體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)彌散加權(quán)成像與乳腺癌Ki-67表達(dá)的相關(guān)性

毛錫金 鄒雪雪 張 騫 李 濤 王鵬皓 曹 境 李 哲 張任翔 田惠頤

1 濱州醫(yī)學(xué)院影像學(xué)院 山東 煙臺(tái) 264003; 2 濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 山東 濱州 256600

在過(guò)去的20年里，國(guó)內(nèi)乳腺癌的發(fā)病率和死亡率明顯升高[1]，早期診斷及治療方案的選擇對(duì)延長(zhǎng)患者的術(shù)后生存期非常重要。由于軟組織分辨力高，成像質(zhì)量好且無(wú)電離輻射，乳腺M(fèi)RI動(dòng)態(tài)增強(qiáng)在臨床已廣泛應(yīng)用[2-3]。其有較高的診斷敏感性(90%～95%)，但是特異性較低(46%左右)[4]。彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging, DWI)可在分子水平上定量描述體內(nèi)水分子彌散運(yùn)動(dòng)，聯(lián)合DCE-MRI可提高診斷特異性[5-8]。其參數(shù)表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)被用來(lái)鑒別乳腺病變的良惡性，評(píng)估治療效果及預(yù)測(cè)腫瘤的生物學(xué)特征[9-10]。但ADC值受水分子擴(kuò)散、微循環(huán)、微觀血流的影響，灌注豐富的組織ADC值受到一定影響。

Bihan 等[11]于1986年首次提出體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)( intravoxel incoherent motion,IVIM)理論雙指數(shù)衰減模型，其定量參數(shù)包括微血管體積分?jǐn)?shù)(f)、分子擴(kuò)散系數(shù)(D)和灌注相關(guān)非相干微循環(huán)系數(shù)(D*)。和一般ADC值相比，基于IVIM模型的上述3個(gè)參數(shù)能更準(zhǔn)確地反映組織的生理和病理變化。f值為灌注分?jǐn)?shù)，代表感興趣區(qū)內(nèi)局部微循環(huán)灌注效應(yīng)占總體彌散效應(yīng)的容積比；D值為純彌散系數(shù)(單位為s/mm2)，代表純水分子彌散運(yùn)動(dòng)；D*值為血液微循環(huán)假?gòu)浬⑾禂?shù)(單位為s/mm2)，代表微循環(huán)灌注相關(guān)的不相干運(yùn)動(dòng)。目前，IVIM理論的正確性及可行性得到了臨床實(shí)驗(yàn)研究的驗(yàn)證，已有學(xué)者將其應(yīng)用于前列腺癌[12]、肝臟病變[13]、腎臟病變[14]等的評(píng)估，并取得滿意效果。IVIM在乳腺病變上的應(yīng)用也已被部分證實(shí)[3,5,15]。本研究主要探討IVIM參數(shù)在乳腺癌Ki-67高表達(dá)病灶及低表達(dá)病灶鑒別診斷中的價(jià)值，評(píng)估了IVIM參數(shù)與Ki-67表達(dá)的關(guān)系，通過(guò)IVIM參數(shù)預(yù)測(cè)了Ki-67指數(shù)。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 收集2014年1月1日至2020年6月30日符合條件的患者資料，并進(jìn)行回顧性研究。納入標(biāo)準(zhǔn)：體檢或放射學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)乳腺可疑病變；完成3.0T磁共振IVIM序列檢查；檢查圖像質(zhì)量符合診斷標(biāo)準(zhǔn)；檢查前患者未接受細(xì)針穿刺活檢、化療及其他干預(yù)措施；病變直徑應(yīng)大于1 cm；病變的病理類型由手術(shù)或活檢病理證實(shí)；患者臨床及影像資料完整。最終納入73名患者共77個(gè)乳腺病灶進(jìn)入研究。所有患者均為女性，年齡25～78歲，平均為(45.3±8.7)歲。

1.2 圖像采集 采用德國(guó)西門子Skyra公司3.0 T磁共振儀，4通道乳腺專用線圈進(jìn)行檢查?；颊吒┡P于檢查床上, 足頭位進(jìn)入主磁場(chǎng)，在盡量舒適或可以耐受的前提下胸壁盡量緊貼線圈，手臂置于頭兩側(cè)，雙乳自然下垂于乳腺線圈。首先進(jìn)行常規(guī)磁共振掃描，然后進(jìn)行體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像(IVIM-DWI)序列掃描，最后完成MR動(dòng)態(tài)增強(qiáng)檢查。

