等有創(chuàng)性檢查，檢查前未行放化療，檢查前已簽署知情同意書；③ 腫塊最大徑 ≥10 mm；④ MRI檢查后2周內(nèi)行穿刺或手術(shù)治療獲得明確病理學(xué)診斷結(jié)果；⑤ MRI及乳腺X線攝影檢查圖像完整且質(zhì)量佳。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 圖像質(zhì)量不佳，在IVIM圖像上病變邊界顯示不清晰，無法勾畫腫瘤邊界；② 患者未進(jìn)行乳腺X線攝影檢查。

60例患者納入研究，全部為女性患者，共60個(gè)病灶，均為腫塊樣病變，年齡29～72歲，平均年齡（51±10）歲。浸潤性導(dǎo)管癌48個(gè)（80.0%，其中1個(gè)合并局部黏液腺癌）、浸潤性小葉癌3個(gè)（5.0%）、浸潤性微乳頭狀癌2個(gè)（3.3%）、導(dǎo)管原位癌6個(gè)（10.0%）、黏液腺癌1個(gè)（1.7%）。

1.2 MRI掃描方法

采用德國Siemens Avanto 3.0 T超導(dǎo)型MRI掃描儀，4通道乳腺專用相控線圈?；颊呷「┡P位，雙側(cè)乳房自然懸垂于線圈內(nèi)。

⑴ 常規(guī)掃描序列：常規(guī)軸位、矢狀位、冠狀位定位掃描后。① 軸位T1WI：重復(fù)時(shí)間 （repetition time，TR）1 270 ms，回波時(shí)間（echo time，TE）=13 ms，矩陣320×320，視野（field of view，F(xiàn)OV）340 mm×340 mm，層厚5 mm，層距1 mm，激勵(lì)次數(shù)2次，反轉(zhuǎn)角180°；② 軸位脂肪抑制T2WI：TR 3 100 ms，TE 53 ms，矩陣320×320，F(xiàn)OV 340 mm×340 mm，層厚5 mm，層距1 mm，激勵(lì)次數(shù)2次，反轉(zhuǎn) 角120°。

⑵ IVIM序列：采用單次激發(fā)平面回波成像序列，TR 6 600 ms，TE 59 ms，矩陣192×192，F(xiàn)OV 340 mm×340 mm，層厚5 mm，層距1 mm。采用12個(gè)b值（0、50、100、150、200、300、400、500、600、800、1 000、1 200 s/mm2），b值為0～400 s/mm2時(shí)，激勵(lì)次數(shù)2次，b值為500～ 1 200 s/mm2時(shí)，激勵(lì)次數(shù)3次，掃描時(shí)間9 min 4 1 s。在I V I M 序列掃描結(jié)束之后，行常規(guī)乳腺定量動態(tài)增強(qiáng)MRI（dynamic contrast- enhanced MRI，DCE-MRI）檢查。

1.3 MRI圖像分析

由2名分別具有5年、13年工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師對圖像獨(dú)立進(jìn)行評估，將原始圖像導(dǎo)入Body Diffusion Toolbox軟件，結(jié)合病變DCE-MRI圖像（圖1），選取腫瘤最大層面勾畫不同ROI。具體如下：

① 腫瘤輪廓法：采用手動勾畫模式，盡量沿著腫瘤的輪廓勾畫ROI，并避開病變內(nèi)大的囊變、壞死區(qū)。② 腫瘤固定半徑法：采用半徑為2、5 mm的圓形ROI，在近腫瘤實(shí)質(zhì)部分（避開病變內(nèi)壞死或囊變區(qū)域）放置ROI。其中醫(yī)師1間隔1個(gè)月后重復(fù)上述測量。在病灶對側(cè)正常乳腺中重復(fù)上述過程，ROI應(yīng)盡可能地放置在與病灶相對應(yīng)的同一象限內(nèi)。根據(jù)Le Bihan等［6］的雙指數(shù)模型計(jì)算得出IVIM參數(shù)值（D、f、D*值），

計(jì)算公式為：

其中Sb指b≠0時(shí)體素內(nèi)的信號強(qiáng)度，S0是b=0時(shí)的組織信號強(qiáng)度。D*為假性擴(kuò)散系數(shù)，代表微循環(huán)灌注的擴(kuò)散效應(yīng)，單位為mm2/s；D為單純擴(kuò)散系數(shù)，代表體素內(nèi)單純的水分子擴(kuò)散效應(yīng)，單位為mm2/s；f為灌注分?jǐn)?shù)，代表體素內(nèi)微循環(huán)灌注效應(yīng)占總體擴(kuò)散效應(yīng)的容積比率。

