應(yīng)用MRI圖像分析乳腺腫瘤在仰臥位與俯臥位上的位置變化

范金蕾，秦鑫，周雪芳，張穎，楊穎，徐方園，劉仕露，王傳兵,3，張玲,3，李大鵬,3

1. 南京醫(yī)科大學(xué) 醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，江蘇 南京 210029；2. 江蘇艾迪爾醫(yī)療股份有限公司，江蘇 蘇州 215625 ；3. 南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 放射科，江蘇 南京 210029

引言

磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一種非侵入性的成像方式，尤其適用于檢測軟組織結(jié)構(gòu)的異常[1-4]。Waljee等[5]報道MRI對乳腺腫瘤的敏感性和特異性分別高達90%和85%，而另一些研究表明與傳統(tǒng)的成像方法相比，術(shù)前MRI評估不能改善術(shù)后腫瘤的局部復(fù)發(fā)[6-10]。實際上，乳腺術(shù)前MRI臨床應(yīng)用的關(guān)鍵是如何將患者的俯臥位三維信息轉(zhuǎn)換為仰臥位手術(shù)時需要的信息[11-12]。如果俯臥位MRI可以用來預(yù)測仰臥位時腫瘤的位置，就可以為外科醫(yī)生手術(shù)計劃制定起到指導(dǎo)性作用[13-14]，從而降低保乳術(shù)后再切除率。乳頭作為天然體表標(biāo)記，在乳腺腫瘤手術(shù)定位中起著非常重要的作用。一項研究表明，應(yīng)用俯臥位MR圖像指導(dǎo)超聲探測乳腺腫瘤時，需要考慮病變到乳頭的距離以及病變和乳頭相對位置的變化[11]，而超聲檢查的顯著缺點是不能顯示細微病變[15-17]。Carbonaro等[18]的進一步研究證實，病變—乳頭距離可能是二次乳腺超聲檢查最可靠的方法，當(dāng)比較俯臥位、仰臥位乳腺MR圖像時，病變—乳頭距離的中位數(shù)不超過1 cm，但由于乳腺脂肪組織含量的不同這個距離可能不同，且這些研究沒有考慮腫瘤位置變化的方向性。Hiroko等[13]對俯臥位到仰臥位腫瘤運動方向進行了預(yù)測，但是他們的結(jié)果只討論了腫瘤在冠狀面的運動，沒有涉及矢狀面和橫軸面，因此無法顯示腫瘤在三維坐標(biāo)系中的變化方向。本研究評估體位改變時乳腺腫瘤的體積變化、空間運動，以及移動距離與腫瘤中心到胸壁距離的相關(guān)性，以期幫助臨床醫(yī)生在手術(shù)中更準(zhǔn)確地預(yù)測腫瘤的位置。

1 材料和方法

1.1 臨床資料

該研究針對2017年7月至2018年8月31名乳腺腫瘤患者進行俯臥位和仰臥位MRI掃描（所有患者均簽訂知情同意書和磁共振安全說明書），MRI檢查后排除4例（1例乳腺腫大，3例仰臥位掃描時因造影劑流出而難以發(fā)現(xiàn)腫瘤邊緣）。因此，共有27名患者（女性，年齡范圍36～65歲，平均年齡47.2歲）的43例乳腺腫瘤被納入本研究。在每一個病例中，我們選擇最大的腫瘤作為靶點（雙側(cè)：左15例，右12例；腫瘤類型：浸潤性導(dǎo)管癌26例，骨分化轉(zhuǎn)移癌1例。）

1.2 磁共振成像方案

使用專用4通道乳腺線圈，利用西門子3.0 T MRI進行乳腺成像?；颊咴诟┡P位進行常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)磁共振檢查，然后仰臥位重新定位。標(biāo)準(zhǔn)的乳腺磁共振成像方案包括T2脂肪抑制序列（trim）（TR=5950 ms，TE=45 ms，層厚=4 mm，像素大小=0.9 mm×0.9 mm）、非壓脂T1序列（TR=3.99 ms，TE=1.52 ms，層厚=0.9 mm，像素大小=0.9 mm×0.9 mm）、resolve的 DWI（彌散成像）（TR=4720 ms，TE=70 ms，層厚=4.0 mm，像素大小=1.4 mm×1.4 mm，b=0,1000）、靜脈注射0.1 mmol/kg釓噴酸葡胺動態(tài)研究，后以2 mL/s的20 mL鹽溶液沖洗。動態(tài)掃描包括一次對比前采集和五次對比后T1加權(quán)圖像（TR=3.99 ms，TE=1.52 ms，層厚=0.9 mm，像素大小=0.9 mm×0.9 mm）的采集。采集完最后一個動態(tài)序列后，立即將患者移出，取下乳腺線圈，并要求患者采取仰臥位，將胸部4通道表面線圈放置在乳房表面，采用以下參數(shù)獲得DIXON序列：TR/TE=4.20/1.34 ms，體素0.75 mm×0.75 mm×1.5 mm，矩陣320×320，F(xiàn)OV 400 mm。