1.2.1 常規(guī)MR掃描 常規(guī)MR掃描序列包括T1WI(TR 160 ms，TE 2.6 ms，2D SPGR)，T2WI(TR 3 400 ms，TE 70 ms，快速反轉(zhuǎn)恢復(fù))和T2壓脂序列。層厚和層間距為0.5 mm，視野為340 mm×340 mm，矩陣為269×384。

1.2.2 IVIM-DWI序列 采用單次激發(fā)自旋回波序列和脂肪抑制技術(shù)。取 0、50、100、150、200、250、300、400、600、800、1 000、1 200共12個(gè)b值,在x、y、z軸3個(gè)方向上同時(shí)施加。NEX依次為1、1、1、1、1、2、2、4、4、4、6和6。TR為6 500 ms，TE為65 ms，厚度為5 mm，層間距為1 mm，視野為340×138 mm，矩陣為192×78。

1.2.3 磁共振動(dòng)態(tài)增強(qiáng)檢查 采用 Vibrant技術(shù)(TR為4.48 ms，TE為1.65 ms，視野為340×340mm，矩陣為320×256，層厚斷4 mm，層間距為1.0 mm，翻轉(zhuǎn)角度為10°)。共掃描8期(1期蒙片+7期增強(qiáng))。第一期預(yù)掃描結(jié)束后，觀察掃描圖像符合診斷標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行增強(qiáng)對(duì)比劑團(tuán)注。對(duì)比劑采用順磁性的Gd-DTPA(德國(guó)，、SCHERING公司生產(chǎn))，以患者體質(zhì)量0.2 mL/kg計(jì)算對(duì)比劑應(yīng)用劑量,從肘正中靜脈以2.5 mL/s速率注入。對(duì)比劑注射完畢后用0.9%氯化鈉注射液進(jìn)行沖管，速度同對(duì)比劑注射速率，注射約20 mL。

1.3 圖像分析 MRI動(dòng)態(tài)增強(qiáng)圖像和IVIM-DWI圖像分別傳輸至syngoMMWP VE40B工作站。將IVIM-DWI圖像導(dǎo)入MITK-Diffusion圖像專用后處理軟件包，結(jié)合增強(qiáng)圖像選取感興趣區(qū)(region of interest,ROI)。ROI選取原則是：盡量包含所有病灶實(shí)質(zhì)避開(kāi)囊變、壞死區(qū)；病變?cè)趧?dòng)態(tài)增強(qiáng)序列和T2WI序列上顯示清晰。

所有圖像的ROI分別由兩名具有多年乳腺病變MRI診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師在雙盲情況下閱片，觀察病變的形態(tài)、增強(qiáng)特點(diǎn)。出現(xiàn)意見(jiàn)不一致時(shí)，共同討論商定，直到意見(jiàn)一致。為減少測(cè)量誤差，所有數(shù)據(jù)均測(cè)量3次，取平均值。

采用Bihan等[11]提出的雙指數(shù)模型MITK-Diffusion處理軟件，公式Sb/S0= (1-f)exp (-bD) +fexp[-b(D*+D)]，計(jì)算獲得D、D*和f值。Sb為擴(kuò)散梯度為b的像素中的信號(hào)強(qiáng)度；S0為無(wú)擴(kuò)散梯度像素內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度[7]；D值表示水分子在細(xì)胞間隙中的真實(shí)擴(kuò)散，不包括對(duì)細(xì)胞間隙內(nèi)微循環(huán)的反應(yīng)；D*值表示受細(xì)胞間隙微循環(huán)影響的灌注相關(guān)擴(kuò)散；f值代表組織毛細(xì)血管中受微循環(huán)影響的灌注比例。

本研究首先利用大于170 s/mm2的b值和簡(jiǎn)化的單指數(shù)模型計(jì)算D值，并把該模型擬合出來(lái)的曲線進(jìn)行延伸，其截距Sint與b值等于0時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度S0，公式為：f=(S0-Sint)/S0，最后利用計(jì)算出來(lái)的D值和f值計(jì)算D*。