依據(jù)美國放射學(xué)會乳腺影像報(bào)告及數(shù)據(jù)系統(tǒng)（breast imaging reporting and data system，BIRADS）2013版分類標(biāo)準(zhǔn)［15］，按照乳腺腺體構(gòu)成的比例，將乳腺腺體類型分為脂肪型（a）、散在纖維腺體型（b）、不均勻致密型（c）和致密型（d）4類。將腫塊內(nèi)是否含有BI-RADS分級≥4b的可疑微鈣化分為兩組［16］。乳腺癌組織學(xué)分級依據(jù)Elston-Ellis分級法，根據(jù)腺管/腺體形成、核的多形性和核分裂象計(jì)數(shù)分為1、2、3 級［17］，將1、2級合并為低級別組，3級為高級 別組。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

應(yīng)用SPSS 19.0軟件和MedCalc 15.2.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。醫(yī)師1（前后兩次測量）及醫(yī)師2測量的IVIM參數(shù)結(jié)果采用K-S檢驗(yàn)，正態(tài)分布數(shù)據(jù)用表示。采用單因素方差分析比較醫(yī)師1（第1次）采用不同ROI選擇方法所測IVIM參數(shù)的差異，兩兩比較根據(jù)方差齊性檢驗(yàn)結(jié)果采用LSD法。并計(jì)算組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficients，ICC），ICC＞0.75表示一致性好。采用Bland-Altman法對醫(yī)師1前后兩次以及醫(yī)師1與醫(yī)師2之間的測量結(jié)果進(jìn)行對比，并用測量值差值的95%一致性范圍評價(jià)各參數(shù)的變 異度。

采用ICC評估各分組在醫(yī)師1前后兩次采用腫瘤輪廓法中IVIM參數(shù)的重復(fù)性。由于本研究乳腺癌患者中沒有脂肪型腺體類型，而且散在纖維腺體型僅4例，所以只對不均質(zhì)致密型（21例）和致密型乳腺（35例）兩個(gè)分組作IVIM參數(shù)的可重復(fù)性比較。腫塊內(nèi)微鈣化組和不含微鈣化組分別為28和32例。浸潤性乳腺癌患者組織學(xué)分級中1級4例，2級18例，3級31例，將1、2級合并為低級別組（22例），3級為高級別組（31例）。采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較每一組在兩次測量之間的差異。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 不同ROI選取方法測得的IVIM參數(shù)結(jié)果

60例乳腺癌患者采用不同方法勾畫ROI（圖1），測得的IVIM參數(shù)結(jié)果見表1。醫(yī)師1（第1次）采用不同方法測得D值、f值、D*值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），各參數(shù)測量的重復(fù)性均較好（ICC≥0.761）。對不同ROI選取方法所得結(jié)果運(yùn)用Bland-Altman分析，D值差值的95%一致性范圍最小，腫瘤輪廓法與半徑2 mm ROI法、腫瘤輪廓法與半徑5 mm ROI法、半徑2 mm ROI法與半徑5 mm ROI之間D值95%一致性范圍分別為（-0.26～0.24）×10-3mm2/s、（-0.20～0.19） ×10-3mm2/s、（-0.19～0.19）×10-3mm2/s（表2）。

圖 1 同一乳腺癌患者繪制不同的ROIFig. 1 Drawing different ROI for the same breast cancer patient

表 1 乳腺癌患者采用不同ROI選取方法測得的體素內(nèi)不相干運(yùn)動參數(shù)結(jié)果Tab. 1 Results of irrelevant motion parameters in voxel measured in breast cancer patients with different ROI selection methods

表 2 醫(yī)師1第1次采用不同ROI選取方法兩兩之間IVIM參數(shù)值的可重復(fù)性Tab. 2 Reproducibility of IVIM-derived parameters for different ROIs in the first measurement of reader 1

2.2 同一觀察者的重復(fù)性

醫(yī)師1前后兩次分別采用不同ROI選取方法測定IVIM參數(shù)，D值、f值在乳腺癌及正常乳腺組織中采用3種ROI選取方法重復(fù)性均較好（ICC≥0.917、0.878）。D*值在乳腺癌及正常乳腺組織中采用半徑2 mm ROI法表現(xiàn)出較差的重復(fù)性，ICC為0.714（0.465～0.848）、0.599（0.248～0.786）。醫(yī)師1前后兩次腫瘤輪廓法所得IVIM各參數(shù)差值95%一致性范圍更小 （表3），Bland-Altman散點(diǎn)圖顯示腫瘤輪廓法測定的D值分布相對更集中（圖2～4），提示腫瘤輪廓法在同一觀察者重復(fù)測量中一致性區(qū)間更小，重復(fù)性更好。