1.3 腫瘤分割與測量

將所有MRI數(shù)據(jù)傳輸?shù)組imics Medical 17（用于圖像分割和測量）進行分析，對所有俯臥位和仰臥位MRI圖像進行腫瘤分割。在俯臥位，選擇腫瘤清晰的增強T1加權(quán)圖像進行分割，仰臥位選擇DIXON MRI進行分割（圖1），在分割過程中，使用閾值分割和帶裁剪掩模的區(qū)域增長工具。同時，可以利用乳腺血管、氣管分叉、囊腫等可見標(biāo)志來確定腫瘤邊緣，尤其是仰臥位MRI，造影劑可能流出，有時病例腫瘤邊緣清晰度欠佳。分割后可獲取腫瘤3D模型，從各個方向評估腫瘤體積。

圖1 Ⅲ期浸潤性導(dǎo)管癌典型病例腫瘤分割

在每一個位置，可以通過Mimics的重心函數(shù)得到腫瘤中心點（圖2b和圖2e），同時，在每個位置上手動標(biāo)記乳頭（圖2a和圖2d）。在X（左-右）、Y（前-后）和Z（上-下）坐標(biāo)軸上測量每個點（圖2c和f），將乳頭位置設(shè)置為坐標(biāo)原點（0, 0, 0），俯臥位時，把腫瘤中心位置的（X, Y, Z）坐標(biāo)減乳頭中心點（X, Y, Z）坐標(biāo)設(shè)為（Xa, Yb, Zc），仰臥位時設(shè)為（Xa’, Yb’, Zc’）。

圖2 三維坐標(biāo)顯示乳頭和腫瘤中心

俯臥位到仰臥位腫瘤的運動總距離（總運動）可以用公式(1)計算：

此外，還可以在俯臥位MRI上人工畫出腫瘤中心到胸壁的正交直線，并測量線的長度。

1.4 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計

對俯臥位和仰臥位時腫瘤體積變化，以及以乳頭中心點為原點時腫瘤總位移量進行配對t檢驗，用Pearson相關(guān)系數(shù)來分析體位變化時腫瘤的運動與腫瘤中心到胸壁間距離的關(guān)系。使用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件進行分析，顯著性水平P＜ 0.05。

2 結(jié)果

俯臥位和仰臥位腫瘤平均體積分別為（9797.3±9390.6）、（9795.5±9413.1） mm3，兩者無顯著性差異（P=0.877），兩個體位的體積測量結(jié)果如圖3所示。以乳頭點為原點時，從俯臥位到仰臥位腫瘤的總位移為（27.8±3.3） mm。

圖3 由俯臥位到仰臥位27位患者腫瘤體積測量結(jié)果

圖4顯示了以乳頭中心點為坐標(biāo)原點（0，0）時雙側(cè)乳房在X-Z（冠狀面）和X-Y（橫斷面）坐標(biāo)關(guān)系。圖4a和4b分別是27例腫瘤從俯臥位到仰臥位移動后，在冠狀面和橫軸面位移的向量。

如圖4a、表1所示，從俯臥位到仰臥位移動，在乳腺外側(cè)區(qū)域的腫瘤（在X-Z坐標(biāo)系中，腫瘤橫坐標(biāo)值小于0為外側(cè)區(qū)）傾向于沿Z軸向外和向下移動（圖5），即|X|＞|X’|（絕對值）和Z＜Z’，代表腫瘤沿Z軸向外、向下運動。乳腺內(nèi)側(cè)區(qū)域的腫瘤（在X-Z坐標(biāo)系中，腫瘤橫坐標(biāo)值大于0為內(nèi)部區(qū)域）運動方向是不規(guī)則、分散的。改變體位從俯臥位至仰臥位，在13例外側(cè)區(qū)腫瘤中有11例（84.6%）為 |X|＞|X’|、Z＜Z’。如圖 4b所示，從俯臥位到仰臥位移動，橫軸面中所有區(qū)域的腫瘤都趨向于沿y軸向外、向下移動，即|X|＞|X’|、Y＜Y’，這在 27例腫瘤病例中有 20例可見（74.1%）。而在Y-Z坐標(biāo)系（矢狀面），這27例腫瘤的移動尚未發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