1.4 病理診斷 由一名具有多年乳腺病理學(xué)診斷經(jīng)驗(yàn)的專家作出病理學(xué)診斷結(jié)果。

2 結(jié)果

2.1 乳腺病變的病理類型 本研究收集73例乳腺癌患者共計(jì)惡性病灶77例，其中Ki-67高表達(dá)組54例，Ki-67低表達(dá)組23例，其病變的組織學(xué)類型見(jiàn)表1。圖1為一63歲女性左乳腺浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌典型病例檢查圖像。乳腺DCE-MRI圖像顯示不規(guī)則形狀和腫塊樣強(qiáng)化(圖1A)；信號(hào)強(qiáng)度-時(shí)間曲線是流出Ⅲ型(圖1B)；IVIM-DWI圖像呈高信號(hào)(圖1C)；IVIM-DWI圖像參數(shù)值f=12.8%，D=0.804×10-3mm2/s，D*=8.45×10-3mm2/s，為雙指數(shù)模型擬合曲線(圖1D)；腫瘤部分呈腺管狀，部分呈巢團(tuán)狀排列，腫瘤細(xì)胞有異型，細(xì)胞核增大，染色質(zhì)較均一，可見(jiàn)核仁，細(xì)胞質(zhì)豐富，間質(zhì)纖維組織增生，慢性炎細(xì)胞浸潤(rùn)(圖1E)。

表1 77例確診乳腺惡性病變不同Ki-67表達(dá)的病理類型/例

A. DCE-MRI圖像；B. 強(qiáng)度-時(shí)間曲線；C. IVIM-DWI圖像；D. 擬合曲線；E. 病理圖像，HE×200。

2.2 KI-67高表達(dá)組和低表達(dá)組的IVIM-DWI參數(shù) 乳腺癌Ki-67高表達(dá)組的D值低于Ki-67低表達(dá)組(P<0.05)；乳腺癌Ki-67高表達(dá)組的D*值略低于Ki-67低表達(dá)組D*值，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；Ki-67高表達(dá)組f值略低于Ki-67低表達(dá)組，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見(jiàn)表2。

表2 Ki-67高表達(dá)組和低表達(dá)組的D、D*和f值比較

2.3D、D*和f值對(duì)Ki-67高表達(dá)組和低表達(dá)組的診斷效能 本研究以病理結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，生成IVIM-DWI參數(shù)的ROC曲線圖。D值在乳腺Ki-67高表達(dá)組和低表達(dá)組病變鑒別診斷中的最佳閾值為0.87，D值小于0.87為Ki-67高表達(dá)乳腺腫瘤，反之，D值大于0.87為Ki-67低表達(dá)乳腺腫瘤。D值ROC曲線下面積為0.683(95%CI為0.561～0.805)(圖2)；D值鑒別Ki-67高表達(dá)乳腺腫瘤和Ki-67低表達(dá)性腫瘤的敏感度、特異度、準(zhǔn)確率分別為91.3%、42.6%、33.9%。

圖2 ROC曲線顯示了D值的診斷性能

2.4 乳腺癌病灶D值與Ki-67增殖指數(shù)的關(guān)系 惡性病變中Ki-67增殖指數(shù)與D值呈負(fù)相關(guān)(r=- 0.39，P<0.01)，散點(diǎn)圖見(jiàn)圖3。

圖3 D值與乳腺癌病灶Ki-67增殖指數(shù)的相關(guān)性

3 討論

DWI和DCE-MRI是乳腺病變?cè)\斷中應(yīng)用最廣泛的影像學(xué)檢查方法。DCE-MRI的TIC曲線有一定的參考價(jià)值，但由于其特異性低，臨床應(yīng)用受到限制。在單指數(shù)模型DWI中，ADC值受水分子擴(kuò)散和毛細(xì)血管微循環(huán)灌注的影響，ADC值的測(cè)量容易受b值的影響，從而導(dǎo)致測(cè)量的不準(zhǔn)確。b值越低，毛細(xì)血管微循環(huán)灌注對(duì)ADC值的影響越大，隨著b值增大，MRI圖像的信噪比變小，導(dǎo)致小病灶漏診。因此，單指數(shù)模型的ADC值不足以診斷乳腺病變。