2.3 不同觀察者的重復(fù)性

醫(yī)師1與醫(yī)師2分別采用不同ROI選取方法測定IVIM參數(shù)，D值、f值在乳腺癌及正常乳腺組織中采用3種ROI選取方法重復(fù)性均較好（ICC≥0.773、0.853）。D*值在腫瘤輪廓法、半徑2 mm ROI法、半徑5 mm ROI法參數(shù)測量的重復(fù)性均較差，ICC分別為0.734（0.501～0.858）、0.616（0.279～0.795）和0.726（0.487～0.854）。D*值在正常乳腺組織中也表現(xiàn)出較差的重復(fù)性。醫(yī)師1與醫(yī)師2采用腫瘤輪廓法所得IVIM各參數(shù)差值95%一致性范圍更?。ū?），Bland-Altman散點(diǎn)圖顯示腫瘤輪廓法測定的D值分布相對更集中（圖5～7），提示腫瘤輪廓法在不同醫(yī)師的重復(fù)測量中一致性區(qū)間變異度更小，重復(fù)性更好。

2.4 不同乳腺腺體類型、微鈣化成分及腫瘤組織學(xué)分級之間的重復(fù)性

醫(yī)師1前后兩次采用腫瘤輪廓法測得不均勻致密型（c）和致密型乳腺（d）各IVIM參數(shù)的重復(fù)性均較好（ICC≥0.865）。不同鈣化分組IVIM參數(shù)有較好的一致性，ICC≥0.811。高、低級別浸潤性乳腺癌組IVIM參數(shù)也具有較好的重復(fù)性（ICC≥0.847，表4）。

表 3 觀察者內(nèi)部和觀察者之間對乳腺癌患者采用不同ROI選取方法測得的IVIM參數(shù)的可重復(fù)性Tab. 3 Intra- and interobserver reproducibility for IVIM-derived parameters by different tumor ROIs

圖 2 同一觀察者腫瘤輪廓法ROI所測D值Bland-Altman散點(diǎn)圖Fig. 2 Bland-Altman plots of intra-observer mean D for outlined-tumor ROI

圖 3 同一觀察者5 mm ROI法所測D值Bland-Altman散點(diǎn)圖Fig. 3 Bland-Altman plots of intra-observer mean D for radius-5 mm ROI

圖 4 同一觀察者2 mm ROI法所測D值Bland-Altman散點(diǎn)圖Fig. 4 Bland-Altman plots of intra-observer mean D for radius-2 mm ROI

圖 5 觀察者之間腫瘤輪廓法ROI所測D值Bland-Altman散點(diǎn)圖Fig. 5 Bland-Altman plots of inter-observer mean D for outlined-tumor ROI

圖 6 觀察者之間5 mm ROI法所測D值Bland-Altman散點(diǎn)圖Fig. 6 Bland-Altman plots of inter-observer mean D for radius-5 mm ROI

圖 7 觀察者之間2 mm ROI法所測D值Bland-Altman散點(diǎn)圖Fig. 7 Bland-Altman plots of inter-observer mean D for radius-2 mm ROI

表 4 不同乳腺腺體類型、微鈣化成分和腫瘤組織學(xué)分級測得IVIM參數(shù)值的可重復(fù)性Tab. 4 ICCs for IVIM measurements based on breast density, microcalcifications and histological grade

3 討 論

Goh等［11］報(bào)道，結(jié)直腸癌CT灌注成像中，全腫瘤容積測量更可靠、重復(fù)性更高，然而由于腫瘤內(nèi)部自身的不均一性，全腫瘤容積測量值可能會產(chǎn)生更大的變異度和標(biāo)準(zhǔn)差。Lambregts 等［18］報(bào)道，單層面測量與全腫瘤容積測量的ADC值間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但是沒有研究腫瘤單一層面選擇不同ROI測量參數(shù)有無差異，所以本研究對乳腺腫瘤進(jìn)行單層面IVIM參數(shù)可重復(fù)性 分析。

本研究結(jié)果顯示，采用腫瘤輪廓法及固定半徑法勾畫ROI所測得IVIM參數(shù)（D值、f值、D*值）間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，采用不同ROI勾畫方法得到的IVIM參數(shù)一致性均較好，ICC≥0.764。采用半徑為2 mm ROI法測得的D值、f值略低，可能與腫瘤相對中心的區(qū)域細(xì)胞增殖和血管生成不明顯有關(guān)［19］。