圖4 以乳頭中心點為坐標(biāo)原點時雙側(cè)乳腺圖像

表1 以乳頭中心點為坐標(biāo)原點時，俯臥位到仰臥位的腫瘤位移

圖5 從俯臥位到仰臥位腫瘤的位移

3 討論與總結(jié)

鑒別乳腺癌病灶可使用超聲造影和彈性成像[19]，而在常規(guī)乳腺癌術(shù)前MRI檢查時，為了提高檢查的準(zhǔn)確性，乳腺MRI通常采取俯臥位，而手術(shù)時患者采取仰臥位，因此很難通過俯臥位MRI圖像來確定腫瘤切除范圍。有研究報道采用仰臥位與俯臥位相結(jié)合的方式來解決這個問題[20-21]，但都有不足之處。本研究利用MRI評估從俯臥位到仰臥位移動時，乳腺腫瘤體積變化及移動，來確定手術(shù)區(qū)域。結(jié)果顯示從俯臥位到仰臥位腫瘤體積沒有明顯的變化，與Gombos等[22]的研究結(jié)果不同，此研究觀察到腫瘤體積的平均變化為23.8%，但他的研究只包括6個案例。Samani等[23]發(fā)現(xiàn)，纖維囊性疾病和惡性腫瘤的硬度比正常乳腺組織增加了3～6倍，而高級別浸潤性導(dǎo)管癌的硬度比纖維組織高13倍。基于此，可以確認本文結(jié)果可能更準(zhǔn)確。

本研究表明，以乳頭中心點為坐標(biāo)原點來看，從俯臥位到仰臥位乳腺腫瘤的移動情況是比較復(fù)雜的，這取決于腫瘤的位置?；颊唧w位從俯臥位到仰臥位，外側(cè)區(qū)的腫瘤趨向于沿Z軸向外、向下移動，在X-Y坐標(biāo)系內(nèi)，所有腫瘤都趨向于沿Y軸向外、向下移動。這一結(jié)果表明在俯臥位MRI上位于外側(cè)區(qū)的腫瘤，其在仰臥位的位置可以預(yù)測。體位改變時腫瘤體積只有微小的變化，因此乳腺外側(cè)區(qū)的腫瘤在仰臥位、俯臥位體積基本一致。這一結(jié)果有助于臨床醫(yī)生將俯臥位的MRI信息應(yīng)用于仰臥位手術(shù)。

在乳腺磁共振成像中，患者通常采取俯臥位以減少運動偽影，并將兩乳腺置于專用乳腺線圈內(nèi)，此時乳腺是未受壓、自由下垂的，因此腫瘤的位置可能更靠前、靠近乳頭。在手術(shù)時，病人處于仰臥或仰臥斜位，相應(yīng)的手臂抬高放在頭或頸部后面，以減少乳腺的厚度和移動，此時所有組織層都變平變寬，尤其是有更高可壓縮性、伸展性的脂肪組織。由于腫瘤硬度高，自身變形少，乳腺腫瘤在仰臥位時的位置取決于重力和胸壁曲率的相互作用。為了更準(zhǔn)確地預(yù)測從俯臥位到仰臥位腫瘤的變形，需要對病變的特征及周圍組織全面考慮。

本項研究受到一些限制。首先，我們只研究了少數(shù)病例，需進行更大樣本容量的深入研究。此外，本研究未考慮腫瘤運動與其他可能變量的關(guān)系，包括病灶到乳頭或皮膚的距離、病灶大小、病灶硬度、乳腺體積、患者年齡和月經(jīng)狀態(tài)，進行深一步的研究應(yīng)當(dāng)考慮這些因素。盡管如此，本次研究是首次直接在三維坐標(biāo)系中，應(yīng)用俯臥位、仰臥位MRI比較腫瘤移動的報道。

綜上所述，對于乳腺外側(cè)區(qū)的腫瘤，可以以乳頭中心點為原點，預(yù)測仰臥位時腫瘤的位置，腫瘤趨于從乳腺矢狀面中心向外、向下移動，在本研究中，平均總移動距離不超過30 mm，以上均能幫助外科醫(yī)生在手術(shù)時定位腫瘤。