本研究利用Bihan等[11]提出IVIM理論模型，利用MITK擴(kuò)散后處理軟件計(jì)算D、D*和f值。測(cè)得的D值主要受病變組織水分子擴(kuò)散的影響，而不受微循環(huán)灌注的影響，D*值主要受毛細(xì)血管微循環(huán)灌注的影響。本研究結(jié)果顯示，Ki-67高表達(dá)組D值低于低表達(dá)組(P<0.05)，一方面可能是由于Ki-67高表達(dá)癌細(xì)胞的異常增殖和局部細(xì)胞密度的增加而導(dǎo)致細(xì)胞外間隙減小。另一方面可能是由于細(xì)胞膜的粘度增加和通透性降低，細(xì)胞內(nèi)水分子的擴(kuò)散受到限制。Ki-67高表達(dá)組比Ki-67低表達(dá)組擴(kuò)散受限更明顯。反映微循環(huán)灌注在組織擴(kuò)散中所占比例的f值主要受微循環(huán)灌注血容量的影響。Ki-67高表達(dá)組的f值略低于Ki-67低表達(dá)組，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即Ki-67表達(dá)與乳腺癌的微循環(huán)灌注血容量無(wú)明顯關(guān)系。本研究認(rèn)為，當(dāng)病變的D值較低時(shí)，病變惡性的可能性更大，Ki-67指數(shù)可能越高。D*值反映了微循環(huán)灌注產(chǎn)生的偽擴(kuò)散系數(shù)，主要受微循環(huán)灌注中毛細(xì)血管長(zhǎng)度和血流速度的影響。本研究顯示，Ki-67低表達(dá)組的D*值略高于Ki-67高表達(dá)組D*值，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。有研究[16]顯示的D*測(cè)量值缺乏可重復(fù)性可能是造成這種情況的原因。本研究用ROC曲線分析IVIM模型參數(shù)臨床診斷效能，D值的ROC曲線下面積為0.683，其敏感度、特異度、準(zhǔn)確率分別為91.3%、42.6%和33.9%。而在D值鑒別Ki-67高表達(dá)組及低表達(dá)組乳腺癌時(shí)，敏感度較高，但特異度和準(zhǔn)確率較低。原因可能是Ki-67高表達(dá)乳腺癌細(xì)胞增殖較快，局部細(xì)胞較密集，水的彌散運(yùn)動(dòng)受到影響，因此敏感度較高。但是由于乳腺惡性腫瘤細(xì)胞均較密集，Ki-67高表達(dá)或低表達(dá)均能夠使細(xì)胞密集程度較高，而且高增殖必然導(dǎo)致局部?jī)?nèi)環(huán)境缺血缺氧，限制細(xì)胞進(jìn)一步生長(zhǎng)，因此特異度、準(zhǔn)確率較低。

本研究表明，乳腺惡性腫瘤組織中D值與Ki-67的表達(dá)水平呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.39，P<0.01)。Kim等[17]報(bào)道Ki-67高表達(dá)的癌癥組織D值較低表達(dá)的小。而Sun等[18]報(bào)道Ki-67高表達(dá)組和低表達(dá)組之間的ADC平均值差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.087)。Ki-67高表達(dá)組的乳腺癌腫瘤細(xì)胞密集程度較高，細(xì)胞外間隙狹小，水分子在細(xì)胞外的擴(kuò)散受到限制。腫瘤細(xì)胞的惡性程度越高，其流體動(dòng)力學(xué)變化越明顯。因此，乳腺癌Ki-67高表達(dá)組的D值較低表達(dá)組小，相比f(wàn)值受組織擴(kuò)散和微循環(huán)灌注兩方面的影響，D值排除了微循環(huán)灌注的影響，對(duì)乳腺癌Ki-67表達(dá)鑒別更有價(jià)值。因此D值是鑒別乳腺癌Ki-67表達(dá)的診斷指標(biāo)，可為乳腺癌的診斷和術(shù)前分期提供可靠的影像學(xué)依據(jù)。

本研究仍存在一些局限性：一方面，乳腺癌樣本量較小，病理類型單一；另一方面，b值大小的設(shè)置會(huì)對(duì)IVIM模型參數(shù)的計(jì)算產(chǎn)生影響，尤其是對(duì)f值的影響[19]，從而導(dǎo)致結(jié)果的偏差。到目前為止，IVIM序列的b值還沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，b值的選擇需要進(jìn)一步優(yōu)化。