本研究結(jié)果顯示，選擇不同ROI對于同一觀察者不同時(shí)間及不同觀察者之間所測得D值一致性最好，而D*值重復(fù)性較差，這與其他學(xué)者的研究結(jié)果一致［12，20］。本研究中f值的可重復(fù)性較好，Barbieri等［12］在不同MRI設(shè)備之間上腹部器官的IVIM參數(shù)可重復(fù)性研究中得到了相似的結(jié)果。但與Song等［14］的研究結(jié)果不同，該研究對11只大鼠乳腺腫瘤行0～1 000 s/mm2范圍內(nèi)8個(gè)b值IVIM檢查，采用IVIM參數(shù)的直方圖分析發(fā)現(xiàn)，f值、D*值在觀察者內(nèi)部有較好的一致性，而在觀察者之間重復(fù)性不佳。該研究分析IVIM灌注相關(guān)參數(shù)重復(fù)性較差的原因，可能與小b值（特別是≤100 s/mm2）時(shí)組織信號衰減對信噪比變化敏感，更容易產(chǎn)生測量誤差有關(guān)［21］。Sun等［22］在26例直腸癌患者IVIM參數(shù)重復(fù)性研究中也發(fā)現(xiàn)，f值、D*值的短期重復(fù)性比D值差。Dyvorne等［20］推薦采用0、15、150和800 s/mm24個(gè)優(yōu)化b值在不降低IVIM參數(shù)可重復(fù)性的條件下縮短掃描時(shí)間。目前關(guān)于b值大小和數(shù)量的選擇沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，是研究的熱點(diǎn)之一。本研究D*值的可重復(fù)性較差，其中D*值在半徑為2 mm ROI方法中一致性最差，可能與小ROI較低的腫瘤血管密度有關(guān)［23］。正常乳腺組織中的含水量和腺體強(qiáng)化程度會受到月經(jīng)周期的影響［24］，然而本研究中并沒有考慮年齡和月經(jīng)周期等潛在的影響因素，可能對D*值的準(zhǔn)確性有一定影響。

本研究中腫瘤輪廓法IVIM參數(shù)的一致性區(qū)間變異度最小，重復(fù)性好，與既往文獻(xiàn)報(bào)道一 致［21］。分析原因一方面腫瘤輪廓法是沿著腫瘤輪廓勾畫ROI，可能較腫瘤固定半徑方法放置ROI時(shí)位置不同引起的差異性更小，在肝臟的研究中顯示ROI的位置對IVIM參數(shù)重復(fù)性有一定影響［25］；另一方面可能與腫瘤內(nèi)部自身不均一性因素有關(guān)。此外，在腫瘤固定半徑方法中，除D值外，半徑為2 mm ROI方法測得的參數(shù)變異度相對較大。

本研究評估了幾個(gè)可能影響IVIM參數(shù)測量重現(xiàn)性的因素，包括乳腺腺體類型、腫塊微鈣化成分及腫瘤組織學(xué)分級。既往有人設(shè)想乳腺實(shí)質(zhì)密度和微鈣化可以影響物理擴(kuò)散［16］，高級別浸潤性乳腺癌復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、明顯的異質(zhì)性可能更容易影響擴(kuò)散。本研究結(jié)果顯示，致密型乳腺、腫塊微鈣化及腫瘤組織學(xué)分級分組的IVIM參數(shù)均有較好的一致性，ICC≥0.811（0.508～0.927）。Jang等［16］發(fā)現(xiàn)極度致密型乳腺對ADC值的重復(fù)測量有一定影響。本研究發(fā)現(xiàn)上述因素對IVIM參數(shù)的重復(fù)性影響不大，目前未見其他相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，此外有無其他影響因素存在，值得進(jìn)一步探討。

本研究的局限性：① 研究樣本量較小，病理學(xué)類型較單一，可能導(dǎo)致采樣誤差，有待于進(jìn)一步大樣本研究。② 本研究為回顧性研究，僅就后期數(shù)據(jù)處理分析進(jìn)行重復(fù)性測定，所有患者僅進(jìn)行1次IVIM掃描，沒有比較不同MRI掃描儀間參數(shù)測量的重復(fù)性。③ 滿足納入標(biāo)準(zhǔn)的病例并沒有脂肪型乳腺腺體類型，參照乳腺X線攝影圖像憑借視覺評估乳腺腺體類型，可能存在一定偏倚，可能存在乳腺X線攝影檢查無法檢測到的微鈣化。④ 納入病例研究時(shí)沒有考慮年齡和月經(jīng)周期等潛在的影響，有待于進(jìn)一步探討相關(guān)的影響因素。

綜上所述，乳腺癌患者采用不同ROI勾畫方法所測得的IVIM參數(shù)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，采用腫瘤輪廓法重復(fù)測量的一致性評估變異度小，可重復(fù)性好。乳腺腺體類型、微鈣化及腫瘤組織學(xué)分級對IVIM參數(shù)的重復(fù)性影響不明顯。